1、 潍 坊 学 院 专业课综合 课程设计说明书 系 部: 专 业: 班 级 : 学生姓名 : 学 号 2015 年 12 月 19 日 专业课综合课程设计说明书 目录 1 PLC 传送带控制设计 . 1 1.1 设计任务与要求 . 1 1.2 PLC 传送带控制系统的硬件设计 . 1 1.3 PLC 传送带控制系统的软件设计 . 3 1.4 PLC 控制系统的抗干扰性设计 . 5 1.5 PLC 控制系统的调试 . 5 1.6 设计小结 . 6 1.7 参考文献 . 6 2 PWM 变频器 -电动机系统仿真设计 . 7 2.1 设计任务要求 . 7 2.2 PWM 变频器 -电动机系统的工作原理
2、 . 7 2.3 PWM 变频器 -异步电动机控制系统的仿真 . 7 2.4 设计小结 . 11 2.5 参考文献 .12 3 基于组态王的双容液位控制系统设计 .13 3.1 设计任务与要求 .13 3.2 总体设计方案 .13 3.3 现场控制系统的设计 .14 3.4 上位机监控系统 .15 3.5 远程监控客户端的设计 .17 3.6 联机调试 .19 3.7 小结 .19 3.8 参考文献 .19 4 工厂供电应用设计 .20 4.1 设计任务与要求 .20 4.2 问题分析 .20 4.3 小结 .23 4.4 参考文献 .24 专业课综合课程设计说明书 1 1 PLC 传送带控制
3、设计 1.1 设计任务与要求 1、控制要求: ( 1)逆物流方向顺序启动 按下启动按钮 SB1 后,振铃 10s,传送带 3起动,经过 6 秒,传送带 2起动,再经过 6秒,传送带 1 起动,同时开启了漏斗闸门( Y=ON),启动完毕。 (2). 顺物流方向顺序停车 按下停止按钮 SB2 后,关闭漏 斗闸门,经过 10 秒,传送带 1 停止,再经过 10秒,传送带 2停止,再经过 10 秒,传送带 3停止,停车完毕。 (3).在启动过程中,按下停止按钮 SB2,将已启动的皮带仍按后启动先停车的原则停车。 ( 4).紧急状态时,按下急停按钮 SB3,立即关闭漏斗和三条皮带,并停车。 2、传送带工
4、作示意图: 如图 1.1 传送带工作示意图所示: 其中 1号、 2号、三号为三条皮带,分别由电动机 M1、 M2、 M3 控制;漏斗闸门由电磁阀 Y控制。 1.2 PLC 传送带 控制系统的硬件设计 1、 PLC 机型的选择 PLC 机型的选择应是在满足控制要求 的前提下,保证可靠、维护使用方便以及最专业课综合课程设计说明书 2 佳的性能价格比。 由于控制比较简单,输入 /输出都是开关量,数量有很少,实际上可 以选用 任意型号的 PLC,在本次设计中采用 S7-200 系列 PLC。 2、 PLC 容量估算 ( 1) I/O 点数的确定 ; ( 2) 存储器容量的确定 。 3、 I/O 模块的
5、选择 在 PLC 控制系统中,为了实现对生产过程的控制,要将对象的各种测量参数,按要求的方式送入 PLC。 PLC 经过运算、处理后,再将结果以数字量的形式输出,此时也要把该输出变换为适合于对生产过程进行控制的量。 ( 1)数字量输入信号 ( 2)数字量 输出信号 ( 3)模拟量输入信号 ( 4)模拟量输出信号 4、 分配输入 /输出点 PLC 机型及输入 /输出( I/O)模块选择完毕后,首先,设计出 PLC 系统总体配置图。然后依据工艺布置图,参照具体的 PLC 相关说明书或手册将输入信号与输入点、输出控制信号与输出点一一对应画出 I/O 接线图即 PLC 输入 /输出电气原理图。 传送带
