Foshan University
本科生毕业设计附属材料
学院：机械与电气工程学院
专业：电气工程与自动化
学号：2011364328
学生姓名：陈兴渝
二〇一五年六月
摘要
传送带是一种广泛应用于工业的传输设备，对其进行自动化的改造无疑将提高工业生产的效率和安全性并且将大大的节约人力资源。因其意义重大，对传送带的改造是多方面的而本文将主要介绍的是：基于三菱PLC的传送带多速度控制系统的设计。该系统的设计包括硬件设计和软件设计。其中硬件设计包括三菱PLC、变频器、异步电动机的外部电路的设计与安装；软件部分包括程序的设计与调试。
所设计系统最终能够通过PLC与变频器实现以下功能：(1)能对物品进行运送，速度可根据两物品之间的距离自动变换防止传送物品之间发生碰撞；（2）能够实现故障报警、状态指示、传送带带负载软启动等；（3）能够实现手动与自动状态切换，方便维护。该系统主要运用了三菱PLC、传感器、继电器、变频器等器件，利用PLC良好的自动控制性能，实现流水线传送带传送过程的无人控制。本文将主要对PLC、变频器以及PLC 对变频器的控制部分进行介绍。
关键词：三菱FR-S540 PLC 传送带变频器无人控制 VVVF
ABSTRACT
The conveyor is a kind of widely used in industrial transmission equipment, automation to reform will improve the efficiency of industrial production and safety and will greatly save human resources. Because of its significant, on the conveyor belt is various and will be mainly introduced in this paper are: the conveyor belt more speed control system based on mitsubishi PLC design. The system design including hardware design and software design. Hardware design includes mitsubishi PLC, frequency converter, an external circuit design and installation of asynchronous motor; Software part includes the design and debugging of program.
The designed system can eventually by PLC and frequency converter to realize the following functions: (1) to deliver goods, speed automatically according to the distance between the two items can transform to prevent collision between the articles; (2) can realize fault alarm, status indication, the conveyor belt load soft start, etc.; (3) to realize automatic state and manual switch, convenient to maintain. The system mainly USES the mitsubishi PLC, sensors, relays, inverter and other components, the use of PLC automatic control performance of good, no one to control in the process of assembly line conveyor belt transmission. This article will mainly to the PLC, frequency converter and PLC control part of frequency converter is introduced.
Key words: Mitsubishi FR-S540 PLC conveyor inverter automated VVVF
目录
1. 课程设计题目及要求 (1)
1.1 题目 (1)
1.2 控制要求 (1)
1.3系统总体方案设计 (1)
2. 变频器工作原理 (2)
2.1变频器的基本工作原理 (2)
2.2 FR-S540型变频器的结构特点 (2)
2.3 FR-S540型变频器的参数及参数设置方法 (3)
3. PLC工作原理 (6)
3.1 PLC工作原理及扫描工作方式 (6)
3.1.1 PLC工作原理 (6)
3.1.2扫描工作过程 (6)
3.2 FX2N-48MR型PLC (7)
4．控制系统设计 (9)
4.1 PLC控制电路图 (9)
4.2 多段转速控制 (9)
4.3 PLC（I/O）分配 (10)
4.4程序设计 (11)
5．监控界面的设计 (16)
5.1监控软件介绍 (16)
5.2监控界面的制作过程 (17)
5.2.1 本次力控组态软件介绍 (17)
5.2.2 设计流程 (17)
6．运行调试 (22)
7．总结 (23)
8.参考文献 (25)
9.附录1 多段调速系统硬件接线图 (26)
附录2 多段调速PLC控制梯形图 (27)
附录3 实物照片 (30)
第一章绪论
现代工业往往追求高效率低成本，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。
传统的传送带系统往往只能工作在某一固定的速度上，这种设计有着其他系统无法比拟的优点。那就是系统及其简单，操作简便易于掌握使用且用途广泛。其缺点也同样明显，当传送带上传送物品为易碎品或某些危险品时，若出口处有传送物品积压如果操作不当必然会造成损失甚至发生危险。传统传送带虽然可以加入自动停止功能，但反复的启停势必对电动机产生不良影响并且会影响物品传输时的稳定性。基于对单一速度传送带存在以上问题，一种多速度控制系统的概念被提出。本文即阐述了基于PLC的传送带多速度控制系统的一种设计方案。在介绍本系统之前我们先了解一下系统的各个主要组成部分。
1．1传送机的简介
17世纪中叶，美国人开始应用一种架空的索道来传送散状的物料，所谓的传送带自此诞生；进入19世纪中后期，经过了近两个世纪的发展，各种现代结构的传送带输送机相继出现。 1868年，在英国出现了皮带式传送带的输送机；1887年，在美国出现了螺旋式的输送机；20世纪后，1905年，在瑞士出现了钢带式输送机；1906年，在英国和德国出现了惯性输送机。至此现代意义的传送带基本成型并且在此后传送带输送机受到机械制造、化工、电机、电子和冶金工业技术进步的影响，不断完善，逐步由完成车间内部的传送，发展到完成在企业内部、企业之间甚至城市之间的物料搬运。时至今日传送带已然成为物料搬运系统机械化和自动化不可缺少的重要组成部分。现代工业生产过程中，因传送带应用之广泛、工作之可靠相信在未来相当一段时间内其地位无可动摇。
1.2 可编程逻辑控制器（PLC）
图1-1 可编程逻辑控制器
PLC起源于1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求；1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程逻辑控制器PDP—14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程逻辑控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。1969年，美国研制出世界第一台PDP-14；1971年，日本研制出第一台DCS-8；1973年，德国研制出第一台PLC；1974年，中国研制出第一台PLC。
