家用自动吸尘清洁器的设计（包含CAD高清图纸、开题报告、说明书）
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摘 要随着社会的不断发展进步，清洁器从最初的高科技发展到了现在家家必备的小家电。同时，由于我们生活质量的提高，对产品的精神和审美上的需求也逐渐提升，所以现代社会越来越看重人性化设计，于是出现了以人为本和为生活而设计的思想。多方面考虑产品的适用人群、使用环境以及产品给人们精神上和心理上的感受，这已然成为了产品设计的核心问题。本篇设计对集尘筒盖弹射开关、过滤网罩和螺旋进风口的部件做出了简单的设计，解释了它的结构难点与设计过程，其相关尺寸计算忽略。关键词：多功能清洁器；旋风分离技术；结构设计；流体IIIAbstractWith the development of science and technology, cleaner is from the initial high-tech development to the small home appliance every necessary now. Because of our quality of life improved, peoples spirit of the product and the aesthetic demand is gradually increasing. Modern society is more and more emphasis on the humanized design, so the people-oriented and design ideas for life are becoming. Thinking products applicable people, using the environment, and giving people spiritual and psychological feelings, has become the core problem of product design. The article ejection switch on the dust cover, filter cover and spiral air intake parts to make a brief design, described the structure of difficulty with the design process, the size calculation is omitted.Key words：Multi-function vacuum cleaner; cyclone separation technology; structural design; fluid analysis IV目 录AbstractIV1 绪 论11.1 课题背景11.2吸尘器的现状21.3 智能吸尘器造型的风格31.4 新型智能吸尘器的发展前景41.5课题研究目的及意义42 家用清洁器的改进优化概述73 清洁器整体方案设计83.1 清洁器的组成和分类83.1.1清洁器的组成83.2 清洁器的整体分析83.2.1清洁器的性能参数标准83.2.2清洁器的工作原理83.3 清洁器电机选择94 清洁器结构设计与计算104.1 旋风分离器结构设计104.1.1旋风分离原理104.1.2旋风分离器的性能参数114.1.3旋风分离器的结构尺寸定型124.2 风叶轮设计154.2.1风叶轮的结构选型154.2.2风叶轮的理论设计164.2.3风叶轮的设计参数确定184.3 过滤网罩设计204.4 螺旋进风口设计234.5 小结235 基于PLC的电机调速245.1 直流电机五大优势255.2 PWM调速模块设计265.3 PWM控制的原理285.4 S7-200PLC实现直流电动机的PWM调速286 总 结41参考文献42致 谢44II第一章 绪论1 绪 论1.1 课题背景随着人们的生活不断改善，对家居卫生的要求也越来越高，室内室外的卫生越来越引起人们的注意。