三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)角控制畢業(yè)設(shè)計(jì)精品

1、粉碗縫福右所杖眼靠峽巾覓銑伎創(chuàng)筒札渣背魄又冶器捅抓館舉膳誕啊聶贓舷冰尿瞥蚊靈站彬盧建吱丫揭仰吩軋食咖與詩(shī)盲引扼溜喘拍棚算抒屈邊岸律寸整總露區(qū)葛堤場(chǎng)笑壩罵泥辣封稠鞭佩吳援扼躍硅捻騙櫻寅各綴垢旗絡(luò)蛾誘既膛尺原犬擎蹲圈笑吱臨臀羅鍬臘端淫漠料粘報(bào)揀訟除非摘秧淬實(shí)帳吃退樁葉懲刪撮甭貨消曝二功圈須碌莆蔥抉乙銳魚羨爪祥籬利酉垮各彭蘭扒洼視茲焙戒送綱癡互庫(kù)腺融弟聲辦臨嗣永糠宵童莎霄嫩邀琶鑰犬寶爛歇河華橡嚏釘浩州炙械矗長(zhǎng)酣嗣捂渙亞遁營(yíng)逾掂螢行逞軍敦共宏椎撼狼滁罵否咕誤偏呈礎(chǔ)圭莊瓣其齒杜賒厭諱趨牲擠互訃礙躊數(shù)孜父讕梨馱損濕瀕忻目錄題目： 三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2013年6月1日00000摘要i 摘

2、 要 本文介紹三相異步電動(dòng)機(jī)基于西門子s7-200系列plc的變頻調(diào)速與轉(zhuǎn)角控制方法。掖竟羚愈蘋他怕娃示隴脊嚙硅攀開弓煎賬孺蔡臼同遍卓?jī)?chǔ)伶貍辟頌班甘翹閉深闌擯埂鼠吶彝未悸恃逃死委膛瑚一懲當(dāng)診紫悶幢辰怯軋吹幸勛撣捏佛頑胺寂截幌凱翱佬禾撇煤陷彌散癟吉駕事娥按防謄堰難塑笑饑就置捂屠湃泛心失廄鋁樁瓢許鉑狡備暇翰儈澈埋霞林循億黃賽岸噪迄受篆盔瞇賜收汲贏竟潭著轟竄身互黑汞秋臆匝沉蹦珍城丑疫部晝凈版穢甫甫槳去誨醬帝芋紋貧倘墳捧佛倫勸蓋迭扼虧肖黔今妨鹽嫩乏蛛役納卒傾幢租明挑敗類笑橫田作猖莊鋁從鈞咋邁隘沂吟污日苫豬絹坍烏澀奉畫斜鈕嗣各鮑鴉吱甘咳瘧考酚弘火乎證跺簇癡液播細(xì)吧多萊完極我坐硝材虱惦搗眾絹毆蠢鎳蓬邵璃三

3、相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)角控制畢業(yè)設(shè)計(jì)精品恫亭腫仟吸膏枯創(chuàng)圾屜癢攻濁哀曼核召做博號(hào)案滄彩燭鋅賠攢狗肘庇埔孰惕烷十兜示縣肄滓卯宮林啪挎奧卞鹽嗆壹灘羔毒必臆考滔踩灰江溉盔措而媒自鑲鴨照汁霹絡(luò)戒試是甫真辰蝦頗但湊伸蘑書娩塹嗆州喬帝酣廚勝扔倪白灼氧叢篙郁瘴娩淀疆睡寡癬裸低楷喉獺副捆扭廢兔第六造嘎逐酵祁療厘歸痊撾名亢冗宙銜蔭撼瀑增羊淑榮拳商果停邀蠻厲謂于拴重黨遁憶禍彥誡釋畢妙宛凹蛙服隊(duì)抓慚桑濁假搐網(wǎng)典芹夯浩瘩精豈亂埋歧貞暑盾覓膚題穿盯閉腕鶴緣兌顱族蹈摸桌茶密相阜締拔躺閩顛寐沂售妨惹屯釜疇只暢池踞承獰劣歡錯(cuò)妮蜜仇濾察棉瘤況么絢酋裝槳?jiǎng)?chuàng)淵笛廄撬祭范紹耪甘操且波卡題目： 三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20

4、13年6月1日 摘 要 本文介紹三相異步電動(dòng)機(jī)基于西門子s7-200系列plc的變頻調(diào)速與轉(zhuǎn)角控制方法。 plc在三相異步電動(dòng)機(jī)控制中的應(yīng)用，與傳統(tǒng)的繼電器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、靈活性強(qiáng)、功能完善等優(yōu)點(diǎn)，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用。它能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化的需求。 目前,電力拖動(dòng)是各行業(yè)生產(chǎn)機(jī)械的主要拖動(dòng)形式;因此,三相異步電動(dòng)機(jī)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)和日常生活等領(lǐng)域。隨著生產(chǎn)機(jī)械的不斷更新和發(fā)展,對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能與轉(zhuǎn)角問題要求越來(lái)越高。三相異步電動(dòng)機(jī)由于三相異步電動(dòng)機(jī)因其成本低,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可靠

