计算机控制交流异步电动机可单机操作的顺序控制系统(一).doc

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1、沈阳工程学院课程设计 中文摘要随着社会科技的快速发展，以前的临近工作现场的由硬接线电气设备控制的电动机的控制方式逐渐被淘汰，因为以前的完全的硬接线控制限于硬接线电器开关的寿命和频率的影响，不能完成较高精度的控制，而且建设和维修成本都很高以及对操作人员的人生安全威胁很大。 现在，科技进一步的发展，使工业控制计算机PLC产品逐渐走上了完善，PLC控制属于是软接线控制，且没有机械触点，也就是不用考虑开关的频率问题，而且PLC的控制精度更高，且不需要大量的硬接线，且可以远程控制，大大降低了人声威胁。因此很快成了工业生产的宠儿。且又随着计算机控制技术的发展，有了计算机组态和PLC控制相结合，可以运用计算

2、机对其要实行的控制进行模拟运行和实际控制，现场的动作会全部显示在计算机中，是控制更为简单，这种控制已成为现在工厂控制的主流。本次课设的题目是计算机控制交流异步电动机可单机操作的顺序控制系统正是要运用计算机控制系统的PLC控制，且要与计算机组态相结合控制方式。因此，要用以前学过的PLC知识对两台电动机进行有单机、双机控制选择电路进行电气控制线路设计和相应的程序编程，使其能够实现：（1）有单机、双机控制选择电路；（2）第一台电动机起动、延时10 s后，第二台电动机起动；（3）第二台电动机停止，延时5 s后，第一台电动机停止；（4）有同时停止功能；（5）有分别起动、停止功能；（6）有短路、过载保护；

3、并将整个控制过程用计算机组态进行实时监控，使其在任何一个时刻出现问题时，操作人员能够在第一时间了解并知道是哪个环节出现故障，并及时的去处理故障。用计算机组态对系统进行监控是科技高速发展的二十一世纪工厂常用的一项技术，我们在这里只是在理论上对其进行肤浅的了解，但是也为我们将来的控制技术的发展提供了广阔的空间。 关键词：计算机控制，顺序控制，PLC，组态 目 录课程设计任务书I中文摘要IV一、 设计思路1二、 设计组态系统及操作说明12.1 安装组态系统程序12.2 组态软件的基本功能使用1 2.2.1 创建工程1 2.2.2 创建用户窗口3三、计算机控制交流异步电动机电气控制设计4 3.1 设计

4、目的4 3.2 设计的主要内容4 3.3 电气控制主电路设计4 3.4 电气控制的控制电路设计5 3.5 电气控制PLC梯形图6四、电气控制电路的组态6 4.1 组态6 4.2 模拟运行10五、硬件电路连接的设计10六、系统硬件连接总原理图12七、控制流程图13八、远见明细14九、设计总结15十、参考文献1616 一、 设计思路 本次设计设计要求是要用计算机组态对电动机进行控制和监视，因此，此控制系统设计的硬件主要组成部分为PC机、S7200型PLC、交流异步电动机以及部分导线。 设计首先应先建立组态工程。其次，对此次控制系统进行电气控制电路的设计和编写相应的PLC程序梯形图。然后在组态画面中

5、对前面设计的电气控制线路进行组态。最后组态完毕后，进行工程下载以及模拟运行。在进行组态前，先验证前面设计的电气控制电路和PLC程序的正确性。二、 设计组态系统及操作说明2.1 安装组态系统程序下载MCGS_嵌入版6.8(01.0003)安装包，在PC机上进行安装。2.2 组态软件的基本功能使用2.2.1 创建工程双击计算机桌面图标，MCGS工控组态软件，点击“新建”，弹出如图1对话框。选择TPC类型为“TPC7062K”，在“描述”窗口中显示的是该HMI设备的基本参数。在“背景”窗口中显示的是创建工程画面的背景颜色，用鼠标左键点击可以重现设定背景颜色。单击确定，弹出如下图2的对话框。在工作台画

6、面中，包括“主控窗口”、“设备窗口”、“用户窗口”、“实时数据库”及“运行策略”选项。分别完成工程命名和属性设置、动画设计、设备连接、编写控制流程、定义数据变量等项组态操作。下面首选介绍各个选项的具体功能。1、主控窗口主控窗口构造了应用系统的主要内容，它确定了工业控制中工程作业的总体轮廓，以及运行流程、菜单命令、特性参数和启动特性等项内容，是应用系统的主框架。2、 设备窗口设备窗口是MCGS嵌入版系统与外部设备联系的媒介，它专门用来放置不同类型和功能的设备构件，实现对外部设备的操作和控制。设备窗口通过设备构件把外部设备的数据采集进来，送入实时数据库，或把实时数据库中的数据输出到外部设备。一个应

