潍 坊 学 院专 业 课 综 合 课 程 设 计 说 明 书专 业 课 综 合 课 程 设 计 说 明 书系系部：部：专专业：业：班班级级：学生姓名学生姓名: : 学学号号2015 年12 月 19日专业课综合课程设计说明书目录1 PLC 传送带控制设计.1 1.1设计任务与要求1 1.2PLC 传送带控制系统的硬件设计.1 1.3PLC 传送带控制系统的软件设计.3 1.4PLC 控制系统的抗干扰性设计5 1.5PLC 控制系统的调试 5 1.6设计小结6 1.7参考文献6 2 PWM 变频器-电动机系统仿真设计.7 2.1 设计任务要求.7 2.2 PWM 变频器-电动机系统的工作原理.7 2.3 PWM 变频器-异步电动机控制系统的仿真 7 2.4 设计小结11 2.5 参考文献.12 3 基于组态王的双容液位控制系统设计.13 3.1 设计任务与要求.13 3.2 总体设计方案.13 3.3 现场控制系统的设计.14 3.4 上位机监控系统.15 3.5 远程监控客户端的设计.17 3.6 联机调试19 3.7 小结.19 3.8 参考文献19 4 工厂供电应用设计.20 4.1 设计任务与要求20 4.2 问题分析.20 4.3 小结23 4.4 参考文献24专业课综合课程设计说明书11 PLC 传送带控制设计1.1设计任务与要求1、控制要求：（1）逆物流方向顺序启动按下启动按钮 SB1 后，振铃 10s，传送带 3 起动，经过 6 秒，传送带 2 起动，再经过 6 秒，传送带 1 起动，同时开启了漏斗闸门（Y=ON),启动完毕。(2). 顺物流方向顺序停车按下停止按钮 SB2 后，关闭漏斗闸门，经过 10 秒，传送带 1 停止，再经过 10秒，传送带 2 停止，再经过 10 秒，传送带 3 停止，停车完毕。(3).在启动过程中，按下停止按钮 SB2，将已启动的皮带仍按后启动先停车的原则停车。（4).紧急状态时，按下急停按钮 SB3，立即关闭漏斗和三条皮带，并停车。2、传送带工作示意图：如图 1.1 传送带工作示意图所示：其中 1 号、2 号、三号为三条皮带，分别由电动机 M1、M2、M3 控制；漏斗闸门由电磁阀 Y 控制。1.2PLC 传送带控制系统的硬件设计1、PLC 机型的选择PLC 机型的选择应是在满足控制要求的前提下， 保证可靠、 维护使用方便以及最专业课综合课程设计说明书2佳的性能价格比。由于控制比较简单，输入/输出都是开关量，数量有很少，实际上可以选用任意型号的 PLC，在本次设计中采用 S7-200 系列 PLC。2、PLC 容量估算（1） I/O 点数的确定；（2） 存储器容量的确定。3、I/O 模块的选择在 PLC 控制系统中，为了实现对生产过程的控制，要将对象的各种测量参数，按要求的方式送入 PLC。PLC 经过运算、处理后，再将结果以数字量的形式输出，此时也要把该输出变换为适合于对生产过程进行控制的量。（1）数字量输入信号（2）数字量输出信号（3）模拟量输入信号（4）模拟量输出信号4、 分配输入/输出点PLC 机型及输入/输出（I/O）模块选择完毕后，首先，设计出 PLC 系统总体配置图。然后依据工艺布置图，参照具体的 PLC 相关说明书或手册将输入信号与输入点、输出控制信号与输出点一一对应画出 I/O 接线图即 PLC 输入/输出电气原理图。传送带控制设计 I/Q 分布图，如图 1.2 所示：输入输出启动 SB1I0.0振铃Q0.0停止 SB2I0.1传送带 M1Q0.1急停 SB3I0.2传送带 M2Q0.2传送带 M3Q0.3电磁阀 YQ0.7图 1.2传送带控制 I/Q 分布图5、安全回路设计（1）短路保护；（2）互锁与联锁措施；（3）失压保护与紧急停车措施 PLC 外部负载的供电线路应具有失压保护措施；专业课综合课程设计说明书3（4）极限保护；1.3PLC 传送带控制系统的软件设计软件设计是 PLC 控制系统设计的核心。