機電控制技術(shù)課程設(shè)計紡織機械同步傳動測控系統(tǒng)的設(shè)計

1、 xxxxxx電控制技術(shù)課程設(shè)計紡織機械同步傳動測控系統(tǒng)的設(shè)計單 位：機電學(xué)院姓 名：xx指導(dǎo)教師：xxxxx2011年 1 月7日機電控制技術(shù)課程設(shè)計摘要可編程序控制器（plc）是20世紀60年代以來發(fā)展極為迅速的一種新型工業(yè)控制裝置，其應(yīng)用越來越廣泛。我國的plc產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)經(jīng)歷了三個階段：順序控制器（19731979）；一位處理器為主的工業(yè)控制器（19791985）；8位微處理器為主的可編程序控制器（1985以后）。在對外開放政策的推動下，國外plc產(chǎn)品大量進入我國市場，一部分隨成套設(shè)備進口。如寶鋼一、二期工程就引進了500多套，還有咸陽顯象管廠、秦皇島煤碼頭、汽車廠等?，F(xiàn)在，plc

2、在國內(nèi)的各行各業(yè)也有了極大的應(yīng)用，技術(shù)含量也越來越高。21世紀，plc會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計算機集散控制系統(tǒng)dcs（distributed control system）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。

3、伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。本次課程設(shè)計采用的是西門子公司的s7-200系列可編程控制器，這是一種緊湊型可編程控制器，系統(tǒng)的硬件構(gòu)架由豐富的cpu模塊和擴展模塊組成，可滿足各種設(shè)備的自動化控制的需要。其特點事指令豐富，功能強大，可靠性高，適應(yīng)性好，性價比高。故此為目前世界上比較優(yōu)秀的可編程控制器型號之一。掌握西門子公司s7-200系列可編程控制器的指令系統(tǒng)，對于程序的設(shè)計有著重要的意義。課程設(shè)計主要是將理論知識聯(lián)系實際，模擬真實工程進行操作，通過課程設(shè)計了解plc開發(fā)的過程和實際過程中可能遇

4、到的問題，從而對所學(xué)習(xí)的知識進行鞏固和拓展。本次課程設(shè)計著重學(xué)習(xí)編程思路思想和聯(lián)系實際對產(chǎn)品進行操作的能力。關(guān)鍵詞：可編程控制器；plc；課程設(shè)計；應(yīng)用；西門子s7-200。 31機電控制技術(shù)課程設(shè)計目錄1前言.51.1 概述51.1.1 課程設(shè)計的目的.51.1.2 課程設(shè)計的主要過程.51.1.3 課程設(shè)計的主要內(nèi)容.52 課程設(shè)計任務(wù).52.1 紡織機械同步傳動控制系統(tǒng).52.1.1 任務(wù)描述.62.1.2 控制任務(wù)和要求.63 控制方案的選擇.74 i/o分配表 .85 plc接線圖及電氣原理圖85.1 plc接線圖85.2 電氣原理圖86 控制系統(tǒng)的流程圖及編程梯形圖.106.1 控

5、制系統(tǒng)的流程圖106.2 編程梯形圖見附錄一107 調(diào)試說明118 結(jié)束語12附錄1 程序梯形圖.14附錄2 控制面板19附錄3 電控柜圖20附錄4 plc接線圖21附錄5 電氣原理圖 22參考文獻30機電傳動控制課程設(shè)計1 前言1.1 概述此次課程設(shè)計的主要目的是通過對紡織機械同步傳送控制系統(tǒng)的設(shè)計研究，進一步掌握西門子s7-200系列可編程控制器的編程和應(yīng)用。課程設(shè)計共有兩周，要完成設(shè)計并寫出完整實習(xí)報告。1.1.1 課程設(shè)計的目的課程設(shè)計在整個教學(xué)過程中，是一個非常重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，尤其在掌握機電傳動控制技術(shù)時，僅僅了解工作原理和控制的指令系統(tǒng)是遠遠不夠的。為最大限度的滿足生產(chǎn)工藝和

6、機械設(shè)備的要求， 就需要結(jié)合機電傳動控制和應(yīng)用技術(shù)的特點，進行初步的工程訓(xùn)練。機電傳動控制得課程設(shè)計的主要目的，是通過對某個簡單的自動化生產(chǎn)設(shè)備、某條簡單的自動化生產(chǎn)線、某些簡單的工藝過程的調(diào)查研究，使學(xué)生明確生產(chǎn)工藝對電氣控制提出的各項要求。根據(jù)這些要求，進行節(jié)本得原理設(shè)計、工藝設(shè)計和操作設(shè)計，使學(xué)生在課程設(shè)計的全過程中，進一步明確設(shè)計任務(wù)中的各項要求，建立課程設(shè)計工作的整體概念，從工程環(huán)境、實現(xiàn)手段和操作方式的各個環(huán)節(jié)入手來設(shè)計控制程系統(tǒng)，通過不斷的調(diào)試和完善軟硬件設(shè)計，最終能夠滿足這些要求。課程設(shè)計以培養(yǎng)工程應(yīng)用能力為主，在獨立完成設(shè)計任務(wù)的同時，還要進行多方面能力的培養(yǎng)和提高，為畢業(yè)設(shè)

