计算机控制三相笼型异步电动机能耗制动课程设计.docx

沈 阳 工 程 学 院课 程 设 计设计题目：计算机控制三相笼型异步电动机能耗制动 系 别 班级 学生姓名 学号 指导教师 职称 讲师 起止日期： 2011年12月12日起至 2011年 12月16日止沈 阳 工 程 学 院微型计算机控制技术课程设计成绩评定表系（部）： 班级： 学生姓名： 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作， 0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以12） 分加权分合计指 导 教 师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩分课程设计任务书课程设计题目： 计算机控制三相笼型异步电动机能耗制动系 别 班级 学生姓名 学号 指导教师 职称 讲师 课程设计进行地点： 实训f202，图书馆 任 务 下 达 时 间： 2011年 12 月 9 日起止日期： 2011年12月12日起至 2011年 12月16日止教研室主任 年 月 日批准1.设计的原始资料及依据；能耗制动就是在电动机脱离三相交流电源之后，定子绕组上加一个直流电压通入直流电流。利用转子感应电流与静止磁场的作用以达到制动的目的。能耗制动可以由时间继电器控制和由速度继电器控制两种控制线路。能耗制动比反接制动的能耗的能量小，其制动电流也比反接制动电流小得多，能耗制动的制动效果不及反接制动明显。一般适用于电动机容量大和起动制动频繁的场合。2.设计主要内容及要求；图81为用时间继电器控制和单向能耗制动控制线路。当电动机需要停止时，按下停止按钮sb1，电动机由于km1断电而脱离三相交流电源。同时接触器km2吸合，将直流电引入电动机定子绕组，时间继电器kt线圈与接触器km2线圈同时接通时通电并自锁，电动机进入能耗制动状态。当转子的速度接近于零时，时间继电器延时打开的常闭触点断开接触器km2的线圈电路。由于km2常开辅助触点复位，时间继电器kt线圈断电，电动机能耗制动结束。 图81 以时间为原则控制的单向能耗制动线路3.对设计说明书、论文撰写内容、格式、字数的要求； （1）题目、目录、原始数据及技术要求等；（2）具体设计说明，包括硬件和软件的设计步骤说明及相关图形；（3）系统总原理图；（4）元件明细；（5）参考文献。4.课题完成后应提交成果的种类、数量、质量等方面的要求；（1）课程设计说明书；（2）硬件设计原理图；（3）软件流程图。5.时间进度安排；顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注111.29明确设计任务，搜集相关资料211.30硬件电路设计及元件选择312.1软件设计412.2组态设计512.3撰写课程设计说明书6.主要参考资料（文献）。（1）微型计算机控制技术赖寿宏，机械工业出版社（2）计算机控制系统李正军，机械工业出版社（3）计算机控制系统张德江，机械工业出版社（4）mcgs嵌入版用户手册，2004年2月（5）hmi实验教材，2010年10月目录一、 摘要8二、 硬件设计9三、 软件设计13四、 设计总结19五、 参考文献20一 摘要1.设计的原始资料及依据；能耗制动就是在电动机脱离三相交流电源之后，定子绕组上加一个直流电压通入直流电流。利用转子感应电流与静止磁场的作用以达到制动的目的。能耗制动可以由时间继电器控制和由速度继电器控制两种控制线路。能耗制动比反接制动的能耗的能量小，其制动电流也比反接制动电流小得多，能耗制动的制动效果不及反接制动明显。一般适用于电动机容量大和起动制动频繁的场合。2.设计主要内容及要求；用时间继电器控制和单向能耗制动控制线路。当电动机需要停止时，按下停止按钮sb1，电动机由于km1断电而脱离三相交流电源。同时接触器km2吸合，将直流电引入电动机定子绕组，时间继电器kt线圈与接触器km2线圈同时接通时通电并自锁，电动机进入能耗制动状态。当转子的速度接近于零时，时间继电器延时打开的常闭触点断开接触器km2的线圈电路。由于km2常开辅助触点复位，时间继电器kt线圈断电，电动机能耗制动结束。3关键词：能耗制动、计算机控制、组态、plc控制器二 硬件设计1控制系统设计说明三相电动机的启动的制动主要靠plc控制，做一个直观的控制界面，然后用微型计算机做一个组态连接。三相笼型异步电动机能耗制动系统设计包括硬件设计，软件设计和组态设计。硬件设计有步骤说明和相关图形，硬件连接图就是运行器件和plc的接口电路；软件设计就是根据三相笼型异步电动机能耗控制电路而编写的plc程序；组态设计利用mcgs设计控制窗口，进行plc控制；整个控制系统就是将计算机与plc及电动机连接按照硬件图起来，在计算机上进行相应的软件编写，用计算机组态设计的控制窗口进行电动机能耗制动。2 三相笼型异步电动机能耗制动主回路和控制回路3 plc介绍硬件配置：西门子s7-200 cup226s7-200系列plc可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器等。