【电气工程及其自动化】基于plc控制的直流电机闭环控制系统的硬件设计

本科生毕业论文（设计）基于PLC控制的直流电机闭环控制系统的硬件设计二级学院信息科学与技术学院专业电气工程及其自动化完成日期2014年5月10日A基础理论B应用研究C调查报告D其他目录1绪论111直流电机调速技术的现状与发展112直流电机调速方法与PWM调控技术113自动控制系统控制方法214设计目标22系统总体设计方案321整体设计322功能介绍323各模块功能的简单介绍33硬件设计431直流电机速度检测模块432驱动模块5321模块选型5322L298N驱动介绍633控制模块8331控制模块的选择8332PLC的介绍与选择9333三菱PLCFX系列的介绍与选择934触摸屏的介绍与选择1135保护选型13351熔断器介绍与选型13352断路器介绍与选型1336开关介绍与选型1437硬件配置144系统软件的整体设计1541程序流程图1542各子程序功能介绍155硬件系统的实现与调试1551电气总图的绘制1552硬件的调试1653软硬件联调16总结17参考文献18附录19致谢22基于PLC控制的直流电机闭环控制系统的硬件设计摘要本论文主要设计以PLC为核心，控制PWM信号实现对直流电机进行控制的闭环控制系统的硬件设计，并且通过单元模块电路分析了整个系统的工作原理。系统划分为主控电路（PLC）、L298N驱动模块、触摸屏等模块。采用PWM基本原理驱动电路，以硬件模块为基础，通过PLC软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而实现电动机的调速、变向等功能。关键词PLCPWM调控直流电机闭环PWMDCMOTORTHECLOSEDSPEEDCONTROLLERBASEDONPLCABSTRACTTHISTHESISMAINLYDESIGNEDTHEUSEOFPLCCONTROLPWMSIGNALINORDERTOIMPLEMENTATIONMETHODFORHARDWAREDESIGNOFCLOSEDLOOPCONTROLSYSTEMTOCONTROLTHEDCMOTOR,ANDTHROUGHUNITMODULECIRCUITWORKINGPRINCIPLEOFTHEWHOLESYSTEMAREANALYZEDSYSTEMISDIVIDEDINTOTHECONTROLCIRCUITPLC,L298NDRIVEMODULE,TOUCHSCREEN,ETCUSESTHEBASICPRINCIPLEOFPWMDRIVECIRCUIT,ONTHEBASISOFHARDWAREMODULE,PLCTHROUGHSOFTWAREPROGRAMMINGFORTHEPWMDUTYRATIOSIGNALADJUSTMENT,SOASTOREALIZETHESPEEDCONTROLOFMOTOR,VARIABLETOFUNCTIONKEYWORDPLCPWMDCMOTORTHECLOSEDLOOP1绪论11直流电机调速技术的现状与发展在现代工业中，电动机作为电能转换的传动装置被广泛应用于机械、冶金、石油化学、国防等工业部门中，随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械要求能实现调速。直流电机由于具有速度控制容易，启动制动性能良好，且能在宽阔的范围内平滑调速等特点而在电力、冶金、机械制造等工业部门中得到广泛应用4。经过多年的发展，如今，直流电动机的调速已实现智能化控制，而当中是离不开PLC的高速发展。PLC应用技术的飞速发展为自动控制技术的发展提供了广阔的空间1。可编程控制器PLC是通用的自动化控制装置，是工厂实现自动化、智能化控制的核心控制元件。它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，采用模块式组合设计，具有控制功能强，可靠性高、使用灵活方便，易于扩展等优点，在工厂上得到了广泛的应用。12直流电机调速方法与PWM调控技术直流电动机转速的控制方法可分为两类电枢电压控制法与励磁控制法。励磁控制法控制磁通，其控制功率虽然小但低谷时受到磁场饱和的限制，高速时受到换向火花和转向器结构强度的限制，而且由于励磁线圈电感较大动态响应较差。所以常用的控制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制法6。传统的改变端电压的方法是通过调节电阻来实现的，但这种调压方法效率低。随着电力电子技术的发展，创造了许多新的电枢电压控制方法。其中脉宽调制是常用的一种调速方法。