20世纪70年代初出现了微处理器。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70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。
20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。
20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能
力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
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。
可编程逻辑控制器其实质是一种专门用于工业控制的计算机，PLC的硬件结构基本上与PC机相同，基本构成可分为五大部分，分别为：电源、中央处理单元(CPU)、存储器、输入输出接口电路、功能模块。下面分别简单的对五部分进行介绍。
电源
可编程逻辑控制器的电源是整个系统中十分重要的组成部分。如果缺少一个良好的、可靠的电源整个系统将无法正常的工作，因此，可编程逻辑控制器的制造商往往对电源的设计和制造十分重视。当交流电压波动维持在+10%(+15%)范围内时，可以不采取任何其它的措施，将PLC直接接入交流电网上。
中央处理单元(CPU)
中央处理单元即CPU，如同PC机一样它是可编程逻辑控制器的控制中枢。CPU 按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
输入输出接口电路
（1）现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。
（2）现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
功能模块
如计数、定位、通信等功能模块。
第二章设计方案
1.2 控制要求
按下起动按钮，电动机以30Hz速度运行，5s后转为45Hz速度运行，再过5s转为20Hz速度运行，按停止按钮，电动机即停止。
按下启动按钮，可选择工频/变频控制，能实现自动控制和手动控制（自动转换频段/手动输入频段），并可实现高、低速转换。
监控界面实现自动控制和手动控制（自动转换频段/手动输入频段），并可实现高、低速转换。能够对设备的运行状态进行监控。
1.3系统总体方案设计
如下图1-1所示
组态软件 PLC 变频器电机
图1-1 系统结构图
如图所示，我们先要弄清楚变频器的结构特点以及如何对电机进行调速。然后要编写PLC的控制梯形图，完成PLC对变频器的控制。最后要学会组态软件的使用，完成组态软件对PLC的控制。
2 变频器工作原理
2.1变频器的基本工作原理
图1-2 FR-S540变频器
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。通用变频器
一般都采用交——直——交的方式组成，其基本工作原理如下图2-1所示：
图2-1 变频器基本工作原理2.2 FR-S540型变频器的结构特点
如图2-2所示
图2-2 FR-S540型变频器的结构特点
变频器有内部模式（pu）和外部模式（exit）。FR-S500没有通讯模块，在PU模式可以直接控制电机高低速转换，这就不需要plc控制。我们采用exit外部模式，所有的信号由plc输入到变频器，这样就可以直接实现自动与手动的切换，同时从一速到七速的频率在变频器外部模式下根据特定的参数设定好。
2.3 FR-S540型变频器的参数及参数设置方法
变频器的设定参数多，每个参数均有一定的选择范围，使用中常常遇到因个别参数设置不当，导致变频器不能正常工作的现象。
控制方式：即速度控制、转距控制、PID控制或其他方式。采取控制方式后，一般要根据控制精度，需要进行静态或动态辨识。
说明：SD-公共端接PLC的COM口，
RH-高速输出（变频器原始设置是50HZ）接PLC程序控制的三速输出Y24
RM-中速输出（变频器原始设置是30HZ）接PLC程序控制的二速输出Y23
RL-低速输出（变频器原始设置是20HZ）接PLC程序控制的一速输出Y22
变频器四速到七速的输出有RH,RM,RL组合
变频器多速组合输出如下图2-3所示：
图2-3变频器多速组合输出
由于现在一般的电机都是按工频50HZ制造而成，因此频率设置参数如下表2-4：
exit（外部）模式频率
Pr.6（低速）10HZ
Pr.5（中速）15HZ
Pr.4（高速）20HZ
Pr.24（四速）25HZ
Pr.25（五速）30HZ
Pr,26（六速）35HZ
Pr.27（七速）40HZ
表2-4 频率设置参数
在界面上可以直接操作：鼠标直接点击手动或自动，在选择点击正转或反转，最后点击启动。点击手动时，在电机启动后可以直接用鼠标点击1速到7速，同时变频器显示模块会显示对应的频率，点击停止后电机马上停下来。点击自动时，电机自动从1速运行到7速，最后保持在7速，每一次速度变化时，变频器显示模块上频率相应变化，可以明显看出来。需要点击自动复位，电机才会回到1一速，在慢慢运行到7速，点击停止后，电机马上，显示模块频率会马上降到0。
FR-S540型变频器参数设置见下图2-5,2-6
图2-5 FR-S540型变频器参数设置
图2-6 FR-S540型变频器参数设置
3 PLC工作原理
3.1 PLC工作原理及扫描工作方式
3.1.1 PLC工作原理
当PLC运行时，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作，但CPU不可能同时去执行多个操作，它只能按分时操作（串行工作），每一次执行一个操作，按顺序逐个执行。由于CPU得运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时（并行）完成的。这种串行工作过程称为PLC的扫描工作方式。
用扫描工作方式执行用户程序时，扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，周而复始地重复运行。
PLC的扫描工作方式与电气控制的工作原理明显不同。电气控制装置采用硬逻辑的并行工作方式，如果某个继电器的线圈通电或断电，那么该继电器的所有常开和常闭触点不论处在控制线路的哪个位子上，都会立即同时动作；而PLC采用扫描工作方式（串行工
作方式），如果某个软继电器的线圈被接通或断开，其所有的触点不会立即动作，必须
等扫描到该触点时才会动作。但由于PLC 的扫描速度快，通常PLC 与电气控制装置在I ／O 的处理结果上并没有什么差别。
3.1.2扫描工作过程
扫描过程如图3-1
图3-1 扫描过程
PLC 的扫描工作过程出除了执行用户程序外，在每次扫描工作过程中还要完成内部处理、通信服务工作。如上图所示，整个扫描过程包括内部处理、通信服务、输入采样、程序执行、输出刷新五个阶段。整个过程扫描执行一遍所需的时间称为扫描周期。扫描周期与CPU 运行速度、PLC 的硬件配置及用户程序长短有关，典型值为1～100ms 。 在内部处理阶段，进行PLC 自检，检查内部硬件是否正常，对监视定时器（WDT ）复位以及完成其他一些内部处理工作。
在通信服务阶段，PLC 与其他智能装置实现通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等。
当PLC 处于停止（STOP ）状态时，只完成内部处理和通信服务工作。当PLC 处于运行（RUN ）状态时，除完成内部处理和通信服务工作外，还要完成输入采样、程序执行、输出刷新工作。
PLC 的扫描工作方式简单直观，便于程序的设计，并为可靠运行提供了保障。当PLC 扫描到得指令被执行后，其结果马上就被后面将要扫描到的指令所利用，而且还可以通过CPU 内部设置的监控定时器来监视每次扫描是否超过规定时间，避免由于CPU 内部故障使程序执行进入死循环。
3.2 FX2N-48MR 型PLC 内部通信
通信服务
输入采样
执行程序
输出刷新
STOP
RUN
PLC主机如下图3-2
图3- 2 PLC主机
FX2N系列PLC外部结构
三菱公司的FX系列PLC是比较具有代表性的微型PLC，除具有基本的指令表编程以外，还可以采用梯形图编程及对应机械动作流程进行顺序设计的SFC