要设计好 PLC 的应用软件，必须充分了解被控对象的生产工艺、技术特性、控制要求等。通过 PLC 的应用软件完成系统的各项控制功能。1、传送带软件设计由图 1.2 传送带控制 I/Q 分布图得图 1.3 传送带控制 PLC 梯形图。网络 3专业课综合课程设计说明书4网络 4网络 5网络 6网络 7图 1.3 传送带控制 PLC 梯形图2、程序调试如图 1.3 梯形图，用 STEP7-Micro/WIN 软件调试，当按下启动按钮 SB1（I0.0）后，振铃（Q0.0）10s，传送带 3(Q0.3)起动，经过 6 秒，传送带 2(Q0.2)起动，再经过 6 秒，传送带 1(Q0.1)起动，同时开启了漏斗闸门（Q0.7),启动完毕。按下停止按钮 SB2（I0.1）后，关闭漏斗闸门(Q0.7 短)，经过 10 秒，传送带 1（Q.1）停止，再经过 10 秒，传送带 2(Q.2)停止，再经过 10 秒，传送带 3(Q0.3)停止，停车完毕。在启动过程中，按下停止按钮 SB2(I0.1)，将已启动的皮带仍按后启动先停车的原则停车。紧急状态时，按下急停按钮 SB3(I0.3)，立即关闭漏斗和三条皮带，并停车。专业课综合课程设计说明书51.4PLC 控制系统的抗干扰性设计1、 抗电源干扰的措施（1）采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰（2） 硬件滤波措施在干扰较强或可靠性要求较高的场合，应该使用带屏蔽层的隔离变压器对 PLC 系统供电。 还可以。 在隔离变压器一次侧串接滤波器， 如图 1.4 所示。(3)正确选择接地点，完善接地系统。图 1.4滤波器和隔离变压器同时使用2、控制系统的接地设计良好的接地是保证 PLC 可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是 PLC 控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。接地系统的接地方式一般可分为 3 种方式：串联式单点接地、并联式单点接地、多分支单点接地即第 3 种接地方式。PLC采用第 3 种接地方式即单独接地。PLC 控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。3、防 I/O 干扰的措施由信号引入干扰会引起 I/O 信号工作异常和测量精度大大降低， 严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动作或死机。可采取以下措施以减小 I/O 干扰对 PLC 系统的影响。1.5PLC 控制系统的调试系统调试是系统在正式投入使用之前的必经步骤。与继电器控制系统不同，PLC专业课综合课程设计说明书6控制系统既有硬件部分的调试还有软件的调试， 与继电器控制系统相比， PLC 控制系统的硬件调试要相对简单，主要是 PLC 程序的编制和调试。一般可按以下几个步骤进行：应用程序的编制和离线调试、控制系统硬件检查、应用程序在线调试、现场调试、总结整理相关资料、系统正式投入使用。1.6设计小结在本次设计中，虽然遇到了很多难题，但也收获了很多，这次实践充分将平时学习的理论知识与实践操作相结合， 在理论和实验教学基础上进一步稳固和提高自己理论知识结构，通过将所学知识应用于实际中去，在实际中发现问题、分析问题、解决问题， 提高分析和解决问题能力。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。1.7参考文献1李长久.PLC 原理及应用M.北京：机械工业出版社，20062史国生.电气控制与可编程控制器技术M.北京：化学工业出版社，2003.3汪明.网络化控制变频调速系统M.