機(jī)電控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)紡織機(jī)械同步傳動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、 xxxxxx電控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)紡織機(jī)械同步傳動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)單 位：機(jī)電學(xué)院姓 名：xx指導(dǎo)教師：xxxxx2011年 1 月7日機(jī)電控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)摘要可編程序控制器（plc）是20世紀(jì)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(gè)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(duì)外開放政策的推動(dòng)下，國外plc產(chǎn)品大量進(jìn)入我國市場(chǎng)，一部分隨成套設(shè)備進(jìn)口。如寶鋼一、二期工程就引進(jìn)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(jì)，plc會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)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(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)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(jì)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(kuò)展模塊組成，可滿足各種設(shè)備的自動(dòng)化控制的需要。其特點(diǎn)事指令豐富，功能強(qiáng)大，可靠性高，適應(yīng)性好，性價(jià)比高。故此為目前世界上比較優(yōu)秀的可編程控制器型號(hào)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(duì)于程序的設(shè)計(jì)有著重要的意義。課程設(shè)計(jì)主要是將理論知識(shí)聯(lián)系實(shí)際，模擬真實(shí)工程進(jìn)行操作，通過課程設(shè)計(jì)了解plc開發(fā)的過程和實(shí)際過程中可能遇

4、到的問題，從而對(duì)所學(xué)習(xí)的知識(shí)進(jìn)行鞏固和拓展。本次課程設(shè)計(jì)著重學(xué)習(xí)編程思路思想和聯(lián)系實(shí)際對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行操作的能力。關(guān)鍵詞：可編程控制器；plc；課程設(shè)計(jì)；應(yīng)用；西門子s7-200。 31機(jī)電控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)目錄1前言.51.1 概述51.1.1 課程設(shè)計(jì)的目的.51.1.2 課程設(shè)計(jì)的主要過程.51.1.3 課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容.52 課程設(shè)計(jì)任務(wù).52.1 紡織機(jī)械同步傳動(dòng)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(xiàn)30機(jī)電傳動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)1 前言1.1 概述此次課程設(shè)計(jì)的主要目的是通過對(duì)紡織機(jī)械同步傳送控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，進(jìn)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(jì)共有兩周，要完成設(shè)計(jì)并寫出完整實(shí)習(xí)報(bào)告。1.1.1 課程設(shè)計(jì)的目的課程設(shè)計(jì)在整個(gè)教學(xué)過程中，是一個(gè)非常重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，尤其在掌握機(jī)電傳動(dòng)控制技術(shù)時(shí)，僅僅了解工作原理和控制的指令系統(tǒng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。為最大限度的滿足生產(chǎn)工藝和

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

7、計(jì)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(jì)的主要過程本次課程設(shè)計(jì)共兩周，第一周學(xué)習(xí)plc編程的思路及方法，對(duì)課程設(shè)計(jì)的課題進(jìn)行整體構(gòu)想和大概規(guī)劃，并對(duì)課設(shè)程序的主體進(jìn)行設(shè)計(jì)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(duì)程序不合適的地方進(jìn)行改進(jìn)，并在模擬器上進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。待程序運(yùn)行無誤完成所要求功能后，設(shè)計(jì)電氣原理圖，用autocad畫出，并記下相關(guān)元器件的型號(hào)，規(guī)格等，寫出心得體會(huì)，完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。1.1.3 課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本課程設(shè)計(jì)主要介紹了紡織機(jī)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(jì)與調(diào)試、控制系統(tǒng)plc程序。根據(jù)紡織機(jī)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(shí)現(xiàn)控制，說明了plc控制的原理、特點(diǎn)及控制紡織機(jī)械的特色。2 課程設(shè)計(jì)任務(wù)2.1 紡織機(jī)械同步傳動(dòng)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(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，控制部分采用西門子s7-224plc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)中自左向右同步傳動(dòng)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(hào)；（2）變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍01500r/min；（3）按下啟動(dòng)按鈕，布料按一個(gè)初始速度自左向右運(yùn)行；（4）一直按下升速按鈕，布

9、料運(yùn)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(yùn)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(yùn)行；（6）按急停按鈕，系統(tǒng)立即停止運(yùn)行，plc同時(shí)停止。3 控制方案的選擇交流電機(jī)按品種分同步電機(jī)、異步電機(jī)兩大類。同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速ns與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(duì)數(shù)(p)之間有嚴(yán)格的關(guān)系 nsf/p在中國，電源頻率為50hz，所以三相交流電機(jī)中一對(duì)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(duì)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(chǎng)的轉(zhuǎn)速，異步之名由此而來

