機(jī)電控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告---西門子s7-224plc控制5個(gè)三相變頻電機(jī)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 課程設(shè)計(jì)任務(wù)1</p><p>　　1.1 任務(wù)描述1</p><p>　　1.2 控制任務(wù)和要求1</p><p>　　2 控制方案的選擇1</p><p>　　3 I/O分配表4</p><p&g

2、t;　　4 編寫系統(tǒng)控制流程圖4</p><p>　　4.1 控制系統(tǒng)的流程圖4</p><p>　　4.2 程序梯形圖及指令6</p><p><b>　　5調(diào)試說明13</b></p><p><b>　　6結(jié)束語14</b></p><p><b>

3、　　1.1 任務(wù)描述</b></p><p>　　本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理如上圖所示，紡織品由五個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)輥?zhàn)优c橡膠輥的摩擦帶動(dòng)左向右傳動(dòng)。要求設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的控制部分。本控制部分采用西門子S7-224PLC（繼電器型）控制5個(gè)三相變頻電機(jī)，實(shí)現(xiàn)紡織布料在該系統(tǒng)中自左向右的同步傳動(dòng)。</p><p>　　1.2 控制任務(wù)和要求</p><p>　?。?）確定本

4、系統(tǒng)所需要的電氣元件，并說明元件型號；</p><p>　?。?）變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍0~1500r/min；</p><p>　?。?）按下啟動(dòng)按鈕，布料按一個(gè)初始速度自左向右運(yùn)行；</p><p>　?。?）一直按下升速按鈕，布料運(yùn)行速度持續(xù)上升（上升到上限不在上升）；一直按降速按鈕，布料運(yùn)行速度持續(xù)下降（下降到下限不在下降）；</p><p&

5、gt;　　(5)按停止按鈕，系統(tǒng)停止運(yùn)行；</p><p><b>　　2 控制方案的選擇</b></p><p>　　交流電機(jī)按品種分同步電機(jī)、異步電機(jī)兩大類。</p><p>　　同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速ns與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相同，稱為同步轉(zhuǎn)速。ns與所接交流電的頻率 (f)、電機(jī)的磁極對數(shù)(P)之間有嚴(yán)格的關(guān)系 </p><

6、p><b>　　ns＝f/P</b></p><p>　　在中國，電源頻率為50HZ，所以三相交流電機(jī)中一對磁極電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，三相交流電機(jī)中兩對磁極電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分，以此類推。異步電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總是低于或高于其旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，異步之名由此而來。異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速之差（稱為轉(zhuǎn)差）通常在10％以內(nèi)。</p><p><

7、;b>　　轉(zhuǎn)差率</b></p><p>　　S=n0-n/n0 (n0為同步轉(zhuǎn)速，n為空載轉(zhuǎn)速)</p><p>　　由此可知，交流電機(jī)（不管是同步電機(jī)還是異步電機(jī)）的轉(zhuǎn)速都受電源頻率的制約。因此,交流電機(jī)的調(diào)速比較困難,最好的辦法是改變電源的頻率。</p><p>　　本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理如上系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制圖所示，紡織品由五個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)輥?zhàn)优c橡膠

8、輥的摩擦帶動(dòng)左向右傳動(dòng)。首先可以看出該系統(tǒng)屬于同步開環(huán)控制，在布的同步傳動(dòng)中必須保證布在傳動(dòng)過程中始終被拉直，因此要求后一個(gè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比前一個(gè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高，但轉(zhuǎn)速差不宜過大，否則會影響布的質(zhì)量甚至?xí)瓟嗖肌Ｓ缮鲜隹刂埔罂芍?，本系統(tǒng)要求五個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)同步升速和同步降速，而且在升速和降速的過程中保持各個(gè)電機(jī)之間存在一個(gè)速度差，從而使繞過輥?zhàn)拥牟急３忠欢ǖ膹埩?。如果在運(yùn)行過程中出現(xiàn)緊急情況，可以實(shí)現(xiàn)緊急停車，從而把損害減小到最少。<