由此，清洁器应运而出，它是怎样被人们了解并运用的呢？下面让我们一起来研究它：在20世纪初的英国帝国音乐厅，一位叫布斯的工程师参观了一场车厢除尘器的示范表演。这种清洁器用压缩空气把灰尘吹入封闭容器内，布斯认为这种方法并不严谨，因为许多灰尘没能吹入容器。于是，他从反方向出发，做了个简单的试验：用口对着盖在椅子扶手上的手帕吸，结果手帕神奇的沾上了一层灰。受此启发，他初步发明了清洁器，用强力电泵把空气吸入软管，再把布袋当成过滤网过滤灰尘。当年8月布斯申请得到专利，并组建了真空清洁公司，他在车上装上用汽油发动机驱动的真空泵，招收工作人员挨家挨户把几条长软管从窗子伸进房间清洁，为居民清洁服务。 最早设计的清洁器是直立式的。1913年瑞典斯德哥尔摩的温勒戈林发明了横罐形真空清洁器 2002年，美国的iRobot 公司发明了智能清洁的机器人。在智能清洁器的基础上各大公司开始设计新的产品。 1.1.1清洁器的分类目前民用清洁器主要分为以下几大类：1)卧式清洁器其特点是外形小巧，存放方便。卧式清洁器也分为“尘盒式清洁器”和“尘袋式清洁器”2)立式清洁器 西方市场比较常见，适用于面积比较广的地毯清洁。3)手持式清洁器 体积很小，携带非常便捷，一般用于清洁小空间，例如对键盘，电器等有很好的效果。缺点是功率不大，吸力很小，不能完全清除脏物。4)桶式清洁器 一般用作商用清洁器，大多用在公共场所，优点是存储空间大，能吸液体。5)杆式清洁器 近几年比较常见，大多是需要充电的，特点是小巧，操作简单。6)机器人清洁器 高端清洁器，可自动清洁卫生甚至充电，但清洁效果有限，不太适合非常邋遢的环境。1.1.2清洁器造型发展的分类1)立体式大小上，有一个变小的趋势，主要表现在尘仓的体积容量上还有下端入尘口的体积容量上。整体外观方面，线条柔和，并在逐步的完善。2)桶式造型从原始的桶装变成更接近家用的外形，工业专用的特点渐渐变少，造型上亲和力逐步增强。 3)卧式从外观来说，柔和的曲线，明显的统一性，讲究细节处理，颜色时尚，材质多变。4)手持式手持式的便携清洁器在外观上做了极大的改变，体积明显减小。增加了手持把手，使得与形体的联系性增强了，配色与材料上也有了极大的不同。清洁器造型上的发展主要有体感量减小，造型的曲线流畅感增强，颜色搭配的时尚感增强以及材质感增强等特点。1.2吸尘器的现状从国际市场来说，中国无疑是世界上最大的生产基地。中国年出口量最大达到了5000万台，出口的目标主要是针对欧洲、美国和日本等发达国家。然而在国内的市场调研显示，吸尘器销售还没达到300万台，显然与出口形成了巨大的反差，跟其他小家电比还差得很远1。在传统吸尘器里，对于普通家庭而言，它们的体积还是稍微过大，而且还有很长的接线，使用起来难免会被绊到。对于室内很多细小的地方也是很难利用到它的价值，在消费者而言，这也是困扰它们去购买吸尘器的问题之一。由此可见，中国消费者没有完全意识到吸尘器的功能及其使用价值，现代新型智能吸尘器的出现会解决很多消费者所顾虑的问题，所以当消费者一旦意识到其使用的价值之后，吸尘器产品的市场将会打开，人们对清洁器的需求将是巨大的。如图1.2 图1.21.3 智能吸尘器造型的风格产品设计不是一项十分简单的项目，在进行设计的过程中，设计师须发挥其主观能动性，把科技与艺术、技术与人相结合，来设计满足人们各方面需要的产品。现代的新型的造型风格与传统吸尘器的造型风格大不相同，传统吸尘器造型大多都一样。现代新型吸尘器大多数都已经摒弃了传统吸尘器的造型，出现了众多风格各异和不同内涵的造型风格。多数以不同的几何形态组合成造型，来冲击我们的视觉，同时带给我们情感上不同的反应。从情感上来讲，曲线代表温柔委婉的情感，让人感到温馨和亲切。所以在设计产品中，融入人性化的特点，就像人的身体，好的曲线感更能带来人们的欣赏。产品的形态也是一样，好的造型就可以成为经典，如可口可乐公司设计的可乐瓶，就是根据女人的身体的曲线来设计，满足了人们的审美需求，这个造型也因此成为人类经典的设计。