脉冲宽度调制又称PWM调制（PWM技术），脉冲载波的脉冲持续时间（脉宽）随调制波的样值而变的脉冲调制方式3。其基本原理是用改变电机电枢电压的接通和断开的时间比来控制马达的速度，在脉宽调速系统中当电机通电时，其速度增加，电机断电时其速度降低。只要按照一定的规律改变通断电的时间，就可使电机的速度保持在某一稳定值上。PWM系统在很多方面有较大的优越性主电路线路简单，需用的功率器件少；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小；处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换，让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小；直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高；若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当的时候，开关损耗也不大，因而装置效率较高。由于有上述优点，直流PWM调速系统的应用日益广泛。PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有ON，要么完全无OFF。电压或电流源是以一种通ON或断OFF的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。13自动控制系统控制方法自动控制系统的控制方式有两种开环控制和闭环控制。开环控制具有控制简单的优点，但是它抗干扰能力差，因此很难满足快速要求。同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。闭环控制是偏差控制（即给定值与被控量的偏差），控制的目的是使偏差位置零或接近零，使控制达到“准”，再通过控制算法达到“快”的要求。闭环控制在各种控制实例中有具体的表现方式正反馈与负反馈是闭环控制常见的两种基本形式。其中负反馈与正反馈从达到目的的角度讲具有相同的意义。从反馈实现具体方式来看，正反馈与负反馈属于代数或者算术意义上的“加减”反馈方式，即输出量回馈至输入端后，和输入量进行加减的统一性整合后，作为新控制输出，去进一步控制输出量。14设计目标了解PWM工作原理，掌握使用PLC产生PWM脉冲的方法。并通过利用PWM方法提高直流电机调速的效率与调速范围、降低系统成本并实现对直流电机转速的控制，通过编码器反馈信号回PLC，实现闭环调速。设计要求如下1）根据PWM原理，产生可控占空比的脉冲输出2）控制直流电机转速的升降3）实现直流电机的闭环控制4）在触摸屏显示电机运转的状况2系统总体设计方案21整体设计本系统采用PLC为核心、编码器、触摸屏、驱动电路组成，其设计框架如图1所示。图1整体设计框架22功能介绍触摸屏负责控制信号的输入和反馈信号的显示。使用PLC内置的PWM功能模块，产生出具有特定占空比的输出电压，经过驱动电路，驱动直流电机并调节转速和方向。另外编码器把电动机的即时运行状态传输回PLC中，经过数据的分析与转换，再显示在触摸屏上，做监测使用。23各模块功能的简单介绍1PLC模块进行运算和控制功能2触摸屏人向机器输入信息，显示电机的运行结果与运行状态3驱动电路模块控制电机工作4闭环调速模块速度检测信号，作为反馈信号3硬件设计31直流电机速度检测模块直流电动机是依靠直流电驱动的电动机，在小型电器上应用较为广泛。当线圈通电后，转子周围产生磁场，转子的左侧被推离左侧的磁铁，并被吸引到右侧，从而产生转动。转子依靠惯性继续转动7。当转子运行至水平位置时电流变换器将线圈的电流方向逆转，线圈所产生的磁场亦同时逆转，使这一过程得以重复。本设计用的直流电机是448线AB相编码器直流电机，电机的线圈直流电阻10欧，该电机工作电压可从3V至30V，工作电流为03A至3A，转速最多每分钟可达3000转，448线的精度已超过很多专业编码器，这种电机自带旋转编码器，编码器实测33V5V都正常工作,方波规范,但随着电压的提高工作电流会增加,5V时工作电流40MA，而且448线码盘保证了测速精度,也就是电机转一圈输出448个脉冲，芯片上已集成了脉冲整形触发电路，输出的是矩形波，相当稳定，所以采用自带旋转编码器进行测速反馈。编码器将转速直接转换成数字信号送入PLC进行处理。如图2、图3为编码器的原理图和电路图图2编码器的原理图图3编码器的电路图光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90的两路脉冲信号。编码盘的旋转方向可以通过D触发器的输出信号Q来判断。