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利用变频器完成交流电机调速系统设计

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利用变频器完成交流电机调速系统设计

南京理工大学紫金学院毕业设计说明书论文作者XXXX学号XXXX系电子工程与光电技术系专业电气工程及其自动化题目交流电动机调速系统设计指导者姓名专业技术职务评阅者姓名专业技术职务2012年5月XX副教授南京理工大学紫金学院毕业设计(论文)评语学生姓名XXXX班级、学号电气二班XXXXX题目交流电动机调速系统设计综合成绩指导者评语论文采用PLC设计异步电机控制系统.论文对方案进行了论证,给出了硬件接线图、IO分配、软件流程图和PLC程序.论文编制了组态界面,实现了与PLC的通讯,在组态界面上实现了各种状态和数据的显示.论文很好地完成了任务书规定的内容.论文结构合理,书写规范,语法正确,用词准确,表述流畅,内容充实.建议成绩评定为优秀.可以提交答辩.指导者签字年月日毕业设计(论文)评语毕业设计说明书(论文)中文摘要交流电机当前已经广泛地运用于工业中的方方面面,掌握了交流电机调速方法,就能够了解到一定的现代工业基础并可以应用在现实之中.交流调速技术的发展推动着工业迅速升级.自20世纪50年代起至今,随着电力电子器件的飞速发展,交流调速技术日新月异.而其中应用最为广泛的是通过变频器调速.本文主要研究的是通过变频器实现对交流电机的调速,所选用的变频器型号为西门子MM440.其中操作方式有两种,一种通过西门子S7-200PLC连接的硬件开关控制,另一种,通过组态王软件的操作界面来控制.这个设计中主要采用的是变频器的数字量输入.有八段固定速度选择以及一个自动运行两种功能.在八段固定速度选择中,我们可以按下一个按键,变频器就会输出一个相应的频率,带动电机以相应的运转.而在自动运行中,我们只要按下这一个键,变频器便会自动随着时间变化而切换频率,带动电机改变速度.经过验证,功能都能够实现.关键词交流调速技术变频器MM440S7-200PLC控制器组态王软件数字量输入控制毕业设计说明书(论文)外文摘要TitleTheDesignofACmotorspeedcontrolsystermAbstractNowdays,ACmotorhasbeenwidelyusedinlotsofindustryaspects.WhenmasteringthetechnologyofregulatingACmotor’sspeed,wewillknowsomemodernindustrialbaseandcanuseitinreality.ACspeedregulationtechnologypromotesthedevelopmentofindustrialupgradequickly.Since1950s,withtherapiddevelopmentofpowerelectronicdevices,thetechnologyofACspeedregulationchangerapidly.Ofallthes,themostwidelyusedoneisregulatingspeedbyafrequencyconverter.ThispapermainlystudiesusingafrequencyconvertertoregulateACmotor’sspeed.ThetypeofconverterisSiemensMM440.Inmyexperiment,therearetwostoregulatespeed.TheoneisthroughtheswitchsconnectedtoSiemensS7-200PLC,theotheristhroughtheinterfaceofKingviewsoftware.Afrequencyconverterhasthreewaystocontrolspeed,theyaredigital,analogandUSSprotocol.Thispapermainlyadoptstheofdigital.Therearetwofunctionsinmyexperiment.Theoneiseight-fixed-speedselection,theotherisautomaticoperation.Afterverification,functionscanberealized.KeywordsACspeedregulationMM440converterS7-200PLCcontrollerKingviewdigitalcontrol本科毕业设计说明书(论文)第I页共I页目次1.绪论...............................................错误未定义书签。