專業(yè)設計報告摘要：在現(xiàn)在自動化領域可編程控制器〔PLC〕、觸摸屏及變頻器是非常重要的元器件，通過本次課程設計可熟悉西門子PLC、觸摸屏的編程環(huán)境及變頻器的調(diào)試。這次設計的主要內(nèi)容是對西門子PLC和觸摸屏進行編程，對變頻器進行調(diào)試，來實現(xiàn)對三相異步電動機的調(diào)速控制。介紹了基于TP270的觸摸屏，s7-200的PLC，西門子MM440變頻器控制電機調(diào)速系統(tǒng)的組成，控制方案及信號處理方法，設計了硬件電路相關梯形圖程序、觸摸屏現(xiàn)實程序及變頻器的參數(shù)設置。調(diào)試應用說明，改系統(tǒng)簡單、使用。通過該課程綜合設計的實踐、鍛煉，近一步掌握PLC和變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)原理及應用，熟練使用觸摸屏。本次課程設計取得了讓人滿意的效果，學會了各類軟件的使用，發(fā)揮了想象力、創(chuàng)造力，為今后的工作奠定了根底。對其他相關課題也具有很好的借鑒作用和參考價值。關鍵字：觸摸屏，可編程控制器〔PLC〕，變頻器，電機目錄引言主要硬件的介紹1.2可編程控制器〔PLC〕系統(tǒng)硬件的選型系統(tǒng)設計實驗總結參考文獻引言隨著電氣工業(yè)的不斷開展，觸摸屏，可編程控制器〔PLC〕，變頻器得以普及且應用到人們的生活、生產(chǎn)中，使電氣控制更加方便，簡潔，實用。觸摸屏不僅適用于中國多媒體信息查詢的國情，而且觸摸屏具有鞏固耐用、反響速度快、節(jié)省空間、易于交流等許多優(yōu)點。利用這種技術，我們用戶只要用手指輕輕的碰觸計算機想視屏上的符號或文字就能實現(xiàn)對主機操作，從而使人機交互更為直截了當。觸摸屏在我國的應用范圍非常廣闊，只要是公共信息的查詢，如：電信局、稅務局、銀行、電力等部門的業(yè)務查詢。PLC技術簡化了工廠自動化的體系結果，吧控制、通信、人機界面及各種特定的應用全部合為一起，運用于同一個硬件平臺上。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，具有大量的開關量順序控制，要求按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集等。PLC在未來的工業(yè)電氣控制中定會占據(jù)重要的席位，成為繼現(xiàn)場總線技術開展的新亮點。變頻技術是應交流電機無級調(diào)速的需要而誕生的，它實現(xiàn)了電機的多段調(diào)速。變頻器的器件的更新促使電力變換技術的不斷開展，使變頻器投入市場并廣泛應用。例如：在電梯運行中，速度不能保持不變，從而靜止狀態(tài)到與加速狀態(tài)轉勻速狀態(tài)到勻減速狀態(tài)，再到停止狀態(tài)，故電梯應具有多段調(diào)速功能。從而課件電機多段速系統(tǒng)的應用之廣泛。一、主要硬件的介紹隨著多媒體信息查詢設備的與日俱增，人們越來越多地談到觸摸屏，因為觸摸屏不僅適用于中國多媒體信息查詢的國情，而且觸摸屏具有鞏固耐用、反響速度快、節(jié)省空間、易于交流等許多優(yōu)點。利用這種技術，用戶只要用手指輕輕地碰計算機顯示屏上的圖符或文字就能實現(xiàn)對主機操作，從而使人機交互更為直截了當，這種技術大大方便了那些不懂電腦操作的用戶。觸摸屏在我國的應用范圍非常廣闊，主要是公共信息的查詢；如電信局、稅務局、銀行、電力等部門的業(yè)務查詢；城市街頭的信息查詢；此外應用于領導辦公、工業(yè)控制、軍事指揮、電子游戲、點歌點菜、多媒體教學、房地產(chǎn)預售等。將來，觸摸屏還要走入家庭。觸摸屏系統(tǒng)一般包括兩個局部：觸摸檢測裝置和觸摸屏控制器。觸摸檢測裝置安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接收后傳送到觸摸屏控制器；觸摸屏控制器的主要作用，是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將其轉換成觸點坐標，再送給CPU，同時能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。1.2可編程控制器〔PLC〕1.2.1PLC的開展歷史20世紀70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可編程邏輯控制器增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。此時的可編程邏輯控制器為微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結合的產(chǎn)物。個人計算機開展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程邏輯控制器定名為ProgrammableLogicController(PLC)。20世紀末期，可編程邏輯控制器的開展特點是更加適應于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個時期開展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設備的配套更加容易。