亲民的设计是现代社会的发展趋向，吸尘器也由此出现众多人性化的设计风格，大致表现在功能和外观两个方面。吸尘器在功能上的人性化不再类似于传统的吸尘，吸尘器加入了电脑芯片，所以控制变得智能化。里面的工作方式丰富，可以吸灰尘，粉尘，玻璃屑等固体，甚至还可以吸液体，这是现代设计在产品性能上的一个转折，放弃了传统的固有因素，加入很多新的元素，使得现代吸尘器产品满足人们的需要、符合我们生活状况，这也赋予了产品的人情味，也就说明了产品的亲和力大大增强。在外型上首先得给消费者视觉上的震撼，产品的配色和外型一般会使人们更容易接受，受此启发，设计师们合理应用配色和造型，以及人们潜在精神上的影响，根据消费者的选择不同来设计不同的方式。新型吸尘器抛弃了复杂繁琐的接线头，添加了蓄电池，使得造型更具有亲和力，外观上采用曲线、直线或多种几何形状的组合，给人视觉上的冲击，使得消费者的审美需求和心理得到满足。如图1.3： 图1.3智能吸尘器1.4 新型智能吸尘器的发展前景放眼看整个小家电的市场，吸尘器没有非常强烈的竞争，但这并不能说明吸尘器缺乏市场需求量，它的潜力是巨大的。上文提到，中国的吸尘器出口量和消费量的差别巨大，从数据分析，国内消费智能吸尘器的能力还是很大的。因为对于新型智能吸尘器的功能，消费者还没有完全明白和理解，所以国内的消费量不高。但现代社会提倡的环保、以人为本，使人们更加注重环境的健康，因而智能吸尘器的发展前景无疑是十分广阔的。1.5课题研究目的及意义本篇毕业设计是设计出一个操作简单、功能多样、外观时尚、具有一定风格的手持式家用多功能清洁器。目前，国内现有的家用清洁器大部分功能单一，使用不方便，经常得清洗过滤网。因此，本次设计的产品面对国内市场，其优点如下：1)能够把清洁、除湿和一些附加功能等常用功能一体化，增加清洁器的使用功能。2)通过多功能清洁器的设计，提高使用清洁器的工作效率，减轻使用时的劳动负担，提高生活质量。3)该清洁器体型比较小，不重，方便携带，有着巨大的实用价值和性价比，可以转化为产品，投入市场。本次课题设计难点：1)工业旋风除尘技术如何引入到家电产品中；2)对风叶轮进行结构优化；5第二章 家用清洁器的改进优化概述2 家用清洁器的改进优化概述在目前市场上，大部分的清洁器只有清洁功能，功能比较简单，只有少数清洁器具有附属功能（吸湿）。然而现有清洁器的吸湿功能只能吸收少量的水，若吸收大量的水，将会对电机造成极大的损害，破坏整个清洁器系统。那么在面对家庭中地面积水较多的地方，如何清理呢？清洗后，如何迅速使环境变得干燥呢？这些问题都是我们在日常生活中经常碰到的问题，为了解决此类问题，多功能清洁器就派上用场了。多功能清洁器在风叶轮与电机之间设置挡板，以便保护机器，隔开了电机与水接触。这样就可以有效地保护清洁器的电机系统。当在清洁器正常工作时，由于挡板的阻碍，水绕开电机进入后壳体的集尘筒中，完成吸水工作。烘干功能的实现，直接在清洁器的排风口末端套接吹风管便可以实现。多功能清洁器可以同时进行多项任务，如清洁、清扫、清洗和烘干。从而避免了用户购买一个单一的洗涤或干燥的功能机器的麻烦，使家务劳动更容易、更轻松的完成。提高了工作效率，也节省体力劳动和时间。7第三章 清洁器整体方案设计3 清洁器整体方案设计3.1 清洁器的组成和分类3.1.1清洁器的组成清洁器主要由吸头、集尘分离装置、负压装置三部分组成，一般包括串激整流子电动机、离心式风机、滤尘网和清洁附件。1)吸头 根据使用场合，吸头有多种化：电动吸头、磨光吸头、扁吸嘴。电动吸头一般用于清除毛毯污物而设计的，一般分为粗毛刷、细毛刷、转动毛刷；磨光吸头则运用于清除表面光滑的物体，避免在使用清洁器过程中，留下刮痕印迹。扁吸嘴常用于一些很难操作的除尘死角。2)集尘分离装置 通过市场调研分析，现有的家用集尘分离装置大致分为以下四种：滤纸过滤、无纺布过滤、水平式旋风过滤（带滤芯）、立式旋风分离。 3)负压装置 通过离心风叶轮的高速旋转产生负压。4)排气消音装置 通过消音棉，网孔，气体顺畅流出。