1.1课题的背景..........................................................11.2变频器发展概况......................................................22变频调速系统概述......................................................42.1变频调速系统原理介绍...............................................42.2系统的控制模型.....................................................62.3元器件的选择........................................................63变频调速系统的硬件设计...............................................73.1S7-200PLC.........................................................73.2MM440变频器........................................................83.3变频器参数设置......................................................83.4硬件接线设计.......................................................124变频调速系统的软件设计..............................................134.1编程软件的介绍....................................................144.2控制流程图.........................................................154.3变频调速系统程序设计..............................................154.4PLC程序分析.......................................................155组态软件的设计......................................................205.1组态软件的介绍....................................................215.2组态王软件........................................................225.3组态软件的设计过程................................................23结论..................................................................30致谢..................................................................31参考文献...............................................错误未定义书签。附录A..................................................错误未定义书签。附录B..................................................错误未定义书签。本科毕业设计说明书(论文)第1页共37页1.绪论1.1课题的背景世界上,最先制造电动机的人是雅可比,一个德国人,他在两个u型电磁铁中间,安装了一六臂轮,每个臂连接两根棒型磁铁.通电之后,棒型的磁铁与u型的磁铁之间产生相互吸引以及排斥的作用,带动轮轴的转动.后来,他又做了一具大型的装置安装在小艇上,用320个电池供电,1838年小艇在易北河上第一次航行,时速只有2.2公里,同一时间,美国的达文波特成功地制出了驱动印刷机的电机,这个印刷机印刷过美国电学期刑电磁和机械情报,但是,这两种电动机都没有太大商业价值,使用用电池作它们的电源,成本太大、不实用.直到第一台实用的直流发动机问世,电动机才开始被广泛应用.1870年比利时工程师格拉姆发明了直流发电机,在设计原理上,直流发电机和电动机很相似.后来,格拉姆证明了向直流发动机中输入电流,其转子会象电动机一样开始旋转.在此之后,这种格拉姆型电动机被大量制造,效率不断提高.与此同时,西门子开始着手于研究用电动机来驱动车辆,后来,西门子公司制成了电车.1879年,在柏林工业展览会上,西门子公司不冒烟的电车赢得观众的一片喝彩.西门子电机车当时马力很小,只有3马力,后来美国发明大王爱迪生试验的电机车在此基础上取得了一定的进步,能达到15马力,但当时的电动机全是直流电机,只限于驱动电车.1888年出生在南斯拉夫的美国发明家特斯拉发明了交流电动机.它又称感应电动机,是根据电磁感应原理制成,这种电动机使用交流电,无需整流,结构简单,无火花,所以被广泛应用于家庭电器中,一半而言,交流电动机使用三相交流供电.1902年瑞典工程师丹尼尔森首先提出同步电动机构想.同步电动机工作原理同感应电动机一样,由定子产生旋转磁场,转速固定不变,不受负载影响.因此同步电动机特别适用于钟表,电唱机和磁带录音机.近二十年来,科学技术突飞猛进.