畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于臺達(dá)PLC的三相電機(jī)控制系統(tǒng)

1、基于plc控制電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)學(xué)生姓名： 學(xué)號：20085042009物理電子工程學(xué)院 電子信息工程專業(yè)指導(dǎo)老師： 職稱：講師摘 要：本設(shè)計(jì)選擇臺達(dá)可編程控制器dvp-ss小型機(jī)為核心部件，著重進(jìn)行硬件接口設(shè)計(jì)，利用梯形圖和語句表進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了三相異步電機(jī)控制系統(tǒng)的自動化，在此基礎(chǔ)上，利用人機(jī)界面使得該系統(tǒng)的控制更加人性化。該系統(tǒng)控制編程容易，功能擴(kuò)展方便，而且結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)。關(guān)鍵詞：三相電機(jī)；可編程控制；自動化 the traffic light control system based on s7-200abstract：this design chooses siemens p

2、lc s7-200 as the main components, focus on the hardware interface design, make use of the ladder diagram and the sentence form to carry out a programming, the realization of the traffic lights at the crossroads automation control system, its easy to program, and to expand the functions, has simple s

3、tructure and strong anti-interference ability.keywords：traffic control；programmable logic control；automation引言可編程控制器（programmable logic controller，縮寫plc）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)、通信、聯(lián)網(wǎng)以及自動控制技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制裝置?？删幊绦蚩刂破魇请S著技術(shù)的進(jìn)步與現(xiàn)代社會生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，為適應(yīng)多品種.小批量生產(chǎn)的需要，生產(chǎn)發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)控制裝置。plc從1969年問世以來，由于其具有通用靈活的控制性能簡單方便的使用性能，可以適

4、應(yīng)各種工業(yè)環(huán)境的可靠性，因此在工業(yè)自動化各領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。plc不僅控制功能增強(qiáng)，同時(shí)可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能，使plc真正成為具有邏輯控制、過程控制、運(yùn)動控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實(shí)的多功能控制器。有人將它與數(shù)控技術(shù)、cad/cam技術(shù)、工業(yè)機(jī)械人技術(shù)并稱為現(xiàn)代工業(yè)自動化技術(shù)的四大支柱1。可編程序控制器在我國的發(fā)展與應(yīng)用已有30多年的歷史，現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，成為提高傳統(tǒng)工業(yè)裝備水平和技術(shù)能力的重要設(shè)備和強(qiáng)大支柱。plc由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)、嚴(yán)格的生產(chǎn)

5、工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，plc帶有硬件故障自我檢測功能。出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除plc以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個系統(tǒng)將有極高的可靠性。1緒論在針對三相異步電機(jī)的控制上，若想實(shí)現(xiàn)其控制的智能及自動化，一般需要使用變頻器。而對于變頻器的控制，國內(nèi)外多使用plc通過各種通信協(xié)議對其控制。plc和變頻器是自動化設(shè)備上最常見的部件。其最初的控制型式大多是用plc的i/o點(diǎn)和模擬量模塊直接控制變頻器的啟停和實(shí)現(xiàn)調(diào)速，但這種控制方式有兩大弊端，最大的弊端是占用plc的i/o點(diǎn)和需要增加昂貴的模擬量

6、模塊，造成控制成本的增加。當(dāng)被控制的變頻器數(shù)量較多時(shí)，此弊端更是明顯。第二個弊端是模擬量控制容易受干擾，傳輸距離也容易受限制。近幾年來自動化產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，性能不斷提升，功能日益強(qiáng)大。在小型plc方面這個變化更加明顯，現(xiàn)在的小型plc不僅執(zhí)行速度大大提高，指令功能日益豐富，更重要的是大都支持多種通訊協(xié)議，并提供了更多的通訊接口。同時(shí)大多的變頻器也具有了rs485接口，也能支持多種通訊協(xié)議，最常見的就是modbus協(xié)議。這種技術(shù)的進(jìn)步為plc和變頻器通訊的實(shí)現(xiàn)，提供了軟件上的協(xié)議和硬件上的物理接口，從而為低成本高性能的通訊控制的實(shí)現(xiàn)打下了良好的基礎(chǔ)。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，自動化程度要求越來越

