【毕业设计论文】变频试验台直线运动机构及基于S7-200速度示教系统控制软件与上位监控系统设计毕业论文【有对应的CAD图】

订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 毕业设计（论文） 题 目： 变频试验台直线运动机构及基于 S7- 200 速度示教系统控制 软件与上位监控系统设计 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 摘要 本文简要介绍了 PLC，变频器和人机界面的特点及其在国内外的发展状况，并介绍了 PLC 和变频器通讯的概念。 本文对变频试验台直线运动结构，以及基于 S7- 200 速度示教系统进行了总体方案的设 计，并对其进行了分布方案的划分，设计出了整体机械控制台，并绘制出了电路原理图和机 械设计图。在这基础上计算编写出了变频器的通讯协议，设置了 PLC 的自由口方式通讯， 整体上控制了电机的起停，正反转等。 由于模拟操作在工程上应用越来越广，本文设计出了通过可编程控制器，即 PLC 对变 频器的实时数据存储，并将其发送出去的程序，实现了 PLC 对手控操作变频器的模拟。并 绘制出了程序框图。 关键词：可编程控制器（p l c ） ，变频器，通讯，协议，模拟 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 Abstract This paper introduces the characteristics and the development of the situation at home and abroad of the PLC, converter and man- machine interface,and introduces the concept of Communication between the plc and converter. In this paper, line motion agencies of the converter s test- bed,and the teaching design of rate based on the S7- 200 systems have been designed for overall programme,and the the distribution of its programme have been divised.And then, the overall design of the machine test- bed have been designde too,the map of the circuit s methed,and the mechanical s design have been drawed. On the basis of these,the communication s agreements of the converter have been calculated and writed. And the way of the plc s communication with the freedom port has been set up.For these,the running,stoping and the direction of the motor have been controled. Because of the simulated operation have applied more and more widely on the project,the programming of controller have been designed to store the data of the converter on the real- time ,and send the data out in this paper. On the basis of these,the contorling of 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 people to converter have simulated by plc,and the map of the Procedures have been drawed. Key words: PLC, inverter, communication, agreement, simulation 目 录 中文文摘 A b s t r a c t 第一章 绪论 1 1.1 变频器的概述 1 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 1.2 可编程控制器 PLC 的概述 2 1.3 可编程控制器和变频器通讯的概述 2 1.4 人机界面的概述 3 第二章 方案设计与准备工作 4 2 . 1 设计准备及方案设计 4 2 . 2 电路的设计 5 2 . 3 机械部分的设计 6 第三章 通讯协议的编写与计算 12 3 . 1 变频器的参数设置 1 2 3 . 2 变频器调频调速 1 3 3 . 