计算机控制系统课设11 - 副本 (4).doc

沈 阳 工 程 学 院课 程 设 计设计题目：计算机控制两台电动机顺序启动 系 别 自控系 班级 学生姓名 学号 11 指导教师 职称 起止日期： 2011年12月12日起至 2011年 12月16日止沈 阳 工 程 学 院微型计算机控制技术课程设计成绩评定表系（部）： 自控系 班级： 学生姓名： 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作， 0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以12） 分加权分合计指 导 教 师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩分沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目： 计算机控制两台电动机顺序启动 系 别 自控系 班级 学生姓名 学号 指导教师 职称 讲师 课程设计进行地点： 实训F202，图书馆 任 务 下 达 时 间： 2011年 12 月 9 日起止日期： 2011年12月12日起至 2011年 12月16日止教研室主任 年 月 日批准1.设计的原始资料及依据； 在生产中，有些生产机械要求起动时电流不能过大，停车时要求快速停车。如：车床主轴，经常进行正反转运行。为了满足上述要求，电动机在启动时要采用取限制起动电流的措施，停车时也要采取相应的制动措施。三相笼型异步电动机串电阻降压起动/反接制动控制方案中，降压起动和反接制动时，共用一套限流电阻。因此，该方案有体积小，控制线路简单，起动电流小和制动转矩大等特点，适合电动机频繁进行正反转运行场合。2.设计主要内容及要求；图141为三相笼型异步电动机串电阻降压起动/反接制动控制线路，该方案中限制起动电流和限制反接制动电流时，共用一套电阻。起动时，按下起动按钮SB2接触器KM1吸合，电源经电阻R接至电动机输入端。同时，时间继电器KT1通电计时，计时时间到，电动机已经低速运转时，由KT1的延时闭合常开触点将接触器KM3通电吸合，KM3的主触点将限流电阻R短接，电动机输入端直接接到电源端，起动过程结束。停车时，按下停止按钮SB1，接触器KM1和KM3断电；同时，接触器KM2和时间继电器KT2通电，KM2通电后，经电阻R将反接制动转矩接入电动机输入端。KT2计时时间到，将KM2断电，撤销制动转矩。制动过程结束。图1413.对设计说明书、论文撰写内容、格式、字数的要求； （1）题目、目录、原始数据及技术要求等；（2）具体设计说明，包括硬件和软件的设计步骤说明及相关图形；（3）系统总原理图；（4）元件明细；（5）参考文献。4.课题完成后应提交成果的种类、数量、质量等方面的要求；（1）课程设计说明书；（2）硬件设计原理图；（3）软件流程图。5.时间进度安排；顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注111.29明确设计任务，搜集相关资料211.30硬件电路设计及元件选择312.1软件设计412.2组态设计512.3撰写课程设计说明书6.主要参考资料（文献）。（1）微型计算机控制技术赖寿宏，机械工业出版社（2）计算机控制系统李正军，机械工业出版社（3）计算机控制系统张德江，机械工业出版社（4）MCGS嵌入版用户手册，2004年2月（5）HMI实验教材，2010年10月目录一、 摘要1二、 硬件设计3三、 软件设计6四、 组态设计7五、 系统总原理图14六、 设计总结15七、 参考文献16一、摘要1.