機電控制技術(shù)課程設(shè)計報告

1、目錄1 課程設(shè)計任務(wù)1 1.1 任務(wù)描述1 1.2 控制任務(wù)和要求12 控制方案的選擇13 i/o分配表44 編寫系統(tǒng)控制流程圖44.1 控制系統(tǒng)的流程圖4 4.2 程序梯形圖及指令65調(diào)試說明136結(jié)束語141.1 任務(wù)描述本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理如上圖所示，紡織品由五個電動機帶動輥子與橡膠輥的摩擦帶動左向右傳動。要求設(shè)計該系統(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個三相變頻電機，實現(xiàn)紡織布料在該系統(tǒng)中自左向右的同步傳動。1.2 控制任務(wù)和要求（1）確定本系統(tǒng)所需要的電氣元件，并說明元件型號；（2）變頻電機的轉(zhuǎn)速范圍01500r/min；（3）按下啟動按鈕，布料按一

2、個初始速度自左向右運行；（4）一直按下升速按鈕，布料運行速度持續(xù)上升（上升到上限不在上升）；一直按降速按鈕，布料運行速度持續(xù)下降（下降到下限不在下降）；(5)按停止按鈕，系統(tǒng)停止運行；2 控制方案的選擇交流電機按品種分同步電機、異步電機兩大類。同步電機轉(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)、電機的磁極對數(shù)(p)之間有嚴格的關(guān)系 nsf/p在中國，電源頻率為50hz，所以三相交流電機中一對磁極電機的同步轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，三相交流電機中兩對磁極電機的同步轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分，以此類推。異步電機轉(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。

3、異步電機轉(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)。轉(zhuǎn)差率s=n0-n/n0 (n0為同步轉(zhuǎn)速，n為空載轉(zhuǎn)速)由此可知，交流電機（不管是同步電機還是異步電機）的轉(zhuǎn)速都受電源頻率的制約。因此,交流電機的調(diào)速比較困難,最好的辦法是改變電源的頻率。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理如上系統(tǒng)聯(lián)動控制圖所示，紡織品由五個電動機帶動輥子與橡膠輥的摩擦帶動左向右傳動。首先可以看出該系統(tǒng)屬于同步開環(huán)控制，在布的同步傳動中必須保證布在傳動過程中始終被拉直，因此要求后一個電動機的轉(zhuǎn)速比前一個電動機的轉(zhuǎn)速高，但轉(zhuǎn)速差不宜過大，否則會影響布的質(zhì)量甚至會拉斷布。由上述控制要求可知，本系統(tǒng)要求五個電機實現(xiàn)同步升速和同步降速，

4、而且在升速和降速的過程中保持各個電機之間存在一個速度差，從而使繞過輥子的布保持一定的張力。如果在運行過程中出現(xiàn)緊急情況，可以實現(xiàn)緊急停車，從而把損害減小到最少。為了實現(xiàn)上述功能，達到控制要求，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：（1） 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；（2） 要求電機調(diào)速范圍寬，即轉(zhuǎn)速范圍01500r/min；（3） 要求電機的負載轉(zhuǎn)矩小，調(diào)速特性穩(wěn)定、準確、快速。從工程實際出發(fā)考慮，系統(tǒng)的工作方式為手動，由按鈕來控制電機的啟動停止以及升速和降速。機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

5、持一種動作狀態(tài)，但在按下升速按鈕的時候再按降速按鈕無效，反之亦然，即要具有聯(lián)鎖功能，同時在布的同步傳動過程中若出現(xiàn)緊急情況按下一個按鈕后再按下其他按鈕無效，實現(xiàn)控制系統(tǒng)急停的功能。在本設(shè)計中采用西門子系列plc s7-224xp編寫程序通過改變變頻器的電壓進而改變電源頻率從而達到控制布的同步傳動的目的。在程序中分別有五個輸入來控制的啟動、升速、降速、停止以及急停功能，有五個模擬量輸出模塊端口和五個變頻器輸入端口相接。每當按下相應(yīng)的按鈕時就給plc程序一個輸入信號從而實現(xiàn)相應(yīng)的動作。當按下升（降）速按鈕時，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，通過變頻器電壓的改變以

6、此來改變電源的頻率，具體來說，可以在每單位時間內(nèi)讓各個電機增加不同的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)布的同步傳動，在電機的升速控制過程中最末一個電機轉(zhuǎn)速不宜過大，在電機降速控制過程中最前一個電機轉(zhuǎn)速不宜過小，否則會影響效率，且二者轉(zhuǎn)速差不宜過大。所需要的主要電氣設(shè)備為西門子s7224xp plc 、變壓器、三個模擬量輸出擴展模塊、五個變頻器以及電線等。3 i/o分配表表1 i/o分配表項目編號功能 說明地址輸入1 電動機啟動按鈕sb1i0.02電動機停止按鈕sb2i0.13電動機加速按鈕sb3i0.24電動機減速按鈕sb4i0.35電動機急停按鈕sb5i0.4輸出61號電機速度控制k1q0.072號電機速度控制