s7-200系列的基本单元如表2.1所示。表2.1 s7-200系列plc中cpu22x的基本单元型号输入点输出点可带扩展模块数s7-200cpu221640s7-200cpu222862个扩展模块s7-200cpu22424107个扩展模块s7-200cpu224xp24167个扩展模块s7-200cpu22624167个扩展模块4 plc的选择由于本次设计需要性能相对好的plc，功能相对比较齐全，以便以后扩展更多的电动机，所以本论文采用的是cup226。它具有24输入/16输出共40个数字量i/o点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量i/o点或35 路模拟量i/o点。26k字节程序和数据存储空间。6个独立的30khz高速计数器，2路独立的20khz高速脉冲输出，具有pid控制器。2个rs485通讯/编程口，具有ppi通讯协议、mpi通讯协议和自由方式通讯能力。i/o端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。5硬件设计要求用时间继电器控制和单向能耗制动控制线路。当电动机需要停止时，按下停止按钮sb1，电动机由于km1断电而脱离三相交流电源。同时接触器km2吸合，将直流电引入电动机定子绕组，时间继电器kt线圈与接触器km2线圈同时接通时通电并自锁，电动机进入能耗制动状态。当转子的速度接近于零时，时间继电器延时打开的常闭触点断开接触器km2的线圈电路。由于km2常开辅助触点复位，时间继电器kt线圈断电，电动机能耗制动结束。6 硬件控制系统说明三相笼型异步电动机能耗制动中的硬件设计有步骤说明和相关图形，硬件连接图就是运行器件和plc的接口电路；软件设计就是根据三相笼型异步电动机能耗制动控制电路而编写的plc程序；组态设计利用mcgs设计控制窗口，进行plc控制；整个控制系统就是将计算机与plc及电动机连接按照硬件图起来，在计算机上进行相应的软件编写，用计算机组态设计的控制窗口进行电动机能耗制动控制电路一般是由开关,按钮,信号指示,接触器,继电器的线圈和各种辅助触点构成，无论简单或复杂的控制电路，一般均是由各种典型电路(如延时电路、联锁电路、顺控电路等)组合而成，用以控制主电路中受控设备的“起动”、“运行”、“停止”使主电路中的设备按设计工艺的要求正常工作。对于简单的控制电路,只要依据主电路要实现的功能，结合生产工艺要求及设备动作的先、后顺序依次分析。7、三相笼型异步电动机能耗制动主电路元件表元件名称符号用途数量自动开关qs接通，分断电路，还能进行短路、过载及欠电压保护1三相笼型异步电动机m带动生产机器1熔断器fu用于短路保护和严重过载保护1热继电器fr实现三相交流电动机的过载保护1接触器开关km根据接触器线圈通断电接通、分断电路3电阻r实现电动机降压起动38、三相笼型异步电动机能耗制动控制电路元件表元件名称符号用途数量熔断器fu用于短路保护和严重过载保护2热继电器开关bb用于短路保护和严重过载保护,进行保护时开关分断1按钮sb起动、停止主电路2接触器线圈km通断电时，使触点接通或分断3时间继电器线圈kt通电后经过一定的延时后输出信号2接触器触点km根据接触器线圈通断电接通、分断电路4继电器触点kt根据继电器通电延时后接通控制电路2三、软件设计3.1 可编程控制器的组成和工作原理可编程控制器的组成:plc包括cpu模块、i/o模块、内存、电源模块、底板或机架。1cpucpu是plc的核心，它按plc的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和plc内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。cpu主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，cpu单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是plc不可缺少的组成单元。cpu速度和内存容量是plc的重要参数，它们决定着plc的工作速度，io数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 2.i/o模块 i/o模块是plc与电气回路的接口，i/o模块集成了plc的i/o电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入plc系统，输出模块相反。i/o分为开关量输入（di），开关量输出（do），模拟量输入（ai），模拟量输出（ao）等模块。3.编程器 编程器的作用是用来供用户进行程序的输入、编辑、调试和监视的。编程器一般分为简易型和智能型两类。简易型只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符后才能送入。而智能型编程器（又称图形编程器），不但可以连机编程，而且还可以脱机编程。操作方便且功能强大。 4.