设计的原始资料及依据； 在生产中，有些生产机械要求起动时电流不能过大，停车时要求快速停车。如：车床主轴，经常进行正反转运行。为了满足上述要求，电动机在启动时要采用取限制起动电流的措施，停车时也要采取相应的制动措施。三相笼型异步电动机串电阻降压起动/反接制动控制方案中，降压起动和反接制动时，共用一套限流电阻。因此，该方案有体积小，控制线路简单，起动电流小和制动转矩大等特点，适合电动机频繁进行正反转运行场合。较大容量的笼型异步电动机（大于10KW）直接启动时，电流为其标称额定电流48倍，启动电流较大，会对电网产生巨大冲击，所以一般都采用降压方式来启动。启动时降压加在电动机定子绕组上的电压，启动后再将电压恢复到额定值，使之在正常电压下运行。因电枢电流和电压成正比，所以，降低电压可以减少启动电流，防止在电路中产生过大的电压降，减少对线路电压的影响。所以本设计中使用串电阻降压启动方式。反接制动是利用改变电动机电源的相序，使定子绕组产生相反方向的旋转磁场，因而产生制动转矩的一种制动方法。2、设计要求但启动电动机时，合上自动开关QS，按下起动按钮SB2，接触器KM1通电，同时时间继电器KT1通电计时；接触器KM1主触点闭合，电源经电阻R接至电动机输入端，电动机降压起动。计时时间到，电动机已经低速运转，由KT1的延时闭合常开触点将接触器KM3通电吸合，KM3的主触点将限流电阻R短接，电动机输入端直接接到电源端，起动过程结束。停车时，按下停止按钮SB1，接触器KM1和KM3断电；同时，接触器KM2和时间继电器KT2通电，KM2通电后，经电阻R将反接制动转矩接入电动机输入端。KT2计时时间到，将KM2断电，撤销制动转矩。制动过程结束3、控制系统设计说明三相笼型异步电动机串电阻降压起动/反接制动控制系统设计包括硬件设计，软件设计和组态设计。硬件设计有步骤说明和相关图形，硬件连接图就是运行器件和PLC的接口电路；软件设计就是根据三相笼型异步电动机串电阻降压起动/反接制动控制电路而编写的PLC程序；组态设计利用MCGS设计控制窗口，进行PLC控制；整个控制系统就是将计算机与PLC及电动机连接按照硬件图起来，在计算机上进行相应的软件编写，用计算机组态设计的控制窗口进行电动机串电阻降压起动/反接制动。4、关键字：串电阻降压启动，反接制动，限流电阻，组态控制窗口二、硬件设计1、硬件设计说明 硬件设计就是连接计算机，PLC和电动机的接口电路的设计，而硬件接线是根据控制线路和程序梯形图而来的，所以需要根据主电路图，利用PLC知识画出控制电路，由控制电路编制程序梯形图，使硬件接口与PLC软件指令对应。2、三相笼型异步电动机串电阻降压起动/反接制动主电路和控制电路2.1、三相笼型异步电动机串电阻降压起动/反接制动主电路元件表元件名称符号用途数量自动开关QS接通，分断电路，还能进行短路、过载及欠电压保护1三相笼型异步电动机M带动生产机器1熔断器FU用于短路保护和严重过载保护1热继电器FR实现三相交流电动机的过载保护1接触器开关KM根据接触器线圈通断电接通、分断电路3电阻R实现电动机降压起动32.2、三相笼型异步电动机串电阻降压起动/反接制动控制电路元件表元件名称符号用途数量熔断器FU用于短路保护和严重过载保护2热继电器开关BB用于短路保护和严重过载保护,进行保护时开关分断1按钮SB起动、停止主电路2接触器线圈KM通断电时，使触点接通或分断3时间继电器线圈KT通电后经过一定的延时后输出信号2接触器触点KM根据接触器线圈通断电接通、分断电路4继电器触点KT根据继电器通电延时后接通控制电路23、硬件连接电路元件与其对应地址硬件名称符号对应的PLC地址停止按钮SB2I0.1启动按钮SB1I0.3热继电器BBI0.5接触器1KM1Q0.1接触器2KM2Q0.2接触器3KM3Q0.3三、软件设计1、软件设计说明 首先利用PLC编程软件根据三相笼型异步电动机串电阻降压起动/反接制动控制电路编制梯形图程序，程序指令与PLC地址对应。