7、高，原有的三相異步電機(jī)控制系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前高度自動化的需要?？删幊炭刂破魅喈惒诫姍C(jī)控制系統(tǒng)集成自動控制技術(shù)、計(jì)量技術(shù)、新傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)管理技術(shù)于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品；充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，配置靈活、組態(tài)方便4。根據(jù)三相異步電機(jī)控制系統(tǒng)的要求與特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用臺達(dá)公司dvp-ss型plc。臺達(dá)plc具有性價(jià)比高、小型化、高速度、可以接各種輸出、輸入擴(kuò)充設(shè)備，有豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)就是應(yīng)用臺達(dá)可編程序控制器dvp-ss對三相異步電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制。2 plc

8、概述可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制裝置，它將傳統(tǒng)繼電器控制技術(shù)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息處理兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來成為工業(yè)自動化領(lǐng)域中最重要和應(yīng)用最多的控制設(shè)備，并已躍居工業(yè)生產(chǎn)自動化三大支柱（可編程控制器、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造）的首位。可編程控制器（簡稱plc）是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)及通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置?？删幊炭刂破饕云淇煽啃愿撸M合靈活，編程簡單，維護(hù)方便等獨(dú)特優(yōu)勢被日趨廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個控制領(lǐng)域，它的應(yīng)用深度和廣度已成為一個

9、國家工業(yè)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志。由于早期的可編程控制器只是用來取代繼電器，控制執(zhí)行邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，因此人們稱之為可編程序邏輯控制器（programmable logic controller）簡稱plc2。2.1 plc的硬件結(jié)構(gòu)plc 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)從結(jié)構(gòu)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(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置5。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1 plc的結(jié)

10、構(gòu)圖中央處理單元(cpu)是plc 的控制中樞，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(shí)器的狀態(tài)；并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)plc 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入i/o 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后，按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入i/o 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)，等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將i/o 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行直到停止運(yùn)行6。2.2 plc的工作原理當(dāng)plc投入運(yùn)行后，其工作

11、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(yùn)行期間，plc的cpu以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。plc的運(yùn)行階段的工作原理圖如圖2所示。圖2 plc的運(yùn)行階段工作原理圖（1）輸入采樣階段。在輸入采樣階段，plc以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入i/o映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，i/o映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均

12、能被讀入7。 （2）用戶程序執(zhí)行階段。在用戶程序執(zhí)行階段，plc總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)ram存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在i/o映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在i/o映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在i/o映象區(qū)或系統(tǒng)ram存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程

13、序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。（3）輸出刷新階段。當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，plc就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，cpu按照i/o映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是plc的真正輸出8。2.3 plc的編程語言編程語言是plc的重要組成部分，plc為用戶提供了完整的編程語言，以適應(yīng)用戶編程的需要。利用編程語言，按照不同的控制要求編寫不同的控制程序，這相當(dāng)于設(shè)計(jì)和改變幾點(diǎn)起的硬件接線線路，這就是所謂的“可編程序”。程序

14、由編程器送到plc內(nèi)部的存儲器中，它也能方便地讀出、檢查與修改9。plc共有5種標(biāo)準(zhǔn)編程語言，其中有三種圖形語言，即梯形圖（ld，ladder diagram）、功能塊圖（fbd，function block diagram），和順序功能圖（sfc，sequential function chart），兩種文本語言，即結(jié)構(gòu)化文本（st，structured text）和指令表(il，instruction list)。其中梯形圖是最早使用的一種plc語言，也是現(xiàn)在最常用的編程語言10。它是從繼電氣控制系統(tǒng)原理圖的基礎(chǔ)上演變而來的，它繼承了繼電氣控制系統(tǒng)中的基本工作原理和電器邏輯關(guān)系的表達(dá)方法，

