电气工程、电气自动化专业课综合课程设计

潍 坊 学 院专 业 课 综 合 课 程 设 计 说 明 书系 部： 专 业： 班 级： 学生姓名: 学 号 2015 年 12 月 19 日专业课综合课程设计说明书目录1 PLC 传送带控制设计 .11.1 设计任务与要求 .11.2 PLC 传送带控制系统的硬件设计 .11.3 PLC 传送带控制系统的软件设计 .31.4 PLC 控制系统的抗干扰性设计 .51.5 PLC 控制系统的调试 .51.6 设计小结 .61.7 参考文献 .62 PWM 变频器-电动机系统仿真设计 .72.1 设计任务要求 .72.2 PWM 变频器-电动机系统的工作原理 .72.3 PWM 变频器-异步电动机控制系统的仿真 .72.4 设计小结 .112.5 参考文献 .123 基于组态王的双容液位控制系统设计 .133.1 设计任务与要求 .133.2 总体设计方案 .133.3 现场控制系统的设计 .143.4 上位机监控系统 .153.5 远程监控客户端的设计 .173.6 联机调试 .193.7 小结 .193.8 参考文献 .204 工厂供电应用设计 .214.1 设计任务与要求 .214.2 问题分析 .214.3 小结 .244.4 参考文献 .25专业课综合课程设计说明书11 PLC 传送带控制设计1.1 设计任务与要求1、控制要求：（1）逆物流方向顺序启动按下启动按钮 SB1 后，振铃 10s，传送带 3 起动，经过 6 秒，传送带 2 起动，再经过 6 秒，传送带 1 起动，同时开启了漏斗闸门（Y=ON),启动完毕。(2). 顺物流方向顺序停车按下停止按钮 SB2 后，关闭漏斗闸门，经过 10 秒，传送带 1 停止，再经过 10秒，传送带 2 停止，再经过 10 秒，传送带 3 停止，停车完毕。(3).在启动过程中，按下停止按钮 SB2，将已启动的皮带仍按后启动先停车的原则停车。（4).紧急状态时，按下急停按钮 SB3，立即关闭漏斗和三条皮带，并停车。2、传送带工作示意图：如图 1.1 传送带工作示意图所示：其中 1 号、2 号、三号为三条皮带，分别由电动机 M1、M2、M3 控制；漏斗闸门由电磁阀 Y 控制。1.2 PLC 传送带控制系统的硬件设计1、PLC 机型的选择PLC 机型的选择应是在满足控制要求的前提下，保证可靠、维护使用方便以及专业课综合课程设计说明书2最佳的性能价格比。由于控制比较简单，输入/输出都是开关量，数量有很少，实际上可以选用任意型号的 PLC，在本次设计中采用 S7-200 系列 PLC。2、PLC 容量估算（1） I/O 点数的确定；（2） 存储器容量的确定。3、I/O 模块的选择在 PLC 控制系统中，为了实现对生产过程的控制，要将对象的各种测量参数，按要求的方式送入 PLC。 PLC 经过运算、处理后，再将结果以数字量的形式输出，此时也要把该输出变换为适合于对生产过程进行控制的量。（1）数字量输入信号（2）数字量输出信号（3）模拟量输入信号（4）模拟量输出信号4、 分配输入/输出点PLC 机型及输入 /输出（I/O）模块选择完毕后，首先，设计出 PLC 系统总体配置图。然后依据工艺布置图，参照具体的 PLC 相关说明书或手册将输入信号与输入点、输出控制信号与输出点一一对应画出 I/O 接线图即 PLC 输入/输出电气原理图。传送带控制设计 I/Q 分布图，如图 1.2 所示：输入 输出启动 SB1 I0.0 振铃 Q0.0停止 SB2 I0.1 传送带 M1 Q0.1急停 SB3 I0.2 传送带 M2 Q0.2传送带 M3 Q0.3电磁阀 Y Q0.7图 1.2 传送带控制 I/Q 分布图5、安全回路设计（1）短路保护；（2）互锁与联锁措施；（3）失压保护与紧急停车措施 PLC 外部负载的供电线路应具有失压保护措施；专业课综合课程设计说明书3（4）极限保护；1.3 PLC 传送带控制系统的软件设计软件设计是 PLC 控制系统设计的核心。要设计好 PLC 的应用软件，必须充分了解被控对象的生产工艺、技术特性、控制要求等。通过 PLC 的应用软件完成系统的各项控制功能。1、传送带软件设计由图 1.2 传送带控制 I/Q 分布图得图 1.3 传送带控制 PLC 梯形图。网络 3专业课综合课程设计说明书4网络 4网络 5网络 6网络 7图 1.3 传送带控制 PLC 梯形图2、程序调试如图 1.3 梯形图，用 STEP7-Micro/WIN 软件调试，当按下启动按钮SB1（I0.0）后，振铃（Q0.0）10s，传送带 3(Q0.3)起动，经过 6 秒，传送带2(Q0.2)起动，再经过 6 秒，传送带 1(Q0.1)起动，同时开启了漏斗闸门（Q0.7),启动完毕。按下停止按钮 SB2（I0.1）后，关闭漏斗闸门(Q0.7 短)，经过 10 秒，传送带 1（Q.1）停止，再经过 10 秒，传送带 2(Q.2)停止，再经过 10 秒，传送带3(Q0.3)停止，停车完毕。在启动过程中，按下停止按钮 SB2(I0.1)，将已启动的皮带仍按后启动先停车的原则停车。紧急状态时，按下急停按钮 SB3(I0.3)，立即关闭漏斗和三条皮带，并停车。