(Sequential Function Chart)顺序功能图编程，而且这些程序可以相互转换。在FX系列PLC中设置了告诉计数器扩大了PLC的应用领域。
FX2N系列PLC的硬件结构可以参考图中带扩展模块的PLC，途中表示出主机如何扩展，通信接口位置等。
图3-3为详细I/O端子编号。采用继电器输出，输出侧左端4个点公用一个COM端，右边多输出点公用一个COM端。输出的COM比输入端要多，主要要考虑负载电源种类较多，而输入电源的类型相对较少。对于晶体管输出其公用端子更多，下图还有FX2N-16MT 的输出端子。
图3-3 详细I/O端子编号
FX2N-48MR特点：
○1节省空间：其体积仅相当于以前ANS系列PLC60%。
○2安装灵活：有多种主基板和扩展基板供选择。
○3高性能模块：提供有多种特殊功能模块，功能更为强大。并且有相关设置软件，编程及调试更加方便。
(3)FX2N-48MR表示的意义：
FX2N---48 M R
①②③④
①表示PLC系列名称；②表示输入输出点数总和，2N系列的点数总和时对半分的，故这里表示有24点输入，24点输出；③表示单元种类：M—基本单元，E—输入输出混合扩展单元，EX—输入专用扩展模块，EY—输出专用扩展模块；④表示输出形式：R—继电器输出，S—晶闸管输出，T—晶体管输出。
3.5 传感器
3.5.1 压力开关
限位开关又可成为称行程开关，它可以安装在相对静止的物体（如固定架、门框等，简称静物）上或者运动的物体（如行车、门等，简称动物）上。当动物接近或接触静物时，开关的连杆驱动开关闭合的触点分断或者断开的触闭合。由开关触点开、合状态的改变去反馈信息。
限位开关分工作限位开关与极限限位开关，工作限位开关是用来给出机构动作到位信号的。极限限位开关则是为防止机构动作超出设计范围发生事故而使用。工作限位开关安装在机构需要改变工况的位置上，开关动作后，给出信号，控制机构控制别的相关动作的进行。极限限位开关通常安装在机构动作的最远端，其目的是用来保护机构动作过大出现机构损坏。本设计中的限位开关用于报告物品挤压情况，所以选用工作限位开关。
3.5.2 测距传感器
测距传感器是对物体距离进行测量并反馈的传感设备。测距传感器可分为：超声波测距传感器、激光测距传感器以及红外线测距传感器。
超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波。因此超声波检测广泛应用于工业、国防、生物医学等方面。如果想利用超声波作为测距手段首先必须产生超声波并且还可以接收超声波，设备需计算声波发射和接收的时间，以此时间乘以声速便可得出两物体间的距离。另外超声波对与运动物体有多普勒效应，因此还可以
判断运动物体的速度。能够完成这种功能的装置就是超声波传感器，通常习惯上称之为超声换能器或者超声探头。
激光传感器工作时，先由激光二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号。记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离。
红外测距传感器利用红外信号遇到障碍物距离的不同反射的强度也不同的原理，进行障碍物远近的检测。红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射特定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号，当红外的检测方向遇到障碍物时，红外信号反射回来被接收管接收，经过处理之后，通过数字传感器接口返回到机器人主机，机器人即可利用红外的返回信号来识别周围环境的变化。
三种测距传感器各有长短。因为本系统测距不需要极高的精度同时还考虑到系统应具有良好可靠性（工厂车间的空气中可能含有杂质），所以本系统选用超声波测距传感器。
4 控制系统设计
4.1 PLC程序流程图
如图4-1
开始
是否手动 Y 切换到手动
N
速度1
定时5秒
速度2
定时5秒
速度3
定时5秒
速度4
定时5秒
速度5
定时5秒
速度6
定时5秒
速度7
复位
停止
图4-1 PLC程序流程图
4.2 多段转速控制
变频器每个输出频率的档次需要由三个输入端的状态来决定，而操作人员切换转速所用的开关器件每个档次只有一个触点。所以必须解决好转速选择开关的状态和变频器各控制端状态间的变换问题。
变频器输出的7档（或15档）转速对应于变频器的3个输入端的状态如下图4-2,4-3所示：
图4-2 变频器输出7档转速
图4-3 变频器输出15档转速
4.3 PLC（I/O）分配
设计的I/O分配如下表4-4
X000 启动
X001 电机正转
X002 电机反转
X003 复位
X004 停止
X005 一速
X006 二速
X007 三速
X010 手动控制
X011 自动控制
Y020 电机正转输出
Y021 电机反转输出
Y022 一速输出
Y023 二速输出
Y024 三速输出
Y001 四速输出
Y002 五速输出
Y003 六速输出
Y004 七速输出
表4-4 I/O分配
4.4程序设计
调速系统由上位机和下位机组成。下位机由plc控制变频器，同时由变频器实现电机的调速；上位机由组态软件实行监控。
下位机组成的变频调速系统主要由两部分组成：手动控制和自动控制。手动控制可以使电机选择正转或者反转，同时在一速到七速这七个速度之间自由切换。自动控制是首先选择电机正转或者反转，在接着从低速一直慢慢升到高速，通过复位可以使电动机自动从高速在降到低速。最后自动控制停止后可以直接切换到手动控制。
根据要求将整个系统分为各个模块进行设计介绍。
（1）手动控制设计
重庆理工大学 毕业设计（论文）开题报告 题目直流电机调速系统仿真设计 1、本课题国内外的研究现状分析 直流调速系统凭借优良的调速特性，调速平滑、范围宽、精度高、过载能力大、动态性能好、易于控制以及良好的起、制动性能等优点，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要求，所以在电气传动中获得了广泛应用。为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。直流调速系统在理论上和实践上都比较成热，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础，因此，直流调速系统的应用研究有实际意义。 自从MATLAB的Simulink推出以后，动态系统的仿真就变得非常容易了。因其含有极为丰富的专用于控制工程与系统分析的函数，具有强大的数学计算功能，且提供方便的图形绘制功能，只要在Simulink中画出系统的动态结构图模型，编写极简单的程序，即可对该系统进行仿真，效率极高，环境友好，从而给系统的设计和校正带来很大的方便。MATLAB在学术和许多实际领域都得到广泛应用，已成为国际控制界应用最广的语言和工具。
2、本人对课题任务书提出的任务要求及实现目标的可行性分析（只限工科类） 本课题要求完成直流电机双闭环调速系统的工程设计并利用MATLAB实现仿真，通过选择及设计各个模块的系统以及对参数的选择，最终得到预期的仿真结果。 任务要求如下： （1）直流电机调速原理分析 （2）双闭环调速系统特性分析 （3）系统总体方案设计 （4）系统仿真设计 可行性分析： 本课题是针对直流电动机设计的双闭环调速系统，通过MATLAB软件对所设计的系统进行仿真验证。通过学习《电机与拖动》、《电力电子技术》、《电力拖动自动控制系统》等相关课程基本掌握了电机调速的一些知识，并对直流电机调速系统有了一定的了解。同时，通过自学《电机与拖动基础及MATLAB仿真》以及《交直流调速系统与MATLAB仿真》使我对MATLAB软件有了一定的了解，并能通过软件对本课题实现仿真，以上所述便能基本完成本课题的任务要求。
