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基础课程设计（论文）微型计算机系统设计学生姓名：xxx指导教师：史国军学生学号：201040736xx专 业：电气工程及其自动化信息技术学院电气工程系2013年11月24 日摘要摘要微型计算机系统简称“微机系统”。是由微型计算机、显示器、输入输出设备、电源及控制面板等组成的计算机系统。配有操作系统、高级语言和多种工具性软件等。“微机系统”是20世纪最重要的科技成果之一。它是一种能自动、高速、精确地处理信息的现代化电子设备，计算机具有算术运算和逻辑判断能力，并能通过预先编好的程序来自动完成数据的加工处理，因此，也可以说计算机也是一种帮助人类从事脑力劳动(包括记忆、计算、分析、判断、设计、咨询、诊断、决策、学习和创造等思维活动)的工具。利用微型计算机系统控制电动机，实现电动机的正反转。现在，计算机的应用已深入到社会的各个角落，极大地改变着人们的工作、学习和生活方式，成为信息时代的主要标志。关键词：计算机、可编程控制器、电动机、中央处理器II目录目录摘要I1 绪论12 微型计算机12.1微型计算机组成12.1.1 硬件部分12.1.1.1中央处理器12.1.1.2 存储器12.1.2 软件部分12.2 PLC工作原理12.3 PLC应用23 三相异步电动机33.1 三相异步电动机的启动33.2 三相异步电动机的制动43.3 三相异步电机的正反转PLC控制53.4 两台电动机顺序起动联锁PLC控制73.5 三相异步电动机使用PLC控制优点9参考文献111.绪论计算机从诞生到现在不过半个多世纪， 但是它的发展速度是惊人的， 它把人 类的计算速度提高了数千亿倍。计算机的发展先后经历了电子管、 晶体管、 大规模集成电路和超大规模集成电路为主要器件的四个发展时代。计算机发展至今， 一直沿用“存储程序” 的思想。这是计算机科学发展史上的一个重要里程碑，它奠定了计算机发展的科学基础。2微型计算机2.1微型计算机组成一台完整的微型计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成。2.1.1硬件部分2.1.1.1中央处理器中央处理器（Central Processing Unit，CPU）制作在一块集成电路芯片上，也成为微处理器（Micro Processor Unit，MPU）。计算机利用中央处理器处理数据，利用存储器来存储数据。CPU是计算机硬件的核心，主要包括运算器和控制器两大部分，控制着整个计算机系统的工作。计算机的性能主要取决于CPU的性能。运算器又称为算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU）。操作时，控制器从存储器取出数据，运算器进行算术运算或逻辑运算，并把处理后的结果送回存储器。2.1.1.2 存储器存储器是计算机中的记忆存储部件。存储器既能够接受和保存数据，又能够向其他部件提供数据。存储器分为内存和外存两大类。在计算机系统中，习惯上把内存、CPU合称为主机。内存储器分为随机读/写存储器（Random Access Memory，RAM）、只读存储器（Read OnlyMemory，ROM）和高速缓冲存储器（Cache）三类。内存一般指的是RAM。外存储器主要包括硬盘、光盘、U盘和移动硬盘等。输入设备主要包括键盘、鼠标等。输出设备主要有显示器和打印机等。2.1.2软件部分硬件虽是组成计算机的基础，软件才是计算机的灵魂。计算机的硬件系统上只有安装了软件后，才能发挥其应有的作用。使用不同的软件，计算机可以完成各种不同的工作。配备上软件的计算机才成为完整的计算机系统。2.2 PLC的工作原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 （1）输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 （2）用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 （3）输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。2.3 PLC应用PLC在三相异步电动机控制中的应用，与传统的继电器控制相比具有速度快，可靠性高，灵活性强，功能完善等优点。长期以来，PLC始终处于自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用，它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。本文设计了2个三相异步电动机的PLC控制电路，分别是三相异步电动机的正反转控制和两台电动机顺序起动联锁控制，与传统的继电器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、灵活性强等优点。三相异步电动机的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域,在这些应用领域中,三相异步电动机常常运行在恶劣的环境下,导致产生过流,短路,断相,绝故,对缘老化等事故，应用于大型工业设备重要场合的高压电动机,大功率电动机来说,一旦发生故障所造成的损失无法估量。本系统的控制是采用PLC的编程语言-梯形语言,梯形语言是在可编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的基础上加进了许多功能，使用灵活的指令，使逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，所实现的功能也大大超过传统的继电器控制电路，可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，它是专为在恶劣工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术等操作的指令，并采用数字式，模拟式的输入和输出，控制各种的机械或生产过程。长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化设备提供了非常可靠的控制应用，它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业，企业对自动化的需要。