3 变频器外部电压控制调速 1 3 3 . 4 协议的撰写 1 3 第四章 可编程控制器的编程及通讯 20 4.1 可编程控制器 plc 编程对变频器的控制 20 4.2 可编程控制器对变频器的数据的实时存储 22 4.3 存储数据的管理 23 4.4 数据的取出 25 4.5 存储数据的发送 2 6 4.6 人机界面控制设计 2 8 结束语 29 参考文献 30 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 第一章 绪论 1 1 , 变频器的概述 近年来 , 随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展 , 交流传动与控 制技术成为目前发展最为迅速的技术之一 , 电气传动技术面临着一场历史革命 , 即交流调 速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。 电机交流变频调 速技术是当今节电、 改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、 推动技术进步的一种主要手 段。 变频调速以其优异的调速和起制动性能 , 高效率、 高功率因数和节电效果 , 广泛的适用 范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。 深入了解交流传动与控制 技术的走向 , 具有十分积极的意义. 变频器的发展随着生产技术的不断发展 , 直流拖动的薄弱环节逐步显露出来。由于换 向器的存在 , 直流电机的维护量加大 , 单机容量、 最高转速以及使用环境都受到限制。 人们 开始转向结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉的异步电动机。但异步电动机的调速性 能难以满足生产的需要。 于是 , 从 2 0 世纪 3 0 年代开始 , 人们致力于交流调速技术的研究 , 然而进展缓慢。 在相当长的时期内 , 直流调速一直以其优异的性能统治着电气传动领域。 2 0 世纪 6 0年代以后 , 特别是 7 0年代以来 , 电力电子技术、控制技术和微电子技术的飞速发 展 , 使得交流调速性能可以与直流调速相媲美。目前 , 交流调速已进入逐步代替直流调速 的时代。 在我国变频器主要用于交流电动机 异步电机或同步电机。 转速的调节 , 是公认的交流 电动机最理想、 最有前途的调速方案 , 除了具有卓越的调速性能之外 , 变频器还有显著的节 能作用 , 是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。 自上世纪 8 0 年代被引进中国以 来 , 变频器作为节能应用与速度工艺控制中越来越重要的自动化设备 , 得到了快速发展和 广泛的应用。目前 , 中国的设备控制水平与发达国家相比还比较低 , 制造工艺和效率都不 高 , 因此提高设备控制水平至关重要。由于变频调速具有调速范围广、调速精度高、动态响 应好等优点 , 在许多需要精确速度控制的应用中 , 变频器正在发挥着提升工艺质量和生产 效率的显著作用。 变频调速这一技术正越来越广泛的深入到行业中。它的节能、省力、易于构成自控系 统的显著优势应用变频调速技术也是改造挖潜、 增加效益的一条有效途径。 尤其是在高能耗、 低产出的设备较多的企业 , 采用变频调速装置将使企业获得巨大的经济利益 , 同时这也是 国民经济可持续发展的需要。 变频器在控制上具体有以下优点： （一）控制电机的启动电流， （二）降低电力线路电 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 压波动， （三）启动时需要的功率更低， （四）可控的加速功能， （五）可调的运行速度， （六） 可调的转矩极限， （七）受控的停止方式， （八）节能， （九）可逆运行控制， （十）减少机械 传动部件。 1 2 ， 可编程控制器 P L C 的概述 PLC 可编程序控制器： PLC 英文全称 Programmable Logic Controller ,中文全称为可编 程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它 采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与 算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过 程。DCS 集散系统: DCS 英文全称 DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM ,中文全称为集散 型控制系统。DCS 可以解释为在模拟量回路控制较多的行业中广泛使用的，尽量将控制所 造成的危险性分散,而将管理和显示功能集中的一种自动化高技术产品。DCS 一般由五部份 组成：1：控制器 2：I/O 板 3：操作站 4：通讯网络 5：图形及遍程软件。 PLC 是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。