15、梯形圖預(yù)計(jì)電氣控制系統(tǒng)梯形圖的基本思想是一致的，只是在使用符號和表達(dá)方式上有一定區(qū)別，所以在邏輯控制系統(tǒng)中得到了廣泛的使用。它的最大特點(diǎn)就是直觀、清晰。2.4 通訊協(xié)議communications protocolmodbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。此協(xié)議定義了一個控制器能認(rèn)識使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了一控制器請求訪問其它設(shè)備的過程，如何回應(yīng)來自其它設(shè)備的請求，以及怎樣偵測錯誤

16、并記錄。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。 當(dāng)在一modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，此協(xié)議決定了每個控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識別按地址發(fā)來的消息，決定要產(chǎn)生何種行動。如果需要回應(yīng)，控制器將生成反饋信息并用modbus協(xié)議發(fā)出。在其它網(wǎng)絡(luò)上，包含了modbus協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)換也擴(kuò)展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)解決節(jié)地址、路由路徑及錯誤檢測的方法。 modbus具有以下幾個特點(diǎn)： （1）標(biāo)準(zhǔn)、開放，用戶可以免費(fèi)、放心地使用modbus協(xié)議，不需要交納許可證費(fèi)，也不會侵犯知識產(chǎn)權(quán)。目前，支持modbus的廠家超過400家，支持modbus的產(chǎn)品超過600種。 （2）modbu

17、s可以支持多種電氣接口，如rs-232、rs-485等，還可以在各種介質(zhì)上傳送，如雙絞線、光纖、無線等。 （3）modbus的幀格式簡單、緊湊，通俗易懂。用戶使用容易，廠商開發(fā)簡單。 標(biāo)準(zhǔn)的modbus口是使用一rs-232c兼容串行接口，它定義了連接口的針腳、電纜、信號位、傳輸波特率、奇偶校驗(yàn)?？刂破髂苤苯踊蚪?jīng)由modem組網(wǎng)。 控制器通信使用主從技術(shù)，即僅一設(shè)備（主設(shè)備）能初始化傳輸（查詢）。其它設(shè)備（從設(shè)備）根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)反應(yīng)。典型的主設(shè)備：主機(jī)和可編程儀表。典型的從設(shè)備：可編程控制器。 主設(shè)備可單獨(dú)和從設(shè)備通信，也能以廣播方式和所有從設(shè)備通信。如果單獨(dú)通信，從設(shè)備返回

18、一消息作為回應(yīng)，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應(yīng)。modbus協(xié)議建立了主設(shè)備查詢的格式：設(shè)備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、一錯誤檢測域。 從設(shè)備回應(yīng)消息也由modbus協(xié)議構(gòu)成，包括確認(rèn)要行動的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、和一錯誤檢測域。如果在消息接收過程中發(fā)生一錯誤，或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令，從設(shè)備將建立一錯誤消息并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去?？刂破骺墒褂胊scii 或rtu 通訊模式，在標(biāo)準(zhǔn)modbus上通訊。在配置每臺控制器時(shí)，用戶須選擇通訊模式以及串行口的通訊參數(shù)。(波特率，奇偶校驗(yàn)等)，在modbus總線上的所有設(shè)備應(yīng)具有相同的通訊模式和串行通訊參數(shù)。 選擇ascii 或rt

19、u 模式用于標(biāo)準(zhǔn)的modbus總線。它定義了總線上串行傳輸信息區(qū)的“位”的含義，決定信息打包及解碼方法。 ascii模式當(dāng)控制器以ascii 模式在modbus總線上進(jìn)行通訊時(shí)，一個信息中的每8 位字節(jié)作為2 個ascii 字符傳輸?shù)?，這種模式的主要優(yōu)點(diǎn)是允許字符之間的時(shí)間間隔長達(dá)is ，也不會出現(xiàn)錯誤。 ascii 碼每一個字節(jié)的格式： 編碼系統(tǒng)： 16 進(jìn)制，ascii 字符0-9,a-f 1 個16 進(jìn)制 數(shù)據(jù)位： 1起始位 7 位數(shù)據(jù)，低位先送 奇/ 偶校驗(yàn)時(shí)1 位；無奇偶校驗(yàn)時(shí) 0 位 （lrc ）1 位帶校驗(yàn) 1 停止位；無校驗(yàn) 2 止位 錯誤校驗(yàn)區(qū)： 縱向冗余校驗(yàn) rtu模式 控

