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1、专业设计报告专业设计报告题题 目目 基于触摸屏的三相异步电机调速姓姓 名名 学学 号号 指指导导老老师师 完完成成日日期期 摘要摘要：在现在自动化领域可编程控制器（PLC）、触摸屏及变频器是非常重要的元器件，通过本次课程设计可熟悉西门子 PLC、触摸屏的编程环境及变频器的调试。这次设计的主要内容是对西门子 PLC和触摸屏进行编程，对变频器进行调试，来实现对三相异步电动机的调速控制。介绍了基于 TP270 的触摸屏，s7-200 的 PLC，西门子MM440 变频器控制电机调速系统的组成，控制方案及信号处理方法，设计了硬件电路相关梯形图程序、触摸屏现实程序及变频器的参数设置。调试应用表明，改系统
2、简单、使用。通过该课程综合设计的实践、锻炼，近一步掌握 PLC 和变频器调速控制系统原理及应用，熟练使用触摸屏。本次课程设计取得了让人满意的效果，学会了各类软件的使用，发挥了想象力、创造力，为今后的工作奠定了基础。对其他相关课题也具有很好的借鉴作用和参考价值。关键字关键字：触摸屏，可编程控制器（PLC），变频器，电机目录目录引言1主要硬件的介绍1.1 触摸屏1.1.1 触摸屏的发展历史1.1.2 触摸屏的工作原理1.2 可编程控制器（PLC）1.2.1PLC 的发展历程1.2.2PLC 的构成1.2.3PLC 的工作原理1.3 变频器1.3.1 变频技术的发展历程1.3.2 变频器的基本结构2
3、系统硬件的选型2.1 触摸屏的型号选择2.2PLC 的型号选择2.3 变频器的型号选择3系统设计3.1 系统的原理图3.2 系统的接线图3.3PLC 梯形图3.4 触摸屏设计3.5 变频器参数设置3.6 实物图4实验总结5参考文献引言引言随着电气工业的不断发展，触摸屏，可编程控制器（PLC），变频器得以普及且应用到人们的生活、生产中，使电气控制更加方便，简洁，实用。触摸屏不仅适用于中国多媒体信息查询的国情，而且触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。利用这种技术，我们用户只要用手指轻轻的碰触计算机想视屏上的符号或文字就能实现对主机操作，从而使人机交互更为直截了当。触摸屏在
4、我国的应用范围非常广阔，只要是公共信息的查询，如：电信局、税务局、银行、电力等部门的业务查询。PLC 技术简化了工厂自动化的体系结果，吧控制、通信、人机界面及各种特定的应用全部合为一起，运用于同一个硬件平台上。在工业生产过程中，具有大量的开关量顺序控制，要求按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集等。PLC 在未来的工业电气控制中定会占据重要的席位，成为继现场总线技术发展的新亮点。变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的，它实现了电机的多段调速。变频器的器件的更新促使电力变换技术的不断发展，使变频器投入市场并广泛应用。例如：在电梯运行中，速度不能
5、保持不变，从而静止状态到与加速状态转匀速状态到匀减速状态，再到停止状态，故电梯应具有多段调速功能。从而课件电机多段速系统的应用之广泛。一、主要硬件的介绍一、主要硬件的介绍1.11.1 触摸屏触摸屏1.1.1 触摸屏的发展历程随着多媒体信息查询设备的与日俱增，人们越来越多地谈到触摸屏，因为触摸屏不仅适用于中国多媒体信息查询的国情，而且触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。利用这种技术，用户只要用手指轻轻地碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，从而使人机交互更为直截了当，这种技术大大方便了那些不懂电脑操作的用户。触摸屏在我国的应用范围非常广阔，主要是公共信息的查询
6、；如电信局、税务局、银行、电力等部门的业务查询；城市街头的信息查询；此外应用于领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。将来，触摸屏还要走入家庭。1.1.2 触摸屏的工作原理触摸屏系统一般包括两个部分：触摸检测装置和触摸屏控制器。触摸检测装置 安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接收后传送到触摸屏控制器；触摸屏控制器的主要作用，是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将其转换成触点坐标，再送给 CPU，同时能接收 CPU 发来的命令并加以执行。1.21.2 可编程控制器（可编程控制器（PLCPLC）1.2.1 PLC 的发展历史20 世纪 70 年代初出现
7、了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为 Programmable Logic Controller(PLC)。20 世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。1.2.2 PLC 的构
8、成从结构上分，PLC 分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O 板、 显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式 PLC 包括 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，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。每套 PLC 至少有一个 CPU，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