7、k2q0.183號電機速度控制k3q0.294號電機速度控制k4q0.3105號電機速度控制k5q0.44編寫系統(tǒng)控制流程圖4.1 控制系統(tǒng)的流程圖對于編寫復(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)計中很有用的工具，它直觀、清晰易懂，便于檢查和修改。編寫流程圖時，首先要根據(jù)控制要求，將要完成的控制任務(wù)分解成幾個主要的相對獨立的部分（環(huán)節(jié)），分析各個部分（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。圖3 控制系統(tǒng)的流程圖4.2 程序梯形圖及指令根據(jù)繼電器控制系統(tǒng)的實際情況,結(jié)合i/o地址分配表和plc控制系統(tǒng)的實際安裝接

8、線圖,設(shè)計出梯形圖。圖4 紡織機械同步傳動控制系統(tǒng)程序梯形圖ld sm0.1o i0.1o i0.4movr 0.0, vd302movr 0.0, vd306movr 0.0, vd310movr 0.0, vd314movr 0.0, vd318movr 0.0, vd100ld i0.0euan i0.1an i0.2an i0.3an m0.1movr 21400.0, vd100ld sm0.1o i0.1r m0.1, 1ld i0.0euo m0.0an i0.1= m0.0s m0.1, 1ld i0.2an i0.3ar= vd100, 12800.0olda m0.0an

9、t37ton t37, 3ld i0.2a t37+r 50.0, vd100ld m0.0movr vd100, vd302*r 1.001, vd302movr vd100, vd306*r 1.003, vd306movr vd100, vd310*r 1.005, vd310movr vd100, vd314*r 1.007, vd314movr vd100, vd318*r 1.009, vd318ld sm0.0round vd302, vd302dti vd302, vw402movw vw402, aqw0ld sm0.0round vd306, vd306dti vd306,

10、 vw404movw vw404, aqw2ld sm0.0round vd310, vd310dti vd310, vw406movw vw406, aqw4ld sm0.0round vd314, vd314dti vd314, vw408movw vw408, aqw6ld sm0.0round vd318, vd318dti vd318, vw410movw vw410, aqw8ld i0.4stop5調(diào)試說明調(diào)試過程可分為以下幾步，在課程設(shè)計設(shè)中我們只需要完成第二部。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。 第二步：軟件調(diào)試。在硬件調(diào)試和軟件調(diào)試正確

11、的基礎(chǔ)上，在模擬器上使plc進入運行狀態(tài)，觀察運行情況，看是否能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)工作。第三步：運行調(diào)試。按要求輸入梯形圖，檢查后編譯通過，在線工作后把程序?qū)懭肟删幊绦蚩刂破鞯某绦虼鎯^(qū)。軟件調(diào)試是整個調(diào)試中很重要的部分。各個控制要求能否實現(xiàn)，運行是否穩(wěn)定可靠，是否考慮到各種生產(chǎn)實際情況，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：（1）中間變量的存儲區(qū)可能會沖突，比如vw10和vd10，這時會由于存儲區(qū)的沖突而導(dǎo)致程序出現(xiàn)一些莫名奇妙的結(jié)果；（2）沒有考慮到各個網(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；（3）各個功能中間沒有加上

12、必要的互鎖，導(dǎo)致某些功能實現(xiàn)不了，比如在手動調(diào)速之后，如果按下啟動按鈕，程序?qū)氐匠跏紶顟B(tài)運行；針對上述情況，我認為在調(diào)試中應(yīng)采取以下方法：（1）利用狀態(tài)表，把一些重要的中間變量進行監(jiān)視，通過它們的變化，可以很快的找到程序的問題所在；（2）調(diào)試的過程中，如果出現(xiàn)問題，應(yīng)該仔細認真分析問題的所在，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；（3）只有具有嚴謹?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；考慮實際，在運行過程中若出現(xiàn)緊急情況應(yīng)將plc也停下，這樣即使有人誤操作時電機也不能啟動，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

13、。經(jīng)反復(fù)調(diào)試確認程序無誤。6結(jié)束語在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。這種由各種繼電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)存在著明顯的缺點,如體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度不高,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)在實際應(yīng)用中存在的諸多缺點,plc于1969年便應(yīng)運而生。現(xiàn)在，為期兩周的機電傳動控制課程設(shè)計結(jié)束了。說是兩周半，實則一周半，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，一周半的時間緊迫，于是不得不晚上和周末抽時間來繼續(xù)設(shè)計，這段時間時間抓的緊也很充實。作為一名機械電子工程大三的學(xué)生，我覺得能做這樣的課程設(shè)計是十分有意義的。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)實中的各種機械設(shè)計？如何把我們所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識用到實踐中去呢？我想做類似的大作業(yè)就為我們提供了良好的實踐平臺。在做本次課程設(shè)計的過程中，我感觸最深的當屬查閱了很多次設(shè)計書和指導(dǎo)書。為了讓自己的設(shè)計更加完善，更加符合工程標準，一次次翻閱機械設(shè)計書是十分必要的，同時也是必不可少的。我們做的是課程設(shè)計，而不是藝術(shù)家的設(shè)計。藝術(shù)家可以拋開實際，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，不切實際的構(gòu)想永遠只能是構(gòu)想，永遠無法升級為設(shè)計。作為一名專業(yè)學(xué)生掌握一門或幾