20、制器以rtu 模式在modbus總線上進(jìn)行通訊時(shí)，信息中的每 8 位字節(jié)分成 2 個4 位16 進(jìn)制的字符，該模式的主要優(yōu)點(diǎn)是在相同波特率下其傳輸?shù)淖址拿芏雀哂赼scii 模式，每個信息必須連續(xù)傳輸。 rtu 模式中每個字節(jié)的格式： 編碼系統(tǒng)：8 位二進(jìn)制，十六進(jìn)制 0-9，a-f 數(shù)據(jù)位： 1起始位 8 位數(shù)據(jù)，低位先送 奇/ 偶校驗(yàn)時(shí)1 位；無奇偶校驗(yàn)時(shí) 0 位 停止位1 位(帶校驗(yàn)); 停止位2 位(無校驗(yàn)) 帶校驗(yàn)時(shí)1 位停止位；無校驗(yàn)時(shí)2 位停止位 錯誤校驗(yàn)區(qū)：循環(huán)冗余校驗(yàn)(crc) 網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備連續(xù)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)上的信息，包括靜止時(shí)間。當(dāng)接收第一個地址數(shù)據(jù)時(shí)，每臺設(shè)備立即對它解碼，以決

21、定是否是自己的地址。發(fā)送完最后一個字符號后，也有一個3.5個字符的靜止時(shí)間，然后才能發(fā)送一個新的信息。 整個信息必須連續(xù)發(fā)送。如果在發(fā)送幀信息期間，出現(xiàn)大于1.5個字符的靜止時(shí)間時(shí)，則接收設(shè)備刷新不完整的信息，并假設(shè)下一個地址數(shù)據(jù)。 同樣一個信息后，立即發(fā)送的一個新信息，（若無 3 。5 個字符的靜止時(shí)間）這將會產(chǎn)生一個錯誤。是因?yàn)楹喜⑿畔⒌腸rc校驗(yàn)碼無效而產(chǎn)生的錯誤。 2.5 plc的rs485接口的特點(diǎn)rs485接口是在我們熟知的rs232接口的基礎(chǔ)上推出的性能更優(yōu)的一種串口。rs-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至200mv

22、的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復(fù)。由于rs-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站功能等優(yōu)點(diǎn)，它成為應(yīng)用越來越廣泛的串行接口。此外，rs485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)一般只需二根屏蔽雙絞電線，這為長距離的通訊線路節(jié)省了很多配線，降低了系統(tǒng)的成本。1. rs-485 的電氣特性： 發(fā)送端：邏輯1以兩線間的電壓差為+（2 至6） v 表示；邏輯0以兩線間的電壓差為-（2 至6）v 表示。接收端：a比b高200mv以上即認(rèn)為是邏輯1,a 比b 低200mv 以上即認(rèn)為是邏輯0。2. rs-485(或 rs-422)的接線：3. rs-485 的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10mbps。但是由于

23、rs-485 常常要與pc 機(jī)的rs-232口通信，所以實(shí)際上一般最高115.2kbps。又由于太高的速率會使rs-485 傳輸距離減小，所以往往為9600bps 左右或以下。4. rs-485 接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾性好。5. rs-485接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為1200米（9600bps時(shí)），實(shí)際上可達(dá)3000米，rs-485 接口在總線上是允許連接多達(dá)128個收發(fā)器、即rs-485 具有多機(jī)通信能力,這樣用戶可以利用單一的rs-485 接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。因rs-485 接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點(diǎn)就使其成為首選的串行接