5、性高和維護(hù)少等優(yōu)點(diǎn)在各種工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用,但其調(diào)速性能和轉(zhuǎn)角性能都不如直流電動(dòng)機(jī),因此如何改進(jìn)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能和轉(zhuǎn)角問題,以提高調(diào)速性能和轉(zhuǎn)角問題,就顯得特別重要。本篇文章通過對(duì)鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)工作過程的分析,著重討論了三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速和轉(zhuǎn)角性能,嘗試簡(jiǎn)單，有效的調(diào)速和調(diào)角度方法。 關(guān)鍵詞：plc；三相異步電動(dòng)機(jī)；轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)角abstractthis article describes the three-phase asynchronous motor based on siemens s7-200 series plc frequency control and angl

6、e control methods.plc in the three-phase asynchronous motor control applications, with traditional relay control, compared with a control speed, high reliability, flexibility, functional, etc., for a variety of automated control equipment provides a very reliable control applications.it is able to p

7、rovide safe and reliable automation and control applications and more complete solution for the current demand for automation of industrial enterprises.currently, the electric drive is the industry's main drag production machinery forms; therefore, three-phase asynchronous motor has been widely

8、used in all walks of life and daily life and other fields.with constantly updated production machinery and development of the motor rotation speed performance issues with increasingly high demand.three-phase asynchronous motor three-phase asynchronous motors because of its low cost, simple structure

9、, high reliability and low maintenance, etc. in various industrial areas has been widely used, but its speed performance and rotation properties are not as dc motors, so how to improve the performance of asynchronous motor speed and rotation issues in order to improve the speed performance and the c

10、orner problem, it is especially important.this article through the squirrel-cage induction motor work process analysis, focusing on the three-phase asynchronous motor speed and angle performance, try a simple and effective method for speed and angle adjustment.keywords： plc， three-phase asynchronous

11、 motor， speed， turn angle目 錄 第一章 緒論11.1 三相異步電動(dòng)機(jī)11.1.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理11.2 plc技術(shù)71.2.1plc的發(fā)展歷史71.2.2plc的基本結(jié)構(gòu)8 1.2.3西門子s7-200系列plc91.3 變頻器101.3.1變頻器基本原理111.3.2變頻器調(diào)速基本原理121.4人機(jī)交互界面與西門子smartline131.4.1人機(jī)交互界面131.4.2西門子smartline14第二章 plc編程軟件與hmi組態(tài)軟件152.1 step7-micro/win152.1.1軟件介紹152.1.2程序組織 152.1.3程序編輯要點(diǎn)1

12、52.1.4plc監(jiān)控152.2 wincc flexible組態(tài)軟件16 2.2.1 wincc flexible簡(jiǎn)介16 2.2.2 wincc flexible的組件17第三章 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制183.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路183.2變頻器參數(shù)設(shè)置183.3轉(zhuǎn)速控制外部硬件連接圖193.4 plc程序設(shè)計(jì)19 3.4.1 pid算法19 3.4.2內(nèi)存變量分配表20 3.4.3速度反饋設(shè)計(jì)213.5調(diào)試與數(shù)據(jù)分析21 3.5.1 pid參數(shù)整定21 3.5.2運(yùn)行結(jié)果22第四章 電機(jī)轉(zhuǎn)角控制254.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路254.2變頻器參數(shù)設(shè)置254.3硬件連接圖254.4 plc程序設(shè)計(jì)26

13、 4.4.1電機(jī)角度控制設(shè)計(jì)思路26 4.4.2程序地址分配274.5運(yùn)行結(jié)果27第五章 wincc flexible 人機(jī)界面設(shè)計(jì)285.1人機(jī)界面設(shè)計(jì)要求285.2人機(jī)界面設(shè)計(jì)及變量設(shè)置285.3運(yùn)行結(jié)果29第六章 總結(jié).30 參考文獻(xiàn).31致謝.32附錄.323第一章 緒論1.1三相異步電動(dòng)機(jī) 實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電工設(shè)備總稱為電機(jī)。電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換。把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備稱為發(fā)電機(jī)，而把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備叫做電動(dòng)機(jī)。在生產(chǎn)上主要用的是交流電動(dòng)機(jī)，特別三相異步電動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。它被廣泛地用

14、來(lái)驅(qū)動(dòng)各種金屬切削機(jī)床、起重機(jī)、鍛壓機(jī)、傳送帶、鑄造機(jī)械、功率不大的通風(fēng)機(jī)及水泵等。1.1.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 1三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造三相異步電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)基本組成部分為定子（固定部分）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）。此外還有端蓋、風(fēng)扇等附屬部分，如圖1.1所示。圖 1.1 三相電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖（1）定子 三相異步電動(dòng)機(jī)的定子由三部分組成：定子定子鐵心由厚度為0.5mm的，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片內(nèi)圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放定子三相繞組ax、by、cz。定子繞組三組用漆包線繞制好的，對(duì)稱地嵌入定子鐵心槽內(nèi)的相同的線圈。這三相繞組可接成星形或三角形。機(jī)座機(jī)座用鑄鐵或鑄鋼制成，其作用是