7、用系统只有一个设备窗口，运行时，系统自动打开设备窗口，管理和调度所有设备构件正常工作，并在后台独立运行。注意，对用户来说，设备窗口在运行时是不可见的。3、 用户窗口用户窗口实现了数据和流程的“可视化”。在用户窗口中可以放置三种不同类型的图形对象：图元、图符和动画构件。图元和图符对象为用户提供了一套完善的设计制作图形画面和定义动画的方法。动画构件对应于不同的动画功能，它们是从工程实践经验中总结出的常用的动画显示与操作模块，用户可以直接使用。通过在用户窗口内放置不同的图形对象，搭制多个用户窗口，用户可以构造各种复杂的图形界面，用不同的方式实现数据和流程的“可视化”。组态工程中的用户窗口，最多可定义

8、512个。所有的用户窗口均位于主控窗口内，其打开时窗口可见；关闭时窗口不可见。 4、运行策略运行策略是对系统运行流程实现有效控制的手段。运行策略本身是系统提供的一个框架，其里面放置有策略条件构件和策略构件组成的“策略行”，通过对运行策略的定义，使系统能够按照设定的顺序和条件操作实时数据库、控制用户窗口的打开、关闭并确定设备构件的工作状态等，从而实现对外部设备工作过程的精确控制。一个应用系统有三个固定的运行策略：启动策略、循环策略和退出策略，同时允许用户创建或定义最多512个用户策略。启动策略在应用系统开始运行时调用，退出策略在应用系统退出运行时调用，循环策略由系统在运行过程中定时循环调用，用户

9、策略供系统中的其它部件调用。 2.2.2 创建用户窗口 单击“用户窗口”进入用户窗口画面组态，点击“新建窗口”建立工程窗口画面如图2-1所示：创建用户窗口后首先应进行控制设备的组态，鼠标左键点击“设备窗口”，弹出“设备窗口”画面，双击图标，弹出画面如图3所示。 图1-3项目组态画面首先用鼠标左键双击“通用串口父设备”， 通用串口父设备是提供串口通讯功能的父设备，每个通讯串口父设备与一个实际的物理串口对应，下面可以挂接所有通过串口连接的设备。具体功能设定如图1-4所示： 然后双击对应的PLC设备，本书以西门子S7-200系列的PLC为例，所以双击“西门子_S7200PPI”，把控制设备加入到“通

10、用串口父设备0”的子目录下，如图5所示：设备窗口设置完成后，用鼠标左键双击用户窗口中的“窗口1”进入工程组态画面进行组态。三、 计算机控制交流异步电动机电气控制设计3.1 设计目的 设计两台交流异步电动机带有单机操作、顺序起动、逆序停止的控制电路，要求通过MCGS组态软件用计算机对其控制和监视。3.2 设计的主要内容（1）有单机、双机控制选择电路；（2）第一台电动机起动、延时10 s后，第二台电动机起动；（3）第二台电动机停止，延时5 s后，第一台电动机停止；（4）有同时停止功能；（5）有分别起动、停止功能；（6）有短路、过载保护；（7）用计算机组态对系统进行监控。3.3 电气控制的主电路设计

11、 由设计的内容要求可分析设计出的电气控制主电路如下图： 主电路中的热继电器BB用于过载保护，熔断器用于短路保护。QA1、QA2是接触线圈的常开主触点，闭合时，电动机启动运转；断开时，电动机停止运转。3.4 电气控制的控制电路设计由设计要求可分析设计的控制电路如下图： SF1为使M1、M2同时停止按钮；SF2为使M1单独启动按钮；SF3为使M2、M1依次停止按钮；SF4为使M2单独启动按钮；SF5为使M1单独停止按钮；SF6为使M2单独停止按钮；SF7为使M1、M2依次启动按钮。KF1、KF2为时间继电器，用来延时吸合，KF1定时时间为10S，KF2定时时间为5S。KF3、KF4为中间继电器，用

12、以提供不足触点。3.5 电气控制的PLC梯形图四、 电气控制电路的组态 4.1 组态在PC机上打开已建好的组态工程，双击窗口中的用户窗口，进入用户窗口组态画面，根据前面的电气控制电路的设计和PLC程序的编程对其控制电路进行组态，组态结果如下图所示：当电动机启动运行时，相应的线圈由绿色变为红色；当电动机停止运行时，相应的线圈有红色变为绿色。按钮的生成与组态在HMI设备中的按钮与接在PLC输入端的物理按钮的功能相同，主要用来给PLC提供开关量输入信号，通过PLC的用户的程序来控制生产过程。画面中的按钮元件不能与S7系统PLC的数字量输入（例如I0.0）连接，应该与存储器位（例如M0.0）连接。点击