它源于继电控制装置， 但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于 PLC 内存中 的程序，进行入出信息变换实现控制。 PLC 基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。普遍计算机进行入出信息变换，多 只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就可以了。而 PLC 则还要考虑信息入出的 可靠性、实时性，以及信息的使用等问题。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装， 抗干扰等问题。 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻 辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动 或电气控制系统来实现的。1968 年美国 GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的 要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序 化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 Programmable Controller （PC） 。 个人计算机（简称 PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点， 可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller（PLC） ，现在，仍常常将 PLC 简称 PC。 PLC 的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对 PLC 的定义是：可编程控制器是一 种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用 来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数 字的、 模拟的输入和输出， 控制各种类型的机械或生产过程。 可编程序控制器及其有关设备， 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 上世纪80年代至90年代中期， 是PLC发展最快的时期， 年增长率一直保持为3040%。 在这时期，PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度 提高，PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。 PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特 点。PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。 依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络 在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出“网络就是控制器“的观点 说法。 1 3 ，可编程控制器和变频器通讯的概述 在传统的 plc 变频控制集成系统中，变频器的启动/停止与故障监控由 PLC 通过开 关量实现端对端控制。变频器频率是由 PLC 通过模拟量输出端口输出 05(10)V 或 4 20mA 信号控制，需要 PLC 配置昂贵的模拟量输出端口模块。变频器出现故障时由 PLC 读 取变频器的故障报警触点， 对具体故障原因并不清楚， 需查询变频器报警信息后再阅读变频 器说明书才知道。随着交流变频控制系统及通讯技术的发展，可以利用 PLC 及变频器的串 行通讯的方式来实现 PLC 对变频器的控制。 PLC 具有通信联网的功能，它使 PLC 与 PLC 之间、PLC 与上位计算机以及其他智能 设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数 PLC 具有 RS- 232 接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。 PLC 的通信，还未实现互操作性，IEC 规定了多种现场总线标准，PLC 各厂家均有采 用。 对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲，选择网络非常重要的。首先，网 络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次 的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议、机制的前提 下进行；再次综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次 所使用的网络标准。 在现代工业控制系统中，PLC 和变频器的综合应用最为普遍。