【正文】 河南理工大學畢業(yè)設計(論文)說明書 組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)整體設計方案畢業(yè)論文目 錄1 緒論 1 課題研究的背景及意義 1 課題所涉及的問題在國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀 1 課題設計的主要內(nèi)容 12 組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)整體方案的確定 3 3 33 基于PLC的步進電機組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計 5 步進電機的選型 5 PLC選型 8 10 旋轉(zhuǎn)編碼器的選型 11 硬件系統(tǒng)組建 144 PLC與變頻器的通信 18 變頻器的參數(shù)設置 18 程序連接 185 組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設計 23 新建工程項目 24 定義I/O設備 26 創(chuàng)建實時數(shù)據(jù)庫 27 動態(tài)連接 29 腳本編輯 33 組態(tài)監(jiān)控畫面 346 組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)誤差分析與改善 37 組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果 37 步進電機對異步電機的理論跟蹤效果 37 實際檢測結(jié)果 37 誤差分析與改善 38 速度信號檢測誤差及改善 38 PLC程序算法引起的誤差及改進方法 39結(jié)束語 40參考文獻 41附錄 42致謝 49I河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明文1 緒論 課題研究的背景及意義基于步進電機良好的控制和準確定位特性，步進電機被廣泛應用在精確定位方面，諸如數(shù)控機床，繪圖機，自動控制計算裝置等自動控制領(lǐng)域。目前，由可編程序控制器和微機組成的步進電機邏輯控制系統(tǒng)，已成為當今工程項目中采用的系統(tǒng)。采用PLC控制的步進電機可靠性高、維護方便、開發(fā)周期短，這種步進電機更加可靠，并具有很大的靈活性，可以完成更為復雜的控制任務，已成為步進電機的發(fā)展方向。用組態(tài)軟件對系統(tǒng)進行監(jiān)控，充分發(fā)揮組態(tài)軟件適應性強、維護方便、易于擴展、經(jīng)濟的特點。 課題所涉及的問題在國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀國內(nèi)研究狀況：我國在步進電機研究方面起步較晚，但隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市化進程十分迅速，對電機的需求也與日俱增?，F(xiàn)在，我國的電機行業(yè)已經(jīng)具備了很強的生產(chǎn)能力，技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量正在穩(wěn)步提高。在組態(tài)軟件方面，自2000年以來，國內(nèi)監(jiān)控組態(tài)軟件產(chǎn)品、技術(shù)、市場都取得了飛快的發(fā)展，應用領(lǐng)域日益拓展，用戶和應用工程師數(shù)量不斷增多。其中為人們廣為熟知的有世紀星、三維力控、組態(tài)王等，已得到全面的推廣和應用。利用組態(tài)監(jiān)控軟件對步進電機系統(tǒng)實時監(jiān)控可以時刻知道步進電機的工作情況，在大型的系統(tǒng)中，只需要一人一電腦就可以掌握系統(tǒng)的運行情況，從而可以節(jié)省大量的人力和物力。在以后的生活中，利用組態(tài)軟件來監(jiān)控步進電機的運行情況必然成為發(fā)展趨勢。國外研究狀況：20世紀初，隨著船舶工業(yè)的發(fā)展，使得步進電機的技術(shù)得到了長足的進步。到了80年代后期，由于廉價的微型計算計以多功能的形態(tài)出現(xiàn)，步進電機的控制方式更加靈活多樣。近年來，國外也在開始研究電機組態(tài)設計，如In Touch（萬維公司）,IFix 智能設備公司由美國通用電氣公司（GE）和日本Fanuc公司合資組建組態(tài)軟件。計算機則通過軟件來控制步進電機，通過組態(tài)軟件監(jiān)控的強大功能更好地發(fā)揮出電機的潛力。因此，用計算機控制步進電機已經(jīng)成為了一種必然的趨勢，也符合數(shù)字化時代趨勢。 課題設計的主要內(nèi)容本課題旨在構(gòu)建步進電機跟蹤異步電機的組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，主要由以下內(nèi)容組成：（1） 組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)整體方案的確定，包括系統(tǒng)硬件設計的整體方案和系統(tǒng)軟件設計的整體方案；（2） 基于PLC的步進電機組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計；（3） PLC與變頻器的通信，包括變頻器的通信參數(shù)設置及程序連接；（4） 組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的設計；（5） 組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)誤差分析與改善。2 組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)整體方案的確定本課題選用的硬件設備有異步電機（一臺）、五相步進電機驅(qū)動器（一臺）、五相步進電機（一臺）、臺達VFD007M43B型變頻器（一個）、臺達DVP40ES00T2型PLC（一臺）、旋轉(zhuǎn)編碼器（兩臺）；需要實現(xiàn)基于PLC的步進電機對異步電機的實時跟隨動作如：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，加速，減速，勻速，并通過人機對話在組態(tài)界面上顯示模擬的動態(tài)效果。系統(tǒng)硬件設計方案，如圖21 所示。 