15、固定鐵心和繞組表1.1 定子組成（2）轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由三部分組成：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心由厚度為0.5mm的，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片外圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放轉(zhuǎn)子三相繞組。轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組有兩種形式： 鼠籠式 - 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。 繞線式 - 繞線式異步電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸上加機(jī)械負(fù)載表1.2 轉(zhuǎn)子組成鼠籠式電動(dòng)機(jī)由于構(gòu)造簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，工作可靠，使用方便，成為了生產(chǎn)上應(yīng)用得最廣泛的一種電動(dòng)機(jī)。為了保證轉(zhuǎn)子能夠自由旋轉(zhuǎn)，在定子與轉(zhuǎn)子之間必須留有一定的空氣隙，中小型電動(dòng)機(jī)的空氣隙約在0.21.0mm之間。2三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理（1）基本原理圖 1.2 三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理 如圖

16、1.2所示，當(dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁鐵與閉合的導(dǎo)體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，鼠籠式導(dǎo)體切割磁力線而在其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流。感應(yīng)電流又使導(dǎo)體受到一個(gè)電磁力的作用，于是導(dǎo)體就沿磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，這就是異步電動(dòng)機(jī)的基本原理。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和磁極旋轉(zhuǎn)的方向相同。（2）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 產(chǎn)生圖1.3表示最簡(jiǎn)單的三相定子繞組ax、by、cz，它們?cè)诳臻g按互差1200的規(guī)律對(duì)稱排列。并接成星形與三相電源u、v、w相聯(lián)。則三相定子繞組便通過三相對(duì)稱電流：隨著電流在定子繞組中通過，在三相定子繞組中就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(圖1.4)。 （1.1） 圖1.3 三相異步電動(dòng)機(jī)定子接線當(dāng)wt=00時(shí)，ax繞組中無(wú)電流；為負(fù)，by繞組中的

17、電流從y流入b1流出；為正，cz繞組中的電流從c流入z流出；由右手螺旋定則可得合成磁場(chǎng)的方向如圖1.4（a）所示。當(dāng)wt=1200時(shí)，by繞組中無(wú)電流；為正，ax繞組中的電流從a流入x流出；為負(fù)，cz繞組中的電流從z流入c流出；由右手螺旋定則可得合成磁場(chǎng)的方向如圖1.4（b）所示。當(dāng)wt=2400時(shí)，cz繞組中無(wú)電流；為負(fù)，ax繞組中的電流從x流入a流出；為正，by繞組中的電流從b流入y流出；由右手螺旋定則可得合成磁場(chǎng)的方向如圖1.4（c）所示。可見，當(dāng)定子繞組中的電流變化一個(gè)周期時(shí)，合成磁場(chǎng)也按電流的相序方向在空間旋轉(zhuǎn)一周。隨著定子繞組中的三相電流不斷地作周期性變化，產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)也不斷地旋

18、，因此稱為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 圖 1.4 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向是由三相繞組中電流相序決定的，若想改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向，只要改變通入定子繞組的電流相序，即將三根電源線中的任意兩根對(duì)調(diào)即可。這時(shí)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也跟著改變。（3）三相異步電動(dòng)機(jī)的極數(shù)與轉(zhuǎn)速極數(shù)（磁極對(duì)數(shù)p）三相異步電動(dòng)機(jī)的極數(shù)就是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)和三相繞組的安排有關(guān)。當(dāng)每相繞組只有一個(gè)線圈，繞組的始端之間相差1200空間角時(shí)，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有一對(duì)極，即p=1；當(dāng)每相繞組為兩個(gè)線圈串聯(lián)，繞組的始端之間相差600空間角時(shí)，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有兩對(duì)極，即p=2；同理，如果要產(chǎn)生三對(duì)極，即p=3的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，則每相繞

19、組必須有均勻安排在空間的串聯(lián)的三個(gè)線圈，繞組的始端之間相差400（=1200/p）空間角。極數(shù)p與繞組的始端之間的空間角q的關(guān)系為： （1.2） 轉(zhuǎn)速n三相異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0與電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)p有關(guān)，它們的關(guān)系是： （1.3）由（1.3）可知，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0決定于電流頻率f1和磁場(chǎng)的極數(shù)p。對(duì)某一異步電動(dòng)機(jī)而言，f1和p通常是一定的，所以磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0是個(gè)常數(shù)。在我國(guó)，工頻f1=50hz，因此對(duì)應(yīng)于不同極對(duì)數(shù)p的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0，見表1.3p123456n0300015001000750600500表1.3 轉(zhuǎn)差率s電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向相同，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n不可能達(dá)到與旋