7、計以及畢業(yè)后的工作能力打下良好的基礎(chǔ)。1.1.2 課程設(shè)計的主要過程本次課程設(shè)計共兩周，第一周學(xué)習(xí)plc編程的思路及方法，對課程設(shè)計的課題進行整體構(gòu)想和大概規(guī)劃，并對課設(shè)程序的主體進行設(shè)計和初步調(diào)試。第二周在老師的指導(dǎo)和與同學(xué)的交流過程中對程序不合適的地方進行改進，并在模擬器上進行調(diào)試運行。待程序運行無誤完成所要求功能后，設(shè)計電氣原理圖，用autocad畫出，并記下相關(guān)元器件的型號，規(guī)格等，寫出心得體會，完成課程設(shè)計報告。1.1.3 課程設(shè)計的主要內(nèi)容 本課程設(shè)計主要介紹了紡織機械同步控制系統(tǒng)的工作原理，plc的造型和資源的配置、控制系統(tǒng)程序設(shè)計與調(diào)試、控制系統(tǒng)plc程序。根據(jù)紡織機械同步控制

8、系統(tǒng)的工作原理，利用可編程程序控制器plc實現(xiàn)控制，說明了plc控制的原理、特點及控制紡織機械的特色。2 課程設(shè)計任務(wù)2.1 紡織機械同步傳動控制系統(tǒng)2.1.1 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，控制部分采用西門子s7-224plc控制5個三相變頻電機，實現(xiàn)紡織布料在該系統(tǒng)中自左向右同步傳動和不相等的提速降速。2.1.2 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，布料按一個初始速度自左向右運行；（4）一直按下升速按鈕，布

9、料運行速度持續(xù)上升（上升到上限不再上升）；一直按降速按鈕，布料運行速度持續(xù)下降（下降到下限不再下降）；（5）按停止按鈕，系統(tǒng)停止運行；（6）按急停按鈕，系統(tǒng)立即停止運行，plc同時停止。3 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

10、。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?xí)瓟嗖?。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

11、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 s7-224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）

12、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s7224 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。4 i/o分配表輸入地址說明功能i0.0按鈕sb1電動機啟動i0.1按鈕sb2電動機升速i0.2按鈕sb3電動機降速i0.3按鈕sb4電動機停止i0.4按鈕sb5電動機

13、急停輸出q0.0k1電機1正轉(zhuǎn)q0.0hl1電機1指示燈q0.1k2電機2正轉(zhuǎn)q0.1hl2電機2指示燈q0.2k3電機3正轉(zhuǎn)q0.2hl3電機3指示燈q0.3k4電機4正轉(zhuǎn)q0.3hl4電機4指示燈q0.4k5電機5正轉(zhuǎn)q0.4hl5電機5指示燈5 plc接線圖及電氣原理圖5.1 plc接線圖見附錄四5.2 電氣原理圖見附錄五6 控制系統(tǒng)的流程圖及編程梯形圖6.1 控制系統(tǒng)的流程圖6.2 編程梯形圖見附錄一7 調(diào)試說明編制好程序后，對程序進行認真的調(diào)試。用step 7-micro_win 模擬器2.0進行調(diào)試，將編好的plc程序?qū)胫?，按下停止按鈕sb4在模擬器模擬量擴展模塊窗口可以觀察到

14、aqwo、aqw2、aqw4 、aqw6、aqw8的值為當前值而從實際考慮輸出應(yīng)為零，此時在原程序中需在i0.3常開后通過mov_w指令將0賦予aqw0等，而不是將0.0通過mov_r賦予adw200，adw300,adw400,adw500,adw600之中。在實際運行過程中若出現(xiàn)緊急情況時， plc也應(yīng)停下，這樣即使有人誤操作時電機也不能啟動，所以出于安全考慮，應(yīng)在程序中加入急停指令。在step 7-micro_win 模擬器2.0中使plc運行在run狀態(tài)，將i0.0置1以后可以觀察到模擬量輸出模塊窗口aqw0等快速上升到一定數(shù)值，將i0.2置1電動機轉(zhuǎn)速增大，aqw0等數(shù)值會逐漸上升到