完成后，编译将程序下载到PLC中并运行。2、梯形程序图（其中T37，T38为定时器）四、组态设计1、组态步骤双击计算机桌面图标，MCGS工控组态软件，点击“新建”，弹出如图1对话框。 图1-1 MCGS软件界面选择TPC类型为“TPC7062K”，在“描述”窗口中显示的是该HMI设备的基本参数。在“背景”窗口中显示的是创建工程画面的背景颜色，用鼠标左键点击可以重现设定背景颜色。单击确定，弹出如下图2的对话框。 图1-2 工作台画面在工作台画面中，包括“主控窗口”、“设备窗口”、“用户窗口”、“实时数据库”及“运行策略”选项。分别完成工程命名和属性设置、动画设计、设备连接、编写控制流程、定义数据变量等项组态操作。创建工程后首先应进行控制设备的组态，鼠标左键点击“设备窗口”，弹出“设备窗口”画面，双击图标，弹出画面如图3所示。 图1-3项目组态画面首先用鼠标左键双击“通用串口父设备”， 通用串口父设备是提供串口通讯功能的父设备，每个通讯串口父设备与一个实际的物理串口对应，下面可以挂接所有通过串口连接的设备。具体功能设定如图1-4所示： 图1-4通用串口设备属性编辑画面然后双击对应的PLC设备，本书以西门子S7-200系列的PLC为例，所以双击“西门子_S7200PPI”，把控制设备加入到“通用串口父设备0”的子目录下，如图5所示：图1-4设备组态画面MCGS的驱动设备库非常丰富，除PLC之外还包含变频器、仪表、模块等。“实时数据库”和“运行策略”可以在工程组态的过程中完成。在进行工程组态之前，首先要建立项目的数据变量。然后根据组态设计要求进行具体操作。2、具体设计说明该控制系统为三相笼型异步电动机串电阻降压起动/反接制动控制系统，该方案中限制起动电流和限制反接制动电流时，共用一套电阻。起动时，按下起动按钮SB2接触器KM1吸合，电源经电阻R接至电动机输入端。同时，时间继电器KT1通电计时，计时时间到，电动机已经低速运转时，由KT1的延时闭合常开触点将接触器KM3通电吸合，KM3的主触点将限流电阻R短接，电动机输入端直接接到电源端，起动过程结束。停车时，按下停止按钮SB1，接触器KM1和KM3断电；同时，接触器KM2和时间继电器KT2通电，KM2通电后，经电阻R将反接制动转矩接入电动机输入端。KT2计时时间到，将KM2断电，撤销制动转矩。制动过程结束。单击“用户窗口”进入用户窗口画面组态，点击“新建窗口”建立工程窗口画面如图2-1所示： 图2-1 新建用户窗口用鼠标左键双击“窗口1”进入工程组态画面进行组态。利用MCGS设计如图控制窗口。 三相笼型异步电动机串电阻降压起动/反接制动控制系统由图可知，需要组态“启动”、“停止”两个控制按钮，利用MCGS的图形绘制工具，可以完成该控制窗口中的运行电路和控制电路的设计。控制要求为，点击“启动”按钮SB2，运行电路的“KM1”闭合，电源经电阻R接至电动机输入端，并显示为串电阻启动。控制电路中的“KM1”闭合，KM1的线圈由绿色变为红色，代表电动机串电阻启动，同时时间继电器KT1通电计时，计时时间到，电动机已经低速运转时，由KT1的延时闭合常开触点将接触器KM3通电吸合，KM3的主触点将限流电阻R短接，电动机输入端直接接到电源端，起动过程结束。点击“停止”按钮SB1, 运行电路中的“KM1”和“KM3”断电。同时，控制电路中的接触器“KM2”和时间继电器“KT2”通电，运行电路KM2通电后，经电阻R将反接制动转矩接入电动机输入端，电动机显示为反接制动。