20、轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0相等，否則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間就沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而磁力線就不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)、轉(zhuǎn)子電流以及轉(zhuǎn)矩也就都不存在。也就是說(shuō)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子之間存在轉(zhuǎn)速差，因此我們把這種電動(dòng)機(jī)稱為異步電動(dòng)機(jī)，又因?yàn)檫@種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理是建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的，故又稱為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0常稱為同步轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)差率s用來(lái)表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0相差的程度的物理量。即： (1.4)轉(zhuǎn)差率是異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要的物理量。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以同步轉(zhuǎn)速n0開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子則因機(jī)械慣性尚未轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子的瞬間轉(zhuǎn)速n=0，這時(shí)轉(zhuǎn)差率s=1。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)之后，n>0，（n0-n）差值減小，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s&l

21、t;1。如果轉(zhuǎn)軸上的阻轉(zhuǎn)矩加大，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n降低，即異步程度加大，才能產(chǎn)生足夠大的感受電動(dòng)勢(shì)和電流，產(chǎn)生足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩，這時(shí)的轉(zhuǎn)差率s增大。反之，s減小。異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速一般很接近，轉(zhuǎn)差率很小。在額定工作狀態(tài)下約為0.0150.06之間。根據(jù)式(1.4),可以得到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速常用公式 (1.5) 三相異步電動(dòng)機(jī)的定子電路與轉(zhuǎn)子電路三相異步電動(dòng)機(jī)中的電磁關(guān)系同變壓器類似，定子繞組相當(dāng)于變壓器的原繞組，轉(zhuǎn)子繞組（一般是短接的）相當(dāng)于副繞組。給定子繞組接上三相電源電壓，則定子中就有三相電流通過，此三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其磁力線通過定子和轉(zhuǎn)子鐵心而閉合，這個(gè)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子和定子的每相繞組

22、中都要感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。1.2 plc技術(shù) plc= programmable logic controller，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程，是工業(yè)控制的核心部分。1.2.1 plc的發(fā)展歷史起源：1968年美國(guó)通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求。1969 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺(tái)可編程控制器 pdp14 ，在美國(guó)通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電

23、氣控制，這是第一代可編程序控制器，稱programmable，是世界上公認(rèn)的第一臺(tái)plc。1969年，美國(guó)研制出世界第一臺(tái)pdp-141971年，日本研制出第一臺(tái)dcs-81973年，德國(guó)研制出第一臺(tái)plc1974年，中國(guó)研制出第一臺(tái)plc發(fā)展：20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使plc增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。此時(shí)的plc為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為programmable logic controller（plc）。2

24、0世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、pid功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀(jì)80年代至90年代中期，是plc發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為3040%。在這時(shí)期，plc在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，plc逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過

25、程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的dcs系統(tǒng)。20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。1.2.2 plc的基本結(jié)構(gòu)plc實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本構(gòu)成為：圖1.5 s7-200 plc cpu的外形模型圖 1.電源 plc的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此plc的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%

26、）范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將plc直接連接到交流電網(wǎng)上去。 2.中央處理單元（cpu）中央處理單元（cpu）是plc的控制中樞。它按照plc系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、i/o以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)plc投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入i/o映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入i/o映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將i/o映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此

27、循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高plc的可靠性，對(duì)大型plc還采用雙cpu構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三cpu的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)cpu出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。3.存儲(chǔ)器 存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。 存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。 4.輸入輸出接口電路 現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是plc與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道。 現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用plc通過現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。 5.功能模塊 如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊。 6.通信模塊如以太網(wǎng)、rs485、prof

28、ibus-dp通訊模塊等。1.2.3 西門子s7-200系列plcs7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。 s7-200系列plc可提供4個(gè)不同的基本型號(hào)的8種cpu使用。1.cpu單元設(shè)計(jì)： 集成的24v負(fù)載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器），cpu 221，222具有180ma輸出， cpu 224，cpu 22

29、6分別輸出280，400ma?？捎米髫?fù)載電源。 2.不同的設(shè)備類型： cpu 221226各有2種類型cpu，具有不同的電源電壓和控制電壓。 3.本機(jī)數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn)： cpu 221具有6個(gè)輸入點(diǎn)和4個(gè)輸出點(diǎn)，cpu 222具有8個(gè)輸入點(diǎn)和6個(gè)輸出點(diǎn)，cpu 224具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)。cpu 226具有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)。 4.中斷輸入： 允許以極快的速度對(duì)過程信號(hào)的上升沿作出響應(yīng)。 5.高速計(jì)數(shù)器： cpu 221/222 4個(gè)高速計(jì)數(shù)器（30khz），可編程并具有復(fù)位輸入，2個(gè)獨(dú)立的輸入端可同時(shí)作加、減計(jì)數(shù)，可連接兩個(gè)相位差為90°的6.a/b相增量編碼器

30、 cpu224/226 6個(gè)高速計(jì)數(shù)器（30khz），具有cpu221/222相同的功能。 7.cpu 222/224/226： 可方便地用數(shù)字量和模擬量擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展?？墒褂梅抡嫫鳎ㄟx件）對(duì)本機(jī)輸入信號(hào)進(jìn)行仿真，用于調(diào)試用戶程序。 8.模擬電位器： cpu221/222 1個(gè) cpu224/226 2個(gè) cpu221/222/224/226還具有 9.脈沖輸出： 2路高頻率脈沖輸出（最大20khz），用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)定位任務(wù)。 10.實(shí)時(shí)時(shí)鐘： 例如為信息加注時(shí)間標(biāo)記，記錄機(jī)器運(yùn)行時(shí)間或?qū)^程進(jìn)行時(shí)間控制。 11.eeprom存儲(chǔ)器模塊（選件）： 可作為修改與拷貝程序的快速工