9、;/p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)上述功能，達(dá)到控制要求，經(jīng)分析可知，選擇變頻調(diào)速的開環(huán)交流調(diào)速系統(tǒng)。理由如下：</p><p>　　提供的電源為工頻50HZ的三相四線制的線電壓為380V的工業(yè)用電；</p><p>　　要求電機(jī)調(diào)速范圍寬，即轉(zhuǎn)速范圍0~1500r/min；</p><p>　　要求電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩小，調(diào)速特性穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速。<

10、/p><p>　　從工程實(shí)際出發(fā)考慮，系統(tǒng)的工作方式為手動(dòng)，由按鈕來控制電機(jī)的啟動(dòng)停止以及升速和降速。機(jī)械的工作方式由具體需要而定，即既可以先升速后降速也可以先降速再升速也可以一直保持一種動(dòng)作狀態(tài)，但在按下升速按鈕的時(shí)候再按降速按鈕無效，反之亦然，即要具有聯(lián)鎖功能，同時(shí)在布的同步傳動(dòng)過程中若出現(xiàn)緊急情況按下一個(gè)按鈕后再按下其他按鈕無效，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)急停的功能。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中采

11、用西門子系列PLC S7-224XP編寫程序通過改變變頻器的電壓進(jìn)而改變電源頻率從而達(dá)到控制布的同步傳動(dòng)的目的。</p><p>　　在程序中分別有五個(gè)輸入來控制的啟動(dòng)、升速、降速、停止以及急停功能，有五個(gè)模擬量輸出模塊端口和五個(gè)變頻器輸入端口相接。每當(dāng)按下相應(yīng)的按鈕時(shí)就給PLC程序一個(gè)輸入信號從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作。當(dāng)按下升（降）速按鈕時(shí)，PLC程序逐步提高（降低）模擬量輸出模塊上的數(shù)值在輸入到變頻器端口，通過變頻

12、器電壓的改變以此來改變電源的頻率，具體來說，可以在每單位時(shí)間內(nèi)讓各個(gè)電機(jī)增加不同的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)布的同步傳動(dòng)，在電機(jī)的升速控制過程中最末一個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速不宜過大，在電機(jī)降速控制過程中最前一個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速不宜過小，否則會影響效率，且二者轉(zhuǎn)速差不宜過大。</p><p>　　所需要的主要電氣設(shè)備為西門子S7－224XP PLC 、變壓器、三個(gè)模擬量輸出擴(kuò)展模塊、五個(gè)變頻器以及電線等。</p><p>

13、<b>　　3 I/O分配表</b></p><p><b>　　表1 I/O分配表</b></p><p>　　4編寫系統(tǒng)控制流程圖</p><p>　　4.1 控制系統(tǒng)的流程圖</p><p>　　對于編寫復(fù)雜的控制程序前，一般要先編寫控制系統(tǒng)的流程圖。流程圖是程序設(shè)計(jì)中很有用的工具，它直觀、清

14、晰易懂，便于檢查和修改。編寫流程圖時(shí)，首先要根據(jù)控制要求，將要完成的控制任務(wù)分解成幾個(gè)主要的相對獨(dú)立的部分（環(huán)節(jié)），分析各個(gè)部分（環(huán)節(jié)）之間的關(guān)系或者聯(lián)系，集合結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的概念，編寫出有順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)或者分支結(jié)構(gòu)的流程圖。</p><p>　　圖3 控制系統(tǒng)的流程圖</p><p>　　4.2 程序梯形圖及指令</p><p>　　根據(jù)繼電器控制系統(tǒng)的實(shí)際情

15、況,結(jié)合I/O地址分配表和PLC控制系統(tǒng)的實(shí)際安裝接線圖,設(shè)計(jì)出梯形圖。</p><p>　　圖4 紡織機(jī)械同步傳動(dòng)控制系統(tǒng)程序梯形圖</p><p>　　LD SM0.1</p><p>　　O I0.1</p><p>　　O I0.4</p><p>　　MOVR