6、控制设计 I/Q 分布图,如图 1.2 所示: 输入 输出 启动 SB1 I0.0 振铃 Q0.0 停止 SB2 I0.1 传送带 M1 Q0.1 急停 SB3 I0.2 传送带 M2 Q0.2 传送带 M3 Q0.3 电磁阀 Y Q0.7 图 1.2 传送带控制 I/Q 分布图 5、 安全回路设计 ( 1)短路保护 ; ( 2)互锁与联锁措施 ; ( 3)失压保护与紧急停车措施 PLC 外部负载的供电线路应具有失压保护措施 ; 专业课综合课程设计说明书 3 ( 4)极限保护 ; 1.3 PLC 传送带控制系统的软件设计 软件设计是 PLC 控制系统设计的核心。要设计好 PLC 的应用软件,必
7、须充分了解被控对象的生产工艺、技术特性、控制要求等。通过 PLC 的应用软件完成系统的各项控制功能。 1、传送带软件设计 由图 1.2 传送带控制 I/Q 分布图得 图 1.3 传送带控制 PLC 梯形图。 网络 3 专业课综合课程设计说明书 4 网络 4 网络 5 网络 6 网络 7 图 1.3 传送带控制 PLC 梯形图 2、程序调试 如图 1.3 梯形图,用 STEP7-Micro/WIN 软件调试, 当按下启动按钮 SB1( I0.0)后,振铃( Q0.0) 10s,传送带 3(Q0.3)起动,经过 6秒,传送带 2(Q0.2)起动,再经过 6 秒,传送带 1(Q0.1)起动,同时开启
8、了漏斗闸门( Q0.7),启动完毕。 按下停止按钮 SB2( I0.1)后,关闭漏斗闸门 (Q0.7 短 ),经过 10 秒 ,传送带 1( Q.1)停止,再经过 10秒,传送带 2(Q.2)停止,再经过 10 秒,传送带 3(Q0.3)停止,停车完毕。在启动过程中,按下停止按钮 SB2(I0.1),将已启动的皮带仍按后启动先停车的原则停车。 紧急状态时,按下急停按钮 SB3(I0.3),立即关闭漏斗和三条皮带,并停车。 专业课综合课程设计说明书 5 1.4 PLC 控制系统的抗干扰性设计 1、 抗电源干扰的措施 ( 1)采用性能优良的电源,抑制电网引入的干扰 ( 2) 硬件滤波措施 在干扰较
9、强或可靠性要求较高的场合,应该使用带屏蔽层的隔离变压器对 PLC 系统供电。还可以。在隔离变压 器一次侧串接滤波器,如图 1.4 所示 。 (3)正确选择接地点,完善接地系统 。 图 1.4 滤波器和隔离变压器同时使用 2、 控制系统的接地设计 良好的接地是保证 PLC 可靠工作的重要条件,可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个,其一为了安全,其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是 PLC 控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。 接地系统的 接地方式 一般可分为 3 种方式 :串联式单点接地、并联式单点接地、多分支单点接地 即 第 3 种 接地 方式 。 PLC采用第 3 种接地方式
10、即 单独接地 。 PLC 控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。 3、 防 I/O 干扰的措施 由信号引入干扰会引起 I/O 信号工作异常和测量精度大大降低,严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统,还将导致信号间互相干扰,引起共地系统总线回流,造成逻辑数据变化、误动作或死机。可采取以下措施以减小 I/O 干扰对 PLC 系统的影响 。 1.5 PLC 控制系统的调试 系统调试是系统在正式投入使用之前的必经步骤。与继电器控制系统不同, PLC专业课综合课程设计说明书 6 控制系统既有硬件部分的调试还有软件的调 试,与继电器控制系统相比, PLC 控制系统的硬件调试要相对简单,