前言、PLC的发展背景及其功能概述 PLC，(Programmable Logic Controller)，乃是一种电子装置，早期称为顺序控制器“Sequence Controller”，1978 NEMA(National Electrical Manufacture Association)美国国家电气协会正式命名为Programmable Logic Controller，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。而普遍使用于PLC程序设计的语言，即是梯形图(Ladder Diagram)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 (Digital Input)、AI (Analog Input)、PI (Pulse Input)及NI (Numerical Input)，DO (Digital Output)、AO (Analog Output)、PO (Pulse Output)及NO (Numerical Output)，因此PLC在未来的工业控制中，仍将扮演举足轻重的角色。 1.1 梯形图工作原理 梯形图为二次世界大战期间所发展出来的自动控制图形语言，是历史最久、使用最广的自动控制语言，最初只有A（常开）接点、B（常闭）接点、输出线圈、定时器、计数器等基本机构装置（今日仍在使用的配电盘即是），直到可程控器PLC出现后，梯形图之中可表示的装置，除上述外，另增加了诸如微分接点、保持线圈等装置以及传统配电盘无法达成的应用指令，如加、减、乘及除等数值运算功能。 无论传统梯形图或PLC梯形图其工作原理均相同，只是在符号表示上传统梯形图比较接近实体的符号表示，而PLC则采用较简明且易于计算机或报表上表示的符号表示。在梯形图逻辑方面可分为组合逻辑和顺序逻辑两种，分述如下： 1. 组合逻辑： 分别以传统梯形图及PLC梯形图表示组合逻辑的范例。 传统梯形图PLC梯形图 X0 Y0 X1 Y1 Y2 X2 X3 X4 行1：使用一常开开关X0（NO：Normally Open）亦即一般所谓的〝A〞开关或接点。其特性是在平常（未按下）时，其接点为开路（Off）状态，故Y0不导通，而在开关动作（按下按钮）时，其接点变为导通（On），故Y0导通。 行2：使用一常闭开关X1（NC：Normally Close）亦即一般所称的〝B〞开关或接点，其特性是在平常时，其接点为导通，故Y1导通，而在开关动作时，其接点反而变成开路，故Y1不导通。
实验报告 课程名称：数字调速 实验项目：三相异步电机恒压频比调速系统仿真专业班级：自动化1303班 姓名：任永健学号：130302307 实验室号：实验组号： 实验时间：批阅时间： 指导教师：成绩：
沈阳工业大学实验报告 （适用计算机程序设计类） 专业班级：自动化1303班学号：130302307 姓名：任永健 实验名称：三相异步电机恒压频比调速系统仿真 1.实验目的： 熟悉SIMULINK环境。 建立三相异步电机恒压频比调速系统模型并仿真分析。 2.实验内容： 设计并在simulinnk下搭建三相异步电机恒压频比环调速系统 3. 实验方案（程序设计说明） 异步电机的调速有多种方法，转速开环恒压频比控制是交流电动机变频调速最基本的一种控制转速方式，在一般的变频调速装置里面都嵌入有这项功能，工作方式为恒压频比的调速方式能满足大多数场合交流电动机调速控制的要求，使用起来也相对方便，是通用变频器的基本模式。但在低压时候需要一定的补偿电压，采用恒压频比控制，在基频以下的调速过程中的转差率会保持不变，电动机的所以会机械特性会相对较硬，电动机有较好的调速性能。 正选脉冲宽度调制三相逆变电路，是一种以三角波做载波的应用冲量等效原理而获得理想交流电源的电路装置，在调制比与载波比一定的条件下，通过调节外加直流电源的大小就可以获得在额定频率下产生额定电压的正选电压波，通过调节正弦波的频率就可以得到理想的电压频率波，而且调节输入正弦波的频率能得到线性的输出电压幅值。MATLAB在电气领域中的运用随处可见，在这里可以运用MATLAB里的Simulink仿真出具体的模型，通过示波器来观察具体的波形，从而进行进一步的分析。 4. 实验原理（系统的实现方案分析） 首先采用三相双极性SPWM逆变电路产生三相交流电源，全控型器件可以选用IGBT，这样通过调节外加直流电源的大小便可获的理想的输出交流电压源幅值，然后通过改变给定的频率信号来改变异步电机的转速，基本模型如下图所示
物理与电子工程学院 《PLC原理与应用》 课程设计报告书 设计题目：基于PLC的电动机顺序起动/停止控制设计专业：自动化 班级：XX 学生姓名:XX 学号:XXXX 指导教师：XX 2013年12月17日
物理与电子工程学院课程设计任务书 专业：自动化班级： 2班
本文介绍了基于电力拖动的3台电动机的顺序启动停止的设计方案。我们运用其原理的思路是：用三套异步电机M1、M2和M3，顺序启动、停止控制电路是在一个设备启动之后另一个设备才能启动运行的一种控制方法，常用于主、辅设备之间的控制，我们使用了PLC进行控制，当按下SB1时，电动机M1会立即启动，而M2会延迟几秒启动，再延迟几秒M3启动。当按下SB2时。电动机M3会停止，而M2会延迟几秒钟停止，再延迟几秒M1会停止。用PLC进行控本设计两台电动机的顺序启动/停止可以运用到生活的各个方面这也充分体现了PLC在当今社会对生活的重要之处。本设计在顺序控制的基础上采用PLC对电动机的控制通过合理的选择和设计提高了电动机的控制水平使电动机达到了较为理想的控制效果。根据顺序功能图的设计法联系到现实做出了本设计两台电动机顺序启动/停止控制的PLC系统设计。 关键词：接触器；PLC控制；顺序启停
1 课程设计背景 (1) 1.1 课程设计的定义 (1) 1.2 课程设计的目的及意义 (1) 1.3 可编程逻辑控制器简介 (1) 2 基于PLC的电动机顺序起动/停止控制设计的硬件设计 (3) 2.1 控制对象及要求 (3) 2.2 硬件选型 (3) 2.3 系统I/O分配 (5) 2.4 PLC端子接线图 (5) 3基于PLC的电动机顺序起动/停止控制设计的软件设计 (5) 3.1 编程软件介绍 (5) 3.2 程序流程图 (8) 3.3程序调试 (8) 4心得体会 (9) 参考文献 (10) 附录 (11)
《电气控制技术》 研究生课程设计报告题目基于STM32的直流电机PID调速系统 学院机械与汽车工程学院 专业班级车辆工程 学号 学生姓名李跃轩 指导教师康敏 完成日期2017年01月03日 目录 1.绪论 ............................................................................................. 错误!未指定书签。 2.设计方案 ..................................................................................... 错误!未指定书签。3．系统硬件电路设计 .................................................................. 错误!未指定书签。 3.1整体电路设计 ....................................................................... 错误!未指定书签。 3.2最小单片机系统设计 ........................................................... 错误!未指定书签。 复位电路 ................................................................................. 错误!未指定书签。 3.2.2电源电路......................................................................... 错误!未指定书签。 3.3电机驱动电路设计 ............................................................... 错误!未指定书签。 3.4光电码盘编码器电路设计 ................................................... 错误!未指定书签。 3.5显示电路设计 ....................................................................... 错误!未指定书签。 3.6按键电路设计 ....................................................................... 错误!未指定书签。 4.系统软件设计 ............................................................................. 错误!未指定书签。 4.1PID算法................................................................................. 错误!未指定书签。 4.2电机速度采集算法 ............................................................... 错误!未指定书签。 5.系统调试 ..................................................................................... 错误!未指定书签。