1.2.2PLC的構成從結構上分，PLC分為固定式和組合式〔模塊式〕兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)那么組合配置。CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，主要由運算器、控制器、存放器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的存放器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出局部〔I/O〕完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的根本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。1.2.3PLC的工作原理當可編程邏輯控制器投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。1.3.1變頻技術的開展歷程變頻技術是應交流電機無級調(diào)速的需要而誕生的。20世紀70年代開始，脈寬調(diào)制變壓變頻(PWM-VVVF)調(diào)速研究引起了人們的高度重視。20世紀80年代，作為變頻技術核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最正確。20世紀80年代后半期開始,美、日、德、英等興旺國家的VVVF變頻器巳投入市場并廣泛應用。1.3.2變頻器的根本結構變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機的變速運行的設備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要一個進行轉矩計算的CPU以及一些相應的電路。二、系統(tǒng)硬件的選型2.1觸摸屏的型號選擇改系統(tǒng)選用西門子觸摸屏TP270，其特點：·強大的32位嵌入式高性能CPU,支持256色真彩顯示與敏捷的反響速度；·功能強大且簡單易用的簡體中文編輯軟件，使你輕松完成復雜的人機界面設計；·獨特的多視窗操作功能，大大增加可顯示信息量；·可與幾乎所有的PLC兼容；·創(chuàng)新的在線模擬功能，大大節(jié)省工程時間；·具有RTC〔實時時鐘〕和配方存儲功能，支持“多屏單機〞和“單屏多機〞連接方式2.2PLC的型號選擇改系統(tǒng)使用s7-200系列PLC，其特點：·強大的性能；·最優(yōu)模塊化和開放式通訊；·結構緊湊小巧-狹小空間處任何應用的理想選擇；·在所有CPU型號中的根本和高級功能；·大容量程序和數(shù)據(jù)存儲器；·杰出的實時響應-在任何時候均可對整個過程進行完全控制，從而提高了質(zhì)量、效率和平安性；·易于使用STEP7-Micro/WIN工程軟件-初學者和專家的理想選擇；·集成的R-S485接口或者作為系統(tǒng)總線使用；·極其快速和精確的操作順序和過程控制；·通過時間中斷完整控制對時間要求嚴格的流程2.3變頻器的型號選擇改系統(tǒng)選用的是MM440型號變頻器，其特點：·豐富的控制功能。通過P1300參數(shù)可以選擇從V/F控制到帶傳感器的矢量控制VC等12種不同特點的控制模式，適用于恒轉矩、變轉矩等各種性質(zhì)負載，滿足各行業(yè)的驅動控制要求；·強大的通訊功能。利用Profibus通訊可選件，可以將MM440接入開放的、高速〔12Mb/S〕的DP網(wǎng)，實現(xiàn)性能更佳、精度更高的通訊控制；·自由功能模塊和BICO技術。MM440繼承和吸收了6SE70工程型變頻器的許多優(yōu)良特點，其中最具實用性的是具有區(qū)別一般通用變頻器的自由功能模塊和BICO技術，利用豐富的自由功能模塊和靈活的BICO技術，可方便地實現(xiàn)各種不同目的的組態(tài)設計，完成復雜控制設計的要求；·豐富的停車和制動功能。MM440具有3種停車方式，即按斜坡減速停車〔OFF1〕、慣性停車〔OFF2〕快速停車〔OFF3〕。3種制動功能，即直流制動、復合制動、動力制動〔須外接制動電阻，75kW以下已內(nèi)置制動單元〕。停車方式和制動方式的靈活配用，可適應不同機械慣性負載的要求。三、系統(tǒng)設計3.1系統(tǒng)的原理圖PLC變頻器觸摸屏PLC變頻器觸摸屏電機電機圖圖1觸摸屏：實現(xiàn)人機對話，控制PLC的輸入，顯示PLC的輸出。PLC：采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字量、模擬量的輸入和輸出，控制控制變頻器的運行。變頻器：設置變頻器的參數(shù)，實現(xiàn)電機的多段調(diào)速圖圖2其中Q0.0與變頻器的引腳5相連，Q0.1與變頻器的引腳8相連，Q0.2與變頻器的引腳16相連。圖圖3其中M0.0為啟動，M0.1為停止，M0.2與M0.3分別切換低速高速擋。圖圖4應用WCCflexible設計觸摸屏的組態(tài)軟件。圖5圖5圖圖6圖圖7四、實驗總結通過本次實驗讓我認識到自身的缺乏，同時也學習到了很多知識。首先，對于構建觸摸屏組態(tài)軟件這一局部讓我學習了Winccflexible這個軟件，感覺受益匪淺，以前從未接觸過，現(xiàn)在雖不能說精通，起碼用起來很順手了。其次，對于PLC我一直都很感興趣，雖然梯形圖相對較簡單，但是實驗過程中還是犯了一點問題，好在及時改正。變頻器對于我來說不算陌生，但是實際動手操作還是第一次，