24、口。因?yàn)閞s485 接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般只需二根信號線，所以rs485 接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。rs-485 的國際標(biāo)準(zhǔn)并沒有規(guī)定rs485 的接口連接器標(biāo)準(zhǔn)、所以采用接線端子或者db-9、db-25 等連接器都可以。rs-485 接口是事實(shí)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2.6 plc的特點(diǎn)2.6.1 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。plc專為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)和制造過程中采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，在硬件和軟件上都采用了許多抗干擾的措施,如屏蔽、濾波、隔離、故障診斷和自動恢復(fù)等。plc是以集成電路為基本元件的電子設(shè)備，沒有真正的接點(diǎn)，元件的使用壽命長,這些都大大提高plc的可靠性

25、和抗干擾性6。2.6.2 編程簡單、易學(xué)plc作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備，所以它采用了大多數(shù)技術(shù)人員熟悉的梯形圖語言，梯形圖語言與繼電器原理相似，形象直觀，易學(xué)易懂。2.6.3 功能完善、通用性強(qiáng)plc發(fā)展到今天，除了具有模擬和數(shù)字量輸入/輸出、邏輯運(yùn)算和定時(shí)、計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)處理、通信等功能外，還可以實(shí)現(xiàn)順序、位置和過程控制。目前plc的產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，具有各種樣式、模擬量的輸入/輸出接口，用戶可以根據(jù)需求靈活的對系統(tǒng)進(jìn)行控制；再加上plc通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用plc組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。2.6.4 設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便

26、在傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中，邏輯控制功能是通過導(dǎo)線來實(shí)現(xiàn)的，要改變控制功能必須改變導(dǎo)線的接線方式。plc用軟件取代了繼電器控制系統(tǒng)中各種功能的繼電器，內(nèi)部需接線和焊接，只要進(jìn)行外部接線和程序編寫就可以了，通過執(zhí)行存儲器中的程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生改變時(shí)，只要修改程序即可。使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大大縮短，維護(hù)起來容易。而plc用戶的程序大部分可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試，方使快捷7。2.7人機(jī)界面概念介紹人機(jī)界面（humanmachine interaction，簡稱hmi），是人與計(jì)算機(jī)之間傳遞、交換信息的媒介和對話接口，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。是指人和機(jī)器在信息交換和功能上接

27、觸或互相影響的領(lǐng)域或稱界面所說人機(jī)結(jié)合面，信息交換，功能接觸或互相影響，指人和機(jī)器的硬接觸和軟觸，此結(jié)合面不僅包括點(diǎn)線面的直接接觸，還包括遠(yuǎn)距離的信息傳遞與控制的作用空間。人機(jī)結(jié)合面是人機(jī)系統(tǒng)中的中心一環(huán)節(jié)，主要由安全工程學(xué)的分支學(xué)科安全人機(jī)工程學(xué)去研究和提出解決的依據(jù)，并過安全工程設(shè)備工程學(xué)，安全管理工程學(xué)以及安全系統(tǒng)工程學(xué)去研究具體的解決方法手段措施安全人機(jī)學(xué)。它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。凡參與人機(jī)信息交流的領(lǐng)域都存在著人機(jī)界面?，F(xiàn)在大量運(yùn)用在工業(yè)與商業(yè)上，簡單的區(qū)分為“輸入”（input）與“輸出”（output）兩種，輸入指的是由人來進(jìn)行機(jī)械或設(shè)備的操作，如把手、

28、開關(guān)、門、指令(命令)的下達(dá)或保養(yǎng)維護(hù)等，而輸出指的是由機(jī)械或設(shè)備發(fā)出來的通知，如故障、警告、操作說明提示等，好的人機(jī)接口會幫助使用者更簡單、更正確、更迅速的操作機(jī)械，也能使機(jī)械發(fā)揮最大的效能并延長使用壽命，而目前市面上所指的人機(jī)接口則多界狹義的指在軟件人性化的操作接口上。3總體設(shè)計(jì)3.1 控制要求三相電機(jī)控制系統(tǒng)的控制要求如下：1.當(dāng)啟動開關(guān)接通時(shí)，系統(tǒng)開始工作，且電機(jī)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)。2.電機(jī)啟動狀態(tài)下，按下反轉(zhuǎn)按鈕時(shí)，電機(jī)實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)，若此時(shí)電機(jī)處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)，則再次按下反轉(zhuǎn)按鈕，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換。3.電機(jī)工作狀態(tài)下，按下加速或者加速鍵可以均勻調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)動速度。4.無論電機(jī)在何種狀態(tài)下，按下停止