专业课综合课程设计说明书51.4 PLC 控制系统的抗干扰性设计1、 抗电源干扰的措施（1）采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰（2） 硬件滤波措施 在干扰较强或可靠性要求较高的场合，应该使用带屏蔽层的隔离变压器对 PLC 系统供电。还可以。在隔离变压器一次侧串接滤波器，如图 1.4所示。(3)正确选择接地点，完善接地系统。图 1.4 滤波器和隔离变压器同时使用 2、控制系统的接地设计良好的接地是保证 PLC 可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是 PLC 控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。接地系统的接地方式一般可分为 3种方式：串联式单点接地、并联式单点接地、多分支单点接地即第 3 种接地方式。PLC 采用第 3 种接地方式即单独接地。PLC 控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。3、防 I/O 干扰的措施由信号引入干扰会引起 I/O 信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动作或死机。可采取以下措施以减小 I/O 干扰对PLC 系统的影响。1.5 PLC 控制系统的调试专业课综合课程设计说明书6系统调试是系统在正式投入使用之前的必经步骤。与继电器控制系统不同，PLC 控制系统既有硬件部分的调试还有软件的调试，与继电器控制系统相比，PLC控制系统的硬件调试要相对简单，主要是 PLC 程序的编制和调试。一般可按以下几个步骤进行：应用程序的编制和离线调试、控制系统硬件检查、应用程序在线调试、现场调试、总结整理相关资料、系统正式投入使用。1.6 设计小结在本次设计中，虽然遇到了很多难题，但也收获了很多，这次实践充分将平时学习的理论知识与实践操作相结合，在理论和实验教学基础上进一步稳固和提高自己理论知识结构，通过将所学知识应用于实际中去，在实际中发现问题、分析问题、解决问题，提高分析和解决问题能力。目前我国正处于经济发展的转型期并且随着科技的不断发展，未来工厂的生产过程必定会越来越智能化。传送带是一种物料传输设备，因其高效、连续、快速的特性，被广泛的应用于矿业、化工、机械、电力、建材、轻工业以及港口码头等重要的工业领域。也正因为传送带的应用十分的广泛，对传送带的制造和自动化改进对于工业生产的意义日趋重大。PLC 自诞生起便广受业界的关注，如今 PLC 依然是自动控制领域的一大支柱。传送带和 PLC 的结合为大势所趋，未来必将大放异彩。1.7 参考文献1李长久.PLC 原理及应用M.北京：机械工业出版社，20062史国生.电气控制与可编程控制器技术M.北京：化学工业出版社，2003. 3汪明.网络化控制变频调速系统M.北京：中国电力出版社，2006.4范永胜 王岷.电气控制与 PLC 应用M.北京：中国电力出版社，2004. 5汪志峰.可编程序控制器原理与应用M.西安：西安电子科技大学出版社，2004.专业课综合课程设计说明书72 PWM 变频器-电动机系统仿真设计2.1 设计任务要求在实现异步电机矢量控制调速的要求时,往往需借助仿真,通过仿真可使调速系统调试更方便,并能更快的实现控制。交流异步电动机矢量控制变频调速系统的建模与仿真。利用 MATLAB/SIMULINK 中的电气系统模块(Power System Blocksets )构建异步电机矢量控制仿真模型,并对其动态性能进行仿真实验。 2.2 PWM 变频器-电动机系统的工作原理PWM 变频器-异步电动机电路主要由 PWM 变频电路和异步电动机组成。图 2.1 所示的电路为 PWM 变频电路，它主要的作用是产生三相交流电供异步电动机使用。其中图 2.1 所示的 PWM 变频电路由二极管整流桥，滤波电容和逆变器组成。逆变器的输入为直流电压，通过调节逆变器 的脉冲宽度和输出交流电压的频率，既实现调压 又实现调频。PWM 变频电路简单，而且还有以下优点：第一简化了主电路和控制电路的结构。由二极管整流器对逆变器提供恒定的直流电压。在 PWM 逆变器内，在变频的同时控制其输出电压。系统只有一个控制功率级，从而使装置的体压。系统只有一个控制功率级，从而使装置的体善系统的动态性能。PWM 逆变器的输出功率和电压，都在逆变器内控制和调节。因此，调节速度快，调节过程中频率和电压配合好，系统动态性能好。专业课综合课程设计说明书82.3 PWM 变频器-异步电动机控制系统的仿真1、PWM 变频器-异步电动机的仿真模型PWM 变频器-异步电动机电路在 MATLAB/Simulink 中的仿真模型如图 2.2 所示。为了方便仿真，在模型中将图 2.1 所示的三相交流整流直接用一个 550V 的直流电源代替，整流电路直接用直流电源代替不影响其工作原理。因此图 2.3 所示的仿真模型实际上主要直流电源 DC、逆变器 Universal Bridge、调制器 P