13、工具箱中的“标准按钮”，将其中的“按钮”图标放入画面中，通过双击“按钮”可以对被选按钮进行组态。在弹出的“标准按钮构件属性设置”的窗口中，有“基本属性”、“操作属性”、“脚本属性”及“可见度属性”四个标签，通过“基本属性”标签可以设置按钮上所显示的文本，在“抬起”状态下输入文本“启动按钮”，然后可以通过“文本颜色”、“背景色”、“边线色”等选项来对按钮进行处理，如图2-4所示：然后，点击“操作属性”标签来设置按钮的动作属性。首先设定“启动按钮”的动作如图2-5所示：和真实的按钮一样，组态按钮也有两种工作状态，分别为抬起和按下，首先用鼠标左键单击“按下功能”，然后勾选“数据对象值操作”。单击“置

14、1”选项的，可以看到按钮的动作可以对数据对象值进行不同的操作,包括“置1”、“清0”、“取反”等，在这里可以根据组态设计的需要进行选择，这里选择“置1”。然后用鼠标左键单击“数据对象值操作”右侧的，该选项的功能是对按钮进行变量联接，如图2-6所示： 用鼠标左键点选“根据采集信息生成”，这时“根据设备信息连结”标签下的各个选项由系统根据之前进行的设备组态自动完成定义。根据组态画面的功能进行的PLC编程。程序如下： 根据程序，需要把“M0.0”-“M0.6”分别与“SF1”-“SF7”进行连接。首先连接SF1，具体方法为用鼠标左键单击“通道类型”右侧的，在弹出的选项中选择“M寄存器”，“通道地址”

15、右侧输入“0”，“数据类型”右侧选择“通道的第00位”。然后单击“确认”可以完成对SF1按钮的“按下功能的组态。然后用鼠标左键单击“抬起功能”同样勾选“数据对象值操作”并设定为“清0”，单击右侧的进行数据连接。由于之前已经对“M0.0”进行了组态，所以在“变量选择方式”只须点选“从数据中心选择|自定义”即可。用鼠标左键点选“对象名”窗口中的“设备0_读写M000_0”然后点击“确认”，返回“标准按钮构件属性设置”窗口，再点击“确认”即可完成“SF1按钮”的组态。用同样的方法对“SF2”-“SF7”进行组态，只须把连接的变量改为“M0.1”-“M0.6”即可。“QA1”对应的地址为“Q0.1”，

16、“QA2”对应的地址为“Q0.2”。地址分配后，开始对工程进行动画组态。 触点（QA1、QA2）的动作：该动画可以用“可见度”来完成。用绘图工具分别绘制开点图形和闭点图形，用变量选择窗口生成开点图形的表达式为“设备0_读写Q000_1”（QA1）或“设备0_读写Q000_2”（QA2），表达式非零时，设为对应图符不可见。然后生成闭点图形的表达式为“设备0_读写Q000_1”（QA1）或“设备0_读写Q000_2”（QA2），表达式非零时，设为对应图符可见。这样，当PLC程序运行时，即可完成触点的接触、断开动作了。接触器线圈变色：根据控制要求，当接触器处于断电状态时，线圈应为绿色，接触器处于通电

17、状态时，线圈应为红色。该动作可以通过“填充颜色”来实现。在工曾窗口中双击线圈，在弹出的“动画组态属性设置”窗口中勾选“填充颜色”，进入填充颜色选项，“QA1”接触器对应的表达式应为“M1运行”，“QA2”接触器对应的表达式应为“M2运行”。“分段点0”设为绿色，“分段点1”设为红色，点击确认完成组态。M0.0停止开关SF1的模拟控制开关M0.6M1、M2依次启动模拟控制开关M0.1M1的单独启动开关模拟控制开关Q0.1线圈QA1的模拟控制量M0.2M2、M1的依次停止开关模拟控制开关Q0.2线圈QA2的模拟控制量M0.3M2单独启动开关的模拟控制开关T37时间继电器KF1的模拟控制量M0.4M

18、1的单独关闭开关的模拟控制开关T38时间继电器KF2的模拟控制量M0.5M2的单机停止开关的模拟控制开关M0.7、M0.8中间继电器KF3、KF4的模拟控制量该系统的控制方法：开始时，若选择单机启动M1、M2，则闭合开关SF2，QA1自锁，则M1启动，M2启动方式同M1。若选择双机启动，则闭合开关SF7，则中间继电器KM3通电，实现自锁KM3触点闭合，第一台电动机启动啦！与此同时，时间继电器KF1开始计时，10S钟后,KF1触点动作，QA2实现自锁，第二台电动机M2通电，随之启动，继而实现了题目的要求：第一台电动机启动、延时10S后，第二台电动机启动。当要求电动机停止时，按下SF3则第二台电动