整形后的A、B两相输出信号分别接到D触发器的时钟端和D输入端，D触发器的CLK端在A相脉冲的上升沿触发。由于A、B两相的脉冲相位相差90，当电机正转时，B相脉冲超前A相脉冲90，触发器总是在B脉冲为高电平时触发，这时D触发器的输出端Q输出为高电平。当电机反转时，A相脉冲超前B相脉冲90，则D触发器总是在B脉冲为低电平时触发，这时Q输出端输出为低电平，由此确定电机的转动方向。光电编码器作为转速传感器，它产生的测速脉冲频率与电机转速有固定的比列关系。32驱动模块321模块选型驱动模块是驱动直流电机，相当于被测模块的主程序。它接收数据，将相关数据传送给被测模块，启用被测模块。L298N驱动模块。内部集成H桥式驱动器，它接受标准TTL逻辑电平信号,可用来驱动电感性负载。而且还带有控制使能端。用该模块作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。基于分立元件搭建的H桥式驱动电路。电路使用4个功率三极管，用于满足启动时大电流要求，4个续流二极管，用于保护晶体管和6个电阻。缺点是实际应用时用分立元件搭建是很繁琐的。综上决定选用L298N驱动模块。322L298N驱动介绍L298N等H型桥式驱动器采用15脚双列直插小瓦数封装，工业品等级。它的驱动板原理图如图4和L298N直流电机连接图如图5所示。H桥驱动器的主要特点是能够对电机绕组进行正反两个方向通电。图4L298N驱动板块原理图图5直流电机连接图接线端接口VCC电源输入正极GND电源输入负极OUT1、OUT2第一路桥输出OUT3、OUT4第二路桥输出排针接口GND电源负极，作为板子公共端5V内部5V稳压芯片输出IN1、IN2第一路桥输入IN3、IN4第二路桥输入ENA第一路桥的输入使能开关，对于直流电机这里可接PWM调制控制速度，对于步进电机这里则接高电平使能。ENB第二路桥的输入使能开关，与ENA相同使用说明L298N驱动板块的工作电压需要两路第一路输出供给电机回路的工作电源由接线端接口的VCC和GND接入，输入支持电压为345V，电压的多少取决于电机的工作电压。第二路输入逻辑控制回路电源5V（电源出入）系统板直接输入5V电源，此时要将内部的稳压断开，即断开J3短接帽，板载稳压无法提供5V工作电压时，此种向内供电方式是当第一路电源工作电压低于7V的情况。表1L298N驱动板块逻辑功能ENABLEAINPUT1INPUT2电机运行状态110正转101反转111刹停100停止0XX停止IN1和IN2为第一路桥控制输入，直接控制OUT1和OUT2上的电机，系统板输出10为正转，01为反转，11或00停止。INT3和IN4为第二路桥控制输入，与第一路相同。ENA、ENB为输入使能控制，1打开，0关闭，电机的调速信号PWM可从这里输入，ENA控制第一路，ENB控制第二路。当电机不需要调速时，则两个信号线可不用，板子设计了J2插针，方便直接用短接帽将ENA、ENB接入5V。表2L298N驱动模块参数驱动模块L298N双H桥直流电机驱动模块驱动部分端子供电范围5V46V驱动部分峰值电流2A2逻辑部分端子供电范围5V7V（可板内取电5V）逻辑部分工作电流范围036MA最大功耗25W驱动板尺寸60MM54MM33控制模块331控制模块的选择基于电子电路的控制既可以采用闭环控制也可以采用开环控制，在运用时需要一些大规模集成电路的配合，使其性能单一，其硬件及控制方案一但确定下来就不易改动，使用不够灵活。基于单片机的控制，单片机的使用灵活可靠，但其编程复杂，可靠性差，容易死机。基于PLC的控制，PLC集成度高，内置模块，并且还以外接扩展模块来达到控制要求，可以通过编程很灵活的控制直流电机，且基于PLC的控制相对其它的控制方式更可靠。总结PLC具有以下四大优点（1）PLC具有很高的可靠性，抗干扰能力。通常的平均无障碍时间都在30万小时以上；（2）干扰能力强，具有硬件故障的自我检查功能，目前各种电磁干扰日益严重，为了保证控制的可靠稳定，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC；（3）系统设计周期短，维护方便，改造容易，功能完善，实用性强；（4）近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高，使得实际应用成为可能。综上所述，本设计采用PLC来对直流电机进行控制。332PLC的介绍与选择PLC是一种具有微处理机的数字电子设备，用于自动化控制的数字逻辑控制器，可以将控制指令随时加载内存内储存与执行。可编程控制器由内部CPU，指令及资料内存、输入输出单元、电源模组、数字模拟等单元所模组化组合成3。