比较传统的应用一般是 使用 PLC 的输出接点驱动中间继电器控制变频器的启动、停止或是多段速;更为精确一点的 一般采用 PLC 加 D/A扩展模块连续控制变频器的运行或是多台变频器之间的同步运行。 但 是对于大规模自动化生产线，一方面变频器的数目较多，另一方面电机分布的距离不一致。 采用 D/A 扩展模块做同步运动控制容易受到模拟量信号的波动和因距离不一致而造成的模 拟量信号衰减不一致的影响，使整个系统的工作稳定性和可靠性降低。而使用 RS- 485 通讯 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 控制，仅通过一条通讯电缆连接，就可以完成变频器的启动、停止、频率设定;并且很容易 实现多电机之间的同步运行。该系统成本低、信号传输距离远、抗干扰性强。 1 4 ，人机界面的概述 从计算机问世以来， 早期用户是以计算机专业人员为主， 但随着计算机广泛进入人们的 工作生活领域，计算机用户发生了改变，非计算机专业的普通用户成了用户的主体。这一重 大转变使计算机的可用性问题变得日益突出起来。 人机界面应当是什么样的？如何去建造这 样的界面？人们开始关注和研究这些问题。 这些问题既涉及人也涉及计算机及一些相关的学 科如：心理学、人的因素学（HumanFactors） 、社会学、语言学等。八十年代以来，人机 界面的研究有了前所未有的发展， 微型计算机的迅速普及为此起了重要的推动作用。 研究人 机界面的各种理论和方法:(1)分析与评价技术:用于分析、 评价用户界面有效性的理论和经验 方法，如任务分析、话语分析、内容分析及可用性评价等。()设计方法论:用来产生好的用 户界面设计的方法与技术，如：软件心理学、环境因素设计法、多方参与设计法以及支持设 计过程的工具和表记法。 ()开发工具和方法:支持用户界面开发的工具箱、 用户界面管理系 统（UIMS） 、快速原型法和程序设计辅助工具等。()交互方式与设备:新的输入输出设备 和设备运用策略，包括视觉、声音、触觉、姿态等通信模态及多种模态的集成。()关键用 户界面成分：如用户界面隐喻（metaphor） 、用户界面风格、智能界面技术、取消、超文 本超媒体以及联机帮助。()用户模型：包括用户行为模型、关于系统的用户内心模型、 用户个体差异等。()特定应用的用户界面设计：满足某类应用问题对人机交互作用的特定 限制条件和要求的用户界面设计。 如： 虚拟现实、 智能辅导系统、 信息检索、 Internet/WWW、 CAD/CAM、专家系统过程控制、决策支持等。()计算机辅助协同工作（CSCW） ：关于 如何使用计算机系统帮助人的群体有效协同工作的研究，包括现场观察研究、理论模型、群 体用户界面开发设计等。()法律与标准：关于用户界面的专利和版权问题、用户界面的标 准化。 这些研究方向目前大多处于十分活跃的发展阶段， 并且有着较强的分化和相互渗透倾 向， 有些方向甚至有可能发展为具有相当规模的相对对立的研究领域资源参考相关示例站点 链接知识回顾疑难解答信息反馈 人机界面是人与机器进行交互的操作方式,即用户与机器互相传递信息的媒介,其中包 括信息的输入和输出。好的人机界面美观易懂、操作简单且具有引导功能,使用户感觉愉快、 兴趣增强,从而提高使用效率.狭义的人机界面(Human Computer Interface)是计算机学 科中最年青的分支学科之一。它是计算机科学和认知心理学两大科学相结合的产物,它涉及 当前许多热门的计算机技术,同时也是吸收了语言学、工业设计、人机工程学和社会学的研 究成果,是一门交叉性、边缘性、综合性的学科。 最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应 用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 第二章 方案设计与准备工作 2 1 , 设计准备及方案设计 本设计主要设计变频试验台直线运动结构及基于 S7- 200 速度示教系统控制软件。 需要实现的功能基本上为： （1 ） 实现 P L C 和变频器的通讯 （2 ） 实现变频器控制电机的起停，正反转，加减速等 （3 ） 实现 P L C 通讯对变频器的控制，从而间接控制电机 （4 ） 实现 P L C 对变频器的实时数据的存储, 管理。 （5 ） 实现操作的在线模拟. 根据这些设计要求，设计以下方案： （1） ，第一步，先了解 LS 的 GI5 系列变频器的基本操作，熟悉其参数，并基本可以利用变 频器的变频来控制电机的起停，加减速等控制。 （2） ，第二步，利用外部电源，通过设计变频器参数，使变频器根据外部电压的改变，进 而对电机进行调压控制。 （3） ，第三步，利用计算机编写协议，通过计算机编写的协议对变频器进行手动发送。 （4） ， 第四步， 将计算编写完的程序编写到 PLC 程序中去， 再程序编写完成过后， 再用 PLC 通过串口发送接收软件对计算机进行程序协议的发送，核对程序发送出的协议正确与否。 （5） ，第五步，将 PLC 直接与变频器连接，对变频器进行协议发送，从而控制变频器。 （6） ，第六步，试着用 PLC 存储变频器的实时数据。 （7） ，第七步，将存储的实时数据再次对计算机进行发送，观察串口发送接收软件所接收 到协议，计算核对正确与否 （8） ，第八步，直接将 PLC 存储的程序发送到变频器中去，实现 PLC 的模拟控制。 （9） ，第九步，设计人机界面，并通过能使在触摸屏上控制的方式来实现以上各个功能。 硬件方案的设计如下： 设计 P L C 控制变频器操作，变频器输出到电机，控制电机运行。电机连接同步带传动， 从而使同步带带动传送物件以规定的速度和方向传动。设计同步带的行程为 1 m ，设计限速 为 0 . 2 m / s 。由于限速要求，故设计在电机与同步带之间加上 V带和减速器，以便达到减速 要求，控制速度。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 根据此设计方案，初步准备以下器材： L G 的 I G 5 变频器一台，西门子 S 7 - 2 0 0 P L C 一台，含有 C O M口的计算机一台，E v i e w 触摸 屏一个，二级减速器一个，交流电机一台，交流继电器和二级管两个，V 带轮和同步带轮分 别两个，V 带 n 根和同步带 1 根，滑块一个，电线若干，4 5 8 转 2 3 2 通讯线一个，P P I 电缆 一根，P P I 转 P C 电缆一根及其他待定零件若干。 2 2 ，电路的设计 根据设计原理，画出电路原理图。并根据电路原理图，参考变频器电路电路接口图，连 接电路。 连接当中，应该特别注意通讯线的连接，通讯线是从变频器的 S + ，S - 引出两根线和 P L C 相连，P L C 的通讯线为 P O R T 口的 3 ，8 帧，故在连线时，需要做一个公头的串口线，把 3 ，8 帧用线给引出来，连在 S + S - 上。 变频器电线连接时，还应该注意以下几点： 如果电源连接提供到了输出端子( U , V , W ) ， 变频器的内部将会损坏。 不要将配线碎片遗留在变频器内。 配线碎片可以导致错误， 衰减和故障。 在配线时， 要检查是否 L C D 和电源端子的负荷灯处于 O F F 。在电源断开的时候， 电容 器仍然充满高电压，十分危险， 小心。 电源供给必须连接到 R, S, T 端子. 如果连接到端子 U , V , W ，将导致变频器内部的 损坏。 安排相序时不需要考虑。. 电机应该连接到端子 U , V , W 。如果正转开关( F X ) 处于 o n ，从电机负载的方向看， 电 机应该按顺时针方向转动计数器。如果电机处于反转状态， 应该转换 U 和 V 端子的接线. 变频器的各端子接线如下： 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 230/460 V 50/60 Hz U V W G R S T 3 MCCB FX RX BX RST P1 P3 CM VR V1 I 5G + FM 5G A B C MO MG 直流电压输出 (010V pulse) P2 MOTOR 频率设定电位器 (1 kohm, 1/2W) 速度信号输入1 正向运行/停止 反向运行/停止 紧急停止 故障复位 多功能输入1 多功能输入2 多功能输入3 信号公共端子 工厂设定 速度-L 速度-M 速度-H 速度信号电源l: + 11V, 10mA 速度信号输入 0 10V 速度信号输入 4 20mA (250ohm) 公共端子 VR, V1, I 故障输出继电器 小于 AC250V, 1A 小于 DC30V, 1A 多功能输出继电器1 小于 AC250V, 1A 小于 DC30V, 1A 工厂设定: 运行 Note) 显示主要电路端子 显示控制信号端子 1. 模拟速度命令可以由电压， 电流或者是它们同时设定。 2. DB 电阻器是可以选择的 B2 B1 FM JOG 寸动 屏蔽 DB 电阻器2 RS-485 通讯 S+ S- 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 2 3 ，机械部分的设计 由于同步带的限速为 0.2m/s，行程为 1000mm，滑块为轻负载，日工作时间小于 10 小 时。 根据此，基本设计和计算如下： 初估滑块的体积为 2103m 3,材料为 45 号钢。 则滑块的重量 m=7.8103210 3 =15.6kg 45 号钢的摩擦因数为=0.15 则同步带带动滑块时，所需要的拉力 F=G=0.15156=2.34N 则 W=FV=2340.2=0。434kw 考虑到同步带两侧有两根支架帮助同步带分担大部分压力。 所以初估设计功率 P=0.3kw 由于同步带的转速限制在 0.2m/s 以内，为了满足速度要求，降低电机转速，所以设计 直线运动机构的传动机构为电机连接 V 带，再连接减速器传动。根据设计要求，选取减速 比为 12.5 的二级减速器。选取减速器为河北桥星减速机制造有限公司生产的型号为 ZLY 112- 12.5- I ZB J19004 的减速器。 电动机的选择与校核 1、 选择电动机系列 同步带的限速为 0.2m/s，同步带的传动比为 12 级 预估同步带轮的直径在 100mm 以下， 则同步带轮的转速 n= 2 v r =38.22 /minr= 则减速器的主动轴的转动速度 n1=n12=458.60r/min 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 算上 V 带的传动比，V 带传动比预估在 23 左右 所以电机的预估计转动速度在 1000r/min1500r/min 电动机的功率应该大与同步带功率 0.3KW 根据以上预算，初步选用 YS 系列三相异步电动机（JB90s） 。 