【正文】 的自動化概念的 HMI 軟件，它具有舒適而高2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 17 效的設(shè)計。 （ 1） 程序編輯器監(jiān)控 選擇主菜單“調(diào)試”上的“使用執(zhí)行狀態(tài)”選項，單擊工具條中的“程序狀態(tài)監(jiān)控”快捷按鈕或選擇主菜單命令“調(diào)試”→“程序狀態(tài)”，可在程序編輯器中監(jiān)控 PLC 的實際執(zhí)行狀態(tài)。 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 16 PLC 監(jiān)控 工作模式 PLC 由 STOP(停止）和 RUN(運行）兩種基本工作模式。 程序組織 程序結(jié)構(gòu)的組織是確定已有子程序、中斷程序的執(zhí)行次序。如 POP－ HMI 小型人機界面 觸摸屏輸入的 HMI，顯示 屏尺寸為 ～ ，屬中級產(chǎn)品 基于平板 PC計算機的、多種通訊口的、高性能 HMI，顯示尺寸大于 ，屬高端產(chǎn)品 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 14 明確監(jiān)控任務(wù)要求，選擇適合的 HMI產(chǎn)品 在 PC 機上用畫面組態(tài)軟件編輯“工程文件” 測試并保存已編輯好的“工程文件” PC機連接 HMI 硬件，下載“工程文件”到 HMI中 連接 HMI 和工業(yè)控制器（如 PLC、儀表等），實現(xiàn)人機交互 西門子 smartline 如今，人機界面已經(jīng)成為大多數(shù)工業(yè)機械設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)配置，尤其在使用小型機器和簡單應(yīng)用時，成本成 了關(guān)鍵因素。 人機交互界面與西門子 smartline 人機交互界 面 HMI 是 Human Machine Interface 的縮寫，“人機接口”，也叫人機界面。 圖 變頻器主電路 變頻器調(diào)速基本原理 變頻調(diào)速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達(dá)到調(diào)速的目的。以電壓型 pwm逆變器為例示出開關(guān)時間和電壓波形。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 ： 用于長時間數(shù)據(jù)后備。 ： 允許以極快的速度對過程信號的上升沿作出響應(yīng)。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護設(shè)備等等。 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此 PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。 20世紀(jì) 80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。 PLC 的發(fā)展歷史 起源 ： 1968年美國通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求。2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 7 如果轉(zhuǎn)軸上的阻轉(zhuǎn)矩加大，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n降低，即異步程度加大，才能產(chǎn)生足夠大的感受電動勢和電流，產(chǎn)生足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩，這時的轉(zhuǎn)差率 S 增大。對某一異步電動機而言， f1和 p 通常是一定的，所以磁場轉(zhuǎn)速 n0是個常數(shù)。 （ 3）．三相異步電動機的極數(shù)與轉(zhuǎn)速 ① ．極數(shù)（磁極對數(shù) p） 三相異步電動機的極數(shù)就是旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)。則三相定子繞組便通過三相對稱電流：隨著電流在定子繞組中通過，在三相定子繞組中就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場 (圖 )。 繞線式 繞線式異步電動機。它被廣泛地用來驅(qū)動各種金屬切削機床、起重機、鍛壓機、傳送帶、鑄造機械、功率不大的通風(fēng)機及水泵等。三相異步電動機由于三相異步電動機因其成本低 ,結(jié)構(gòu)簡單 ,可靠性高和維護少等優(yōu)點在各種工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用 ,但其調(diào)速性能和轉(zhuǎn)角性能都不如直流電動機 ,因此如何改進(jìn)異步電動機的調(diào)速性能和轉(zhuǎn)角問題 ,以提高調(diào)速性能和轉(zhuǎn)角問題 ,就顯得特別重要。 PLC 在三相異步電動機控制中的應(yīng)用，與傳統(tǒng)的繼電器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、靈活性強、功能完善等優(yōu)點，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用。s main drag production machinery forms。 圖 三相電動機的結(jié)構(gòu)示意圖 （ 1）．定子 三相異步電動機的定子由三部分組成： 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 2 定子 定子鐵心 由厚度為 的，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片內(nèi)圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放定子三相繞組 AX、 BY、 CZ。 