29、鍵，電機(jī)將停止。5.將以上的控制按鈕利用人機(jī)界面制作出來，并實(shí)現(xiàn)控制。3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案分析按照交通燈系統(tǒng)控制要求，結(jié)合臺達(dá)dvp-ss可編程控制器的特性，設(shè)計(jì)思想分析如下：給一個啟動的輸入信號，要配合一個啟動的按鈕，當(dāng)啟動啟動按鈕動作，系統(tǒng)工作11。首先，電機(jī)處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)。4硬件設(shè)計(jì)4.1 plc的接線形式plc的三相異步電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖14如下圖5所示：圖5 plc的三相異步電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖端口i0.0-i0.4為接入系統(tǒng)控制按鍵的傳送信號，端口i0.0接電機(jī)啟動鍵，端口i0.1接電子反轉(zhuǎn)控制鍵，端口i0.2接電機(jī)加速控制鍵，端口i0.3接電機(jī)減速控制鍵，端口q0.4接電機(jī)停止控制鍵

30、。4.2 plc的地址分配列出交通信號燈plc的輸入/輸出點(diǎn)分配表，見表2。表2 交通信號燈plc的輸入/輸出點(diǎn)分配表輸入信號輸出信號名稱代號輸入點(diǎn)編號名稱代號輸出點(diǎn)編號啟動鍵sdi0.0電機(jī)m1q0.0反轉(zhuǎn)鍵i0.1加速鍵i0.2減速鍵i0.3停止鍵i0.45軟件設(shè)計(jì)5.1系統(tǒng)的梯形圖5.2 系統(tǒng)程序分析當(dāng)開關(guān)啟動合上時(shí)，i0.0觸點(diǎn)接通，t33通電待25秒后動作（南北紅燈熄滅），t98通電待20秒后動作（東西綠燈閃爍），q0.1得電，南北紅燈亮；同時(shí)q0.1的動合觸點(diǎn)閉合，q0.2線圈得電，東西綠燈亮。維持到20秒，t98的動合觸點(diǎn)接通，t99通電待3秒后動作（東西黃燈亮），與t98觸點(diǎn)串

31、聯(lián)的t32動合觸點(diǎn)每隔0.5秒導(dǎo)通0.5秒，從而使東西綠燈閃爍。又過3秒，t100通電待2秒后動作（東西黃燈滅），t99的動斷觸點(diǎn)斷開，q0.2線圈失電，東西綠燈滅；此時(shí)t99的動合觸點(diǎn)閉合，q0.3線圈得電，東西黃燈亮。再過2秒后，t100的動斷觸點(diǎn)斷開，q0.3線圈失電，東西黃燈滅。此時(shí)自開關(guān)閉合南北紅燈亮起累計(jì)時(shí)間達(dá)25秒，t33的動斷觸點(diǎn)斷開，q0.1線圈失電，南北紅燈滅；t33的動合觸點(diǎn)閉合，t97通電待30秒后動作（東西紅燈熄滅），t34通電待25秒后動作（南北綠燈閃爍），q0.4線圈得電，東西紅燈亮，q0.4的動合觸點(diǎn)閉合，q0.5線圈得電，南北綠燈亮。又經(jīng)過25秒，t34動合觸