广泛应用于目前的工业控制领域。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。PLC品牌有三菱、西门子、施耐德、台达、松下、欧姆龙、富士、光洋、永宏、日立、罗克韦尔每种品牌的PLC的配置不一样，也各有优缺1。而最常用的PLC是西门子和三菱的。德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO、S7200、S71200、S7300、S7400等。西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能强，可靠性高。但是，西门子指令比较抽象，学习难度较大，不容易上手，而且价格昂贵。三菱PLC有小型化，高速度，高性能等特点，三菱可编程控制器指令丰富，可以接各种输入，输出扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信5。三菱PLC，相对来说，学习起来比较容易，程序直观易懂，比较容易上手，而且价格上也比较便宜。综上所述，我选择了使用三菱PLC。333三菱PLCFX系列的介绍与选择三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当FX系列中最高档次的超小程序装置，除输入出1625三菱PLCFX2N点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。特点系统配置即固定又灵活；编程简单；备有可自由选择，丰富的品种；令人放心的高性能；高速运算；使用于多种特殊用途；外部机器通讯简单化；共同的外部设备。FX系列PLC家族中最先进的系列。由于FX2N系列具备如下特点最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。三菱FX2N系列的PLC的输出方式有三种，分别为继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出8。不同的输出方式对负载有不同的要求，开关速度也不一样，需要根据不同的控制要求选择合适的输出方式。继电器输出方式。这种方式的特点是有触点，能耐高压，开关速度慢,使用寿命有一定限制，可直接驱动交流和直流负载,适用于开关速度要求不高的场合。晶体管输出方式。这种方式的特点是无触点，不耐高压，开关速度比继电器输出形式要快很多。无触点的特点使得这种类PLC的寿命比继电器输出型的要长。由于允许的负载电流较小，所以外接电源只能是直接电源，负载驱动能力小于继电器输出型。晶闸管输出方式。这种方式的特点是无触点，仅可驱动交流的负载，响应速度非常快，寿命也长，但是其驱动能力小。三菱FX2N系列PLC三种不同的输出方式具体参数对比可见表3。表3三种输出方式参数对比表项目继电器输出晶体管输出晶闸管输出外部电源要求AC250V或DC30DC30VAC85240V阻性负载2A/1点、8A/4点、8A/8点05A/1点、08A/4点03A/1点、08A/1点最大负载感性负载80VA12W/DC24V15VA/AC100V30VA/AC200V响应时间约10MSON时小于0,2MS；OFF时小于02MS；大电源04MSON时1MSOFF时10MS三者价格比较便宜中等较贵根据图1的整体设计框架，可根据系统设计得PLC的I/O分配表，如表4表4控制系统的I/O分配表输入输出X0信号反馈1Y0驱动第一路桥输入1X1信号反馈2Y1驱动第一路桥输入2X3急停开关Y2第一路桥的输入使能开关本设计只用6个I/O口，根据设计要求PLC的I/O口要留515的裕量，初步估计设计程序为500步左右，输出功率不是很大，因此使用直流电源输入，而且需要PWM脉冲信号驱动直流电机，由于功能的使用频率较高，要求响应速度快，所以用晶体管输出型。本次设计采用的PLC最大输出脉冲频率1KHZ，输入端高速计数器最大计数频率60KHZ。电机转一圈448个脉冲，一秒最多可以转50圈，所以可以得到电机最多每秒可以达到22400个脉冲反馈回PLC，经过与PLC输入端高速计数器最大计数频率60KHZ对比，此PLC具有足够的处理能力。所以，本设计采用三菱FX2N8MT型号PLC来驱动直流电机。34触摸屏的介绍与选择触摸屏是一种直观的操作设备，可以由用户在触摸屏的画面上设置具有明确意义和提示信息的触摸式按键和用于输入数字的输入域。作为一种新型的人机界面，是在操作人员和机器设备之间作为双向沟通的桥梁，用户可以自由地组合文字、按钮、图形、数字等来处理或监控管理及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕2。