16、 0.0, VD302</p><p>　　MOVR 0.0, VD306</p><p>　　MOVR 0.0, VD310</p><p>　　MOVR 0.0, VD314</p><p>　　MOVR 0.0, VD318</p><p>　　MOVR 0.0, VD100<

17、/p><p>　　LD I0.0</p><p><b>　　EU</b></p><p>　　AN I0.1</p><p>　　AN I0.2</p><p>　　AN I0.3</p><p>　　AN

18、 M0.1</p><p>　　MOVR 21400.0, VD100</p><p>　　LD SM0.1</p><p>　　O I0.1</p><p>　　R M0.1, 1</p><p>　　LD I0.0</p><p&

19、gt;<b>　　EU</b></p><p>　　O M0.0</p><p>　　AN I0.1</p><p>　　= M0.0</p><p>　　S M0.1, 1</p><p>　　LD I0.2</p

20、><p>　　AN I0.3</p><p>　　AR<= VD100, 28800.0</p><p>　　LD I0.3</p><p>　　AN I0.2</p><p>　　AR>= VD100, 12800.0</p><

21、;p><b>　　OLD</b></p><p>　　A M0.0</p><p>　　AN T37</p><p>　　TON T37, 3</p><p>　　LD I0.2</p><p>　　A T37</

22、p><p>　　+R 50.0, VD100</p><p>　　LD M0.0</p><p>　　MOVR VD100, VD302</p><p>　　*R 1.001, VD302</p><p>　　MOVR VD100, VD306</p>

23、<p>　　*R 1.003, VD306</p><p>　　MOVR VD100, VD310</p><p>　　*R 1.005, VD310</p><p>　　MOVR VD100, VD314</p><p>　　*R 1.007, VD314<

24、/p><p>　　MOVR VD100, VD318</p><p>　　*R 1.009, VD318</p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　ROUND VD302, VD302</p><p>　　DTI VD302, VW402</p

25、><p>　　MOVW VW402, AQW0</p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　ROUND VD306, VD306</p><p>　　DTI VD306, VW404</p><p>　　MOVW VW404, AQW2</p>

26、<p>　　LD SM0.0</p><p>　　ROUND VD310, VD310</p><p>　　DTI VD310, VW406</p><p>　　MOVW VW406, AQW4</p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　

27、ROUND VD314, VD314</p><p>　　DTI VD314, VW408</p><p>　　MOVW VW408, AQW6</p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　ROUND VD318, VD318</p><p>　　DTI

28、 VD318, VW410</p><p>　　MOVW VW410, AQW8</p><p>　　LD I0.4</p><p><b>　　STOP</b></p><p><b>　　5調(diào)試說明</b></p><p>　　調(diào)試過程可分

29、為以下幾步，在課程設(shè)計(jì)設(shè)中我們只需要完成第二部。</p><p>　　第一步：硬件調(diào)試。接通電源，檢查可編程序控制器能正常工作，接頭接觸良好。 </p><p>　　第二步：軟件調(diào)試。在硬件調(diào)試和軟件調(diào)試正確的基礎(chǔ)上，在模擬器上使PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，觀察運(yùn)行情況，看是否能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)工作。</p><p>　　第三步：運(yùn)行調(diào)試。按要求輸入梯形圖，檢查后編譯通過，在線工

30、作后把程序?qū)懭肟删幊绦蚩刂破鞯某绦虼鎯^(qū)。</p><p>　　軟件調(diào)試是整個(gè)調(diào)試中很重要的部分。各個(gè)控制要求能否實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行是否穩(wěn)定可靠，是否考慮到各種生產(chǎn)實(shí)際情況，很大程度上取決于程序是否正確，是否采用了合理的調(diào)試方法。在調(diào)試的過程中，主要遇到以下情況：</p><p>　?。?）中間變量的存儲區(qū)可能會沖突，比如VW10和VD10，這時(shí)會由于存儲區(qū)的沖突而導(dǎo)致程序出現(xiàn)一些莫名奇妙的結(jié)果；