当今世界,电机的发展状况已成为衡量一个国家现代化程度的重要标志.随着计算机技术和控制理论、电力电子技术的发本科毕业设计说明书(论文)第2页共37页展,电机调速技术得到迅速发展,使得电机的应用不再仅仅局限于工业应用,它在商业及家用设备等各个领域也获得了更加广泛的应用;而随着如稀土永磁材料Nd-Fe-B、磁性复合材料的新材料的出现,电机设计更是如虎添翼,各种高效、新型、特种电机层出不穷.这些都极大地拓宽了电机的应用领域、丰富了电机理论,同时也给电机设计和制造工艺提出更高的要求.1.2变频器发展概况近年来,变频技术是一项国际家电领域全面开发和应用的高新技术,它采用新型变频器,能够将50Hz的固定供电频率转换为30-130Hz范围内的变化频率,实现电动机运转转速的自动调节,达到提高效率和节能的目的.在上个世纪80年代初,变频器实现了商品化.而在近20年的时间内,变频器又经历了由模拟控制到全数字控制和由采用BJT到采用IGBT进行控制的两个大发展过程.80年代初采用的BJT的PWM变频器实现了通用化.到了90年代初,BJT通用变频器的容量达到了600KVA,400KVA以下.前几年主开关器件开始采用IGBT,仅三、四年的时间,IGBT变频器的单机容量己达800IVA,随着IGBT容量的扩大,通用变频器的容量也将随之扩大.变频器主电路中功率电路的模块化,控制电路采用大规模集成电路和全数字控制技术,结构设计上采用“平面安装技术”等一系列措施,促进了变频电源装置的小型化.另外,一种混合式功率集成器件,采用厚薄膜混合集成技术,把功率电桥、驱动电路、检测电路、保护电路等封装在一起,构成了一种“智能电力模块”这种器件属于绝缘金属基底结构,所以防电磁干扰能力强,保护电路和检测电路与功率开关间的距离尽可能的小,因而保护迅速且可靠,传感信号也十分迅速.电力电子器件和控制技术的不断进步,使变频器向多功能化和高性能化方向发展.特别是微机的应用,为变频器多功能化和高性能化提供了可靠的保证.人们总结了交流调速电气传动控制的大量实践经验,并不断融入软件功能.日益丰富的软件功能使通用变频器的多功能化和高性能化为用户提供了一种可本科毕业设计说明书(论文)第3页共37页能,即可以把原有生产机械的工艺水平“升级”,达到以往无法达到的境界,使其变成一种具有高度软件控制功能的新机种.目前出现了一类“多控制方式”通用变频器.例如安川公司的VS616G5变频器就有无PG速度传感器V/f控制有PGV/f控制无PG矢量控制有PG矢量控制等四种控制方式.通过控制面板,可以控制上述四种控制方式中的一种,以满足用户的需要.通用变频器经历了模拟控制、数字控制、数模混合控制,直到全数字控制的演变,逐步地实现了多功能化和高性能化,进而使之对各类生产机械、各类生产工艺的适应性不断增强.最初通用变频器仅用于风机、泵类负载的节能调速和化纤工业中高速缠绕的多机协调运行等,到目前为止,其应用领域得到了相当的扩展.如搬运机械,从反抗性负载的搬运车辆、带式运输机到位能负载的起重机、提升机、立体仓库、立体停车厂等都已采用了通用变频器.各类切削机床直到高速磨床乃至数控机床、加工中心超高速伺服机的精确位置控制都己应用通用变频器.本系统是通过可编程控制器控制三相交流异步电动机的调速功能.具体内容如下⑴在理论研究的基础上,对变频调速系统进行总体方案的设计.⑵对变频调速系统进行硬件设计,包括变频器参数的设置、变频开多段速控制、多段速控制以及自动运行的设计.⑶在硬件设计的基础上,对变频调速系统进行软件设计,包括程序的编写和分析.⑷实现调速系统的组态王设计.本科毕业设计说明书(论文)第4页共37页2.变频调速系统的方案确定2.1变频调速系统2.1.1三相交流异步电动机的结构和工作原理三相交流异步电动机是把电能转换成机械能的设备.一般电动机主要由两部分组成固定部分称为定子,旋转部分称为转子.三相交流异步电动机的工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律和电磁力定律等基础上的.当磁极沿顺时针方向旋转,磁极的磁力线切割转子导条,导条中就感应出电动势.电动势的方向由右手定则来确定.因为运动是相对的,假如磁极不动,转子导条沿逆时针方向旋转,则导条中同样也能感应出电动势来.在电动势的作用下,闭合的导条中就产生电流.该电流与旋转磁极的磁场相互作用,而使转子导条受到电磁力,电磁力的方向可用左手定则确定.由电磁力进而产生电磁转矩,转子就转动起来.2.1.2变频调速原理变频器可以分为四个部分,如图2.1所示.通用变频器由主电路和控制回路组成.给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分,称为主电路.主电路包括整流器、中间直流环节(又称平波回路)、逆变器.整流器平波电路逆变器M控制电路图2.1变频器简化结构图⑴整流器.它的作用是把工频电源变换成直流电源.⑵平波回路(中间直流环节).由于逆变器的负载为异步电动机,属于感性负载.无论电动机处于电动状态还是发电状态,起始功率因数总不会等于1.因此,在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换,这种无功能量要靠中间直本科毕业设计说明书(论文)第5页共37页流环节的储能元件电容器或电感器来缓冲,所以中间直流环节实际上是中间储能环节.