电源plc电源用于为plc各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24v的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220vac或110vac），直流电源（常用的为24vdc）。 可编程控制器的工作原理:plc的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。 cpu 从第一条指令开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。 plc 就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。3.2 plc设计3.2.1 plc 控制的输入输出接线图将起动按钮 sb2、停止按钮 sb1 和热继电器 fr的辅助触点一端分别接到 plc 的输入模块上的输入端子 0.00、0.01、0.02, 另 一端经 24v 直流电 源 接 入 公 共端 com。在输出模块中, 相线 l 经熔断器接输出公 共端 com, 接触器 km1、km2、km3、km4 一端分别接 到 plc 的 输 出 模 块 上 的 输 出 端 子 10.00、10.01、 10.02、10.03, 另一端接中性线 n, 如图 2 所示。3.2.2 i/o 地址分配表因 plc 的类型不同, 为方便接线和编程, 上述符号地址必须转换为实际地址, 建立 i/o 地址分配表, 图 2的 i/o 地址分配表见表 1, 表中实际地址按 cpm2* 型plc 填写。表 1 i/o 地址分配表输入文件 符号 输入地址 输出元件 符号 输出地址起动按钮sb20.00接触器线图 km110.00停止按钮sb10.01接触器线图 km210.01热继动合触点 fr0.02接触器线图 km310.02接触器线图 km410.033.3 plc 控制的梯形图plc 的用户程序常采用梯形图进行编程, 这种编 程 方式被 大 多 数 用 户 所 接 受 。根 据 i/o 地 址 分 配 表( 表 1) , 符 合 起 动 、停 止 控 制 要 求 的 梯 形 图 如 图 3 所示 。 图 3 中 0.00、0.01、0.02 为 输 入 继 电 器 , 10.00、10.01、10.02、10.03 为输出继电器, tim000、tim001 为时间继电器3.2.4 助记符指令程序助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系, 而梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。一般讲,其顺序为: 先输入, 后输出; 先上, 后下; 先左, 后右。有了梯形图就可将其翻译成助记符程序。图 3 的助记符 指令程序见表 2, 其中 ld 是指常开触点与母线相连 接的指令, or 是并联常开触点的指令 , and not 是串 联 常 闭 触 点 的 指 令 , out 是 指 驱 动 线 圈 的 指 令 ,tim 是指实现导通延时操作的定时指令。1表 2助记符指令程序条指令操作数注释00ld0.00sb21or10.00km12and not0.01sb13and not0.02fr4and not10.03km45out10.00km16tim000kt17ld10.00km18and not10.01km29and nottim000kt10or10.03km411out10.02km3212ldtim000kt13or10.01km214and not10.03km415and not10.02km316out10.01km2317ld0.01sb118and not10.00km119and nottim000kt120out10.03km4421ld10.3km422tim001kt13.2.5 工作原理plc 控制逻辑与传统的继电器接- 触器控制工作 原理基本一致: ( 1) 起动 时 , 按 下 起 动 按 钮 sb2, 接 点 0.00 闭 合 , 输 出 继 电 器 10.00 得 电 并 自 锁 , 动 合 触 点 10.00 闭合, 导致输出继电器 10.02 也得电, 10.01 和10.02 各自的回路相互串联了 10.02 和 10. 01 的动断触点, 使输出线圈 10.01 和 10.02 不能同时得电, 达到软互 锁的目的。( 2) 制动时, 按下停止按钮 sb1, 动断接点0.01 断开, km1、km2 线圈失电, 动合接点 0.01 闭合, km4 线圈得电, km3 线圈得电, 电动机 m 进入接入直 流电能耗制动, 迅速停机。( 3) 过载时, 热继电器 fr 动 断 接 点 0.02 断 开 , 从 而 使 km1 线 圈 失 电 , 起 到 过载保护作用。3.3 组态设计组态就是用应用软件中提供的工具、方法，完成工程中某一具体任务的过程。组态软件是有专业性的，一种组态软件只能适合某种领域的应用。组态的概念最早出现在工业计算机控制中，如dcs(集散控制系统)组态，plc梯形图组态。人机界面生成软件就叫工控组态软件