31、</p><p>　?。?）沒有考慮到各個(gè)網(wǎng)絡(luò)中間的執(zhí)行和掃描周期的關(guān)系，從而導(dǎo)致后面程序?qū)η懊娴淖兞恐蹈采w；</p><p>　　（3）各個(gè)功能中間沒有加上必要的互鎖，導(dǎo)致某些功能實(shí)現(xiàn)不了，比如在手動(dòng)調(diào)速之后，如果按下啟動(dòng)按鈕，程序?qū)氐匠跏紶顟B(tài)運(yùn)行；</p><p>　　針對上述情況，我認(rèn)為在調(diào)試中應(yīng)采取以下方法：</p><p>　　

32、（1）利用狀態(tài)表，把一些重要的中間變量進(jìn)行監(jiān)視，通過它們的變化，可以很快的找到程序的問題所在；</p><p>　?。?）調(diào)試的過程中，如果出現(xiàn)問題，應(yīng)該仔細(xì)認(rèn)真分析問題的所在，在腦子中建立程序的執(zhí)行方式，如果能以PLC的工作方式來分析程序，很多問題就可以迎刃而解；</p><p>　　（3）只有具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，才能在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，解決問題；</p><

33、p>　　考慮實(shí)際，在運(yùn)行過程中若出現(xiàn)緊急情況應(yīng)將PLC也停下，這樣即使有人誤操作時(shí)電機(jī)也不能啟動(dòng)，所以應(yīng)在程序中加入急停指令最好，這樣就能滿足安全要求。</p><p>　　經(jīng)反復(fù)調(diào)試確認(rèn)程序無誤。</p><p><b>　　6結(jié)束語</b></p><p>　　在PLC問世以前,工業(yè)控制領(lǐng)域中是以繼電器控制系統(tǒng)占主導(dǎo)地位。這種由各種繼

34、電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)存在著明顯的缺點(diǎn),如體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運(yùn)行速度不高,尤其是對生產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應(yīng)性更差。為解決繼電器控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中存在的諸多缺點(diǎn),PLC于1969年便應(yīng)運(yùn)而生。</p><p>　　現(xiàn)在，為期兩周的機(jī)電傳動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)結(jié)束了。說是兩周半，實(shí)則一周半，第一周因剛結(jié)束其他課程的考試，因而不能專心忙設(shè)計(jì)，一周半的時(shí)間緊迫，于是不得不晚上和周末抽時(shí)間來繼續(xù)設(shè)計(jì)，這段時(shí)間抓的緊也很

35、充實(shí)。</p><p>　　作為一名機(jī)械電子工程大三的學(xué)生，我覺得能做這樣的課程設(shè)計(jì)是十分有意義的。在已度過的兩年半大學(xué)生活里我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)基礎(chǔ)課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課的理論面，如何去面對現(xiàn)實(shí)中的各種機(jī)械設(shè)計(jì)？如何把我們所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識用到實(shí)踐中去呢？我想做類似的大作業(yè)就為我們提供了良好的實(shí)踐平臺。在做本次課程設(shè)計(jì)的過程中，我感觸最深的當(dāng)屬查閱了很多次設(shè)計(jì)書和指導(dǎo)書。為了讓自己的設(shè)計(jì)

36、更加完善，更加符合工程標(biāo)準(zhǔn)，一次次翻閱機(jī)械設(shè)計(jì)書是十分必要的，同時(shí)也是必不可少的。我們做的是課程設(shè)計(jì)，而不是藝術(shù)家的設(shè)計(jì)。藝術(shù)家可以拋開實(shí)際，盡情在幻想的世界里翱翔，我們是工程師，一切都要有據(jù)可依.有理可尋，不切實(shí)際的構(gòu)想永遠(yuǎn)只能是構(gòu)想，永遠(yuǎn)無法升級為設(shè)計(jì)。</p><p>　　作為一名專業(yè)學(xué)生掌握一門或幾門制圖軟件同樣是必不可少的，雖然本次課程設(shè)計(jì)沒有要求用 auto CAD制圖，但我卻在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中都用到了