11、主要是 PLC 程序的编制和调试。一般可按以下几个步骤进行:应用程序的编制和离线调试、控制系统硬件检查、应用程序在线调试、现场调试、总结整理相关资料、系统正式投入使用。 1.6 设计小结 在本次设计中,虽然遇到了很多难题,但也收获了很多,这次实践 充分将平时学习的理论知识与实践操作相结合,在理论和实验教学基础上进一步稳固和提高自己理论知识结构,通过将所学知识应用于实际中去,在实际中发现问题、分析问题、解决问题,提高分析和解决问题能力。 目前我国正处于经 济发展的转型期并且随着科技的不断发展,未来工厂的生产过程必定会越来越智能化。传送带是一种物料传输设备,因其高效、连续、快速的特性,被广泛的应用
12、于矿业、化工、机械、电力、建材、轻工业以及港口码头等重要的工业领域。也正因为传送带的应用十分的广泛,对传送带的制造和自动化改进对于工业生产的意义日趋重大。 PLC 自诞生起便广受业界的关注,如今 PLC 依然是自动控制领域的一大支柱。传送带和 PLC 的结合为大势所趋,未来必将大放异彩。 1.7 参考文献 1李长久 .PLC 原理及应用 M.北京 :机械工业出版社, 2006 2史国生 .电气控制与可编程控制器技术 M.北京:化学工业出版社, 2003. 3汪明 .网络化控制变频调速系统 M.北京:中国电力出版社, 2006. 4范永胜 王岷 .电气控制与 PLC 应用 M.北京:中国电力出版
13、社, 2004. 5汪志峰 .可编程序控制器原理与应用 M.西安:西安电子科技大学出版社, 2004. 专业课综合课程设计说明书 7 2 PWM 变频器 -电动机系统仿真设计 2.1 设计任务要求 在实现异步电机矢量控制调速的要求时 ,往往需借助仿真 ,通过仿真可使调速系统调试更方便 ,并能更快的实现控制。交 流异步电动机矢量控制变频调速系统的建模与 仿真。利用 MATLAB/SIMULINK 中的电气系统模块 (Power System Blocksets )构建异步电机矢量控制仿真模型 ,并对其动态性能进行仿真实验。 2.2 PWM 变频器 -电动机系统的工作原理 PWM 变频器 -异步电
14、动机电路主要由 PWM 变频电路和异步电动机组成。图 2.1 所示的电路为 PWM 变频电路,它主要的作用是产生三相交流电供异步电动机使用。其中图 2.1 所示的 PWM 变频电路由二极管整流桥,滤波电容 和逆变器组成。逆变器的输入为直流电压,通过调节逆变器 的脉冲宽度和输出交流电压的频率,既实现调压 又实现调频。 PWM 变频电路简单,而且还有以 下优点:第一简化了主电路和控制电路的结构 。 由二极管整流器对逆变器提供恒定的直流电压 。 在 PWM 逆变器内,在变频的同时控制其输出电压。系统只有一个控制功率级,从而使装置的体压。系统只有一个控制功率级,从而使装置的体善系统的动态性能 。 PW
15、M 逆变器的输出功率和电压,都在逆变器内控制和调节。因此,调节速度快,调节过程中频率和电压配合好,系统动态 性能好。 2.3 PWM 变频器 -异步电动机控制系统的仿真 1、 PWM 变频器 -异步电动机的仿真模型 专业课综合课程设计说明书 8 PWM 变频器 -异步电动机电路在 MATLAB/Simulink 中的仿真模型如图 2.2 所示 。为了方便仿真,在模型中将图 2.1 所示的三相交流整流直接用一个 550V 的直流电源代替,整流电路直接用直流电源代替不影响其工作原理。 因此图 2.3 所示的仿真模型实际上主要直流电源 DC、 逆变器 Universal Bridge、调制器 PWM Generator、异步电动机模块及测量模块组成。其中 PWM 调 制参数设置采 用内部产生正弦波调制波方式,调制度 0.9,频率为 50 HZ。 电动机参数设置为电动机电压为 380 V,频率为 50 Hz,定子绕组 Rs 为 0.68 , 定子绕组漏感为 0.0042 H,转子绕组电阻 0.45 ,转子绕组漏感为 0.0042 H,互感为 0.1486 H,转动惯量 J 为 0.05 kg/m2,摩擦系数 F 为 0.0081,极对数为 2。
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