3.2 清洁器的整体分析3.2.1清洁器的性能参数标准清洁器功率： 一般清洁器的功率在4001000W左右，家用清洁器的功率一般小于250W。清洁器的性能体现主要是在于功率的大小。噪音系数： 清洁器的噪音包括三部分：空气噪音、机械噪音和电磁噪音。电机在高速旋转的时候会产生较大的噪音，噪音一般应该控制在50分贝以下，但是市场上的大部分清洁器噪音超过了60分贝。3.2.2清洁器的工作原理使用清洁器的最终目的是清除家庭环境内地面、墙面以及家具织物的表面的污垢或者灰尘。清洁器工作原理是使用直流或交流电机作为原动力，当电源接通的时候，电机带动风叶轮高速旋转，风叶轮会得到一定的能量，产生吸气的作用，最后气流从高速旋转的叶片后排出。在这个时候，位于风叶轮前端清洁器的内部的空气由于风叶轮的不停高速旋转，气流源源不断的补充到风叶轮中，形成了清洁器内部瞬时真空。因而，使得外界和清洁器内部产生极高的负压差，即形成了一定的空气吸力。通过一些辅助装置吸口、导管等把充满灰尘和脏物的空气吸入清洁器内部中。清洁器内部设置有过滤器，过滤器把灰尘和污垢都留在集尘筒中，过滤后的洁净空气流经风叶轮，进入后壳的电机出口排出，重新进入空气中。3.3 清洁器电机选择直流电机分有两类：直流有刷电机和直流无刷电机。通常情况下，电机，电磁中心，被称为转子围绕定子的永久磁铁，被转移到一个电流正交放置的永磁定子通过碳电刷转子线圈。这将创建一个电磁转子的旋转。无刷电机转子是一个包含永久磁铁，有两种类型的无刷电机，inrunners和outrunners。转子的永久磁铁安装在电机的外壳。无刷电机的不同特点：无刷电机一般比普通电机具有更高的效率，他们有更小的尺寸从而导致更低的材料成本。然而，无刷电机的生产更昂贵，还需要更先进的转向装置。通过类比以上两种电机性能得出表3-3：表3-3 有限与无刷电机对比电机类型噪声使用寿命价格是否需接驱动器直流有刷电机大一般（电刷易磨损）便宜否直流无刷电机极小长昂贵是目前国内市场上大部分的家用清洁器的电机都采用的是普通直流电机（即有刷电机），然而，根据本课题设计意图以及整体结构的设计需要，若采用普通直流电机无法达到要求，综合考虑，采用直流无刷电机。其型号参数如下：型号：57BL-0880N1-LSB功率：80W额定电压：24V(DC)额定转速：8000 rpm额定转矩：0.095 Nm额定电流：6.2A 最大电流：12.4A极对数：5重量：0.8Kg适配驱动器：BL-0804 V1.59第四章 清洁器结构设计与计算4 清洁器结构设计与计算4.1 旋风分离器结构设计旋风分离器是目前应用最广泛的气固分离装置之一。4.1.1旋风分离原理1)灰尘及脏物从圆筒上方如图4.1的入口处进入,沿着圆筒内壁作旋转运动。2)固体的离心力较大，被甩向外层，气流在内层。气体和固体得以分开。3)在下半部分的圆锥，因为旋转半径变小而切向速度变大，含尘气体作下螺旋运动。4)在圆锥的底部附近，气流变上升旋转运动，最后由上部出口芯管排出；5)固体沿内壁落入灰斗。旋风分离器的构造不是十分复杂，价格也不昂贵，没有运动部件，操作范围广泛，不受外界因素限制，分离效率高。一般用于除去直径5um以上的尘粒，如果烟尘的直径小于5um，旋风分离器的效率就会很低了，需要用湿法或袋滤器捕集。最大的不足就是阻力比较大、容易被磨损2。图4.1 具有切向入口的逆流式筒锥型旋风分离器示意图切流式旋风分离器的几何尺寸主要有以下七个尺寸3：1) 旋风分离器本身直径(指分离器简体截面的直径)， D ；2) 旋风分离器总高（从分离器顶板到排尘口），H ；3) 升气管直径，DX ；4) 升气管插入深度（从分离空间顶板算起），S ；5) 入口截面的高度和宽度，分别为a 和 b ；6)锥体段高度，Ha ；7)排尘口直径，Dd ；4.1.2旋风分离器的性能参数在达到气体处理量这个条件的基础上，判定旋风分离器性能主要有两方面，一是粉尘颗粒的分离性能，二是气体经过旋风分离器的压强降。1)分离性能分离性能的好坏可以用完全分离下来的最小颗粒尺寸来判定：一是临界粒径dc，二是分离效率。