PLC控制系统的应用与设计 1.1 PLC设计的基本原则和步骤 一个实际的PLC控制系统是以PLC为核心组成的电气控制系统，实现对生产设备和工业过程的自动控制。PLC控制系统设计的好坏直接影响中这产品的质量和企业的生产效率，关系到企业的经济效益。英雌，在设计PLC控制系统时要全面了解被控制对象的组成、特点、要求，同时力求使控制系统简单、经济，并且使用及维护方便，同时还要保证控制系统安全可靠。 PLC是一种特殊的计算机，在体系结构、运行，方式和编程语言等方面有别于普通计算机，因此在设计方法和步骤上有特殊性。用户在使用PLC进行实际系统设计的过程中，会自觉地遵循一定的方法和步骤。虽然不能要求必须先做什么，后做什么，具体应该怎么做，但必须遵循一些共同的原则，是PLC应用系统的设计方法和步骤符合科学化、工程化和标准化的要求。 1.1.1设计原则及方法 1. 系统设计的基本原则 在进行PLC控制系统的设计时，一般应遵循以下几个原则 （1）完全满足对象的要求。充分发挥PLC 的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统最基本和最重要的要求，也是设 计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进 行调查研究，收集现场的资料和相关的国内、国外的先进资料。同时 要注意和现场的工程管理人员，工程技术人员，现场操作人员紧密配 合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。 （2）在满足控制要求和技术指标的前提下，尽量是控制系统简单、经济。 保证PLC抠门男之系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计系统 控制的重要原则。这就要设计者在系统设计、元器件选择、软件编程 上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。列如，应该保证PLC程序 不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、 按钮按错等），也能正常工作。 （3）控制系统要安全可靠。一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入，技术的培训， 设备的维护夜间个导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前 提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意尽量 降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济、 而且要使控制系统的使用和维护方面、成本低，不宜盲目追求自动化 和高指标。 （4）在设计是要给控制系统的容量和功能预留一定的裕度，便于以后的调整和扩充。由于技术的不断发展，控制系统的性能要求也会不断的提 高，设计时要适当考虑今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在 选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时要适当留有裕量， 以满足今后生产的发展和工艺的改进。 2. 设计的主要内容
专业课程设计 题目三 直流电动机测速系统设计 院系： 专业班级： 小组成员： 指导教师： 日期：
前言 1.题目要求 设计题目：直流电动机测速系统设计 描述：利用单片机设计直流电机测速系统 具体要求：8051单片机作为主控制器、利用红外光传感器设计转速测量、检测直流电机速度，并显示。 元件：STC89C52、晶振（12MHz ）、小按键、ST151、数码管以及电阻电容等 2.组内分工 （1）负责软件及仿真调试：主要由完成 （2）负责电路焊接： 主要由完成 （3）撰写报告：主要由完成 3.总体设计方案 总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示: 单片机 PWM 电机驱动 数码管显示 按键控制
一、转速测量方法 转速是指作圆周运动的物体在单位时间内所转过的圈数,其大小及变化往往意味着机器设备运转的正常与否,因此,转速测量一直是工业领域的一个重要问题。按照不同的理论方法,先后产生过模拟测速法(如离心式转速表) 、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪) 以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。本文介绍的采用单片机和光电传感器组成的高精度转速测量系统,其转速测量方法采用的就是电子式定时计数法。 对转速的测量实际上是对转子旋转引起的周期脉冲信号的频率进行测量。在频率的工程测量中,电子式定时计数测量频率的方法一般有三种： ①测频率法:在一定时间间隔t 内,计数被测信号的重复变化次数N ,则被测信号的频率fx 可表示为 f x =Nt(1) ②测周期法:在被测信号的一个周期内,计数时钟脉冲数m0 ,则被测信号频率fx = fc/ m0 ,其中, fc 为时钟脉冲信号频率。 ③多周期测频法:在被测信号m1 个周期内, 计数时钟脉冲数m2 ,从而得到被测信号频率fx ,则fx 可以表示为fx =m1 fcm2, m1 由测量准确度确定。 电子式定时计数法测量频率时, 其测量准确度主要由两项误差来决定: 一项是时基误差; 另一项是量化±1 误差。当时基误差小于量化±1 误差一个或两个数量级时,这时测量准确度主要由量化±1 误差来确定。对于测频率法,测量相对误差为： Er1 =测量误差值实际测量值×100 % =1N×100 % (2) 由此可见,被测信号频率越高, N 越大, Er1 就越小,所以测频率法适用于高频信号( 高转速信号) 的测量。对于测周期法,测量相对误差为： Er2 =测量误差值实际测量值×100 % =1m0×100 % (3) 对于给定的时钟脉冲fc , 当被测信号频率越低时,m0 越大, Er2 就越小,所以测周期法适用于低频信号( 低转速信号) 的测量。对于多周期测频法,测量相对误差为： Er3 =测量误差值实际测量值100%=1m2×100 % (4) 从上式可知,被测脉冲信号周期数m1 越大, m2 就越大,则测量精度就越高。
《自动控制元件及线路》 课程实习报告 异步电动机变频调速系统 1.4.1 系统原理框图及各部分简介 本文设计的交直交变频器由以下几部分组成，如图1.1所示。