9、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。进入运行后，从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 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。 PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。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。 按 I/O 点数确定模块规格及数量，I/O 模块可多
10、可少，但其最大数受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。1.2.3 PLC 的工作原理当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。1.31.3 变频器变频器1.3.1 变频技术的发展历程变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。20 世纪 70年代开始，脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20 世纪 80 年代，作为变频技术核心的 PWM 模式优化问题吸引着人们的浓
11、厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中以鞍形波 PWM模式效果最佳。20 世纪 80 年代后半期开始,美、日、德、英等发达国家的 VVVF 变频器巳投入市场并广泛应用。 1.3.2 变频器的基本结构 变频器是把工频电源(50Hz 或 60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的 CPU 以及一些相应的电路。二、系统硬件的选型二、系统硬件的选型2.12.1 触摸屏的型号选
12、择触摸屏的型号选择改系统选用西门子触摸屏 TP270，其特点：强大的 32 位嵌入式高性能 CPU,支持 256 色真彩显示与敏捷的反应速度； 功能强大且简单易用的简体中文编辑软件，使你轻松完成复杂的人机界面设计； 独特的多视窗操作功能，大大增加可显示信息量；可与几乎所有的 PLC 兼容； 创新的在线模拟功能，大大节省工程时间； 具有 RTC（实时时钟）和配方存储功能，支持“多屏单机”和“单屏多机”连接方式2.22.2 PLCPLC 的型号选择的型号选择改系统使用 s7-200 系列 PLC，其特点：强大的性能；最优模块化和开放式通讯；结构紧凑小巧-狭小空间处任何应用的理想选择；在所有 CPU
13、 型号中的基本和高级功能；大容量程序和数据存储器；杰出的实时响应-在任何时候均可对整个过程进行完全控制，从而提高了质量、效率和安全性；易于使用 STEP 7-Micro/WIN 工程软件-初学者和专家的理想选择；集成的 R-S 485 接口或者作为系统总线使用；极其快速和精确的操作顺序和过程控制；通过时间中断完整控制对时间要求严格的流程2.32.3 变频器的型号选择变频器的型号选择改系统选用的是 MM440 型号变频器，其特点：丰富的控制功能。通过 P1300 参数可以选择从 V/F 控制到带传感器的矢量控制 VC 等 12 种不同特点的控制模式，适用于恒转矩、变转矩等各种性质负载，满足各行业
14、的驱动控制要求；强大的通讯功能。利用 Profibus 通讯可选件，可以将 MM440 接入开放的、高速（12Mb/S）的 DP 网，实现性能更佳、精度更高的通讯控制；自由功能模块和 BICO 技术。MM440 继承和吸收了 6SE70 工程型变频器的许多优良特点，其中最具实用性的是具有区别一般通用变频器的自由功能模块和 BICO 技术，利用丰富的自由功能模块和灵活的BICO 技术，可方便地实现各种不同目的的组态设计，完成复杂控制设计的要求； 丰富的停车和制动功能。MM440 具有 3 种停车方式，即按斜坡减速停车（OFF1）、惯性停车（OFF2）快速停车（OFF3）。3 种制动功能，即直流制
15、动、复合制动、动力制动（须外接制动电阻，75kW以下已内置制动单元）。停车方式和制动方式的灵活配用，可适应不同机械惯性负载的要求。三、系统设计三、系统设计3.13.1 系统的原理图系统的原理图触摸屏PLC变频器电机触摸屏：触摸屏：实现人机对话，控制 PLC 的输入，显示 PLC 的输出。 PLCPLC ：采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字量、模拟量的输入和输出，控制控制变频器的运行。 变频器：变频器：设置变频器的参数，实现电机的多段调速3.23.2 系统的接线图系统的接线图其中 Q0.0 与变频器的引脚 5 相连，Q0.1 与变频器的引脚 8 相连，Q0.2 与变频器的引脚 16 相连。图 1图 23.3PLC3.3PLC 梯形图梯形图其中 M0.0 为启动，M0.1 为停止，M0.2 与 M0.3 分别切换低速高速挡。图 33.43.4 触摸屏设计触摸屏设计应用 WCC flexible 设计触摸屏的组态软件。图 43.53.5 变频器参数调试变频器参数调试图 5图 63.63.6 实物图实物图图 7四、实验总结四、实验总结通过本次实验让我认识到自身的不足，同时也学习到了很多知识。首先