2 、电动机校核 （1 ） 、同步带传动所需有效功率kWPw3 . 0= （2 ） 、传动装置总效率 23 VB G 23 ? V?0.95 ?0.97 ?0.95 0.970.990.8604 VBGB = 带传动效率： 闭式齿轮传动效率： 得 （3 ） 、所需电动机功率 KW P P W d 35. 0 8604. 0 3 . 0 ? = 过载系数 K 取 1 ， dcd PkP=0.35kw 所选电机的功率为 370W，转速为 1440r/min 所以所选电机符合设计要求 电动机型号选择 YSJB90S,选取电动机的外形及安装尺寸：总长 L310mm，总高 A140 ，轴伸长直径 D 2 0 m m ，长度 E = 5 0 。 带传动设计 工作情况系数1 . 1= A K 计算功率1.1 0.30.33 cA PK P= kw 选带型号选取 Z 型 初选带传动的传动比为 2.5 小带轮直径选取mmD54 1 = 大带轮直径 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 %)1e( 1355 . 2100)01. 01 () e-1 ( 12 = = 取 mmiDD 大带轮转速 min/24.5705 . 21440)01. 0-1()e-1 ( 12 rinn= 验算传动比误差 设计的传动比5 . 2 100 250 1 2 2 1 = D D n n i 实际传动比525. 2 100)01. 0-1 ( 250 )e-1 ( 1 2 = = D D i 传动比误差%3%1%100 5 . 2 5 . 2-525. 2 ? = i ii i 合适 计算带长 mm5 .94 2 35154 D DD D 2 12 m = + = + = mm5 .40 2 45-351 2 D-D ? 12 = 初取中心距 mm503a0= 带长 1957.8mm a ? 2aDpL 0 2 0m = += 基准长度mmLd1000= 求中心距和包角 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 中心距 22 - p1 (- p) 8? 44 349.3 dm dm LD aLD mm =+ = ? 5 .16760 - -180a 12 1 = a DD 求带根数 根据传动比为 2.525，计算功率为 0.3KW， 取带的根数为 2 根 求轴上载荷 张紧力 q=0.10kg/m， 026.12 ) 5 . 2 (500 2 0 = +=qv k k vz P F a ac 轴上载荷NZFFQ727.71 2 a sin2 1 0 = 结构设计 小带轮mmD54 1 =； 大带轮mmD135 2 = ； 带轮宽度 B（z1）e2f （21）15210=35mm 同步带的设计 同步带的主动轮转速 n=1440/（2.52512）=47.52r/min 选择设计功率 1.1*0.3=0.33kw dA pk p= 选择带型和节距 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 选取带型为 H 型 则节距 根据带型 H 和小带轮转速 n1 最小齿轮 min 14Z=，此处取 Z=16 小带轮节圆直径 d1 1 1 16 12.7 64.7 b z p d = 则根据标准选取其外径 1 63.31 a dmm= 设计 Z2=Z1=16 21 21 64.71 63.31 aa ddmm ddmm = = 带速 v= 11 64.71 47.52 0.16/0.2/ 60 100060 1000 d n m sm s = 定轴间距 0 a=1000mm 带长及其齿数 21 0012 0 () 2() 24 200064.71 2203.19 dd Ladd a mm =+ =+ = 应选用带长代号为 900 的 H 型同步带，其节线长2286 p Lmm=，节线上的齿数 Z=180 实际轴间距 a= 0 0 22862203.19 10001041.405 22 p LL amm +=+= 小带轮啮合齿数 11 21 2 ()8 22 b m p zz zentzz a = 12.7 b pmm= 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 基本额定功率 2 0 () 1000 a Tmv v p = 得 0 2100.85 0.448/ (2100.850.448 0.162) 0.16 1000 0.34 a TN mkg m Pkw kw = = = = 所需带宽 0 1.14 20 d ss p bb k p = 则根据标准取 H 型带 0 1.14 76.2 8 1 0.26 76.2 0.34 60.96 m z s bsmm z k b mm = = = = = 所以应选择带宽代号为 200 的 H 型带，其50.8 s bmm= 带轮结构和尺寸 传动选用同步带为 H200 带轮 Z1=Z2=16，d1=d2=64,71mm,da1=da2=63.31mm 轴和轴承的设计 设计同步带的从动轮，用轴和轴承固定，连接。