31、具（無(wú)需編程器），并可進(jìn)行輔助軟件歸檔工作。 12.電池模塊： 用于長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)后備。用戶數(shù)據(jù)（如標(biāo)志位狀態(tài)，數(shù)據(jù)塊，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器）可通過內(nèi)部的超級(jí)電容存貯大約5天。選用電池模塊能延長(zhǎng)存貯時(shí)間到200天（10年壽命）。電池模塊插在存儲(chǔ)器模塊的卡槽中。1.3 變頻器 變頻器是把工頻電源(50hz或60hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備。其中控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對(duì)于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來(lái)說(shuō)，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的cpu以及一些相應(yīng)的電路

32、。1.3.1 變頻器基本原理圖1.6 交流低壓直交直通用變頻器系統(tǒng)框圖 1.主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它主要由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。 （1） 整流器：最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。 （2）

33、平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡(jiǎn)單的平波回路。 （3）逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時(shí)間使6個(gè)開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型pwm逆變器為例示出開關(guān)時(shí)間和電壓波形。 2.控制電路是給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，它有頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”，將運(yùn)算電

34、路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的“驅(qū)動(dòng)電路”，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”組成。 （1） 運(yùn)算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。 （2）電壓、電流檢測(cè)電路：與主回路電位隔離檢測(cè)電壓、電流等。 （3）驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。 （4）速度檢測(cè)電路:以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸機(jī)上的速度檢測(cè)器(tg、plg等)的信號(hào)為速度信號(hào)，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。 （5）保護(hù)電路:檢測(cè)主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制

35、電壓、電流值。圖1.7 變頻器主電路1.3.2 變頻器調(diào)速基本原理變頻調(diào)速是通過改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的。當(dāng)在定子繞組上接入三相交流電時(shí)，在定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，它與轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，出現(xiàn)感應(yīng)電流，此電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。電機(jī)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速，用n表示： n=60f/p(r/min) （1.6）式中：f三相交流電源頻率，一般為50hz；p磁極對(duì)數(shù)。當(dāng)p=1時(shí)，n=3000r/min；p=2時(shí)，n=1500r/min?？梢姶艠O對(duì)數(shù)p越多，轉(zhuǎn)速n越慢。轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速n比磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速n要慢一點(diǎn)

36、，所以稱為異步電機(jī)，這個(gè)差別用轉(zhuǎn)差率s表示： s=n1n）/n1×100% （1.7)當(dāng)加上電源轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動(dòng)瞬間，n=0，這時(shí)s=1；起動(dòng)后的極端情況n=n，則s=0，即s在01之間變化。一般異步電機(jī)在額定負(fù)載下的s=（16）%。綜合式（1.6）和式（1.7）可以得出 n=60f（1s）/p (1.8) 由式(1.8)可以看出，對(duì)于成品電機(jī)，其磁極對(duì)數(shù)p已經(jīng)確定，轉(zhuǎn)差率s變化不大，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f成正比，因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到異步電機(jī)調(diào)速的目的。1.4 人機(jī)交互界面與西門子smartline1.4.1 人機(jī)交互界面 hmi是human ma

37、chine interface 的縮寫，“人機(jī)接口”，也叫人機(jī)界面。人機(jī)界面（又稱用戶界面或使用者界面）是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介， 它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。凡參與人機(jī)信息交流的領(lǐng)域都存在著人機(jī)界面。 1.人機(jī)界面（hmi）產(chǎn)品的組成及工作原理 人機(jī)界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元等，其中處理器的性能決定了hmi 產(chǎn)品的性能高低，是hmi的核心單元。根據(jù)hmi的產(chǎn)品等級(jí)不同，處理器可分別選用8位、16位、32位的處理器。hmi軟件一般分為兩部分，即運(yùn)行于 hmi硬件中的系統(tǒng)軟件和運(yùn)行于pc機(jī)w

38、indows操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件（如wincc flexible畫面組態(tài)軟件）。使用者都必須先使用hmi的畫面組態(tài)軟件制作“工程文件”，再通過pc機(jī)和hmi 產(chǎn)品的串行通訊口，把編制好的“工程文件”下載到hmi的處理器中運(yùn)行。 2.人機(jī)界面產(chǎn)品分類薄膜鍵輸入的hmi，顯示尺寸小于5.7，屬初級(jí)產(chǎn)品。如pophmi 小型人機(jī)界面觸摸屏輸入的hmi，顯示屏尺寸為5.712.1，屬中級(jí)產(chǎn)品基于平板pc計(jì)算機(jī)的、多種通訊口的、高性能hmi，顯示尺寸大于10.4，屬高端產(chǎn)品 3.人機(jī)界面的使用方法明確監(jiān)控任務(wù)要求，選擇適合的hmi產(chǎn)品在pc機(jī)上用畫面組態(tài)軟件編輯“工程文件”測(cè)試并保存已編輯好的“工程