(1)：临界粒径dc：指旋风分离器能完全除掉的最小颗粒直径。假设：在容器内固体与气流相对运动为层流；颗粒在分离器内的切线速度恒等于进气处的气流速度ui；颗粒沉降所穿过的最大距离为进气口宽度B，由此可得临界粒径dc的估算式：dc=(9B /Nesui)1/2 (4.1)其中：B是旋风分离器进口管的宽度，标准型B=D/4； Ne：气流的有效旋转圈数，一般0.53，标准型35，通常取5； ui：进口气体的速度(m/s)； : 气体粘度； s: 固体的密度。dc与分离效率成反比，由估算式可见dc与D成正比，即效率与D成反比。当气体处理量很大，又需要较高的分离效果时，常将几个进口管宽度比较小的旋风分离器并联使用，称为旋风分离器组。而且气体粘度也与分离效率成反比。(2)：分离效率：有两种表示方法 *总效率：指被除去的颗粒占气体进入旋风分离器时带入的全部颗粒的质量百分数0=（C1-C2）/C1 (4.2)其中：C1：旋风分离器入口气体含尘浓度； C2：旋风分离器出口气体含尘浓度。总效率是最普遍也是最容易测量的分离效率，其不足是无法表明它对不同粒子的不同分离效果。 *粒级效率：指按颗粒大小分别表示出其被分离的质量分数4。含尘气体中的颗粒通常是有大有小的，这些颗粒通过旋风分离器后，颗粒被分离下来的百分率随着它的尺寸也不同。通常把气流中所含颗粒的尺寸大小分为几个等级，则其中平均粒径为di的第i小段范围颗粒的粒级效率定义为：pi=（C1i-C2i）/C1i (4.3) 不同粒径的颗粒，其粒级效率是不同的。根据临界粒径的定义，粒径不小于临界粒径dc的颗粒，p=100%。分割直径是粒级效率为50%的颗粒：d50=0.27D/ui（）1/2 (4.4) 对于完全相同的旋风分离器，都可以运用同一条粒级曲线。标准旋风分离器的p与d/d50的关系：总效率0=xipi，xi为进口处第i段颗粒占全部颗粒的质量分率。2)旋风分离器的压强降压强降可表示为进口气体动能的倍数：p=ui2/2 (4.5)其中：为阻力系数，对于同样的旋风分离器，为常数，标准型旋风分离器=8，一般5002000Pa。 考虑到家用清洁器的大小，我们对标准旋风分离器加以优化，设计出一种新的结构样式5。如图4.2所示：图4.2 旋风分离器剖视图4.1.3旋风分离器的结构尺寸定型 选择旋风分离器时，首先应分析分离含尘气体的具体内容，再依据各类设备的特点，选择旋风分离器的类型，而后通过计算决定尺寸与个数。计算的主要依据上面分析过了，分别是含尘气的体积流量，要求达到的分离效率和允许的压力降。本旋风分离器结构设计方法是根据现有旋风器结构进行改进，再对其做相关数据分析，以此达到清洁器整体尺寸和除尘要求。1)旋风分离器的D参数确定： 假设在900 m3/s总风量下，通过计算旋风分离器分离效果得出D尺寸： 一台旋风分离器： 取p=1460Pa，=5.3，允许的最大气速：ui=(2p/)1/2=22.4m/s； 取dc=6m，Ne=5，进气口宽度hB=Vs/ ui = D2 /8； D=0.299m； D=4B, B=0.075m； 入口高度 h=D/2=0.150m； 处理量= ui Bh=0.252 m3/s； 临界粒径dc的颗粒d50=0.27D/ui（）1/2=3.6m； d/ d50 =1.67； 查询手册可知，为0.84。 两台旋风分离器并联： 取p=1460Pa，=5.3，允许的最大气速：ui=(2p/)1/2=22.4m/s； 取dc=6m，Ne=5，进气口宽度hB=Vs/ ui = D2 /8 ； D=0.211m； D=4B B=0.053m； 入口高度 h=D/2=0.106m； 处理量= ui Bh=0.126 m3/s； 临界粒径dc的颗粒d50=0.27D/ui（）1/2=3.0m； d/ d50 =2； 查询手册可知，为0.9。 