触摸屏降低了培训成本，节约了I/O点数，而且控制的输入量和输出量大。触摸屏通常由触摸监测装置和触摸屏控制器两部分组成。触摸屏根据工作原理可以分为电阻式、电容式、红外线式、表面声波触摸屏及近场成像触摸屏等类型。触摸屏具有安全可靠、耐用、占据空间小、反应速度快等特点，是广泛使用的人机界面设备。由于红外触摸屏依靠红外线感应动作，受外界光线影响较大，容易引起误差；而表面声波触摸屏受尘灰水滴等污秽影响较大；近场成像触摸屏虽然耐用，灵敏度高，在非常苛刻的条件下均可使用，但其价格过于昂贵，因而不予考虑。电阻式触摸屏。电阻式触摸屏式一种薄膜加上玻璃的结构。当触摸时，薄膜下层的ITO会接触到玻璃上层的ITO，经由感应器传出一个讯息，再从控制器送到计算机端，藉由驱动程序转化到屏幕上的X、Y值，而完成点选的动作，并呈现在屏幕上。它的屏和控制系统都比较便宜，反应灵敏度很好，而且不管是四线电阻触摸屏还是五线电阻触摸屏，它们都是一种对外界完全隔离的工作环境，不怕灰尘和水汽，能适应各种恶劣的环境。它可以用任何物体来触摸，稳定性能较好。是工业控制中最常用的触摸屏。电容式触摸屏。电容式触摸屏是在玻璃表面贴上一层透明的特殊金属导电物质。当手指触摸在金属层上时，触点的电容就会发生变化，使得与之相连的振荡器频率发生变化，通过测量频率变化可以确定触摸位置获得信息。电容式触摸屏的屏体则是一块4层的复合玻璃屏。在玻璃屏的内外表面均涂有ITO膜，最外层为硅土玻璃保护层，导电图层的四条边镀上狭长的电极，四个角引出四个电极，在导体内形成一个低电压交流电场。电容式触摸屏具有不怕污秽，方便的特点，缺点则是当环境的温度或电场变化容易引起电容屏的漂移，工作现场常常需要校准。通过比较选择，本设计采取了由PLC和触摸屏等多种其他设备组成的控制系统，可编程控制器（PLC）负责处理各种信号的逻辑关系。由触摸屏向可编程控制器（PLC）发出起，停等信号。同时传感器也将工作状态信号送给PLC，形成双向联络关系。通过各种传感器的信息，对系统进行自锁和反馈，更加适合设计的理念。本次设计采用三菱GT1155QSBD型号触摸屏，它编程简单，能够方便的与三菱PLC连接。具体参数如表5所示表5三菱触摸屏GT1155QSBD参数项目规格类型STN彩色液晶屏屏幕尺寸57英寸分辨率QVGA320240屏幕显示尺寸115W86HMM，横向显示模式类型矩阵电阻式触摸屏按键尺寸最小1616点（每个按键）触摸屏同时触控点数最大2点RS422/485RS422/485,1通道传输速率115200/57600/38400/19200/9600/4800,与PLC连接RS232RS232,1通道传输速率115200/57600/38400/19200/9600/4800，与PLC，条形码读码器，个人计算机连接内置接口USBUSB全速12MBPS，1通道，与个人计算机连接蜂鸣器输出单音调适用软件包GTWORK335保护选型351熔断器介绍与选型熔断器是根据电流超过规定值一段时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开；运用这种原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中，作为短路和过电流的保护器，是应用最普遍的保护器件之一。熔断器是一种过电流保护器。熔断器主要由熔体和熔管以及外加填料等部分组成。使用时，将熔断器串联于被保护电路中，当被保护电路的电流超过规定值，并经过一定时间后，由熔体自身产生的热量熔断熔体，使电路断开，从而起到保护的作用。以金属导体作为熔体而分断电路的电器，串联于电路中，当过载或短路电流通过熔体时，熔体自身将发热而熔断，从而对电力系统、各种电工设备以及家用电器都起到了一定的保护作用。具有反时延特性，当过载电流小时，熔断时间长；过载电流大时，熔断时间短。因此，在一定过载电流范围内至电流恢复正常，熔断器不会熔断，可以继续使用。熔断器主要由熔体、外壳和支座3部分组成，其中熔体是控制熔断特性的关键元件。电路中还要配以熔断器，根据PLC最大工作电流为05A和触摸屏GT1155QSBD最大工作电流为05A，所以选熔断器CRT36002A，额定电流2A，标号FU1。根据PLC工作电流最大05A，所以熔断器选择QHYPV301A，额定电流1A，标号FU2。根据触摸屏GT1155QSBD工作电流最大05A，所以熔断器选择QHYPV301A，额定电流1A，标号FU3。根据L298N驱动模块驱动部分峰值电流4A，所以选熔断器QHYPV305A，额定电流5A，标号FU4。