2．三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理 （ 1）．基本原理 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 3 圖 三相異步電動機工作原理 如圖 所示，當(dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時，磁鐵與閉合的導(dǎo)體發(fā)生相對運動，鼠籠式導(dǎo) 體切割磁力線而在其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。 當(dāng) ?t=2400時， 0Ci ? ， CZ 繞組中無電流； Ai 為負(fù)， AX 繞組中的電流從 X 流入 A流出；Bi 為正， BY 繞組中的電流從 B流入 Y 流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖 （ c）所示。 極數(shù) p 與繞組的始端之間ω ti i A i B i CO 120 176。 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速 n0常稱為同步轉(zhuǎn)速。在額定工作狀態(tài)下約為 ~之間。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 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。 20世紀(jì) 80年代至 90年代中期，是 PLC 發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為 30~40%。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、 I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。 ② ．現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用 PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出 相應(yīng)的控制信號。 單元設(shè)計： 集成的 24V 負(fù)載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器）， CPU 221， 222具有 180mA輸出， CPU 224， CPU 226分別輸出 280， 400mA。 222/224/226： 可方便地用數(shù)字量和模擬量擴展模塊進(jìn)行擴展。電池模塊插在存儲器模塊的卡槽中。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運轉(zhuǎn)。 （ 2）電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。當(dāng) p=1時， N=3000r/min；p=2時， N=1500r/min。 （ HMI）產(chǎn)品的組成及工作原理 人機界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存儲單元等，其中處理器的性能決定了 HMI 產(chǎn)品的性能高低，是 HMI的核心單元。 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 15 第二章 PLC 編程軟件與 HMI 組態(tài)軟件 STEP7Micro/WIN 軟件介紹 S7200 PLC 的編程軟件為 STEP7Micro/WIN，它以 PLC 的用戶程序編輯功能為主（包括符號表編輯），可用于 PLC 用戶程序的編輯與監(jiān)控，可使用多種語言文字。 程序編輯要點 STEP7Micro/WIN 編程軟件的梯形圖 以“網(wǎng)絡(luò)”為單位進(jìn)行處理，程序段的注釋也以網(wǎng)絡(luò)為單位進(jìn)行，網(wǎng)絡(luò)的編號可由編輯軟件自動生成。 STOP 模式可用編程計算機直接編輯 PLC 中的程序，但不執(zhí)行 PLC 程序； RUN 模式不但可以執(zhí)行程序，還可編輯和監(jiān)控 PLC程序的狀態(tài)。 （ 2） 狀態(tài)圖監(jiān)控 單擊瀏覽條上的“狀態(tài)圖”圖標(biāo)或選擇主菜單“檢視”→“元件”→“狀態(tài)圖”可打開狀態(tài)圖監(jiān)控頁面。隨著版本的逐步升高，所支持的設(shè)備范圍以及 WinCC flexible 的功能都得到了擴展。 WinCC flexible 提供了對面向解決方案概念的組態(tài)任務(wù)的支持。 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 18 第三章 電動機轉(zhuǎn)速控制 系統(tǒng)設(shè)計的總體思路 系統(tǒng)主要由三個部分構(gòu)成，即可編程邏輯控制器件 PLC、變頻器和電機。即：輸出＝比例項＋積分項＋微分項。 內(nèi)存變量分配表 程序地址分配 地址 說明 VD20 目標(biāo)速度設(shè)定存放地址 VD300 當(dāng)前實際速度存放地址 表 程序地址分配表 PID 指令回路表 地址 名稱 說明 VD200 過程變量（ PVn） 必須在 ~ 之間 VD204 給定值（ SPn） 必須在 ~ 之間 VD208 輸出值（ Mn） 必須 在 ~ 之間 VD212 增益（ Kc） 比例常數(shù)，可正可負(fù) VD216 采樣時間（ Ts） 單位為 s，必須是正數(shù) VD220 采樣時間（ Ti） 單位為 min，必須是正數(shù) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 21 VD224 微分時間（ Td） 單位為 min，必須是正數(shù) 表 PID指令分配表 速度反饋設(shè)計 構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)就要把速度信息反饋給輸入。