六台旋风分离器并联： 取p=1460Pa，=5.3，允许的最大气速：ui=(2p/)1/2=22.4m/s； 取dc=6m，Ne=5，进气口宽度hB=Vs/ ui = D2 /8； D=0.036m； D=4B B=0.037m； 入口高度 h=D/2=0.018m； 处理量= ui Bh=0.062 m3/s； 临界粒径dc的颗粒d50=0.27D/ui（）1/2=2.5m； d/ d50 =2.4；查询手册可知，为0.93。通过以上分离性能校核，最终确定采用了六个小旋风分离器并联除尘。图4.3 粒级效率与颗粒直径比d/dc的关系曲线图2)旋风分离器其它参数设计计算：图4.4 通过查阅相关手册，标准旋风分离器各个尺寸间关系如图4.4所示。由(1)中已确定了D=36 mm，则：h=D/2=18mm， H1=2*D=72mm, H2=2*D=72mm, S=D/8=45mm， D1=D/2=18mm，D2=D/4=9mm，为了适应加工工艺要求，本设计的旋风分离器，把螺旋进风口单独分开，因此，必须对标准旋风器所计算出的尺寸进行调整。调整后的尺寸如表4-2。表4-2 旋风器尺寸参数H113H280锥角10由1)的设计计算中，可知最终采用六个并联式的旋风结构。其结构图如图4.5所示。图4.5 六旋风分离器结构图4.2 风叶轮设计4.2.1风叶轮的结构选型按叶片结构分类1)前向式 风机叶片朝向叶轮旋转方向弯曲，叶片的出口安装角90。在相同风量下，它的风压最高。2)径向式 风机叶片朝径向伸出，=90，其性能介于前式和后式之间。3)后向式 叶片弯曲方向和叶轮旋转方向相反，9090静压=静压单击“设置PG/PC接口”选中PC/PPI cable（PPI）单击属性PPI选项中各项默认值；本地连接项中，选择PLC的接入端口（一定要和实际地址一致，若不知道，可以右击我的电脑属性硬件设备管理器找到PLC的通信口）单击确定按钮，完成设置双击刷新，查询到PLC后，确认，即建立了PC机与PLC的通信。5.2PWM调速模块设计5.2.1PWM模块电机调速原理调节电枢电压是直流调速系统中应用最普遍的方法。利用电力电子器件的完全可控性来获得可调的直流电压，采用脉宽调制(PWM)技术，直接将恒定的直流电压调制成可变大小和极性的直流电压作为电动机的极端电压，实现系统的平滑调速，这就是直流脉宽调速系统12。脉宽调制式直流调速系统，是一种在VC-M直流调速系统的基础上以脉宽调制式可调直流电源取代晶闸管相控整流电源后构成的直流电动机转速调节系统。 对于直流电机来说，如果加在电枢两端的电压为图5.4所示脉动电压（要求脉动电压的周期远小于电机的惯性常数），可以看出，在T不变的情况下，改变t1和t2的宽度，得到的电压将发生变化，下面对这一变化进行推导。 t 1t 2 T 图5.4 加在电枢两端的电压 设电机接电压U时，其转速最大为Vmax。若施加到电枢两端的脉动电压占空比为D=t1/T,则电枢平均电压为 U平=UD且可以推得电机转速n为：n =Ea/CeUD/ Ce=KD。 在假设电枢内阻很小的情况下，式中K= U/ Ce，是常数。上述式中，Ce为电动势常数，是磁通量。 图5.5为施加不同占空比用实测的数据绘制所得占空比与转速的关系图。 图5.5 占空比与电机转速的关系由图5.5看出转速与占空比D不是线性关系，原因是电枢本身有电阻，不过一般直流电机的内阻较小，可以近似为线性关系。由此可见，改变施加在电枢两端电压就能改变电机的转速，这就是直流电机PWM调速原理。5.3 PWM控制的原理PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术13。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制来等效地获得所需要的波形。如下图5.6所示，用设定值计数器设置PWM信号的占空比。当UD=1，输入CLK2，使设定值计数值的输出值增加，PWM的占空比增加，电机转速加快；当UD=0，输入CLK2使设定值计算器的输出值减小，PWM的占空比减小，电机转速变慢。在CLK0的作用下，锯齿波计数器输出周期性线性增加的锯齿波。