KT2计时时间到，将KM2断电，撤销制动转矩。制动过程结束。1、通过PLC进行编程，其参考程序如下：2、在MCGS中创建工程后，对控制窗口中的各个元素进行动画组态，由PLC控制程序可知，“起动”按钮对应的地址为“I0.1”，“停止”按钮对应的地址为“I0.3”，“KM1”对应的地址为“Q0.1”，“KM2”对应的地址为“Q0.2”，“KM2”对应的地址为“Q0.3”。地址分配后，开始对工程进行动画组态。3、该工程的动画主要分为4类：（1）、触点（KM1、KM2、KM3）的动作：该动画可以用“可见度”来完成。用绘图工具分别绘制开点图形和闭点图形，用变量选择窗口生成开点图形的表达式为“设备0_读写Q000_0”（KM1）或“设备0_读写Q000_1”（KM2）或“设备0_读写Q000_2”（KM3），表达式非零时，设为对应图符不可见。然后生成闭点图形的表达式为“设备0_读写Q000_0”（KM1）或“设备0_读写Q000_1”（KM2）或“设备0_读写Q000_2”（KM3），表达式非零时，设为对应图符可见。这样，当PLC程序运行时，即可完成触点的接触、断开动作了。（2）、电动机旋转动作：这里介绍一种新的方法来完成旋转，即通过“运行策略”和“可见度”配合完成。具体方法是选中绘制好的旋转图“旋转1”和 “旋转2”。 在“实时数据库”新增对象“旋转”，设置对象类型为“数值”，对象初值为0。设定“旋转1”的“可见度”，表达式栏选“旋转”，当表达式非零时，设定“对应图符不可见”。设定“旋转2”的“可见度”，表达式栏选“旋转”，当表达式非零时，设定“对应图符可见”。然后选择“工作台”中的“运行策略”，双击“循环策略”进入“策略组态”窗口。在窗口空白处单击鼠标右键，在弹出选项中，选择“新增策略行”如图所示。策略组态 双击图标，进入“表达式条件”窗口，在“表达式”栏中，可以设定策略运行所满足得条件。由控制程序可知，当控制接触器触点KM1闭合的时候，电动机开始起动，所以表达式栏应设定为“设备0_读写Q000_0 or设备0_读写Q000_1”，“条件设置”栏点选表达式的值非0时条件成立，点击确认完成。用鼠标右键点击空白处，在弹出选项中点击“策略工具箱”，把弹出的窗口中的“数据对象”拖入图标，图标变为“数据对象操作”。双击图标进入“数据对象操作”窗口，在“对应数据对象名称”栏中，填入“起动”，在“值操作”栏中勾选“对象的值”，输入变量为“起动”，点击确认完成设定，如图所示。 数据对象操作（3）、接触器线圈变色：根据控制要求，当接触器处于断电状态时，线圈应为绿色，接触器处于通电状态时，线圈应为红色。该动作可以通过“填充颜色”来实现。在工曾窗口中双击线圈，在弹出的“动画组态属性设置”窗口中勾选“填充颜色”，进入填充颜色选项，“KM1”接触器对应的表达式应为“串电阻起动”，“KM2”接触器对应的表达式应为“反接制动”。“分段点0”设为绿色，“分段点1”设为红色，点击确认完成组态。（4）、转动方向显示：建立“串电阻起动”标签和“反接制动”标签，两个标签的动画均用可见度来完成，其中“串电阻起动”标签可见度表达式为“设备0_读写Q000_0”，表达式非零时“对应图符可见”。“反接制动”标签可见度表达式为“设备0_读写Q000_1” ，表达式非零时“对应图符可见”。点击确认完成组态。五、系统总原理图六、设计总结一周的计算机控制系统课程设计终于在紧张、忙碌的气氛中落下了帷幕。回顾这一周的时光，细数其中的点滴，不禁感慨良多。从开始的迷茫到最后设计的完成，我还是一步一个脚印的走了过来，并且获益匪浅。当设计任务下达的时候，指导老师耐心的给予讲解，但是我还是对设计毫无头绪，不知道如何着手。直到快要上交设计