图1.1 系统原理框图 系统各组成部分简介： 供电电源：电源部分因变频器输出功率的大小不同而异，小功率的多用单相220V，中大功率的采用三相380V电源。因为本设计中采用中等容量的电动机，所以采用三相380V电源。 整流电路：整流部分将交流电变为脉动的直流电，必须加以滤波。在本设计中采用三相不可控整流。它可以使电网的功率因数接近1。 滤波电路：因在本设计中采用电压型变频器，所以采用电容滤波，中间的电容除了起滤波作用外，还在整流电路与逆变电路间起到去耦作用，消除干扰。 逆变电路：逆变部分将直流电逆变成我们需要的交流电。在设计中采用三相桥逆变，开关器件选用全控型开关管IGBT。 电流电压检测：一般在中间直流端采集信号，作为过压，欠压，过流保护信号。控制电路：采用8051单片机和SPWM波生成芯片SA4828，控制电路的主要功能是接受各种设定信息和指令，根据这些指令和设定信息形成驱动逆变器工作的信号。这些信号经过光电隔离后去驱动开关管的关断。 1.4.2 变频器主电路方案的选定 变频器最早的形式是用旋转发电机组作为可变频率电源，供给交流电动机。随着电力半导体器件的发展，静止式的变频电源成为了变频器的主要形式。静止式变频器从变换环节分为两大类：交-直-交变频器和交-交变频器。 1.交-交型变频器：它的功能是把一种频率的交流电直接变换成另一种频率可调电压的交流电（转换前后的相数相同），又称直接式变频器。由于中间不经过直流环节，不需换流，故效率很高。因而多用于低速大功率系统中，如回转窑、轧钢机等。但这种控制方式决定了最高输出频率只能达到电源频率的1/3～1/2,所以不能高速运行。 2.交-直-交型变频器：交-直-交变频器是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再直流变换成频率电压可调的交流，又称间接变频器，交-直-交变频器是目前广泛应用的通用变频器。它根据直流部分电流、电压的不同形式，又可分为电压型和电流型两种：（1）电流型变频器 电流型变频器的特点是中间直流环节采用大电感器作为储能环节来缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压波形接近正弦波，由于该直流环节内阻较大，故称电流源型变频器。 （2）电压型变频器 电压型变频器的特点是中间直流环节的储能元件采用大电容器作为储能环节来缓冲无功功率，直流环节电压比较平稳，直流环节内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器。 由于电压型变频器是作为电压源向交流电动机提供交流电功率，所以其主要优点是
单片机原理及应用课程设计报告设计题目： 学院： 专业： 班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 年月日 目录
设计题目：PWM直流电机调速系统 本文设计的PWM直流电机调速系统，主要由51单片机、电源、H桥驱动电路、LED 液晶显示器、霍尔测速电路以及独立按键组成的电子产品。电源采用78系列芯片实现+5V、+15V对电机的调速采用PWM波方式，PWM是脉冲宽度调制，通过51单片机改变占空比实现。通过独立按键实现对电机的启停、调速、转向的人工控制，LED实现对测量数据（速度）的显示。电机转速利用霍尔传感器检测输出方波，通过51单片机对1秒内的方波脉冲个数进行计数，计算出电机的速度，实现了直流电机的反馈控制。 关键词：直流电机调速；定时中断；电动机；波形；LED显示器；51单片机 1 设计要求及主要技术指标： 基于MCS-51系列单片机AT89C52，设计一个单片机控制的直流电动机PWM调速控制装置。 设计要求 （1）在系统中扩展直流电动机控制驱动电路L298，驱动直流测速电动机。 （2）使用定时器产生可控的PWM波，通过按键改变PWM占空比，控制直流电动机的转速。 （3）设计一个4个按键的键盘。 K1:“启动/停止”。 K2：“正转/反转”。 K3：“加速”。 K4:“减速”。 （4）手动控制。在键盘上设置两个按键----直流电动机加速和直流电动机减速键。在
手动状态下，每按一次键，电动机的转速按照约定的速率改变。 （5）*测量并在LED显示器上显示电动机转速（rpm）. （6）实现数字PID调速功能。 主要技术指标 (1）参考L298说明书，在系统中扩展直流电动机控制驱动电路。 (2)使用定时器产生可控PWM波，定时时间建议为250us。 (3）编写键盘控制程序，实现转向控制，并通过调整PWM波占空比，实现调速； (4）参考Protuse仿真效果图：图（1） 图（1） 2 设计过程 本文设计的直流PWM调速系统采用的是调压调速。系统主电路采用大功率GTR为开关器件、H桥单极式电路为功率放大电路的结构。PWM调制部分是在单片机开发平台之上，运用汇编语言编程控制。由定时器来产生宽度可调的矩形波。通过调节波形的宽度来控制H电路中的GTR通断时间，以达到调节电机速度的目的。增加了系统的灵活性和精确性，使整个PWM脉冲的产生过程得到了大大的简化。 本设计以控制驱动电路L298为核心，L298是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。可驱动2个电机，OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA，ENB接控制使能端，控制电机的停转。 本设计以AT89C52单片机为核心，如下图（2），AT89C52是一个低电压，高性能 8位，片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（），器件采用的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。 图（2） 对直流电机转速的控制即可采用开环控制,也可采用闭环控制。与开环控制相比,速度控制闭环系统的机械特性有以下优越性：闭环系统的机械特性与开环系统机械特性相比,其性能大大提高;理想空载转速相同时,闭环系统的静差（额定负载时电机转速降落与理想空载转速之比）要小得多;当要求的静差率相同时, 闭环调速系统的调速范
Anhui Vocactional & Technical College of Industry & Trade 毕业论文 三相异步电动机调速系统设计 Three-phase asynchronous motor drive system design 所在系院：电气与信息工程系 专业班级：、 机电一体技术 学生学号：43 学生姓名：叶海英 指导教师：王琳 ； 2013年3月23日 安徽工贸职业技术学院
毕业设计（论文）任务书系（院）专业班级 学生姓名学号 一、题目： 二、内容与要求： 》 三、设计（论文）起止日期： 任务下达日期：年月日 完成日期：年月日 指导教师签名： 年月日 四、教研室审查意见： 教研室负责人签名： 年月日 ~ 摘要
本文所讨论的是三相异步电动机的串级调速的基本原理与实现方法。对于一般交流电动机的调速，我们都是从电动机的定子侧引入控制变量（改变定子供电电压、频率）来实现的，这对于转子处于短路状态的三相笼型异步电动机是唯一的途径。但是，对于绕线式异步电动机来说，其转子绕组能够通过变量以实现调速。绕线式异步电动机转子侧的控制变量有电流、电动势、电阻等。通常转子电流随负载的大小决定，不能任意调节；而转子回路阻抗的调节属于耗能型调速，缺点较多，所以转子侧的控制变量只能是电动势。在发挥绕线式异步电动机转子的可控性优势的基础上，提高调速性能需要从两方面着手： 1从节能角度考虑，应将损耗在转子附加电阻上的能量吸收，转化成别的有用的能量或反馈到电网，以提高传动系统的效率 2从高性能调速要求考虑，应用控制理论，将其组成闭环调速控制系统，满足调速精度、动态响应等指标的要求。 综合所述，利用串级调速系统，是使绕线式异步电动机实现高性能调速的有效办法。用转子串反电动势来代替电阻，吸收转差功率；用双闭环控制提高系统的静、动态性能。把这种用附加电动势的方法将转差功率回收利用的调速称为双闭环串级调速。
综合设计报告 单位：自动化学院 学生姓名： 专业：测控技术与仪器 班级：0820801 学号： 指导老师： 成绩： 设计时间：2011 年12 月 重庆邮电大学自动化学院制
