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中原工学院机电传动控制技术课程设计
纺织机械同步传动测控系统的设计
Textilemachinerysynchronizationtransmissionofmeasurementandcontrolsystemdesign
单位:
机电学院
专业:
机电082
姓名:
张曦
指导教师:
邓大立靳继勇
2011年1月6日
目录
第一章引言---------------------------------------------------------3
1.1课程设计的目的
1.2PLC及其地位
第二章课程设计的内容与任务---------------------------------4
2.1课程设计的内容
2.2控制方案的选择
第三章I/O分配表-------------------------------------------------6
第四章PLC及电器硬件接线图--------------------------------7
第五章系统流程图及编成梯形图----------------------------9
5.1控制系统的流程图
5.2控制系统的梯形图
第六章调试说明--------------------------------------------------15
第七章结束语-----------------------------------------------------16
7.1课程设计的结果感受
7.2心得体会
第八章附录--------------------------------------------------------17
第九章参考文献--------------------------------------------------26
第一章引言
1.1课程设计的目的
课程设计在整个教学过程中,是一个非常重要的实践性教学环节,尤其在掌握机电传动控制技术时,仅仅了解工作原理和控制的指令系统是远远不够的。
为最大限度的满足生产工艺和机械设备的要求,就需要结合机电传动控制和应用技术的特点,进行初步的工程训练。
机电传动控制得课程设计的主要目的,是通过对某个简单的自动化生产设备、某条简单的自动化生产线、某些简单的工艺过程的调查研究,使学生明确生产工艺对电气控制提出的各项要求。
根据这些要求,进行节本得原理设计、工艺设计和操作设计,使学生在课程设计的全过程中,进一步明确设计任务中的各项要求,建立课程设计工作的整体概念,从工程环境、实现手段和操作方式的各个环节入手来设计控制程系统,通过不断的调试和完善软硬件设计,最终能够满足这些要求。
课程设计以培养工程应用能力为主,在独立完成设计任务的同时,还要进行多方面能力的培养和提高,比如分析问题、解决问题的能力,自主创新、自主动手的能力,为毕业设计以及毕业后的工作打下坚实的基础。
1.2PLC及其地位
PLC,(ProgrammableLogicController),乃是一种电子装置,早期称为顺序控制器“SequenceController”,1978NEMA(NationalElectricalManufactureAssociation)美国国家电气协会正式命名为ProgrammableLogicController,PLC),其定义为一种电子装置,主要将外部的输入装置如:
按键、感应器、开关及脉冲等的状态读取后,依据这些输入信号的状态或数值并根据内部储存预先编写的程序,以微处理机执行逻辑、顺序、定时、计数及算式运算,产生相对应的输出信号到输出装置如:
继电器(Relay)的开关、电磁阀及电机驱动器,控制机械或程序的操作,达到机械控制自动化或加工程序的目的。
并藉由其外围的装置(个人计算机/程序书写器)轻易地编辑/修改程序及监控装置状态,进行现场程序的维护及试机调整。
而普
遍适用于PLC程序设计的语言,即是梯形图(LadderDiagram)程序语言。
而随着电子科技的发展及产业应用的需要,PLC的功能也日益强大,例如位置控制及网络功能等,输出/入信号也包含了DI(DigitalInput)、AI(AnalogInput)、PI(PulseInput)及NI(NumericalInput),DO(DigitalOutput)、AO(AnalogOutput)、PO(PulseOutput)及NO(NumericalOutput),因此PLC在未来的工业控制中,仍将扮演举足轻重的角色。
PLC在工业自动化中现已经成了必不可少的一部分,它的应用较为广泛,因它的使用简单,稳定性好,功能比较强大,价格也为适中,它比一般的工控系统的成本相比要低的多,编程也较为方便,它可以用于温度、逻辑、湿度、压力、比量、运算、人机等很多种控制系统中,现代工业中80%都使用PLC控制。
PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。
第二章课程设计的内容与任务
2.1课程设计的主要内容
本课程设计主要介绍了纺织机械同步控制系统的工作原理,PLC的造型和资源的配置、控制系统程序设计与调试、控制系统PLC程序。
根据纺织机械同步控制系统的工作原理,利用可编程程序控制器PLC实现控制,说明了PLC控制的原理、特点及控制纺织机械特点。
纺织机械同步传动控制系统
本系统结构与工作原理如上图所示,纺织品由五个电动机带动辊子与橡胶辊的摩擦带动左向右传动。
要求设计该系统的控制部分。
本控制部分采用西门子S7-226PLC控制5个三相变频电机,实现纺织布料在该系统中自左向右的同步传动。
(1)确定本系统所需要的电气元件,并说明元件型号;
(2)变频电机的转速范围0~1500r/min;
(3)按下启动按钮,布料按一个初始速度自左向右运行;
(4)一直按下升速按钮,布料运行速度持续上升(上升到上限不在上升);一直按降速按钮,布料运行速度持续下降(下降到下限不在下降);
(5)按停止按钮,系统停止运行。
2.2控制方案的选择
从工程实际出发,在制定控制系统的方案时,要充分考虑功能的组成及实现,主要从以下方面考虑:
(1)本系统布的传动是通过布内部前后的不同张力来实现的。
从左向右张力依次增大。
布前后张力的大小是通过5个变频伺服电机转速的大小来控制的。
伺服电机的速度控制采用变频器。
变频器能改变变频电机的电压频率进而控制其转速。
通过plc模拟量的输出来控制变频器的工作。
还要加上保护装置,如:
过载保护,连锁保护,速度范围控制等。
(2)本系统是半自动控制。
通过手动让电机进行加速减速,进而控制辊子与橡胶辊之间布的张力大小。
(3)安全保护有:
过载保护,连锁保护,等。
(4)需要的电器元件s7—200系列PLC,熔断器,继电器,空气开关,控制开关,滤波器。
在程序中分别有五个输入来控制的启动、升速、降速、停止以及急停功能,有五个模拟量输出模块端口和五个变频器输入端口相接。
每当按下相应的按钮时就给PLC程序一个输入信号从而实现相应的动作。
当按下升(降)速按钮时,PLC程序逐步提高(降低)模拟量输出模块上的数值在输入到变频器端口,通过变频器电压的改变以此来改变电源的频率,具体来说,可以在每单位时间内让各个电机增加不同的转速,从而实现布的同步传动,在电机的升速控制过程中最末一个电机转速不宜过大,在电机降速控制过程中最前一个电机转速不宜过小,否则会影响效率,且二者转速差不宜过大。
基于以上及现有设备选用变频器来控制电机的电压的频率,所需要的主要电气设备为西门子S7-226PLC、变压器、三个模拟量输出扩展模块、五个变频器以及电线等。
第三章I/O分配表
输入:
1
I0.0
按钮
电机启动
2
I0.1
按钮
电机停止
3
I0.2
按钮
电机加速
4
I0.3
按钮
电机减速
5
I0.4
按钮
电机急停
输出:
编号
地址
功能
1
AQW0
模拟量输出
2
AQW2
模拟量输出
3
AQW4
模拟量输出
4
AQW6
模拟量输出
5
AQW8
按钮SB5
第四章PLC及电气硬件接线图
在建立了I/O地址表之后,还要根据I/O地址表绘制I/O接线图。
在I/O接线图中可以清除地看到:
(1)在I/O接线图的输入端子上接入得触电是常开的还是常闭的;
(2)PLC的电源接线;
(3)输出端子上所驱动的负载的性质(交流/直流、电感性/电阻性、直接驱动/间接动);
(4)电控柜中的各电器元件的连线图(内附选型表);
(5)对每张电气原理图设计的文字说明。
电气设备
型号
电气设备
型号
Q1
DZ47-600D60
Q2
DZ47-60/D15
Q7
DZ47-6312C20
Q3
DZ47-60/D15
Q8
BKNC2
Q4
DZ47-60/D15
Q6
DZ47-60/D15
Q5
DZ47-60/D15
FU
RJ18-32
KA
JQX-13F
SQ
JLXK1-311
LB
DL-6DL
PLCS720-226
216-2BD23-0XB0
电动机M
YVP80-4I
SB
IEC60947G13/T
AC660V10A
变频器
MICROMASTER4406SE6440
-2UD17-5AAX-3AC380-480V+10%
-10%47-63HZ
灯
AD16-22D
风扇
GY80A
第五章控制系统的流程图及编程梯形图
5.1控制系统的流程图
对于编写复杂的控制程序前,一般要先编写控制系统的流程图。
流程图是程序设计中很有用的工具,它直观、清晰易懂,便于检查和修改。
编写流程图时,首先要根据控制要求,将要完成的控制任务分解成几个主要的相对独立的部分(环节),分析各个部分(环节)之间的关系或者联系,集合结构化程序设计的概念,编写出有顺序结构、循环结构或者分支结构的流程图。