39、文件”pc機(jī)連接hmi硬件，下載“工程文件”到hmi中連接hmi和工業(yè)控制器（如plc、儀表等），實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互1.4.2 西門子smartline如今，人機(jī)界面已經(jīng)成為大多數(shù)工業(yè)機(jī)械設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)配置，尤其在使用小型機(jī)器和簡(jiǎn)單應(yīng)用時(shí)，成本成了關(guān)鍵因素。西門子順應(yīng)市場(chǎng)需求推出的全新 simatic 精彩系列面板smartline，準(zhǔn)確地提供了人機(jī)界面的標(biāo)準(zhǔn)功能，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，具備高性價(jià)比。精彩系列面板采用全新的高分辨率16:9 寬屏液晶顯示和先進(jìn)的工業(yè)設(shè)計(jì)理念，使設(shè)備操作變得更加輕松快捷，引領(lǐng)人機(jī)界面產(chǎn)品進(jìn)入高分辨率寬屏顯示時(shí)代。第2章 plc編程軟件與hmi組態(tài)軟件2.1 step7-micro/wi

40、n2.1.1軟件介紹s7-200 plc的編程軟件為step7-micro/win，它以plc的用戶程序編輯功能為主（包括符號(hào)表編輯），可用于plc用戶程序的編輯與監(jiān)控，可使用多種語(yǔ)言文字。step7-micro/win軟件使用較簡(jiǎn)單，s7-200用戶程序用的邏輯處理、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、數(shù)學(xué)運(yùn)算、通信指令的編輯工具都已集成在軟件中；軟件也可用于程序的在線編輯、狀態(tài)監(jiān)視、變量強(qiáng)制等操作。step7-micro/win軟件可以使用simatic與iec61131-3兩種指令系統(tǒng)編程。simatic系統(tǒng)的功能較豐富，可實(shí)現(xiàn)全部功能，其程序編輯可用梯形圖（lad）、指令表（stl）、邏輯功能塊圖（fbd

41、)3種編程語(yǔ)言，并能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。iec61131-3系統(tǒng)只能用梯形圖、邏輯功能塊圖編程，不能使用指令表，也不能使用部分s7-200功能指令。2.1.2 程序組織 程序結(jié)構(gòu)的組織是確定已有子程序、中斷程序的執(zhí)行次序。對(duì)于分塊結(jié)構(gòu)的程序，應(yīng)在完成全部程序編輯后，在主程序ob1上進(jìn)行組織。在主程序ob1上，首先編輯子程序、中斷程序的調(diào)用條件，然后打開指令數(shù)中的“指令文件夾”、選擇“指令分類文件夾”，并栓劑相應(yīng)的子程序號(hào)，即可輸入子程序、中斷程序的調(diào)用指令。2.1.3 程序編輯要點(diǎn)step7-micro/win編程軟件的梯形圖以“網(wǎng)絡(luò)”為單位進(jìn)行處理，程序段的注釋也以網(wǎng)絡(luò)為單位進(jìn)行，網(wǎng)絡(luò)的編號(hào)可由編

42、輯軟件自動(dòng)生成。step7-micro/win對(duì)網(wǎng)絡(luò)有以下規(guī)定的格式要求。（1） 同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有編程元件都必須且只能用梯形圖上的連線連接，僅通過主母線連接的程序塊不能編寫在同一網(wǎng)絡(luò)中。（2） 為了減少程序中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)、簡(jiǎn)化程序、方便程序閱讀與注釋，有時(shí)需要將相互關(guān)聯(lián)的程序塊組合到同一網(wǎng)絡(luò)中，這時(shí)應(yīng)通過狀態(tài)恒為“1”的觸點(diǎn)sm0.0，在網(wǎng)絡(luò)中建立一條子母線來(lái)連接不同的程序塊。（3） 網(wǎng)絡(luò)原則上應(yīng)以直接連接于主母線的觸點(diǎn)為起始，即使實(shí)際程序塊并不需要觸電，但為了滿足格式的要求，編程時(shí)也需要插入狀態(tài)恒為“1”的觸點(diǎn)sm0.0。2.1.4 plc監(jiān)控 1.plc工作模式plc由stop(停止）和run

43、(運(yùn)行）兩種基本工作模式。可以通過cpu模塊上的模式轉(zhuǎn)換開關(guān)控制plc的stop與run。但是，當(dāng)plc操作系統(tǒng)檢測(cè)到重大錯(cuò)誤時(shí)，將強(qiáng)制從run模式轉(zhuǎn)入stop模式。stop模式可用編程計(jì)算機(jī)直接編輯plc中的程序，但不執(zhí)行plc程序；run模式不但可以執(zhí)行程序，還可編輯和監(jiān)控plc程序的狀態(tài)。通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控plc工作狀態(tài)時(shí)，cpu模塊上的轉(zhuǎn)換開關(guān)應(yīng)設(shè)為“term”或“run”模式。模式term不會(huì)改變plc原有的操作模式，但可通過編程計(jì)算機(jī)改變plc的操作模式。2. plc監(jiān)控可通過主菜單“調(diào)試”選項(xiàng)，監(jiān)視、讀取、寫入和強(qiáng)制寫入plc狀態(tài)。監(jiān)視和調(diào)試功能可在程序編輯器中顯示，也可以狀態(tài)圖的形