北京：中国电力出版社，2006.4范永胜王岷.电气控制与 PLC 应用M.北京：中国电力出版社，2004.5汪志峰.可编程序控制器原理与应用M.西安：西安电子科技大学出版社，2004.专业课综合课程设计说明书72 PWM 变频器-电动机系统仿真设计2.1 设计任务要求在实现异步电机矢量控制调速的要求时,往往需借助仿真,通过仿真可使调速系统调试更方便,并能更快的实现控制。交流异步电动机矢量控制变频调速系统的建模与仿真。利用 MATLAB/SIMULINK 中的电气系统模块(Power System Blocksets )构建异步电机矢量控制仿真模型,并对其动态性能进行仿真实验。2.2 PWM 变频器-电动机系统的工作原理PWM 变频器-异步电动机电路主要由 PWM 变频电路和异步电动机组成。图 2.1 所示的电路为 PWM 变频电路， 它主要的作用是产生三相交流电供异步电动机使用。其中图 2.1 所示的 PWM 变频电路由二极管整流桥，滤波电容和逆变器组成。逆变器的输入为直流电压，通过调节逆变器的脉冲宽度和输出交流电压的频率，既实现调压又实现调频。PWM 变频电路简单，而且还有以下优点：第一简化了主电路和控制电路的结构。由二极管整流器对逆变器提供恒定的直流电压。在 PWM逆变器内，在变频的同时控制其输出电压。系统只有一个控制功率级，从而使装置的体压。系统只有一个控制功率级，从而使装置的体善系统的动态性能。PWM 逆变器的输出功率和电压，都在逆变器内控制和调节。因此，调节速度快，调节过程中频率和电压配合好，系统动态性能好。2.3 PWM 变频器-异步电动机控制系统的仿真1、PWM 变频器-异步电动机的仿真模型专业课综合课程设计说明书8PWM 变频器-异步电动机电路在 MATLAB/Simulink 中的仿真模型如图 2.2 所示。为了方便仿真，在模型中将图 2.1 所示的三相交流整流直接用一个 550V 的直流电源代替， 整流电路直接用直流电源代替不影响其工作原理。因此图 2.3 所示的仿真模型实际上主要直流电源 DC、逆变器 Universal Bridge、调制器 PWM Generator、异步电动机模块及测量模块组成。其中 PWM 调制参数设置采用内部产生正弦波调制波方式， 调制度 0.9,频率为 50 HZ。 电动机参数设置为电动机电压为 380 V， 频率为 50 Hz,定子绕组 Rs 为 0.68 ，定子绕组漏感为 0.0042 H，转子绕组电阻 0.45 ，转子绕组漏感为 0.0042 H， 互感为 0.1486 H， 转动惯量 J 为 0.05 kg/m2， 摩擦系数 F 为 0.0081，极对数为 2。专业课综合课程设计说明书9图 2.3逆变器三相线电压输出仿真波形2、仿真结果及其分析PWM 变频器-异步电动机电路的仿真结果如图所示。其中图 2.3 为逆变器输出电压的线电压仿真波形， 从图 2.3(a)、(b)和(c)可以看出 550V 的直流电经过三相逆变器后变成了三相交流电， 如果通过改变逆变器的 6 个开关管可以改变其频率和电压波形，从而方便实现变频和变压。图 2.4 为异步电动机定子电流的仿真波形，从图2.4(a)、(b)和(c)可以看出定子电路在刚启动时，电流接近 100V，在 0.2s 后电流达到稳定， 这与异步电动机直接起动电流比较大相符合。图 2.5 为异步电动机转子电流的仿真波形，从图 2.5(a)、(b)和(c)可以看出转子电流在刚起动时，电流比较大也接近 100 V，但是在 0.2s 后转子平稳运行后，转子电流为零，这是因为转子为空载运行，转速接近定子三相旋转磁场转速，因此转子没有电流。图 2.6 为异步电动机转速的仿真波形，从图 2.6 可以看出电流波形在 0.2 s 后达到 1500 r/m 的转速，其输出波形有点超调，不过很快达到稳定，说明 PWM 变频器-异步