一般可以通過理論計算來確定，但誤差太大。首先通過設(shè)置給定輸入給 PLC，再通過 PLC 控制變頻器，再經(jīng)由變頻器來控制電機，隨后將電機的轉(zhuǎn)角由編碼器反饋給 PLC，具體如下圖所示： 圖 角度控制系統(tǒng) 變頻器 參數(shù)設(shè)置 在本系統(tǒng)中，選用了由西門子生產(chǎn)的通用變頻器 G120。由此得出旋轉(zhuǎn)設(shè)定角度所需要的編碼器脈沖數(shù)，然后設(shè)計程序，使電動機在達(dá)到要求后停止轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)角度控制。 電機轉(zhuǎn)角控制設(shè)計思路 電機轉(zhuǎn)角的控制是指在電機轉(zhuǎn)動的基礎(chǔ)上，限定電機轉(zhuǎn)動的時間或距離來達(dá)到控制電機轉(zhuǎn)動角度的目的，由此可以推出兩種方案，一個是可以把電機轉(zhuǎn)動的角度換算成電機轉(zhuǎn)動的時間，時間到了之后電機停止轉(zhuǎn)動；另一個是把電機轉(zhuǎn)動的角度換算成編碼器脈沖數(shù)，當(dāng)編碼器轉(zhuǎn)動到設(shè)定的角度的時候，電機停止 轉(zhuǎn)動。 （ 2）整定積分環(huán)節(jié) 先將步驟 （ 1）中選擇的比例系數(shù)減小為原來的 50～ 80％，再將積分時間置一個較2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計論文 22 大值，觀測響應(yīng)曲線。 本次設(shè)計中：采樣周期為 1s 即是每隔 1s采集脈沖一次，高速計數(shù)器選用 4倍頻計數(shù)，光電開關(guān)每轉(zhuǎn)發(fā)出 1000 個脈沖，那么就可以得到速度為 1000)60/ ( 4Δmn ??? （ ） 其中 m? 為 采樣周期內(nèi)接受到的脈沖數(shù)。 微分項 Kc*（ Td/Ts） *（ PVn1PVn）：根據(jù)誤差變化的速度（即誤差的微分）進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有超前和預(yù)測的特點。 主程序： 主要是用來啟動中斷程序以及控制量的輸入和子程序的調(diào)用。 flexible 運行系統(tǒng) WinCC flexible 運行系統(tǒng)是用于過程可視化的軟件。例如，在“畫面”編輯器中組態(tài) HMI 設(shè)備的 GUI。當(dāng) PLC 處于“ STOP”模式時，顯示的是 PLC 程序執(zhí)行前的初始值或條件；當(dāng) PLC 處于“ RUN”模式時，則 可連續(xù)監(jiān)控執(zhí)行過程中的狀態(tài)。監(jiān)視和調(diào)試功能可在程序編輯器中顯示，也可以狀態(tài)圖的形式顯示。 （ 3） 網(wǎng)絡(luò)原則上應(yīng)以直接連接于主母線的觸點為起始，即使實際程序塊并不需要觸電 ，但為了滿足格式的要求，編程時也需要插入狀態(tài)恒為“ 1”的觸點 。 IEC611313系統(tǒng)只能用梯形圖、邏輯功能塊圖編程，不能使用指令表，也不能使用部分 S7200 功能指令。 薄膜鍵輸入的 HMI，顯示尺寸小于 ，屬初級產(chǎn)品。 綜合式（ ）和式（ ）可以得出 n=60f（ 1－ s） /p () 由式 ()可以看出，對于成品電機，其磁極對數(shù) p已經(jīng)確定，轉(zhuǎn)差率 s 變化不大，則電機的轉(zhuǎn)速 n 與電源頻率 f 成正比，因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機的同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到異步電機調(diào)速的目的。 （ 5）保護電路 :檢測主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞， 使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。 （ 3）逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使 6個開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到 3 相交流輸出。 變頻器基本原理 圖 交流低壓直交直通用變頻器系統(tǒng)框圖 ，變頻器的主電路大體上可分為兩類 :電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。 存儲器模塊（選件）： 可作為修改與拷貝程序的快速工具（無需編程器），并可進(jìn)行輔助軟件歸檔工作。 CPU 226具有 24個輸入點和 16個輸出點。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。這樣，即使某個 CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 PLC 的基本結(jié)構(gòu) PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，基本構(gòu)成為： 圖 S7200 PLC CPU的外形模型圖 PLC 的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、 PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。它采用一類可編程