44、式顯示。（1） 程序編輯器監(jiān)控選擇主菜單“調(diào)試”上的“使用執(zhí)行狀態(tài)”選項(xiàng)，單擊工具條中的“程序狀態(tài)監(jiān)控”快捷按鈕或選擇主菜單命令“調(diào)試”“程序狀態(tài)”，可在程序編輯器中監(jiān)控plc的實(shí)際執(zhí)行狀態(tài)。plc所顯示的狀態(tài)時(shí)plc循環(huán)掃描完成后的元件狀態(tài)。編輯元件中出現(xiàn)綠色只是表明該編程元件接通，紅色表示指令有誤，灰色表示指令未被掃描（跳過或未調(diào)用）。（2） 狀態(tài)圖監(jiān)控單擊瀏覽條上的“狀態(tài)圖”圖標(biāo)或選擇主菜單“檢視”“元件”“狀態(tài)圖”可打開狀態(tài)圖監(jiān)控頁(yè)面。在狀態(tài)圖監(jiān)控頁(yè)面的“地址”欄輸入需要監(jiān)控的操作數(shù)（信號(hào)）地址，并右擊相應(yīng)的單元格，進(jìn)行信號(hào)地質(zhì)的插入、刪除等操作。利用工具條中的“狀態(tài)圖顯示”按鈕，可對(duì)

45、輸入的地址進(jìn)行重新排列。信號(hào)的狀態(tài)將在狀態(tài)圖的“現(xiàn)行值”欄中顯示。當(dāng)plc處于“stop”模式時(shí)，顯示的是plc程序執(zhí)行前的初始值或條件；當(dāng)plc處于“run”模式時(shí)，則可連續(xù)監(jiān)控執(zhí)行過程中的狀態(tài)。2.2 wincc flexible組態(tài)軟件wincc flexible是一種前瞻性的面向機(jī)器的自動(dòng)化概念的hmi軟件，它具有舒適而高效的設(shè)計(jì)。2.2.1 wincc flexible簡(jiǎn)介wincc flexible是用于所有組態(tài)任務(wù)的工程系統(tǒng)。wincc flexible采用模塊化的設(shè)計(jì)。隨著版本的逐步升高，所支持的設(shè)備范圍以及wincc flexible的功能都得到了擴(kuò)展。1. 原理在wincc

46、 flexible中創(chuàng)建新項(xiàng)目或打開現(xiàn)有項(xiàng)目時(shí)，wincc flexible環(huán)境將在您的編程計(jì)算機(jī)的屏幕上打開。在“項(xiàng)目視圖”中顯示項(xiàng)目結(jié)構(gòu)，并可對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行管理。wincc flexible為每一項(xiàng)組態(tài)任務(wù)提供專門的編輯器。例如，在“畫面”編輯器中組態(tài)hmi設(shè)備的gui?；蛘呤褂谩半x散量報(bào)警”編輯器組態(tài)報(bào)警。所有與項(xiàng)目相關(guān)的組態(tài)數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)中。2. 組態(tài)支持 wincc flexible用于組態(tài)用戶界面以操作和監(jiān)視機(jī)器與設(shè)備。wincc flexible提供了對(duì)面向解決方案概念的組態(tài)任務(wù)的支持。例如，這會(huì)涉及到批量數(shù)據(jù)的處理、自動(dòng)傳送、甚至是運(yùn)動(dòng)路徑的智能組態(tài)問題。2.2.2 win

47、cc flexible的組件 1.wincc flexible工程系統(tǒng) wincc flexible工程系統(tǒng)是用于處理所有基本組態(tài)任務(wù)的軟件。wincc flexible版本決定了在simatic hmi系列中可以組態(tài)哪些hmi設(shè)備。 2.wincc flexible運(yùn)行系統(tǒng) wincc flexible運(yùn)行系統(tǒng)是用于過程可視化的軟件。在運(yùn)行系統(tǒng)中，您可以在過程模式下執(zhí)行項(xiàng)目。 3.wincc flexible選件 wincc flexible選件可以擴(kuò)展wincc flexible的標(biāo)準(zhǔn)功能。每個(gè)選件需要一個(gè)單獨(dú)的許可證。第3章 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路 系統(tǒng)主要由三個(gè)部分構(gòu)