10、。異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(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。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(huì)影響布的質(zhì)量甚至?xí)瓟嗖?。從工程?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

11、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。在本設(shè)計(jì)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(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。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(hào)從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作。當(dāng)按下升（降）

12、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(huì)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(gè)模擬量輸出擴(kuò)展模塊、五個(gè)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(dòng)機(jī)啟動(dòng)i0.1按鈕sb2電動(dòng)機(jī)升速i0.2按鈕sb3電動(dòng)機(jī)降速i0.3按鈕sb4電動(dòng)機(jī)停止i0.4按鈕sb5電動(dòng)機(jī)

13、急停輸出q0.0k1電機(jī)1正轉(zhuǎn)q0.0hl1電機(jī)1指示燈q0.1k2電機(jī)2正轉(zhuǎn)q0.1hl2電機(jī)2指示燈q0.2k3電機(jī)3正轉(zhuǎn)q0.2hl3電機(jī)3指示燈q0.3k4電機(jī)4正轉(zhuǎn)q0.3hl4電機(jī)4指示燈q0.4k5電機(jī)5正轉(zhuǎn)q0.4hl5電機(jī)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(duì)程序進(jìn)行認(rèn)真的調(diào)試。用step 7-micro_win 模擬器2.0進(jìn)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(kuò)展模塊窗口可以觀察到

14、aqwo、aqw2、aqw4 、aqw6、aqw8的值為當(dāng)前值而從實(shí)際考慮輸出應(yīng)為零，此時(shí)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(shí)際運(yùn)行過程中若出現(xiàn)緊急情況時(shí)， plc也應(yīng)停下，這樣即使有人誤操作時(shí)電機(jī)也不能啟動(dòng)，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(yùn)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增大，aqw0等數(shù)值會(huì)逐漸上升到

15、一定值，同理，將i0.1置0再將i0.2置1電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，在這兩個(gè)控制過程中，二者互鎖，且模擬量輸出的前一個(gè)數(shù)值均比后一個(gè)數(shù)值小，將i0.3置1以后各個(gè)模擬量輸出數(shù)值均為0，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，將i0.4置1以后plc處于stop狀態(tài)，實(shí)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(jì)之前，我對(duì)plc的了解并不很深?？墒墙?jīng)過了內(nèi)容如此豐富緊湊的兩周后，我對(duì)plc的原理，流程以及其應(yīng)用前景了解了很多?？梢哉f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(jì)算機(jī)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(cè)控領(lǐng)域帶

16、來了一次新的革命。我深感這是一個(gè)有著無比巨大市場(chǎng)的科技產(chǎn)品。這個(gè)學(xué)期學(xué)習(xí)了機(jī)電傳動(dòng)控制，在學(xué)期末做機(jī)電控制技術(shù)的課程設(shè)計(jì)，算得上是溫故知新，并且學(xué)以致用，而且非常及時(shí)。關(guān)于這次課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)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?yàn)檫@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(huì)非常順利。因此，本來對(duì)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(qǐng)教會(huì)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(duì)紡織機(jī)械的工作原理和過程有了詳盡的了解，因此畫起圖來也會(huì)事半功倍，對(duì)整個(gè)事情都會(huì)很明白。

17、這也是我對(duì)此次課程設(shè)計(jì)報(bào)以的期望，如果整個(gè)課程設(shè)計(jì)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(jì)。這次課程設(shè)計(jì)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(shí)，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(yán)密謹(jǐn)慎，考慮問題要嚴(yán)密周到。這次通過實(shí)踐，我想到了以后的工作，當(dāng)走到社會(huì)上真正開始工作的時(shí)候，是沒有這么多機(jī)會(huì)允許我們犯錯(cuò)誤的。注重細(xì)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(jì)，我的成果也不能說完美，但是我已經(jīng)盡力了，當(dāng)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(shí)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(shí)和道理。

18、附錄1 程序梯形圖附錄2 控制面板符號(hào)名稱型號(hào)sb1啟動(dòng)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(gè)空開及熔斷器和濾波器，第二排是5個(gè)變頻器，第三排為s7-224plc、三個(gè)模擬量輸出模塊、變壓器及五個(gè)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(xiǎn)絲開柜即亮。符號(hào)名稱型號(hào)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(gè)plc模擬量輸出模塊輸出五個(gè)0-10v的模擬量m1v1，m2v2，m3v3，m4v4，m5v5。符號(hào)名稱型號(hào)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(jī)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(dòng)機(jī)m1轉(zhuǎn)速。符號(hào)名稱型號(hào)q2空開dz47-60vt1變頻器m1電動(dòng)機(jī)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(jī)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(dòng)機(jī)m2轉(zhuǎn)