下面是该课程设计的控制流程图:
5.2控制系统的梯形图
第六章调试说明
调试说明也是课程设计得组成部分,可以将设计中遇到的主要问题及解决方法、调试过程及方法、在调试过程中对原设计得程序做了哪些有意义得改进及联机统调结果,通过调试说明进行阐述。
调试可以分为三步:
硬件调试、软件调试和运行调试。
软件调试是我们课程设计的重要部分。
软件调试主要就是校正我们编写的梯形图是否正确,如果发现有误及时改正。
在S7-226模拟器中使PLC运行在RUN状态,将I0.0置1以后可以观察到模拟量输出模块窗口AQW0等快速上升到一定数值,将I0.2置1电动机转速增大,AQW0等数值会逐渐上升到一定值,同理,将I0.1置0再将I0.2置1电动机转速降低,在这两个控制过程中,二者互锁,且模拟量输出的前一个数值均比后一个数值小,将I0.3置1以后各个模拟量输出数值均为0,电动机停止运转,将I0.4置1以后PLC处于STOP状态,实现急停功能。
经调试得知程序正确。
第七章结束语
7.1课程设计的结果感想
两周的课程设计很快结束了,从开始的梯形图编写、校对到后来的课题方案的选择、设计、进度安排再等到亲手调试程序,但从模拟器的结果上看,是实现了一些功能,按下各个按钮电机正常转动,实现加速、减速、停止和急停等功能。
在本次设计中,我们还需要大量没有学到过的知识,于是图书馆和Internet成了我很好的助手。
在查阅资料的过程中,我们要判断优劣、取舍相关知识,不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。
我们学习的知识是有限的,在以后的工作中肯定会遇到许多未知的领域,这方面的能力会使我们受益匪浅。
通过课程设计,我们真切的感受到PLC的优越性,比起齿轮变速箱或者利用电机固有机械特性来实现调速PLC有明显的优点:
1.成本低可以直接利用已有的配电网络作为传输线路,所以不用进行额外布线,从而大大减少了网络的投资,降低了成本。
2.范围广电力线是覆盖范围最广的网络,它的规模是其他任何网络无法比拟的。
PLC可以轻松地渗透到每个家庭,为互联网的发展创造极大的空间。
3.速率PLC能够提供高速的传输。
目前,其传输速率依设备厂家的不同而介于4.5Mbps~45Mbps之间。
高于拨号上网和ISDN,比ADSL更快!
足以支持现有网络上的各种应用。
更高速率的PLC产品正在研制之中。
4. 永远在线PLC属于"即插即用",不用烦琐的拨号过程,接入电源就等于接入网络!
5.便捷不管在家里的哪个角落,只要连接到房间内的任何电源插座上,就可立即拥有PLC带来的高速网络享受!
第八章附录
附录一操作台
操作台图:
符号
名称
型号
SB1
启动按钮
LA39
SB2
升速按钮
LA39
SB3
降速按钮
LA39
SB4
停止按钮
LA39
SB5
急停按钮
LA39
电控柜图:
电控柜图中第一排是Q1~Q8八个空开及熔断器和滤波器,第二排是5个变频器,第三排为S7-226PLC、三个模拟量输出模块、变压器及五个变频器,最下面是接线端子。
电气原理图:
PLC使用220V交流供电,所以用380V/220V变压器变压再通过滤波器使电压稳定。
柜内照明灯使用行程开关控制并接保险丝开柜即亮。
符号
名称
型号
Q1
空开
DZ47-60
Q7
空开
DZ47-6312
Q8
空开
BKNC2
LB
滤波器
DL-6D1
FU
熔断器
RT18-32
SQ
行程开关
JLXK1-311
三个PLC模拟量输出模块输出五个0-10V的模拟量M1V1,M2V2,M3V3,M4V4,M5v5。
符号
名称
型号
EM231
模拟量输出模块
6ES7232-OHB22-OXAO
EM231
模拟量输出模块
6ES7232-OHB22-OXAO
Em231
模拟量输出模块
6ES7232-OHB22-OXAO
变频器1、2、3、4、5:
线1L1,1L2,1L3经空开Q2后给变频器VTI和风扇F1供电,变频器U,V,W端接电机M1控制其转速。
模拟量输出模块的V1,M1接变频器AIN+,AIN-控制其变频,从而改变电动机M1转速。
符号
名称
型号
Q2
空开
DZ47-60
VT1
变频器
M1
电动机1
YVP802-41
F1
风扇1
GY80A
第九章参考文献
1.邓星钟主编《机电传动控制》武汉:
华中科技大学出版社,2001
2.肖军、孟令军主编《可编程控制器原理及应用》北京:
清华大学出版社,2008.10
3.张铮主编《机电控制与PLC》北京:
机械工业出版社:
2008.1(2009.6重印)
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