当计数值小于设定值时，数字比较器输出低电平；当计数值大于设定值时，数字比较器输出高电平，由此产生周期性的PWM波形。图5.6 PWM控制电路原理图5.4 S7-200PLC实现直流电动机的PWM调速 本次设计所使用的PLC的CPU型号为224xp，通过调节对应的电位器就可以改变PWM波的脉宽，来实现直流电动机的PWM调速。S7-200实现直流电动机的PWM调速的硬件接线图如下图3-6所示。本系统采用S7-200PLC的CPU224xp模块，CPU224xp产生两路（正转和反转）PWM波经接口模块送至功率驱动电路，PWM信号经放大输出到电动机两端，实现直流电动机的控制14。 图5.7 PLC接线图脉冲输出（PLS）指令被用于控制在高速输出（Q0.0和Q0.1）中提供的脉冲串输出（PTO）和脉宽调制（PWM）功能。PTO提供方波（50%占空比）输出，配备周期和脉冲数用户控制功能。PWM提供连续性变量占空比输出，配备周期和脉宽用户控制功能。PLS指令会从特殊存储器SM中读取数据，使程序按照其存储值控制PTO/PWM发生器。SMB67控制PTO0或者PWM0，SMB77控制PTO1或者PWM。下表对用于控制PTO/PWM操作的存储器给出了描述。我们可以使用PTO/PWM控制字节参考表作为一个快速参考，用其中的数值作为PTO/PWM控制寄存器的值来实现需要的操作。可以通过修改SM存储区（包括控制字节），然后执行PLS指令来改变PTO或PWM波形的特性。可以在任意时刻禁止PTO或者PWM波形，方法为：首先将控制字节中的使能位（SM67.7或者SM77.7）清0，然后执行PLS指令。 图5.8子程序设计流程图图5.9 控制字节中各个控制位功能图图5.10 高速脉冲发生器使用的特殊寄存器 图5.11主程序梯形图 图5.12子程序梯形图 图5.13 中断程序TIN-1梯形图图5.14 中断程序TIN-0梯形图控制原理： 要求3秒将吸尘器的电机调速范围从90%下降到20%，则调节占空比，调节范围为90%20%，设置控制字节为SMB77为16#DA,表示对Q0.1为PWM方式，允许脉冲输出，不允许周期更新，允许脉宽更新，时间基准单位为ms级，同步更新且允许PWM输出。设置SMB78为周期为300ms，设置SMB80为起始脉宽值为270ms。 初始化PWM，调出子程序SBR_0，通过Q0.4与Q0.6SBR_0，SBR_0控制初始化输入控制字，周期，初始脉宽和比较值，启动PWM。当常开触点M0.1导通，执行中断程序INT_0，当m0.1为1时，脉宽递减，每周期减少21ms，当检测到脉宽为60时，复位m0.1，当常闭触点m0.1导通，执行中断子程序INT_1。当m0.1为0时，脉宽保持不变。输入/输出元件及控制：PLC元件元件符号功能I0.0SB1停止电动机I0.1SB2电动机正转I0.2SB3电动机反转I0.3FI1 FI2过电流欠电流保护Q0.0PWM正转输出信号Q0.1PWM反转输出信号Q0.2KM1电动机电枢启动Q0.3KM2电动机励磁绕组正接串电阻启动Q0.4KM3正转短接电阻Q0.5KM4电动机励磁绕组反接串电阻启动Q0.6KM5反转短接电阻PLC程序：（一）主程序Network 1 / 初始化/ 调用PWM初始化程序，调用加、减速控制中初始速度转换成脉宽的初始化程序LD SM0.1R Q0.0, 1CALL SBR0CALL SBR1MOVW 0, VW58MOVW 100, VW82Network 2 / 控制PLS指令每隔0.3s重启一次LDN T32A M0.3TON T32, 300Network 3 / 线性调速时，控制脉宽增加的时间：vw82s增加一次LDN T33TON T33, VW82Network 4 / 调用加速、减速控制中初始速度、指定速度值、无极调速速度值转换成脉宽值的子程序,调用速度显示子程序LD SM0.0LPSAN M0.6AN T34CALL SBR2LRDAN M0.6CALL SBR5LRDAN M0.2AN M0.4CALL SBR4LPPA M0.3CALL