进入20世纪80年代，由于计算机技术和微电子技术的迅猛发展，极大地推动了PLC的发展，使得PLC的功能日益增强，目前，在先进国家中，PLC已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有工业，企业。由于PLC综合了计算机和自动化技术，所以它发展日新月异，大大超过其出现时的技术水平，它不但可以很容易的完成逻辑，顺序，定时，计数，数字运算，数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动化控制。特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息，网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛的运用于众多行业。3.三相异步电动机三相异步电动机由静止的定子和旋转的转子两个重要部分组成，定子和转子之间由气隙分开。三相异步电动机的几个工作过程的分析：3.1 三相异步电动机的起动三相异步电动机接通电源，使电机的转子从静止状态到转子以一定速度稳定运行的过程称为电动机的起动过程。起动方法有直接起动和降压起动两种。 (1) Y-降压起动 这种起动方法适用于电动机正常运行时接法为三角形的三相异步电动机。电机起动时，定子绕组接成星形，起动完毕后，电动机切换为三角形。 图3-1 Y-降压起动控制线路图1-4是一个Y-降压起动控制线路，起动时，电源开关QS闭合，控制电路先使得KM2闭合，电机星形起动，定子绕组由于采用了星形结构，其每相绕阻上承受的电压比正常接法时下降了。当电机转速上升到稳定值时，控制电路再控制KM1闭合，于是定子绕组换成三角形接法，电机开始稳定运行。 (2)自耦变压器降压起动 这种起动方法是指起动时，定子绕组接三相自耦变压器的低压输出端，起动完毕后，切掉自耦变压器并将定子绕组直接接上三相交流电源，使电动机在额定电压下稳定运行。 3.2三相异步电动机的制动 三相异步电动机脱离电源之后，由于惯性，电动机要经过一定的时间后才会慢慢停下来, 但有些生产机械要求能迅速而准确地停车，那么就要求对电动机进行制动控制。电动机的制动方法可以分为两大类：机械制动和电气制动。机械制动一般利用电磁抱闸的方法来实现；电气制动一般有能耗制动、反接制动和回馈发电制动三种方法。 (a) 接线图； (b) 原理图图3-2反接制动示意图 正常运行时，接通KM1，电动机加顺序电源UVW起动运行。需要制动时，接通KM2， 从图可以看出，电动机的定子绕组接逆序电源VUW，该电源产生一个反向的旋转磁场，由于惯性，电动机仍然顺时针旋转，这时转子感应电流的方向按右手螺旋法则可以判断，再根据左手定则判断转子的受力F。显然，转子会受到一个与其运动方向相反，而与新旋转磁场方向相同的制动力矩，使得电机的转速迅速降低。当转速接近零时，应切断反接电源，否则，电动机会反方向起动。反接制动的优点是制动时间短，操作简单，但反接制动时，由于形成了反向磁场，所以使得转子的相对转速远大于同步转速，转差率大大增大，转子绕组中的感应电流很大，能耗也较大。为限制电流，一般在制动回路中串入大电阻。另外，反接制动时，制动转矩较大，会对生产机械造成一定的机械冲击，影响加工精度，通常用于一些频繁正反转且功率小于10 kW的小型生产机械中。 3.3三相异步电机的正反转PLC控制 在生产过程中,往往要求电动机能够实现正反两个方向的转动,如起重机吊钩的上升与下降,机床工作台的前进与后退等等。由电动机原理可知，只要把电动机的三相电源进线中的任意两相对调，就可改变电动机的转向。因此正反转控制电路实质上是两个方向相反的单相运行电路，为了避免误动作引起电源相间短路，必须在这两个相反方向的单向运行电路中加设必要的互锁。按照电动机可逆运行操作顺序的不同，就有了“正-停-反”和“正-反-停”两种控制电路。图3-3正反转继电器控制图图3-4 I/O接线图图3-5 梯形图 指令程序地址 指令 数据0000 LD00010001 OR 05000002 AND-NOT 00000003 AND-NOT 05010004 OUT 05000005 LD 00020006 OR05010007 AND-NOT 00000008 AND-NOT 05000009 OUT 05010010 END(01)PLC控制的工作过程的分析： 按下SB2，输入继电器0001动合触点闭合，输出继电器0500线圈接通并自锁，接触器KM1主触点，动合辅助触点闭合，电动机M通电正转。 按下SB1，输入继电器0000动断触点断开，输出继电器0500线圈失电，KM1主触点，动合辅助触点断开，电动机M断电停止正转。 按下SB3,0002动合触点闭合,0501线圈接通并自锁,KM2主触点,动合辅助触点闭合,电动机M通电反转3.4两台电动机顺序起动联锁PLC控制在装有多台电动机的生产机械上，有时必须按一定的顺序起动电动机，才能满足工作的需要。例如某个设备要求:“必需首先起动甲电动机，然后才能起动乙电动机，当甲电动机停止后，乙电动机自动停止”。这种要求可采用下面的控制线路来实现。 图3-6 顺序启动继电器控制图图3-7 I/O接线图图3-8 梯形图 指令程序地址 指令 数据 0000 LD 0000 0001 OR 0500 0002 AND-NOT 0001 0003 OUT 0500 0004 LD 0002 0005 OR 0501 0006 AND 0500 0007 AND-NOT 0003 0008 OUT 0501 0009 END(01) PLC控制的工作过程的分析： 按下M1的起动按钮SB1,输入继电器0000动合触点闭合,输出继电器0500线圈接通并自锁,接触器KM1得电吸合,电动机M1起动运转;同时连接在0501线圈驱动电路的0500动合触点闭合,为起动电动机M2作准备。可见,只有电动机M1先起动,电动机M2才能起动。这时如果按下M2的起动按钮SB3,0002动合触点闭合,0501线圈接通并自锁,接触器KM2得电吸合,电动机M2起动运转。按下M1的停止按钮SB2，0001动断触点断开，使0500线圈失电，并且由于连接在0501线圈驱动电路的0500动合触点的断开，使得0501线圈同时失电，两台电动机都停止运行。若只按下M2停止，按钮SB4时，0003动断触点断开；使得0501线圈失电，M2停止运行，而M1仍运行。3.5三相异步电动机使用PLC控制优点 本文设计就对三相异步电动机的正反转控制，顺序起动等系统进行了设计，还有其它的像制动和调速控制在这里我就不再设计，主电路都是一样的，就控制电路有一点小差异，使用PLC控制三相异步电动机有很多好处的：不易老化，设备简单，结构合理，便于控制价格便宜等，三相异步电动机要旋转起