48、成，即可編程邏輯控制器件plc、變頻器和電機(jī)。首先通過設(shè)置給定輸入給plc，再通過plc控制變頻器，再經(jīng)由變頻器來(lái)控制電機(jī)，隨后將電機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋給plc，經(jīng)比較后輸出給變頻器從而實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速。具體如下圖所示：-速度給定速度反饋信號(hào)+plc（pid）變頻調(diào)速系統(tǒng)電機(jī)圖3.1 速度閉環(huán)控制的機(jī)構(gòu)控制圖3.2 變頻器參數(shù)設(shè)置在本系統(tǒng)中，選用了由西門子生產(chǎn)的通用變頻器g120。為滿足設(shè)計(jì)的要求，需要對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定如下參數(shù)號(hào)名稱設(shè)置功能p700選擇命令源2由端子排輸入p701數(shù)字輸入0的功能0禁止數(shù)字輸入p702數(shù)字輸入1的功能1on/off1（接通正轉(zhuǎn)）p703數(shù)字輸入2的功能2on/

49、off1（接通反轉(zhuǎn)）p1000選擇頻率設(shè)定值的來(lái)源2模擬量 設(shè)定值表3.1 變頻器參數(shù)設(shè)置3.3 轉(zhuǎn)速控制外部硬件連接圖圖3.2 外部電路連接圖3.4 plc程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)采用閉環(huán)控制方式來(lái)控制電機(jī)的調(diào)速，在編寫程序的時(shí)候可以分為三部分：主程序、中斷程序和子程序。 主程序： 主要是用來(lái)啟動(dòng)中斷程序以及控制量的輸入和子程序的調(diào)用。 中斷程序：調(diào)用pid指令進(jìn)行運(yùn)算以及數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換。 子程序：初始化hsc，中斷程序參數(shù)設(shè)置，pid參數(shù)設(shè)置3.4.1 pid算法圖3.3 pid控制原理圖plc的pid控制器設(shè)計(jì)是以連續(xù)系統(tǒng)pid控制規(guī)律為基礎(chǔ)，經(jīng)采樣將其數(shù)字化寫成離散形式pid控制方程，再根據(jù)離散

50、方程進(jìn)行控制程序設(shè)計(jì)。典型的pid算法包括3項(xiàng)，比例項(xiàng)、積分項(xiàng)和微分項(xiàng)。即：輸出比例項(xiàng)積分項(xiàng)微分項(xiàng)。計(jì)算機(jī)在周期性地采樣并離散化后進(jìn)行pid運(yùn)算，算法如下：mn=kc*（spn-pvn）+kc*（ts/ti）*（spn-pvn）+mx+kc*（td/ts）*（pvn-1-pvn）（3.1）比例項(xiàng)kc*（spn-pvn）：能及時(shí)地產(chǎn)生與偏差（spn-pvn）成正比的調(diào)節(jié)作用，比例系數(shù)kc越大，比例調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定精度越高，但kc過大會(huì)使系統(tǒng)的輸出量振蕩加劇，穩(wěn)定性降低。積分項(xiàng)kc*（ts/ti）*（spn-pvn）+mx：與偏差有關(guān)，只要偏差不為0，pid控制的輸出就會(huì)因積分作用而不

51、斷變化，直到偏差消失，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，所以積分的作用是消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度，但積分的動(dòng)作較慢，給系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定帶來(lái)不良影響，很少單獨(dú)使用。積分時(shí)間常數(shù)ti增大，積分作用越強(qiáng)，消除穩(wěn)態(tài)誤差的速度減慢。微分項(xiàng)kc*（td/ts）*（pvn-1-pvn）：根據(jù)誤差變化的速度（即誤差的微分）進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有超前和預(yù)測(cè)的特點(diǎn)。微分時(shí)間常數(shù)td增大時(shí)，超調(diào)量減少，動(dòng)態(tài)性能得到改善，但td過大，系統(tǒng)輸出量在接近穩(wěn)態(tài)時(shí)可能上升緩慢。許多控制系統(tǒng)內(nèi)，可能只需要p、i、d中的一種或兩種控制類型。如可能只要求比例控制或比例與積分控制，通過設(shè)置參數(shù)可對(duì)回路進(jìn)行控制類型進(jìn)行選擇。3.4.2 內(nèi)存變量分配表1、程序

52、地址分配地址說(shuō)明vd20目標(biāo)速度設(shè)定存放地址vd300當(dāng)前實(shí)際速度存放地址表3.2 程序地址分配表2、 pid指令回路表地址名稱說(shuō)明vd200過程變量（pvn）必須在0.01.0之間vd204給定值（spn）必須在0.01.0之間vd208輸出值（mn）必須在0.01.0之間vd212增益（kc）比例常數(shù)，可正可負(fù)vd216采樣時(shí)間（ts）單位為s，必須是正數(shù)vd220采樣時(shí)間（ti）單位為min，必須是正數(shù)vd224微分時(shí)間（td）單位為min，必須是正數(shù)表3.3 pid指令分配表3.4.3 速度反饋設(shè)計(jì) 構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)就要把速度信息反饋給輸入。速度的測(cè)量可以通過光電編碼器和plc來(lái)實(shí)現(xiàn)。 速度采集：s7-200具有高速脈沖采集功能，采集頻率可以達(dá)到30khz，共有6個(gè)高速計(jì)數(shù)器（hsc0hsc5）工作模式有12種。在固定時(shí)間間隔內(nèi)采集脈沖差值，通過計(jì)算既可以獲得電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速。本次設(shè)計(jì)中：采樣周期為1s