选取轴的直径为 24mm，选取其材料 为 45 号钢。轴的最大弯距集中在与齿轮配合的中间处。从动轮的转距 MFR=234 31.6=7.4N.m，根据类比法，此轴的强度符合设计。 滚动轴承在类型选择时，应该考虑多种因素的影响。如轴承所受载荷的大小，方向及性 质；轴向固定型式；调心性能要求；刚度要求；转速与工作环境；经济性等。由于本设计中 和轴承配合的轴的转速较低，载荷较小，轴承需要受到径向和轴向双向的力，所以选用深沟 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 球轴承。深沟球轴承的价格较低，经济性好。并且轴向和径向均可以受力，精度较高，噪声 较低，摩擦性能好，使用寿命长。根据轴承所需内径 d=20mm,选择 16004 型号的深沟球 轴承。此深沟球轴承外径 D=42mm,厚度 B=8mm，轴向载荷=4.45KN，径向载荷=7.9KN 远远大于设计载荷。极限转速 15000r/min45.72r/min。故此轴承符合设计要求。 第三章 通讯协议的编写与计算 3 . 1 变频器的参数设置 运用到的参数如下 编码 说明 显示键 设定范围 单位 出厂值 DRV-00 运行中：输出频率, 停止时：显示给定频率 0.00 0 最高频率. (FU1-20) 0.01 0.00 Hz 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 DRV-01 加速时间 ACC 0 to 6000 秒 0.1 10.0 秒 DRV-02 减速时间 DEC 0 to 6000 秒 0.1 20.0 秒 DRV-03 运行模式 (Run/Stop 方式) Drv 0 (操作面板) - Fx/Rx-1 1 1 (Fx/Rx-1) 2 (Fx/Rx-2) 3 (RS485) DRV-04 频率模式 (Freq. 设定方式) Frq 0 操作面板-1 - 操作面板- 1 0 1 (操作面板-2) 2 (V1) 3 (V2) 4 (V1+I) 5 (RS485) DRV-13 显示旋转方向 drc F (正向运行) - F r (反向运行) 变频器的控制面板的主要按键和显示灯如下： 区分 显示 名称 说明 FUNC 设定值 数据设定模式开始/结束 (Up) Up key 使用于移动代码或增加设定值时. (Down) Down key 使用于移动代码或减少设定值时 RUN 运行 key 用于运行变频器 键 STOP/RESET 停止/复位键 运行中暂停指令键 故障发生时，解除故障 REV 反向显示 反向运行时点灯 FWD 正向显示 正向运行时点灯 SET 设定值 使用 FUNC 键，设置参数时点灯 LED RUN 运行 定速时点灯，加减速度中时闪亮 变频器的参数设置方法： 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 变频器内存很多参数。使用 LCD 运行时可以设必要的参数或可以根据负荷和运行输入适当 的值。 首先移动欲变更的编码 按下 F U N C 键 L C D的 L E D （S E T ）会点灯。 按下 或 键移动到想得到的参数代码，再按下 F U N C 键数据显示闪亮及设定 设定数据不变更时 在变频器运行期间不能调整参数。 在 F U 2 - 9 4 参数闭锁 中启动参数闭锁功能 。 （1） 变频器变频调速时的参数设计 先将运行模式设定为 0，即操作面板模式，再将频率模式设定为 0，即操作面板 1 模式。 最后将显示键的 0.00 键调到需要的频率即可 （2） 变频器外部电压控制调速 先将运行模式设定为 1，即 Fx/Rx-1 模式，再将频率模式设定为 0，即操作面板 1 模式。 （3） 加减速，正反转的设定 设定如上表格所示 3 . 2 变频器调频调速 通过变频器面板的频率控制，来直接控制电机的转速。这种方法为最直接的控制电机转 速的方法。优点：调控比较准确。缺点：调控不方便，效率低，实时性较差。 3 . 3 变频器外部电压控制调速 按电路图将外部调压的电路线给接上， 设置完参数后， 旋转电压调控按钮即可调控变频器频 率，从而控制电机的转速，起停。优点：调控方便，快捷。缺点：调控不准确。 3 . 4 协议的撰写 （1） 计算机的串口调试 用一根含两 232 串口的数据线连接计算机，进行 16 进制数的对发，测试串口的好 坏，并熟悉串口数据发送软件。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 （2） 协议的计算与编写 LG 变频器版本 5.0C 以上可以选择两种通讯方式。一个是 LG 变频器专用协议另外 是 MODBUS- RTU 方式。这里选用专用协议进行计算与编写。通讯架构是 iG5 变频器作 为从机，计算机作为主机。 