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1、电气工程实践报告XX大学研究生课程论文/研究报告课程名称： 电气工程实践 任课教师： 论文/研究报告题目： 实践报告 完成日期： 2016 年 8 月 27 日学 科： 电力电子与电力传动 学 号： 姓 名： 目录一、 电力电子装置设计流程及项目规格书1 1.1 电力电子装置设计流程1 1.2 项目规格书2二、 项目实施3 2.1 装置电气原理图3 2.2 系统人机界面4 2.3 系统联合调试9三、 体会总结10I 一、 电力电子装置设计流程及项目规格书1.1 电力电子装置设计流程 为了更加高效、便捷的进行电力电子装置的设计与开发，电力电子装置的设计开发应遵循一定的设计流程。根据本门课程所学，
2、将电力电子装置设计的普遍流程归纳总结如下：图1-1 电力电子装置设计流程图1.2 项目规格书此次项目规格书的撰写是从系统（装置）开发的目的，系统（装置）指标的 详述，开发已有的经验和知识，项目开发计划，风险评估，标准要求及文档（安规、文档、品质因数、开发环境），成本分析，常用术语定义等方面进行的。本项目规格书系统完整的描述了项目的总体方案与具体内容，为项目后续工作的有效进行奠定了良好的基础。本项目是一个基于DSP的皮带传输机伺服控制系统，可以实现不同载荷的正反转控制、速度控制和位置控制，并可以通过优化PID参数提高载荷突增或突减时的稳定性，缩短响应时间。考虑到实验室所提供的设备，本装置定位于轻
3、型皮带传输控制，可用于电子、机械、包装等行业的小型物料传输系统。本系统通过采用磁场定向的控制原理和坐标变换，实现矢量控制，并结合正弦波脉宽调制控制技术还有包括位置反馈、速度反馈和电流反馈的三闭环系统实现对电机的控制。伺服驱动器的DSP控制模块还监控整个系统的运行状态，当系统产生过流、欠压过压、过热等故障时，PWM信号会被DSP立即封锁，使电机处于制动状态，从而实现保护功能。本系统硬件结构主要由VI10触摸屏、伟创电气SD600系列伺服驱动器、PLC、伺服电机和编码器等组成，如图1-2所示。外围电路还有：通信模块电路、辅助电源模块电路等。图1-2 装置总体框图本次项目的开发计划是按照项目需求，根
4、据项目内容将组员根据擅长进行分工。具体进行系统电路的设计及仿真，控制策略制定和程序编写，人机交互界面设计，以及最终的联合调试等工作。由于本次设计的主要目的在于相互学习，所以组员们在做好各自任务之余进行了广泛的交流与相互帮助，进而体现我们的团队协作精神。二、 项目实施本次项目的实施包括系统仿真及结果分析、器件的选型、散热设计、电气原理图的绘制，以及后期的触摸屏人机界面的设计、PLC控制程序的设计、伺服驱动器的设计与系统联合调试等工作。本人主要完成了电气原理图的绘制以及伟创触摸屏人机界面的设计与调试，下面就这两个方面进行详细描述。2.1 装置电气原理图本装置的电气原理图如图2-1所示，其具体结构和
5、工作过程描述如下：由于本伺服系统为单相系统，所以电源采用220V/50Hz交流单相供电。 断路器QF合闸，则L1C、L2C得电，控制回路电源得电工作。其中FLT为滤波器。伺服驱动器P、D端子短接，表明采用内置回生电阻。按下伺服电源开，则接触器KM合闸，则L1、L2得电，主回路电源得电工作；按下伺服电源关，则接触器KM跳闸，则L1、L2失电，主回路电源停止工作。其中SA为浪涌抑制器。伺服驱动器的CN2接口连接光电编码器和伺服电机，CN3接口通过串口线连接触摸屏，并通过RS485与触摸屏通信。装置检测到故障后，继电器RY得电合闸，此时报警指示灯亮，同时伺服主回路电源掉电停止工作，装置处于故障状态。
6、图2-1 装置电气原理图2.2 系统人机界面根据本系统需要，围绕项目说明书中各功能要求设计了触摸屏的人机界面。该人机界面是利用伟创的VI10触摸屏开发工具VI10Studio软件进行设计的。首先新建工程文件，并进行相应的工程配置（选择存储路径、HMI型号、PLC驱动、工程模板和通信设置等），软件的设计及配置环境如图2-2所示。图2-2 VIStudio软件使用环境接下来就是工程画面的设计，画面是工程的基本组成元素。首先利用Photoshop软件对所需画面的背景图片进行分辨率等的修改设计。然后在VI10Studio软件中新建相应的画面，并对其编号命名。下面利用软件已有的各功能部件，对各画面进行布
7、局设计。通过编辑各部件的属性来完成本系统所需要的各项监控功能。下面就各个画面的功能组成进行具体描述。第一张画面为欢迎界面，如图2-3所示。整张画面配置为功能开关部件，用于画面的切换，点击后画面自动切换到第二张画面。图2-3 欢迎界面第二张画面为主菜单界面，如图2-4所示。该界面为整个工程的核心界面，几乎所有的操作和显示功能都在该界面完成，界面的左半部分为显示区域，右半部分为操作设置区域。界面中的字样都采用自绘图形中的文本部件，用于输入相应的文本内容；正反转指示灯采用位状态指示灯部件，用于显示指定位地址的状态；转速和位置显示采用数字输入/显示部件，用于以设定的格式显示指定字地址的数据；启停按钮采