⑶逆变器.与整流器的作用相反,逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率.逆变器的结构形式是利用6个半导体开关器件组成的三相桥式逆变器电路.通过有规律的控制逆变器中主开关的导通和断开,可以得到任意频率的三相交流输出波形.⑷控制回路.控制回路常由运算电路,检测电路,控制信号的输入、输出电路,驱动电路和制动电路等构成.其主要任务是完成对逆变器的开关控制,对整流器的电压控制,以及完成各种保护功能.控制方式有模拟控制或数字控制.2.1.3变频调速的基本控制方式⑴普通控制型V/f通用变频器①普通控制型V/f通用变频器是转速开环控制,无需速度传感器,控制电路比较简单;电动机选择通用标准异步电动机,因此其通用性比较强,性价比比较高,是目前通用变频器产品中使用较多的一种控制方式.②具有恒定磁通功能的V/f通用变频器为了克服普通控制型的V/f通用变频器对V/f的值进行调整的困难,如果采用磁通反馈,让异步电动机所输入的三相正弦电流在空间产生圆形旋转磁场,那么就会产生恒定的电磁转矩.这样的控制方法叫做磁链跟踪控制.由于磁链的轨迹是靠电压相加矢量得到的,所以磁链跟踪控制也叫做电压空间矢量控制.⑵矢量控制方式矢量控制方式的基本思想是仿照直流电动机的调速特点,使异步交流电动机的转速也能通过控制两个互相独立的直流磁场进行调节.矢量控制方式分为无速度传感器的矢量控制和有速度传感器的转速或转矩闭环矢量控制.无速度传感器的矢量控制.它是对异步电动机进行单电动机传动的典型模式.主要性能是在110的速度范围内.速度精度小于0.5,转速上升时间小于100ms;在额定功率10的范围内,采用电流闭环控制的转速开环控制.工作模式可采用软件功能选择.当工作频率高于额定频率的10时,进入矢量控制状态.转速的实际值可以利用由微型机支持的对异步电动机进行模拟的仿真模型来计算.本科毕业设计说明书(论文)第6页共37页有速度传感器的转速或转矩闭环矢量控制.这种方式的主要特征更是在速度设定值的全范围内,转矩上升时间大约为15ms,速度设定范围大于1100;对于闭环控制而言,转速上升时间不大于60ms.2.2系统的控制模型本系统的结构如图2.2所示.图2.2系统的结构图由图1.2可知,本文通过PLC控制变频器达到变频调速的目的,从而实现交流电机的正反转、起停、加速、减速控制以及速度的调节,并且能够在在组态王操作界面上进行操作,控制电机调速.2.3元器件的选择2.3.1电动机的选择在变频电机中,电动机类型选择的原则是,在满足工作机械对于拖动系统要求的前提下,所选电动机应尽可能结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉.因此,在选用电动机种类时,若机械工作对拖动系统无过高要求,应优先选用交流电动机.在交流电动机中,笼型异步电动机结构简单,运行最可靠,维护最方便,对起动性能无过高要求的调速系统,应优先考虑.在电机工作中起动、制动比较频繁,为提高生产率,又要求电动机具有较大的起动、制动转矩以缩短起动制动时间,同时还有一定的调速要求,所以本设计采用笼型异步电动机,其参数为电压659V;PLC控制信号组态王变频器M本科毕业设计说明书(论文)第7页共37页接法星形接法;功率60W;电流0.16A;频率50HZ;绝缘等级E.开环控制是最简单的一种控制方式,他所具有的特点是,控制量与被控制量之间只有前向通路而没有反向通路.这种控制方式的特点是控制作用的传递具有单向性.由于开环控制结构简单,调整方便,成本低.在国民经济各部门均有采用.因此,本系统采用开环控制系统.2.3.2变频器的选择随着变频器性能价格比的提高,交流变频调速己应用到许多领域,由于变频调速的诸多优点,使得交流变频调速得到广泛应用.其功能较强,使用灵活,但其价格相对较贵.所以我选用了通用变频器,通过合理的配置、设计和编程,同样可以达到专用变频器的控制效果.本设计采用的变频器是西门子公司面向世界推出的21世纪通用型变频器MM440.它可实现平稳操作和精确控制,使电动机达到理想输出,这种变频器不仅考虑了V/f控制,而且还实现了矢量控制,通过其本身的自动调谐功能与无速度传感器电流矢量控制,很容易得到高起动转矩与较高的调速范围.MM440变频器的特点如下⑴包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化.⑵有丰富的内藏与选择功能.⑶由于采用了最新式的硬件,因此,功能全、体积小.⑷保护功能完善、维修性能好.3.变频调速系统的硬件设计3.1S7-200PLC本科毕业设计说明书(论文)第8页共37页本系统选用的是西门子公司生产的SIMATICS7-200系列小型PLC,可用于代替继电器的简单控制场合,也可用于复杂的自动化控制系统.由于它极强的的通信功能,在大型网络控制系统中也能充分发挥其功能.S7-200的可靠性高,可以用梯形图语句表功能块图三种语言来编程.