19、机M2因为线圈断电而停止转动，与此同时，SF3的连锁触点闭合，时间继电器KF2线圈因通电而接通进行工作，计时5S后，KF2常开触点闭合，常闭触点断开，则第一台电动机因线圈断电而停止。这样就满足了题目的要求：第二台电动机停止，延时5S后第一台电动机停止。当要求电动机单独停止时，按下SF5，电动机M1单独停止，按下SF6，电动机M2单独停止。在此过程之中的任何时刻，只要按下开关SF1则两台电动机无论处于何种工作状态，两台电动机都即时停止。4.2 模拟运行 组态完毕后点击“组态检查”对已经完成的工程进行检查，然后点击“下载工程并进入运行环境”，在弹出的询问是否保存工程窗口中选择“是”进入“下载配置”

20、窗口，如图所示。 用鼠标左键点击“连机运行”，在“连接方式”选项中选择“USB通讯”然后点击“工程下载”即可把组态好的工程下载到HMI设备中。五、 硬件电路连接的设计 通过上面的设计以及根据系统设计的要求可分析得：此系统硬件组成部分大致由PC机、PLC、电动机以及部分导线和电缆数据线。在此组成中，PC机用于编程、组态以及控制；PLC是按照从PC机上下载过来的的程序运行来驱动外部电动机；电动机是外部执行机构；导线用于PLC和电动机之间的链接以及电动机与相应电源之间的链接；电缆数据线用于PC机与PLC之间的链接。 在此系统中考虑到经济成本以及系统的复杂程度，在此选用较便宜的和简单的S7-200型P

21、LC，且PLC 的CPU选用CPU224模块。电缆数据传输线选用RS-232/PPI型号电缆。PC机和PLC之间的连接是通过通信口和通信口之间的连接，通信口图形如下： 此系统的外部硬件设备连接大致图形如下： 由于系统设计要求运用计算机组态对电动机进行控制和监督，因此就不需要对PLC上的硬件开关进行设置，也就不需要对上面的硬件开关进行连接，上面的开关在此控制系统设置中不起任何作用，组态中用到的开关都是存在于PLC中的CPU的虚拟开关，所以在此控制系统中，PLC开关处的连接只需将PC机和PLC通过电缆数据线连接即可。因此PLC控制电动机的外部连接线图如下：在上图中的的QA1对应的PLC中的地址为Q

22、0.1，QA1控制电动机M1；QA2对应的PLC中的地址为Q0.2，QA2控制电动机M2。PLC仅通过电缆数据线和PC机连接。六、系统硬件连接总原理图系统总原理图如下： 七、控制流程图由上面的软件系统设计可得软件控制流程图如下： 八、元件明细元件型号数量PC机STEP7-Micro/WIN1PLCS7-200型CPU2241电动机2电缆传输线RS-232/PPI电缆1导线若干熔断器3热继电器2接触器2 九、设计总结 总 结通过一周的“计算机控制系统”的课程设计，使我们更加灵活的将课本中的理论知识与实际相结合，从这次设计中我学到了很多，尤其是懂得了灵活的掌握理论知识的必要性以及理论与实际相结合的

23、重要性。课程设计头一天老师下达任务书时，我感觉毫无头绪更不知道该从何做起，于是借助图书馆和网络查找相关资料，认真了解和构思了主电路和控制电路设计，然后根据老师给定的基本要求确定了主电路和控制回路的形式以及开始进行对计算机控制组态进行分析和组态，经过复杂而且多次细心的分析终于得以确定，在这个过程中需要有极大的耐心与仔细。通过再三的检查，我发现了很多不足之处，在同学的询问和解答得到了改进，还有对于计算机组态，控制回路设计以及对PLC编程等不太熟悉，通过这次实践，有了一定的了解和掌握。 这次课程设计将这一学科进一步得以补充和完善，以及以前作实验的过程中有些疑难问题也得到了解决，使我对计算机组态控制系

24、统有了更进一步的认识和了解，而且作为我这个专业的专业知识，我深刻认识到了学习并掌握好的必要性，而且巩固和夯实专业知识的重要性。还有，此次课程设计使我的独立思考、分析、解决问题各方面能力的提升，而且，学会了灵活应用和变通以及理论和实际相结合的重要性。 总之，此次课设使我更进一步的了解了计算机组态控制这门课，同时增强了自己在这门课理论知识的理解能力。在此我非常感谢学校和老师给我们创造的这次机会。 十、参考文献 （1）微型计算机控制技术赖寿宏，机械工业出版社（2）计算机控制系统李正军，机械工业出版社（3）计算机控制系统张德江，机械工业出版社（4）MCGS嵌入版用户手册，2004年2月（5）HMI实验教材，2010年10月 （6）微型计算机控制技术 王新，中国电力出版社 （7）现代电气控制及PLC应用技术 王永华，北京航空航天大学出版社