352断路器介绍与选型断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件（包括短路条件）下的电流的开关装置。断路器可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件。目前，已获得了广泛的应用。电路中还要配以断路器，根据PLC最大工作电流为05A和触摸屏GT1155QSBD最大工作电流为05A，所以选断路器GSB1Z40，额定电流2A，标号QF1。根据L298N驱动模块驱动部分峰值电流4A，所以选断路器GM563P，额定电流5A，标号QF2。36开关介绍与选型常开开关是指开关在没有外力作用的情况下处于开路状态的开关，当有人拨动开关按钮或由自动装置控制开关拨动时，开关转换为闭合。常闭开关是指开关在没有外力作用的情况下处于闭合状态的开关，当有人拨动开关按钮或由自动装置控制开关拨动时，开关转换为开路。本设计需要一个急停开关，当触摸屏出现故障以致停止不了系统电路，急停开关可以把系统停止，因此选用一个常闭开关作为急停开关，型号为TD06XG。37硬件配置硬件配置表如表6所示表6硬件配置表各5241直流电源额定发热电流0额定电压数量参数型号器件常闭开关额定电流额定电流5630断路器额定电流额定电流额定电流熔断器逻辑部分工作电流范围至36逻辑部分供电范围至7驱动部分峰值电流4驱动部分供电范围5至298驱动模块每圈产生8个脉冲工作电流0工作电压带编码器的直流电机电机通讯接口15触摸屏个/O口直流24输入晶体管输出4系统软件的整体设计41程序流程图图6程序流程图源程序主要是由各子程序组成，通过调用子程序，把各个硬件的功能协调在一起，主控程序直流电机状态控制子程序PWM信号输出控制子程序触摸屏显示控制子程序速度检测控制子程序触摸屏输入控制子程序达到本设计的设计要求。42各子程序功能介绍1PWM信号输出控制子程序控制PLC输出PWM信号2速度检测控制子程序检测直流电机的速度大小3直流电机状态控制子程序控制直流电机的启动，关闭，和正反转4触摸屏输入控制子程序检测触摸屏的按键状态5触摸屏显示控制子程序显示反应电机状态的相关数据5硬件系统的实现与调试51电气总图的绘制对于硬件的连接，要仔细考虑，根据课题的要求，合理布置器件，妥善连接。触摸屏、PLC、驱动模块和闭环调速模块各端口正确连接，并把各导线排放整齐，不能杂乱无章，这样可以更好得分析故障。该方案系统电路图如下图7所示图7闭环直流控制系统电气总图向PLC输入DC24V，直流电机与编码器通过联轴器连接，输出AB两相与PLC具备高速脉冲识别功能的输入通道X0和X1相连，向PLC实时反馈转速信号，PLC再根据反馈回来的脉冲信号，再通过PWM调速，形成一个闭环控制。52硬件的调试按照控制要求，制作硬件电路，制作完成后检查各硬件线路，是否存在相互之间接错的现象，再使用万用表等器件，检查是否有短路、断路，检查完毕接通电源，测试电路每个器件是否可用。接通电源，检查三菱FX2N8MT可编程控制器是否可以正常工作，接头是否接触良好，然后把其与电脑的通信口连接。53软硬件联调根据控制要求输入梯形图，转换成指令表，并进行语法的检查，无误后将指令写入到指定的可编程控制器用户储存器中，进行运行调试。启动运行，系统开始工作，观察系统运行是否符合控制要求，并随时进行更正，同时随机按下停止和复位，观察系统是否能够停止和复位。经过不断调试和修正，本系统可达到本次课程设计的基本控制要求。总结经过三个月的努力，我的毕业设计已经完成了。在刚开始的时候，我把毕业设计想象得太简单了，在做毕业设计过程中遇到不少的问题，如硬件选型问题，各硬件的配合，都需要通过各种途径查找资料，比如网络资源，图书馆，并请教老师和朋友同学才可以完成。我明白了设计并不是那么简单，需要考虑很多方面，各个模块也要配合好。我的毕业设计是基于PLC控制的直流电动机闭环调速，主要负责硬件电路设计部分，对各模块进行设计，各硬件的选型，各模块都配合连接，并查找出存在的问题，再针对这些问题，找出解决方案。本次设计达到了预期的结果，能够实现位直流电机的闭环调速。通过这次毕业设计，掌握直流电机闭环调速方法，丰富了我的知识面，让我了解了设计的细节，需要创新的思维，提高了我独立思考，分析问题，解决问题的能力。对我往后的学习和工作都有很大的帮助。参考文献1范永胜电气控制与PLC应用M王岷北京中国电力出版社，20073502盖超会,阳胜峰三菱PLC与变频器触摸屏综合培训教程M北京中国电力出版社，2011461123潘策，杨培林，陈晓楠基于最优化控制的直流脉宽调速系统包装与食品机械J,200323404王晓雷控制电机及其应用M北京电子工业出版社，200811235阮友德，电气控制与PLC实训教程M北京人民