15、一定值，同理，將i0.1置0再將i0.2置1電動機轉(zhuǎn)速降低，在這兩個控制過程中，二者互鎖，且模擬量輸出的前一個數(shù)值均比后一個數(shù)值小，將i0.3置1以后各個模擬量輸出數(shù)值均為0，電動機停止運轉(zhuǎn)，將i0.4置1以后plc處于stop狀態(tài)，實現(xiàn)急停功能。經(jīng)過調(diào)試可知程序無誤。8 結(jié)束語在課程設(shè)計之前，我對plc的了解并不很深。可是經(jīng)過了內(nèi)容如此豐富緊湊的兩周后，我對plc的原理，流程以及其應(yīng)用前景了解了很多。可以說隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生，給人們的生活帶來了根本性的變化，如果說微型計算機的出現(xiàn)使現(xiàn)代的科學(xué)研究得到了質(zhì)的飛躍，那么可編程控制器的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)控制測控領(lǐng)域帶

16、來了一次新的革命。我深感這是一個有著無比巨大市場的科技產(chǎn)品。這個學(xué)期學(xué)習(xí)了機電傳動控制，在學(xué)期末做機電控制技術(shù)的課程設(shè)計，算得上是溫故知新，并且學(xué)以致用，而且非常及時。關(guān)于這次課程設(shè)計，我認為最值得放大部分心思在上面的就是plc控制程序的編寫與調(diào)試，因為這是所有環(huán)節(jié)中最關(guān)鍵的部分。一旦編寫順利，調(diào)試成功，后面畫接線圖、流程圖等等都會非常順利。因此，本來對編程不是很熟悉的我努力去學(xué)習(xí)編程方法和思路，遇到不懂的地方就請教會的同學(xué)，雖然還是比較慢，可是最終也編出了自己的程序，并且調(diào)試成功。而且通過程序的編制，也對紡織機械的工作原理和過程有了詳盡的了解，因此畫起圖來也會事半功倍，對整個事情都會很明白。

17、這也是我對此次課程設(shè)計報以的期望，如果整個課程設(shè)計下來，我迷迷糊糊什么都不明白，湊合湊合過去了，那不如不參加這次課程設(shè)計。這次課程設(shè)計讓我學(xué)到了很多，不僅僅是關(guān)于這門課程的專業(yè)知識，更多的是學(xué)習(xí)過程中的方法與態(tài)度的問題。思考要嚴密謹慎，考慮問題要嚴密周到。這次通過實踐，我想到了以后的工作，當走到社會上真正開始工作的時候，是沒有這么多機會允許我們犯錯誤的。注重細節(jié)才能成就大事件。做人要有毅力做事要有耐心。經(jīng)過了這兩周的課程設(shè)計，我的成果也不能說完美，但是我已經(jīng)盡力了，當然也要感謝老師的耐心指導(dǎo)和同學(xué)們的熱心幫助，有了你們，才有了我這兩周的充實的生活，才能讓我學(xué)到這么多學(xué)習(xí)上和生活中的知識和道理。

18、附錄1 程序梯形圖附錄2 控制面板符號名稱型號sb1啟動按鈕la39sb2升速按鈕la39sb3降速按鈕la39sb4停止按鈕la39sb5急停按鈕la39附錄3 電控柜圖電控柜中第一排是q1-q8八個空開及熔斷器和濾波器，第二排是5個變頻器，第三排為s7-224plc、三個模擬量輸出模塊、變壓器及五個變頻器，最下面是接線端子。附錄4 plc接線圖附錄5 電氣原理圖plc使用220v交流供電，所以用380：220變壓器變壓再通過濾波器使電壓穩(wěn)定。柜內(nèi)照明燈使用行程開關(guān)控制并接保險絲開柜即亮。符號名稱型號q1空開dz47-60q7空開dz47-6312變壓器q8空開bkn c2lb濾波器dl-6

19、d1fu熔斷器rt18-32sq行程開關(guān)jlxk1-311三個plc模擬量輸出模塊輸出五個0-10v的模擬量m1v1，m2v2，m3v3，m4v4，m5v5。符號名稱型號em232模擬量輸出模塊6es7232-ohb22-oxaoem232模擬量輸出模塊6es7232-ohb22-oxaoem232模擬量輸出模塊6es7232-ohb22-oxao變頻器1：線1l1，1l2，1l3經(jīng)空開q2后給變頻器vti和風(fēng)扇f1供電，變頻器u，v，w端接電機m1控制其轉(zhuǎn)速。模擬量輸出模塊的v1,m1接變頻器ain+，ain-控制其變頻，從而改變電動機m1轉(zhuǎn)速。符號名稱型號q2空開dz47-60vt1變頻器m1電動機1yvp802-41f1風(fēng)扇1gy80a變頻器2：線1l1，1l2，1l3經(jīng)空開q2后給變頻器vt2和風(fēng)扇f2供電，變頻器u，v，w端接電機m2控制其轉(zhuǎn)速。模擬量輸出模塊的v2,m2接變頻器ain+，ain-控制其變頻，從而改變電動機m2轉(zhuǎn)