机电控制技术课程设计报告书

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1.1任务描述

本系统结构与工作原理如上图所示，纺织品由五个电动机带动辊子与橡胶辊的摩擦带动左向右传动。要求设计该系统的控制部分。本控制部分采用西门子S7-224PLC（继电器型）控制5个三相变频电机，实现纺织布料在该系统中自左向右的同步传动。

1.2 控制任务和要求

（1）确定本系统所需要的电气元件，并说明元件型号；

（2）变频电机的转速范围0~1500r/min；

（3）按下启动按钮，布料按一个初始速度自左向右运行；

（4）一直按下升速按钮，布料运行速度持续上升（上升到上限不在上升）；一直按降速按钮，布料运行速度持续下降（下降到下限不在下降）；

(5)按停止按钮，系统停止运行；

2 控制方案的选择

交流电机按品种分同步电机、异步电机两大类。

同步电机转子的转速n s与旋转磁场的转速相同，称为同步转速。n s与所接交流电的频率 (f)、电机的磁极对数(P)之间有严

格的关系

n s＝f/P

在中国，电源频率为50HZ，所以三相交流电机中一对磁极电机的同步转速为3000转/分，三相交流电机中两对磁极电机的同步转速为1500转/分，以此类推。异步电机转子的转速总是低于或高于其旋转磁场的转速，异步之名由此而来。异步电机转子转速与旋转磁场转速之差（称为转差）通常在10％以内。

转差率

S=n0-n/n0(n0为同步转速，n为空载转速) 由此可知，交流电机（不管是同步电机还是异步电机）的转速都受电源频率的制约。因此,交流电机的调速比较困难,最好的办法是改变电源的频率。

本系统结构与工作原理如上系统联动控制图所示，纺织品由五个电动机带动辊子与橡胶辊的摩擦带动左向右传动。首先可以看出该系统属于同步开环控制，在布的同步传动中必须保证布在传动过程中始终被拉直，因此要求后一个电动机的转速比前一个电动机的转速高，但转速差不宜过大，否则会影响布的质量甚至会拉断布。由上述控制要求可知，本系统要求五个电机实现同步升速和同步降速，而且在升速和降速的过程中保持各个电机之间存在一个速度差，从而使绕过辊子的布保持一定的张力。如果在运行过程中出现紧急情况，可以实现紧急停车，从而把损害减小到最少。

为了实现上述功能，达到控制要求，经分析可知，选择变频调速的开环交流调速系统。理由如下：

（1）提供的电源为工频50HZ的三相四线制的线电压为380V

的工业用电；

（2）要求电机调速范围宽，即转速范围0~1500r/min；

（3）要求电机的负载转矩小，调速特性稳定、准确、快速。

从工程实际出发考虑，系统的工作方式为手动，由按钮来控制电机的启动停止以及升速和降速。机械的工作方式由具体需要而定，即既可以先升速后降速也可以先降速再升速也可以一直保持一种动作状态，但在按下升速按钮的时候再按降速按钮无效，反之亦然，即要具有联锁功能，同时在布的同步传动过程中若出现紧急情况按下一个按钮后再按下其他按钮无效，实现控制系统急停的功能。

在本设计中采用西门子系列PLC S7-224XP编写程序通过改变变频器的电压进而改变电源频率从而达到控制布的同步传动的目的。

在程序中分别有五个输入来控制的启动、升速、降速、停止以及急停功能，有五个模拟量输出模块端口和五个变频器输入端口相接。每当按下相应的按钮时就给PLC程序一个输入信号从而实现相应的动作。当按下升（降）速按钮时，PLC程序逐步提高（降低）模拟量输出模块上的数值在输入到变频器端口，通过变频器电压的改变以此来改变电源的频率，具体来说，可以在每单位时间内让各个电机增加不同的转速，从而实现布的同步传动，在电机的升速控制过程中最末一个电机转速不宜过大，在电机降速控制过程中最前一个电机转速不宜过小，否则会影响效率，且二者转速差不宜过大。

所需要的主要电气设备为西门子S7－224XP PLC 、变压器、三个模拟量输出扩展模块、五个变频器以及电线等。

3 I/O分配表

表1 I/O分配表

4编写系统控制流程图

4.1 控制系统的流程图

对于编写复杂的控制程序前，一般要先编写控制系统的流程图。流程图是程序设计中很有用的工具，它直观、清晰易懂，便于检查和修改。编写流程图时，首先要根据控制要求，将要完成的控制任务分解成几个主要的相对独立的部分（环节），分析各个部分（环节）之间的关系或者联系，集合结构化程序设计的概

念，编写出有顺序结构、循环结构或者分支结构的流程图。

图3 控制系统的流程图

4.2 程序梯形图及指令

根据继电器控制系统的实际情况,结合I/O地址分配表和PLC 控制系统的实际安装接线图,设计出梯形图。

图4 纺织机械同步传动控制系统程序梯形图

LD SM0.1

O I0.1

O I0.4

MOVR 0.0, VD302 MOVR 0.0, VD306 MOVR 0.0, VD310 MOVR 0.0, VD314 MOVR 0.0, VD318 MOVR 0.0, VD100

LD I0.0

EU

AN I0.1

AN I0.2

AN I0.3

AN M0.1

MOVR 21400.0, VD100

LD SM0.1

O I0.1

R M0.1, 1

LD I0.0

EU

O M0.0

AN I0.1

= M0.0

S M0.1, 1

LD I0.2

AN I0.3

AR<= VD100, 28800.0 LD I0.3

AN I0.2

AR>= VD100, 12800.0 OLD

A M0.0

AN T37

TON T37, 3

LD I0.2

A T37

+R 50.0, VD100

LD M0.0

MOVR VD100, VD302 *R 1.001, VD302 MOVR VD100, VD306 *R 1.003, VD306 MOVR VD100, VD310 *R 1.005, VD310 MOVR VD100, VD314 *R 1.007, VD314 MOVR VD100, VD318 *R 1.009, VD318

LD SM0.0 ROUND VD302, VD302 DTI VD302, VW402 MOVW VW402, AQW0

LD SM0.0 ROUND VD306, VD306 DTI VD306, VW404 MOVW VW404, AQW2

LD SM0.0 ROUND VD310, VD310 DTI VD310, VW406 MOVW VW406, AQW4