一、题目 直流电机调速与控制系统设计。 二、技术要求 设计直流电机调速与控制系统，要求如下： 1、学习直流电机调速与控制的基本原理； 2、了解直流电机速度脉冲检测原理； 3、利用51单片机和合适的电机驱动芯片设计控制器及速度检测电路； 4、使用C语言编写控制程序，通过实时串口能够完成和上位机的通信； 5、选择合适控制平台，绘制系统的组建结构图，给出完整的设计流程图。 6、要求电机能实现正反转控制； 7、系统具有实时显示电机速度功能； 8、电机的设定速度由电位器输入； 9、电机的速度调节误差应在允许的误差范围内。 三、给定条件 1、《直流电机驱动原理》，《单片机原理及接口技术》等参考资料； 2、电阻、电容等各种分离元件、IC、直流电机、电源等； 3、STC12C5A60S2单片机、LM298以及PC机； 四、设计 1. 确定总体方案； 2. 画出系统结构图； 3. 选择以电机控制芯片和单片机及速度检测电路，设计硬件电路； 4. 设计串口及通信程序，完成和上位机的通信； 5. 画出程序流程图并编写调试代码，完成报告；
直流电机调速与控制 摘要：当今社会，电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱，空调，DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机与人的生活息息相关，密不可分。电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法、PID控制等，对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。这类控制可通过继电器，光耦、可编程控制器和开关元件来实现。还有一类控制叫复杂控制，是指对电动机的转速，转角，转矩，电压，电流，功率等物理量进行控制。 本电机控制系统基于51内核的单片机设计，采用LM298直流电机驱动器，利用PWM 脉宽调制控制电机，并通过光耦管测速，经单片机I/O口定时采样，最后通过闭环反馈控制系统实现电机转速的精确控制，其中电机的设定速度由电位器经A/D通过输入，系统的状显示与控制由上位机实现。经过设计和调试，本控制系统能实现电机转速较小误差的控制，系统具有上位机显示转速和控制电机开启、停止和正反转等功能。具有一定的实际应用意义。关键字：直流电机、反馈控制、51内核、PWM脉宽调制、LM298 一、系统原理及功能概述 1、系统设计原理 本电机控制系统采用基于51内核的单片机设计，主要用于电机的测速与转速控制，硬件方面设计有可调电源模块，串口电路模块、电机测速模块、速度脉冲信号调理电路模块、直流电机驱动模块等电路；软件方面采用基于C语言的编程语言，能实现系统与上位机的通信，并实时显示电机的转速和控制电机的运行状态，如开启、停止、正反转等。 单片机选用了51升级系列的STC12c5a60s2作为主控制器，该芯片完全兼容之前较低版本的所有51指令，同时它还自带2路PWM控制器、2个定时器、2个串行口支持独立的波特率发生器、3路可编程时钟输出、8路10位AD转换器、一个SPI接口等，
天津职业技术师范大学 课程设计说明书题目：三相异步电动机变频调速系统设计及仿真 指导老师： 班级：机检1112班 组员
天津工程师范学院 课程设计任务书 机械工程学院机检1112 班学生 课程设计课题： 三相异步电动机变频调速系统设计及仿真 一、课程设计工作日自 2015 年 1 月 12 日至 2015 年 1 月 23 日 二、同组学生： 三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时 间、主要参考资料等）： 1、目的和意义 交流调速是一门重要的专业必修课，它具有很强的实践性。为了加深对所学课程（模拟电子技术、数字电子技术、电机与拖动、电力电子变流技术等）的理解以及灵活应用所学知识去解决实际问题，培养学生设计实际系统的能力，特开设为期一周的课程设计。 2、具体内容 写出设计说明书，内容包括： （1）各主要环节的工作原理； （2）整个系统的工作原理（包括启动、制动以及逻辑切换过程）； （3）调节器参数的计算过程。 2．画出一张详细的电气原理图； 3．采用Matlab中的Simulink软件对整个调速系统进行仿真研究，对计算得到的调节 器参数进行校正，验证设计结果的正确性。将Simulink仿真模型，以及启动过程中的电流、转速波形图附在设计说明书中。 4、考核方式 1．周五采用口试方式进行考核（以小组为单位），成绩按百分制评定。其中小组分数占60%，个人成绩占40%（包括口试情况和上交材料内容）； 2．每天上午8:30--11:30在综合楼226房间答疑。 五、参考文献 1、陈伯时．电力拖动自动控制系统----运动控制系统（第3版）．机械工业出版社，2003 指导教师签字：教研室主任签字：
西安交通大学城市学院 本科毕业设计（论文）开题报告 题目基于51单片机的PWM 直流电机调速系统设计 所在系电气与信息工程系 学生姓名 XX 专业测控技术与仪器 班级测控XXX学号 XXXXX 指导老师 XXXXXX 教学服务中心制表 2014年3月
对题目的陈述 1.选题意义与国内外研究现状，主要研究内容及技术方法 1.1选题的研究目的及意义 现代工业的电力拖动一般都要求局部或全部的自动化，因此必然要与各种控制元件组成的自动控制系统联系起来，而电力拖动则可视为自动化电力拖动系统的简称。在这一系统中可对生产机械进行自动控制。 在如今的现实生活中，自动化控制系统已在各行各业得到广泛的应用和发展，其中自动调速系统的应用则起着尤为重要的作用。虽然直流电机不如交流电机那样结构简单、价格便宜、制造方便、容易维护，但是它具有良好的起制动性能，宜于在广泛的范围内平滑调速，所以直流调速系统至今仍是自动调速系统中的主要形式。 随着电力电子技术的发展，开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET 和GBT成为主流，脉宽调制技术表现出较大的优越性：主电路线路简单，需要用的功率元件少；开关频率高、电流容易连续、谐波少、电机损耗和发热都较小；低速性能好、稳速精度高，因而调速范围宽；系统快速响应性能好，动态抗扰能力强；主电路元件工作在开关状态、导通损耗小、装置效率较高。近年来，微型计算机技术发展速度飞快，以计算机为主导的信息技术作为一崭新的生产力，正向社会的各个领域渗透，直流调速系统向数字化方向发展成为趋势。 1.2国内外研究现状 直流电机脉冲宽带调制（Pulse Width Modulation――简称PWM）调速系统产生于７０年代中期。最早用于不可逆、小功率驱动，例如自动跟踪天文望远镜、自动记录仪表等。近十多年来，由于晶体管器件水平的提高及电路技术的发展，同时又因出现了宽调速永磁直流电机，它们之间的结合促使PWM技术的高速发展，并使电气驱动技术推进到一个新的高度。 在国外，PWM最早是在军事工业以及空间技术中应用。它以优越的性能，满足那些高速度、高精度随动跟踪系统的需求。近十年来，进一步扩散到民用工业，特别是在机床行业、自动生产线及机器人等领域中广泛应用。 如今，电子技术、计算机技术和电机控制技术相结合的趋势更为明显，促使电机控制技术以更快的速度发展着。随着市场的发展，客户对电机驱动控制要求越来越高，希
一、总体设计概述 本设计基于8051单片机为主控芯片，霍尔元件为测速元件， L298N为直流伺服电机的驱动芯片，利用 PWM调速方式控制直流电机转动的速度，同时可通过矩 阵键盘控制电机的启动、加速、减速、反转、制动等操作，并由LCD显示速度的变化值。 二、直流电机调速原理 根据直流电动机根据励磁方式不同，分为自励和它励两种类型，其机械特性曲线有所不同。但是对于直流电动机的转速，总满足下式： 式中U——电压； Ra——励磁绕组本身的内阻； ——每极磁通（wb ）; Ce——电势常数； Ct——转矩常数。 由上式可知，直流电机的速度控制既可以采用电枢控制法也可以采用磁场控制法。磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但是低速时受到磁场和磁极饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制，而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。 电枢控制法在励磁电压不变的情况下，把控制电压信号加到电机的电枢上来控制电机的转速。传统的改变电压方法是在电枢回路中串连一个电阻，通过调节电阻改变电枢电压，达到调速的目的，这种方法效率低，平滑度差，由于串联电阻上要消耗电功率，因而经济效益低，而且转速越慢，能耗越大。随着电力电子的发展，出现了许多新的电枢电压控制法。如：由交流电源供电，使用晶闸管整流器进行相控调压；脉宽调制（PWM）调压等。调压调速法具有平滑度高、能耗低、精度高等优点，在工业生产中广泛使用，其中PWM应用更广泛。脉宽调速利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开，并通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短，即改变直流电机电枢上的电压的“占空比”来改变平均电． 压的大小，从而控制电动机的转速，因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。如 果电机始终接通电源是，电机转速最大为Vmax，占空比为D=t1/t，则电机的平均转速：Vd=Vmax*D，可见只要改变占空比D，就可以调整电机的速度。平均转 速Vd与占空比的函数曲线近似为直线。 三、系统硬件设计