力控組態(tài) 上電開始步進驅(qū)動器臺達變頻器 臺達PLC 三相異步電機五相步進電機增量式編碼器絕對式編碼器圖 21 系統(tǒng)硬件設計方案圖當給系統(tǒng)通上電源時，點擊開始按鈕，按正轉(zhuǎn)按鈕，異步電機開始轉(zhuǎn)動。利用變頻器設置一速度驅(qū)動三相異步電機，增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，測出該速度傳給臺達PLC的寄存器1。同時PLC發(fā)出一定的脈沖控制五相步進電機驅(qū)動器，驅(qū)動五相步進電機。再利用絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器，測出五相步進電機的速度，傳給PLC的寄存器2。下載到組態(tài)軟件中，最后通過組態(tài)界面把兩電機的速度動態(tài)的顯示出來。利用組態(tài)軟件通過上位機向PLC、變頻器發(fā)送多種控制信號，使異步電機完成相應的動作。運用旋轉(zhuǎn)編碼器測出異步電動機的速度反饋給PLC,在PLC的控制作用下使步進電機始終對異步電機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)進行跟隨。同時測出步進電機的旋轉(zhuǎn)速度，將異步電機和步進電機的速度實時顯示在監(jiān)控界面之上，最終完成組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的仿真設計。組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)方案圖如圖22所示圖22 系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)控設計方案圖本課題是模擬的步進電機跟蹤異步電機的組態(tài)監(jiān)控設計，需要建立控制界面。在控制界面上建立有：開始/停止按鈕，正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)按鈕以及電源模塊；模擬手操作器；步進電機及步進電機速度顯示儀表；異步電機及異步電機速度顯示儀表；電機正/反指示燈；用來顯示異步電機和步進電機的實時曲線表。通過系列的通訊協(xié)議和對象、腳本編輯，完成組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的仿真設計。 3 基于PLC的步進電機組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計 步進電機的選型 步進電機作為一種感應電機，其工作原理是利用電子電路將直流電變成分時供電、多相時序控制電流。用這種電流為步進電機供電，步進電機才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進電機分時供電的，多相時序控制器。工作時將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，達到調(diào)速的目的。 考慮到五相步進電機運行時震蕩較小的特點，優(yōu)先選用了混合式五相步進電機及五相步進驅(qū)動器。步進電機的型號為:“88 BYG 5 50 B”，型號說明如下：（1）“88”—步進電機外徑88mm；（2）“BYG”—混合式步進電機；（3）“5”—五相；“50”—轉(zhuǎn)子齒數(shù)；（4）“B”—派生代號。用到的步進電機為五相十拍工作方式，步進驅(qū)動器脈沖分配方式為：“AABBBCCCDDDEEEAA”。，見式（31）： （31） 式中K為定子繞組通電方式系數(shù)，取其值為2；m為步進電機相數(shù)，取其值為5；分母中“50”為轉(zhuǎn)子齒數(shù)。所用步進電機又有半步工作方式以進行細分，從而提高了步進電機的控制精度。，此時步進電機旋轉(zhuǎn)一周所需要的脈沖個數(shù)為1000個。（1） 步進驅(qū)動器步進電機的運行要有一個電子裝置進行驅(qū)動,這種裝置就是步進電機驅(qū)動器。它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進電機的角位移,控制系統(tǒng)每發(fā)一個脈沖信號,通過驅(qū)動器就使步進電機旋轉(zhuǎn)一步距角。步進電機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比,控制步進脈沖信號的頻率，可以對電機精確調(diào)速；控制步進電機脈沖的個數(shù)，達到對電機精確定位目的。設計用的步進電機驅(qū)動器是將市壓220V降到40V,驅(qū)動將兩相40V的電壓轉(zhuǎn)換為五相（根據(jù)步進電機型號確定）,PLC輸出的脈沖數(shù)連到驅(qū)動上。 中達五相步進驅(qū)動器（ZDHB5034）對應參數(shù)及端口介紹如圖31所示：圖31 五相步進驅(qū)動器說明通過查閱中達五相步進驅(qū)動器（ZDHB5034）技術(shù)資料，最終確定了合理的接線方式和端口功能說明一起歸納如表31所示。表31 步進驅(qū)動器各端口接法標記符號TEST功能試機信號調(diào)節(jié) 注釋試機用簡單脈沖，正常工作時必須關(guān)閉（逆時針到頭）CUR STOP鎖定電流調(diào)節(jié)出廠時設定，建議不要自行調(diào)整CUR相電流調(diào)節(jié)出廠時設定，建議不要自行調(diào)整COM公共端與F/H、FRE配合使用，作為控制信號公共端，接低電平F/H整步/半步切換信號整步（176。）/半步（176。）切換信號，高電平整步運行，默認為半步，整步控制時接+5V ERROR出錯報警指示燈驅(qū)動器過壓時，指示燈亮（紅色報警指示燈）TIMMGO相原點指示燈每二十個脈沖，指示燈亮一次（黃色指示燈）POWER電源指示燈有電源輸入時，指示燈亮（綠色指示燈）CP+，步進脈沖信號要求輸入TTL電平脈沖信號：，CW+，方向控制信號接+5V電機反轉(zhuǎn)，高于+5V需串限流電阻（本次設計中串入3k電阻）A、B、C、D、E電機接線端 接五相步進電機的五個輸入端AC電源輸入端AC2040V（本次用到的電源為交流40V）（2）步進電機在給步進驅(qū)動器配電時，必須確認驅(qū)動器供電電源不高于40V,否則驅(qū)動器上報警指示燈會點亮，驅(qū)動器不能正常工作，也可能會造成驅(qū)動器損壞。步進電機在運行之前要檢查電機底座是否固定牢固，以避免電機在高速運行時發(fā)生振蕩，損壞機身。為了使冷卻循環(huán)效果良好，安裝步進驅(qū)動器時，其上下左右與相鄰的物品和擋板必須保持足夠的空間，否則會造成機身過熱，壽命縮短。 PLC選型PLC（Programmable Lo