8、用位开关部件，用于对指定的位地址进行操作、监控和显示；正反转、调速、定位和联系我们按钮均采用功能开关按钮，点击后切换到后续界面进行各功能的具体设置。系统各功能及相应的寄存器地址见下表2-1所示。图2-4 主菜单界面表2-1 系统功能及寄存器地址系统功能寄存器寄存器值备注启停00启动:1停止:0对X.0位进行操作正反转01正转：0反转：1有级调速02减速：0加速：1速度给定03十进制数位置给定04十进制数第三张画面为正反转设置界面，如图2-5所示。正转和反转按钮均采用位开关部件，用于对指定的位地址进行写操作。图2-5 正反转设置界面第四张画面为调速设置界面，如图2-6所示。有级调速的加减速按钮均
9、采用位开关部件，用于对指定的位地址进行写操作；速度给定采用数字输入/显示部件，点击后会弹出键盘，用于以设定的格式向指定字地址写入速度给定数据。图2-6 调速设置界面第五张画面为位置给定界面，如图2-7所示。位置给定采用数字输入/显示部件，点击后会弹出键盘，用于以设定的格式向指定字地址写入位置给定数据。图2-7 位置给定界面第六张画面为联系我们界面，如图2-8所示。采用文本输入部件，用于描述本系统的相关信息，便于后期的修改升级和用户服务。图2-8 联系我们界面在对整个工程画面设计完成之后，下面就是对工程的编译和下载了。首先将HMI工程编译成HMT文件，如果编译无误，就可以在离线模拟环境下进行模拟
10、测试。模拟测试按预期完成之后，就可以将工程编译生成的HMT文件下载到触摸屏中进行实际测试了。本次下载采用的是九针串口线，通过串口进行下载，具体下载环境如图2-9所示。图2-9 工程下载环境工程下载完成后，对HMI上电进行了实际的测试，测试结果为所设计的各项功能均能正常实现，测试现场见图2-10所示。图2-10 HMI测试现场2.3 系统联合调试在等其他组员完成下面PLC和伺服驱动器的设计之后，按系统要求将HMI、PLC、伺服驱动器和电机连接起来进行系统联合调试。联合调试过程中，HMI将控制命令发送给PLC，PLC再根据所设计的程序进行处理，然后发相应的指令给伺服驱动器，进而控制电机实现本系统的
11、各功能要求。调试过程中，出现了各种大大小小的问题，但大家都积极面对、找办法，最终在大家的齐心努力下解决了大部分问题。但由于组员能力有限，下面PLC和伺服驱动器的设计没有完成本系统所要求的所有功能，仅实现了电机的启停与正反转。感到欣慰的是，大家都积极的去处理问题并尽了最大的努力。系统联合调试现场见图2-11所示。图2-11 系统联合调试现场三、 体会总结时光荏苒，一个多学期的电气工程实践课即将结束。从最开始王老师介绍这门课程的意义到最后的项目实施和参观实习，都对我有很深的感触，深切感受到工程实践对工科专业学生的重要性，深刻意识到科学研究不能脱离工程实际，也认识到技术的飞速发展对电力电子从业人员有
12、了较高的要求。下面就本门课程学习实践过程中的一些心得体会进行总结归纳。通过本门课程王老师的相关介绍，详细了解了电力电子平台模块化、先进性设计与创新实践的工程理念。同时基于自关断器件及其各种电路拓扑，掌握了现代电力电子器件的工作原理、特性及其在装置设计中的应用技巧。结合课程所学，了解并掌握了电力电子装置的安规、可靠性、电磁兼容性等内容，以及电路板设计、软件工具的使用等技术。深刻体会到“以理论学习为基础，以工程实践为核心”的理念，以及科研与实践相结合的工程思想。本次工程实践项目我们组的题目为“皮带传输机的伺服控制系统”，此次项目我主要负责项目的总体协调与触摸屏人机界面的设计与调试。触摸屏人机界面的
13、设计主要是基于伟创的HMI设计软件VI10Studio进行的，由于是第一次使用伟创触摸屏及其设计软件，遇到了各种大大小小的问题。但由于前期做过其他类型的触摸屏人机界面的设计，所以结合已有经验通过查资料、仔细阅读软件使用说明等方法，基本解决了之前面临的各种软硬件问题。通过触摸屏的实际测试以及系统的联合调试，最终在触摸屏上实现了系统的各项功能要求。此次工程实践除了项目的具体操作之外，作为项目负责人这个角色真正认识到了一个项目整体协调把控的不易。好在项目组成员之间的相互学习、相互帮助使得项目的进展比较顺利，在此感谢我们组员的辛勤努力。通过此次担任项目负责人，深刻意识到项目组成员的思维碰撞、齐心协力与
14、互相帮助的重要性，这对以后的学习工作将会有莫大的帮助。最后，集体参观了博世力士乐（西安）电子传动与控制有限公司。了解了百年企业的光辉征程，实际见证了高度信息化的工业自动化工厂，以及德国工业4.0实际应用的身影。通过王老师对专业现状及行业未来的描述，深刻认识到技术的快速发展对电力电子装置的要求越来越高，市场需求的多样化带来装置的规格种类也越来越多。电力电子装置设计人员需要准确、快速的响应市场需求，有效的管理和继承已有装置的设计开发经验，开拓思维不断创新。一个多学期的工程实践课学到的知识是有限的，但学到的理念与思维是永恒的，王老师渊博的专业知识和热情洋溢的精神气息深深的感染着我，感谢王老师的不吝赐教与细心教导！ 10