32、點(diǎn)閉合，t35通電待3秒后動作（南北黃燈亮），與t34觸點(diǎn)串聯(lián)的t32的觸點(diǎn)每隔0.5秒導(dǎo)通0.5秒，從而使南北綠燈閃爍。閃爍3秒，t34動斷觸點(diǎn)斷開，q0.5線圈失電，南北綠燈滅；此時(shí)t35的動合觸點(diǎn)閉合，q0.6線圈得電，南北黃燈亮。維持2秒后，t36動斷觸點(diǎn)斷開，q0.6線圈失電，南北黃燈滅。自南北紅燈滅及東西紅燈亮累計(jì)時(shí)間達(dá)30秒鐘，t97的動斷觸點(diǎn)斷開，t33動斷觸點(diǎn)復(fù)位，q0.2線圈失電，即維持了30秒的東西紅燈滅。t33動斷觸點(diǎn)復(fù)位斷開時(shí)，t97定時(shí)器失電，t97的動斷觸點(diǎn)復(fù)位閉合，只要不斷開按鈕啟動，系統(tǒng)繼續(xù)循環(huán)下去16。6系統(tǒng)檢測與調(diào)試6.1 硬件調(diào)試硬件調(diào)試是利用開發(fā)系統(tǒng)、

33、基本測試儀器（萬用表、示波器等），檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試兩步進(jìn)行。靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時(shí)的一種硬件檢測，分為目測、用萬能表測試、加電測試、聯(lián)機(jī)檢查四步進(jìn)行。第一步：目測，檢查外部的各種元件或者電路是否有斷點(diǎn)；第二步：用萬用表測試，先用萬用表復(fù)核目測中有疑問的連接點(diǎn)，再檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象；第三步：加電檢測，給板加電，檢測所有的插座或是器件的電源端是否符合要求的值；第四步：是聯(lián)機(jī)檢查，因?yàn)橹挥杏每删幊炭刂破鏖_發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的調(diào)試。 動態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部故障、器件連接邏輯錯誤

34、等的一種硬件檢查。動態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠(yuǎn)、由分到合。由近及遠(yuǎn)是將信號流經(jīng)的各器件按照距離可編程控制器的邏輯距離進(jìn)行由近及遠(yuǎn)的分層，然后分層調(diào)試。調(diào)試時(shí)，仍采用去掉無關(guān)元件的方法，逐層調(diào)試下去，就會定位故障元件了。由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當(dāng)調(diào)試電路時(shí)，與該元件無關(guān)的 器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個局部的電路上。當(dāng)各塊電路無故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，在對各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進(jìn)行調(diào)試16。由分到合的調(diào)試既告完成。 6.2 軟件調(diào)試軟件調(diào)試是通過對擁護(hù)程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以

35、排除糾正的過程。程序后，編輯，查看程序是否有邏輯的錯誤。如果出現(xiàn)故障，應(yīng)返回編程環(huán)境，檢查梯形圖的錯誤并修改程序再進(jìn)行調(diào)試，如此反復(fù)直到調(diào)試成功。結(jié)論當(dāng)我知道我的課題是基于臺達(dá)dvp-ss的三相異步電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我想這個課題是很容易的，畢竟之前做過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。當(dāng)真正開始著手的時(shí)候，還是覺得有困難的，有些東西以前學(xué)了，但現(xiàn)在用起來可能又有點(diǎn)疑問。遇到這些問題的時(shí)候都能讓我主動去翻書，復(fù)習(xí)這些陌生的知識。我認(rèn)為這是一種最好的學(xué)習(xí)方法通過實(shí)踐去檢驗(yàn)自己的知識。這個只有自己投入進(jìn)去，才能發(fā)現(xiàn)自己知識點(diǎn)的欠缺。查找資料也是一件繁瑣的事情，雖說網(wǎng)上有資料但要找到一些真正有用的資料也不是一件容易的事，需要耐心查找。但是這次畢業(yè)時(shí)機(jī)卻使我獲得了更多，我對之前只是粗略的學(xué)過的plc有了一個更加深刻的認(rèn)識，更重要的是，我學(xué)會利用plc來做一些跟生活緊密相關(guān)的應(yīng)用性的東西，而不是像以前一樣學(xué)習(xí)理論的知識卻不知道該如何應(yīng)用它，同時(shí)也使我更清晰了四年來學(xué)習(xí)電子專業(yè)的脈絡(luò)。更加體會到plc的可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。更加熟悉了西門子編程軟件使用方法與各種基本指令。這次的課程設(shè)計(jì)使我把可編程控制器的理論知識用在實(shí)踐中，實(shí)現(xiàn)