SBR6Network 5 / 脉宽值增加LDW= SMW70, VW44A T33AN M0.6A M0.4-I 1, SMW70Network 7 / 吸尘器旋风加速方式启动LD M0.7O M0.2AN M1.1AN M0.5AN M0.1= M0.2Network 8 / 无极调速方式启动LD M0.5O M0.6AN M1.1AN M0.7AN M0.1= M0.6Network 9 / 电机总开关LD M0.0O M1.0AN M0.1= M1.0Network 10 / 减速方式启动LD M1.1O M0.4AN M0.5AN M0.7AN M0.1= M0.4Network 11 / 运行pwm子程序LD SM0.0= L60.0LD M0.2O M0.4O M0.6AN M0.1AN T32A M1.0= L63.7LD L60.0CALL SBR3, L63.7, 1000, SMW70, VB24Network 12 / 控制初始速度值的输入LD M0.2O M0.4TON T34, 1Network 13 / 电机停，速度输入、输出点置零LD M0.1MOVW 0, VW0MOVW 0, VW26MOVW 0, VW58MOVR 0.0, VD54Network 14 / 计数器记录霍尔传感器长生的脉冲数：每10s记录一次，每转产生2个脉冲LD I0.0LD T35CTU C5, 10000Network 15 / 设定计数时间：10s，m0.3控制速度显示的变化启停LD M0.3AN T35TON T35, 1000Network 16 / 将计数器C5中记录的脉冲数每隔10s传给vw78地址一次LD T35MOVW C5, VW78Network 17 / 将脉冲数转换成速度值：LD SM0.0MOVW VW78, VW80*I +3, VW80（二）子程序一：PWM初始化程序Network 1 / 网络标题/ 网络注释LD SM0.0MOVB 16#D2, SMB67 MOVW 1000, SMW68MOVW 0, SMW70PLS 0（三）子程序二：加、减速控制中初始速度值转换成脉宽值的初始化程序Network 1 / 网络标题/ 网络注释LD SM0.0MOVW 60, VW0MOVR 9.65, VD10ITD VW0, VD2DTR VD2, VD18MOVR VD18, VD6/R VD10, VD6ROUND VD6, VD14DTI VD14, VW22MOVW VW22, SMW70（四）子程序三：加、减速控制中的初始速度值转换成脉宽值的程序Network 1 / 网络标题/ 网络注释LD SM0.0ITD VW0, VD2DTR VD2, VD18MOVR VD18, VD6/R VD10, VD6ROUND VD6, VD14DTI VD14, VW22MOVW VW22, SMW70（五）子程序四：无极调速速度值转换成脉宽值（存于smw70中）的程序Network 1 / 网络标题/ 网络注释LD SM0.0ITD VW58, VD60DTR VD60, VD64MOVR VD64, VD68/R VD10, VD68ROUND VD68, VD72DTI VD72, VW76MOVW VW76, SMW70（六）子程序五：加速、减速控制中的指定速度值转换成脉宽值Network 1 / 网络标题/ 网络注释LD SM0.0ITD VW26, VD28DTR VD28, VD32MOVR VD32, VD36/R VD10, VD36ROUND VD36, VD40DTI VD40, VW44（七）子程序六：电机当前速度显示Network 1 / 网络标题/ 网络注释LD SM0.0MOVW SMW70, VW48ITD VW48, VD50DTR VD50, VD54*R VD10, VD54
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