它的指令丰富,指令功能强,易于掌握,操作方便,内置有高速计数器、高速输出、PID控制器、RS-485通信/编程接口、PPI通信协议、MPI通信协议和自由端口模式通信功能,最大可以扩展到248点数字量I/O或35路模拟量I/O,最多有30多KB的程序和数据存储空间.3.2MicroMaster440变频器本系统采用的是通用变频器MicroMaster440,MicroMaster440是全新一代模块化设计的多功能标准变频器.它有强大的通讯能力、精确的控制性能、模块化结构设计,具有更多的灵活性,操作方便.最新的IGBT技术,具有7个固定频率,4个跳转频率.灵活的斜坡函数发生器带有起始段和结束段的平滑特性,防止运行中不应有的跳闸,直流制动和复合制动方式提高制动性能.用BiCo技术,实现I/O端口自由连接.MICROMASTER440是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列,从单相电源电压额定功率120W到三相电源电压额定功率11KW可供选用,由微处理器控制,用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管IGBT作为功率输出器件.因此,具有很高的运行可靠性和功能的多样性.其脉冲宽度调制的开关频率是可选的,因而降低了电动机运行的噪声,全面完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护.MICROMASTER440具有缺省的工厂设置参数,它是给数量众多的简单的电动机控制系统供电的理想变频驱动装置.由于MICROMASTER440具有全面而完善的控制功能,在设置相关参数以后,它也可用于更高级的电动机控制系统.3.3变频器参数设置3.3.1变频器的操作步骤首先复位,如图3.1所示.本科毕业设计说明书(论文)第9页共37页图3.1复位操作步骤图然后,设置电机参数,如图3.2所示.本科毕业设计说明书(论文)第10页共37页图3.2变频器参数修改流程3.3.2变频器的参数设置值本科毕业设计说明书(论文)第11页共37页本系统主要完成异步电机数字量调速,此种调速方法首先需要设置变频器参数,接着连接硬件电路并且编写梯形图程序,进行调试.成功之后,在编写组态,调试组态与PLC之间的通讯.变频开环调速根据输入端的控制信号经过程序运算后由通信端口控制变频器运行.打开启动开关,变频器开始运行.首先应对变频器的参数进行设置,如表3.1所示.表3.1变频器的参数设置序号变频器参数出厂值设定值功能说明1P0304230659电动机的额定电压659V2P03053.250.16电动机的额定电流0.16A3P03070.750.06电动机的额定功率60W4P031050.0050.00电动机的额定频率50Hz5P031101400电动机的额定转速1400r/min6P100023固定频率设定7P108000电动机的最小频率0Hz8P10825050.00电动机的最大频率50Hz9P11201010斜坡上升时间10S10P11211010斜坡下降时间10S11P070022选择命令源(由端子排输入)12P0701117固定频率设值(二进制编码选择ON命令)13P07021217固定频率设值(二进制编码选择ON命令)14P0703917固定频率设值(二进制编码选择ON命令)15P0704151控制运转与停止16P10010.0010.00固定频率117P10025.0020.00固定频率218P100310.0030.00固定频率319P100415.0040.00固定频率4续表3.1变频器的参数设置本科毕业设计说明书(论文)第12页共37页20P100520.0050.00固定频率521P100625.00-30.00固定频率622P100730.00-50.00固定频率6其中在设置参数前先将变频器参数复位为工厂的缺省设定值;设定P00032允许访问扩展参数;设定电机参数时先设定P00101快速调试,电机参数设置完成设P00100准备.3.4硬件接线设计3.4.1I/O分配表根据系统分析,需要九个输入量,其I/O分配如表2.2所示.表3.2系统的I/O分配序号PLC地址(PLC端子)电气符号功能说明1I0.0启停开关变频器开始停止2I0.110Hz开关变频器10Hz运行3I0.220Hz开关变频器20Hz运行4I0.330Hz开关变频器30Hz运行5I0.440Hz开关变频器40Hz运行6I0.550Hz开关变频器50Hz运行7I0.6-30Hz开关变频器-30Hz运行8I0.7-50Hz开关变频器-50Hz运行9I1.0自动运行开关变频器自动运行10Q0.0接DIN4决定变频器的启动、停止11Q0.1接DIN1决定变频器的输出频率12Q0.2接DIN2决定变频器的输出频率13Q0.3接DIN3决定变频器的输出频率3.4.2硬件接线图本科毕业设计说明书(论文)第13页共37页变频开环调速外部接线,如图3.3所示.图3.3变频开环调速外部接线图4.变频调速系统的软件设计本科毕业设计说明书(论文)第14页共37页4.1编程软件的介绍⑴本系统采用的编程软件是STEP7MicroWIN,该编程软件可以方便的在Windows环境下对PLC编程、调试、监控.使得PLC编程更加方便、快捷.⑵项目的组成①程序块程序块由可执行的代码和注释组成,可执行的代码由主程序OB1、可选的子程序和中断程序组成.代码被编译并下载到PLC.