协议的基本格式： 请求: ENQ Drive No. CMD Data SUM EOT 1 byte 2 bytes 1 byte n bytes 2 bytes 1 byte 应答回复: ACK Drive No. CMD Data SUM EOT 1 byte 2 bytes 1 byte n * 4 bytes 2 bytes 1 byte 拒绝应答回复: NAK Drive No. CMD Error Code SUM EOT 1 byte 2 bytes 1 byte 2 bytes 2 bytes 1 byte 说明: 以头码 ENQ 尾码 EOT 发送请求. 应答回复头码是 ACK ，尾码是 EOT . 拒绝回复应答头码为 NAK ，尾码为 EOT . 变频器编号 （ Drive No. ） 是 I/O 48 中的设定值， 该编号是两位 ASCII- HEX. (ASCII- HEX: hexadecimal consists of 0 - 9 , A - F ) CMD :特征字符 Character ASCII- HEX Command R 52h 读取 W 57h 写入 X 58h 监控请求 Y 59h 监控作用 Data : ASCII- HEX （例如. 当数据值是 3000 时: 先十进制的 3000 转换成十六进制的 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 0 B B 8 h 再将其转换成 ASCII 码 30h 42h 43h 38h Error Code : ASCII(20h - 7Fh) 接收/发送缓冲区大小：发送= 39 byte, 接收=44 byte 监控器注册缓冲区： 8 Word SUM : 用以检测通讯错误. SUM= (Drive NO. + CMD + DATA) ASCII- HEX 格式时的低 8 位 例如.) 请求读取地址 3000 ENQ Drive No. CMD Address The Number of Address to read SUM EOT 05h “ 01” “ R” “ 3000” “ 1” “ A7” 04h 1 byte 2 bytes 1 byte 4 bytes 1 byte 2 bytes 1 byte SUM = 0 + 1 + R + 3 + 0 + 0 + 0 + 1 = 30h + 31h + 52h + 33h + 30h + 30h + 30h + 31h = 1A7h 详细请求写入的通讯协议 请求写入 ENQ Drive No. CMD Address The number of Address Data SUM EOT 05h “ 01” - “ 1F” “ W” “ XXXX” “ 1” - “ 8” = n “ XXXX ” “ XX” 04h 1 2 bytes 1 byte 4 bytes 1 byte n * 4 bytes 2 1 总共的字节 = 12 + n * 4 =最大 44 bytes 应答回复 (写入请求时) ACK Drive No. CMD Data SUM EOT 06h “ 01” - “ 1F” “ W” “ XXXX ” “ XX” 04h 1 byte 2 bytes 1 byte n * 4 bytes 2 bytes 1 byte 总共的字节 = 7 + n * 4 = 最大. 39 bytes 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 拒绝应答回复 (写入请求时) NAK Drive No. CMD Error Code SUM EOT 15h “ 01” - “ 1F” “ W” “ *” “ XX” 04h 1 byte 2 bytes 1 byte 2 bytes 2 bytes 1 byte 总共的字节 = 9 bytes 对请求写入的通用协议的详细说明： 开头请求写入，以十六进制数 05h 开头，Drive No 是变频器的编号，变频器的默认值是 1， 若只有 1 台变频器，或无须改动变频器编号，则在 Drive No 里面填上 01，CMD 为特征字 符，这里为写指令故写上 W，Address 参考参数地址表，并从中选出所需要的。 The numberof Address to Write 是需要写入参考地址的数目，最大为 8，Data 为需要写 入的数据，SUM 用以检测通讯错误，这里 SUM=(Drive NO. + CMD + Address + The numberof Address to Write+DATA)算出来之后的 ASCII- HEX 格式时的低 8 位。最后以 05 结尾。 注：发送协议时，都是以 ASCII- HEX 格式发送，开头结尾各一字节，Drive No 为 2 字 节，01 的发送码即为 30 31，CMD 为 W，发送码即为 57，Address 为 4 个字节，例如： Address0005，则其发送码为 30 30 30 35。The numberof Address to Write 为 1 字 节，DATA 为 4 个字节的倍数。SUM 为校验码，Drive NO. + CMD + Address + The numberof Address to Write+DATA 相加为 ASCII- HEX 当成十六进制相加，加完以后，取 出最