毕业设计开题报告 一．选题的依据、意义和理论或实际应用方面的价值 随着农业现代化的发展，设施园艺工程因其涉及学科广、科技含量高、与人民生活关系密切，己越来越受到世界各国的重视。这也为我国大型现代化植物大棚的发展提供了极好的机遇，并产生巨大的推动作用。我国的现代化植物大棚是在引进与自我开发并进的过程中发展起来的。温室大棚是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造最佳条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的理想场所。实现温室大棚环境智能控制的目的是主动地调节温度、湿度、光照和二氧化碳气体浓度等环境因素，以满足作物最佳生长环境的要求。其中，温湿度是最重要的环境因数。目前，我国绝大多数温室大棚设备都比较简陋，温室大棚环境仍然靠人工根据经验来管理。环境因素的自动调节和控制的研究正处于起步阶段，已严重影响了设施农业的大力发展。特别是北方地区因其纬度高，寒冷季节长，四季温差和昼夜温差较大，不利于作物生长，目前应用于温室大棚的温湿度检测系统大多采用传统的温湿度检测。这种温湿度采集系统需要在温室大棚内布置大量的测温电缆和湿度传感器，才能把现场传感器的信号送到采集卡上，安装和拆卸繁杂，成本也高。同时线路上传送的是模拟信号，易受干扰和损耗，测量误差也比较大，不利于控制者根据温度变化及时做出决定。在这样的形式下，开发一种实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息的测控系统就很有必要。 二．本课题在国内外的研究现状 我国的现代化温室是在引进与自我开发并进的过程中发展起来的。国外对温室环境控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温室控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。目前，一些经济发达的国家和地区已经研制并实现计算机自动控制的现代化高科技温室，并且形成了令人惊羡的植物土厂。而我国的温室系统属于半开放系统，温室内环境控制水平比较低，仍靠人工根据经验来管理。而且，国内的控制系统主要用于单因子控制，因而设施现代化水平低，对温室环境的调控能力差，产品的质量和产量难以得到保证。正是这些塑料大棚和日光温室对于解决城乡人民的蔬菜供应发挥着主力军的作用。 三．课题研究的内容及拟采取的方法 本设计以AT89C51 单片机的温度、湿度测量和控制系统为核心来对温湿度进行实时巡检。单片机能独立完成各自功能，同时能根据主控机的指令对温度
第7章PLC应用系统设计及实例 本章要点 ● PLC应用系统设计的步骤及常用的设计方法 ●应用举例 ● PLC的装配、检测和维护 7.1 应用系统设计概述 在了解了PLC的基本工作原理和指令系统之后，可以结合实际进行PLC的设计，PLC 的设计包括硬件设计和软件设计两部分，PLC设计的基本原则是： 1. 充分发挥PLC的控制功能，最大限度地满足被控制的生产机械或生产过程的控制要求。 2. 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统经济、简单，维修方便。 3. 保证控制系统安全可靠。 4. 考虑到生产发展和工艺的改进，在选用PLC时，在I/O点数和内存容量上适当留有余地。 5. 软件设计主要是指编写程序，要求程序结构清楚，可读性强，程序简短，占用内存少，扫描周期短。 7.2 PLC应用系统的设计 7.2.1 PLC控制系统的设计内容及设计步骤 1. PLC控制系统的设计内容 （1）根据设计任务书，进行工艺分析，并确定控制方案，它是设计的依据。 （2）选择输入设备（如按钮、开关、传感器等）和输出设备（如继电器、接触器、指示灯等执行机构）。 （3）选定PLC的型号（包括机型、容量、I/O模块和电源等）。 （4）分配PLC的I/O点，绘制PLC的I/O硬件接线图。 （5）编写程序并调试。 （6）设计控制系统的操作台、电气控制柜等以及安装接线图。 （7）编写设计说明书和使用说明书。 2. 设计步骤 （1）工艺分析
深入了解控制对象的工艺过程、工作特点、控制要求，并划分控制的各个阶段，归纳各个阶段的特点，和各阶段之间的转换条件，画出控制流程图或功能流程图。 （2）选择合适的PLC类型 在选择PLC机型时，主要考虑下面几点： 1功能的选择。对于小型的PLC主要考虑I/O扩展模块、A/D与D/A模块以及指令功能（如中断、PID等）。 2I/O点数的确定。统计被控制系统的开关量、模拟量的I/O点数，并考虑以后的扩充（一般加上10%～20%的备用量），从而选择PLC的I/O点数和输出规格。 3内存的估算。用户程序所需的内存容量主要与系统的I/O点数、控制要求、程序结构长短等因素有关。一般可按下式估算：存储容量=开关量输入点数×10+开关量输出点数×8+模拟通道数×100+定时器/计数器数量×2+通信接口个数×300+备用量。 （3）分配I/O点。分配PLC的输入/输出点，编写输入/输出分配表或画出输入/输出端子的接线图，接着就可以进行PLC程序设计，同时进行控制柜或操作台的设计和现场施工。 （4）程序设计。对于较复杂的控制系统，根据生产工艺要求，画出控制流程图或功能流程图，然后设计出梯形图，再根据梯形图编写语句表程序清单，对程序进行模拟调试和修改，直到满足控制要求为止。 （5）控制柜或操作台的设计和现场施工。设计控制柜及操作台的电器布置图及安装接线图；设计控制系统各部分的电气互锁图；根据图纸进行现场接线，并检查。 （6）应用系统整体调试。如果控制系统由几个部分组成，则应先作局部调试，然后再进行整体调试；如果控制程序的步序较多，则可先进行分段调试，然后连接起来总调。 （7）编制技术文件。技术文件应包括：可编程控制器的外部接线图等电气图纸，电器布置图，电器元件明细表，顺序功能图，带注释的梯形图和说明。 7.2.2 PLC的硬件设计和软件设计及调试 1. PLC的硬件设计 PLC硬件设计包括：PLC及外围线路的设计、电气线路的设计和抗干扰措施的设计等。 选定PLC的机型和分配I/O点后，硬件设计的主要内容就是电气控制系统的原理图的设计，电气控制元器件的选择和控制柜的设计。电气控制系统的原理图包括主电路和控制电路。控制电路中包括PLC的I/O接线和自动、手动部分的详细连接等。电器元件的选择主要是根据控制要求选择按钮、开关、传感器、保护电器、接触器、指示灯、电磁阀等。 2. PLC的软件设计 软件设计包括系统初始化程序、主程序、子程序、中断程序、故障应急措施和辅助程序的设计，小型开关量控制一般只有主程序。首先应根据总体要求和控制系统的具体情况，确定程序的基本结构，画出控制流程图或功能流程图，简单的可以用经验法设计，复杂的系统一般用顺序控制设计法设计。 3. 软件硬件的调试 调试分模拟调试和联机调试。 软件设计好后一般先作模拟调试。模拟调试可以通过仿真软件来代替PLC硬件在计算机上调试程序。如果有PLC的硬件，可以用小开关和按钮模拟PLC的实际输入信号（如起动、停止信号）或反馈信号（如限位开关的接通或断开），再通过输出模块上各输出位对应的指示灯，观察输出信号是否满足设计的要求。需要模拟量信号I/O时，可用电位器和万用表配合进行。在编程软件中可以用状态图或状态图表监视程序的运行或强制某些编程元件。