②数据块数据块由数据变量存储器的初始值和注释组成.数据被编译并下载到PLC.③系统块系统块用来设置系统的参数,例如存储器的断电保持范围密码STOP模式时PLC的输出状态模拟量与数字量输入滤波值脉冲捕捉位等,系统模块中的信息需要下载到PLC.④符号表符号表允许程序员用符号来代替存储器的地址,符号地址便于记忆,使程序更容易理解.程序编译下载到PLC时,所有符号地址被转换为绝对地址,符号表中的信息不会下载到PLC.⑤状态表状态表用来观察程序执行时指定的内部变量的状态,状态表并不下载到PLC,仅仅是监控用户程序运行情况的一种工具.⑥交叉引用表交叉引用表列举出程序中使用的各操作数在哪一个程序块的哪一个网络中出现,以及使用它们的指令助记符.还可以查看哪些内存区域已经被使用,是作为单位使用还是作为字节使用.在运行模式下编译程序时,可以查看程序当前正在使用的跳变触点的编号.交叉引用表并不下载到PLC,程序编译成功后才能看到交叉引用表的内容.在交叉引用表中双击某操作数,可以显示出包含该操本科毕业设计说明书(论文)第15页共37页作数的那一部分程序.4.2控制流程图其控制方式见流程图,如图4.1所示.手动按键自动按键输出相应频率以10Hz运行15秒以40Hz运行15秒以-50Hz运行20秒结束以-30Hz运行25秒开始电机停止运转图4.1控制的流程图4.3变频调速系统程序设计本科毕业设计说明书(论文)第16页共37页基于PLC数字量方式多段速控制部分程序本科毕业设计说明书(论文)第17页共37页本科毕业设计说明书(论文)第18页共37页4.4PLC程序分析本系统主要包含两种控制方式,一种是手动控制,另一种是自动运行.手动控制是分别有7个按键分别对应变频器的频率为10Hz、20Hz、30Hz、40Hz、50Hz、-30Hz、-50Hz.相应的电机转速为280r/min、560r/min、840r/min、1120r/min、1400r/min、-840r/min、-1400r/min.其中-840r/min、-1400r/min表示电机反转,速度为840r/min、1400r/min.自动运行对应的是I1.0,按下此键,电机将进入自动变速运转状态.具体情况如下以280r/min转动15秒后切换到1120r/min,再经过15秒后切换到反转840r/min,接着经过25秒切换到反转1400r/min,再经过15秒后停止运转.在MM440变频器通过数字量输入DIN1、DIN2、DIN3不同的组合方式可实现七种不同的输出频率,从而实现多段速的控制.具体的对应关系如表4.1所示.表4.1变频器数字量输入与频率的对应关系频率设定DIN3DIN2DIN1频率输出P100100110HzP100201020HzP100301130HzP100410040HzP100510150HzP1006110-30HzP1007111-50Hz本科毕业设计说明书(论文)第19页共37页5.组态软件的设计5.1组态软件的介绍随着工业自动化水平的迅速提高,计算机在工业领域的广泛应用,人们对工业自动化的要求越来越高,种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用,使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求.在开发传统的工业控制软件时,当工业被控对象一旦有变动,就必须修改其控制系统的源程序,导致其开发周期长;已开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低,导致它的价格非常昂贵;在修改工控软件的源程序时,倘若原来的编程人员因工作变动而离去时,则必须同其他人员或新手进行源程序的修改,因而更是相当困难.通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法,因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题,使用户能根据自己的控制对象和控制目的的任意组态,完成最终的自动化控制工程.本科毕业设计说明书(论文)第20页共37页组态(Configuration)为模块化任意组合.通用组态软件主要特点有(1)延续性和可扩充性.用通用组态软件开发的应用程序,当现场(包括硬件设备或系统结构)或用户需求发生改变时,不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级;(2)封装性(易学易用),通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来,对于用户,不需掌握太多的编程语言技术(甚至不需要编程技术),就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能;(3)通用性,每个用户根据工程实际情况,利用通用组态软件提供的底层设备(PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等)的I/ODriver、开放式的数据库和画面制作工具,就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程,不受行业限制.最早开发的通用组态软件是DOS环境下的组态软件,其特点是具有简单的人机界面(MMI)、图库、绘图工具箱等基本功能.随着Windows的广泛应用,Windows环境下的组态软件成为主流.与DOS环境下的组态软件成为主流.与DOS环境下的组态软件相比,其最突出的特点是图形功能有了很大的增强.国外许多优秀通用组态软件是在英文状态下开发的,它具有应用时间长、用户界面不理想、不支持或不免费支持国内普遍使用的硬件设备、组态软件本身费用和组态软件培训费用高昂等因素,这些也正是国内通用组态软件在国内不能广泛应用的原因.随着国内计算机水平和工业自动化程度的不断提高,通用组态软件的市场需求日益增大.近年来,一些技术力量雄厚的高科技公司相继开发出了适合国内使用的通用组态软件.5.2组态王软件亚控公司的组态王软件正是在这样的环境下,应运而生的.组态王开发监控系统软件,是新型的工业自动控制系统,它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统.它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点.通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构.其中监控层对下连接控制层,对上连接管理层,它不但实现对现场的实时监测与控制,且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用.尤其考虑三方面问题画面、本科毕业设计说明书(论文)第21页共37页数据、动画.通过对监控系统要求及实现功能的分析,采用组态王对监控系统进行设计.组态软件也为试验者提供了可视化监控画面,有利于试验者实时现场监控.而且,它能充分利用Windows的图形编辑功能,方便地构成监控画面,并以动画方式显示控制设备的状态,具有报警窗口、实时趋势曲线等,可便利的生成各种报表.它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能.使用组态王实现控制系统实验仿真的基本方法1图形界面的设计2构造数据库3建立动画连接4运行和调试使用组态王软件开发具有以下几个特点1实验全部用软件来实现,只需利用现有的计算机就可完成自动控制系统课程的实验,从而大大减少购置仪器的经费.2该系统是中文界面,具有人机界面友好、结果可视化的优点.对用户而言,操作简单易学且编程简单,参数输入与修改灵活,具有多次或重复仿真运行的控制能力,可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线,能很直观地显示控制系统的实时趋势曲线,这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中可以发挥理想的效果.3.在采用组态王开发系统编制应用程序过程中要考虑以下三个方面1图形,是用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备.2数据,就是创建一个具体的数据库,并用此数据库中的变量描述工控对象的各种属性,比如水位、流量等.3连接,就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行,以及怎样让操作者输入控制设备的指令.5.3组态软件的设计过程5.3.1组态王操作流程下面结合实际的组态过程,进行说明1.打开软件,新建一个工程,如图5.1所示.本科毕业设计说明书(论文)第22页共37页a新建工程b工程新建完成图5.1新建一个工程图2.新建一个画面,如图5.2所示.本科毕业设计说明书(论文)第23页共37页图5.2新建一个画面3.在画面中绘制出需要用到的按键和仪表,如图5.3所示.本科毕业设计说明书(论文)第24页共37页图5.3绘制完成的界面4.新建并定义设备,如图5.4所示.a选择西门子S7-200本科毕业设计说明书(论文)第25页共37页b信息显示图5.4新建并定义设备5.在数据词典中新建变量,如图5.5所示.a新建启停变量本科毕业设计说明书(论文)第26页共37页b新建完成的所有变量图5.5新建变量6.将变量关联到按键和仪表上,如图5.6所示.a关联启停变量至对应的按键上本科毕业设计说明书(论文)第27页共37页b关联速度显示变量至对应的按键上图5.6关联变量7.在命令语言中编写组态程序,如图5.7所示.图5.7编写组态程序本科毕业设计说明书(论文)第28页共37页8.切换到View,即可进行控制,按下30Hz按键以后,界面如图5.8所示.图5.8按下30Hz按键之后的界面显示5.3.2组态王内部程序if启停1{速度显示0;频率显示0;j0;}if十赫兹按钮1{速度显示280;频率显示10;电机1;j0;}if二十赫兹按钮1{速度显示560;频率显示20;电机1;j0;}if三十赫兹按钮1{速度显示840;频率显示30;电机1;j0;}if四十赫兹按钮1{速度显示1120;频率显示40;电机1;j0;}if五十赫兹按钮1{速度显示1400;频率显示50;电机1;

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