毕业设计（论文）基于PLC星三角转换.doc

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1、 IVT-REJX-50苏州工业园区职业技术学院毕业项目 2011 届2011年5月22日项目类别： 毕业设计 项目名称： 基于PLC星三角转换 专业名称： 电子产品质量检测 姓 名 ： 学 号 ： 班 级： 指导教师： IVT-REJX-51苏州工业园区职业技术学院毕业项目任务书（个人表）系部： 电子工程系 毕业项目类别：毕业设计毕业项目名称：基于PLC星三角转换校内指导教师： 职称：讲师/工程师类别：专职校外指导教师： 职称：经理类别：兼职学 生： 专业：电子产品质 量检测班级1、毕业项目的主要任务及目标任务：通过PLC的方法，去代替手动操作三相异步电动机，提高工业发展。让工业实现电气自动

2、化目标：完成一篇5000字以上（图文混排A4）的论文。2、毕业项目的主要内容 第一：PLC工作原理第二：用PLC来控制三相异步电动机的要求，端口配置，原理图，梯形图以及遇到的问题续表：3、主要参考文献 （若不需要参考文献，可注明，但不要空白）1曹辉,霍罡.可编程序控制器系统原理及应用M.北京:电子工业出版社20032曹辉,霍罡.可编程序控制器过程控制技术M.北京:机械工业出版社20063祁文钊,霍罡.CS/CJ系统PLC应用基础及案例M.北京:机械工业出版社20064高钦和。可编程序控制器应用技术与设计实例M.北京:人民邮电出版社20045廖常初.PLC编程及应用M.北京:机械工业出版社200

3、36陈在平,赵相宾.可编程序控制技术与应用系统设计M.北京:机械工业出版社20037王永华,王东云,宋寅卯,等.现代电气及可编程序控制技术M.北京航空航天大学出版社20028杨公源.可编程控制器(PLC)原理与应用M.北京:电子工业出版社20049骆德汉.可编程控制器与现场总线网络M.北京:科学出版社200510郭宗仁,吴亦峰,郭永.可编程序控制器应用系统设计及通信网络技术M.北京人民邮电出版社200211何衍庆,黎冰,黄海燕.PLC编程语言机应用M.北京:电子工业出版社2006124、进度安排毕业项目各阶段任务起止日期1毕业项目题目确定2011/01/152011/01/172毕业项目资料搜

4、集2011/01/172011/03/313毕业项目初稿完成2011/04/012011/04/204毕业项目初次修改2011/04/212011/04/315毕业项目再次修改并定稿2011/05/012011/05/056. 毕业项目答辩准备2011/05/062011/05/147. 答辩2011/05/22注： 此表在指导老师的指导下填写。诚 信 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业项目报告/论文 基于PLC星三角转换 是本人在指导老师的指导下，独立研究、写作的成果。论文中所引用是他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人独自承担。 作者签名：

5、 年 月 日 摘 要可编程序控制器（PLC）是综合了计算机技术，自动化啊控制技术和通信技术的一种新型的、通用的自动控制装置。它具有功能强，可靠性高，操作灵活，编程简单一级适合于工业环境等一系列优点，在工业自动化，过程控制，机电一体化，传统产业技术改造等方面的应用越来越广泛，已成为现在工业控制的三大支柱之一。PLC应用技术发展迅速，在工业控制的众多领域都得到广泛的应用；特别是在机车电气控制系统中大量运用。为此我通过课堂上所学，采用PLC对三相异步电动机进行控制。此举措不仅方便操作而且在电气系统运行可靠性有了显著提高。关键词：PLC 电气 改善 控制作者： 陈炯杰指导老师：崔延目 录第一章 绪论1

6、1.1 PLC的发展背景11.2 PLC的发展阶段及前景2第二章 PLC的研究现状32.1 国外研究现状32.2 国内研究现状4第三章 电机控制系统的关键技术53.1 PLC的选择及工作原理53.2交流异步电机与接触器93.2.1 交流异步电机的基本工作原理93.2.2 接触器的工作原理113.3现场总线技术12第四章 电机控制系统的设计154.1 硬件电路的设计154.1.1 实验器材154.1.2 工作原理154.1.3 控制要求164.1.4 实验步骤174.2 调试过程174.3 梯形图的设计20第五章 总结21参考文献23致谢24第一章 绪论1.1 PLC的发展背景在PLC发明之前，

7、在工业控制的顺序控制领域内，常常采用诸如继电器、鼓式开关、纸带阅读器等机械、电气式器件作为控制元件，尤其是控制继电器，在离散制造过程控制领域内，成为“开关控制系统”中最广泛使用的器件。但是，随着工业现代化的发展，生产规模越来越大，劳动生产率及产品质量的要求在不断提高，对于控制系统的可靠性也提出了更高的要求，原有“继电器控制系统”已不适应需要，究其原因是： 动作缓慢；寿命短、可靠性差；体积大、耗电多；设计制造周期长、程序修改费时；不能实现与计算机对话。到20世纪60年代，由于美国汽车工业需要进行大规模的技术改造和设备更新，由传统的继电器控制装置来进行控制，不仅体积庞大、故障率高、柔性差、不灵活、

8、耗能，而且调试困难，可靠性也差。虽然小型计算机已日趋完善，应用领域也在不断扩大，但小型计算机用于开关控制系统，又显然存在着“大马拉小车”的情况，这是由于小型计算机的特点决定的：编程复杂，要求有较高水平的编程人员和操作人员； 需要配套非标准的外部接口，对环境和现场条件的要求过高； 功能过剩，机器资源未能充分利用；造价高昂。需要与可能性，促使人们寻求新的出路，PLC应运而生。1968年美国通用汽车公司提出使用新一代控制器的设想，从用户的角度考虑，该公司对新一代控制器提了10点要求，为各大公司提供了明确的开发目标。第二年（1969年），美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置PDP-14

9、，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程控制器。这时的PLC用固态（集成）电路来代替继电器逻辑电路，用存储器电路中的存储数位（程序）来代替继电器系统的布线，以程序来规定逻辑关系；用固态I/ O电路来检测按钮和限位开关的信号，给出输出以控制电机和其它执行机构。这时的PLC系统已开始具有如下一些特点：环境适应性较强，可以使用于车间现场；有较高的可靠性和诊断 能力，维修容易；基本能适应不同的制造过程所需，柔性度有 了较大提高，只要改变系统中的程序即可改变控制“逻辑”，而无需改造或更换控制硬件等。差不多同时，美国MODICON公司也研制出084控制器。它们的问世，引起了全世界的瞩目，美

10、国的其他公司和西欧、日本等工业发达国家，也相继研究开发出类似的产品。第一代可编程控制器最早是用于替代传统的继电器控制装置，功能上只有逻辑计算、计时、计数以及顺序控制等，而且只能进行开关量控制。所以第一代可编程控制器取名为可编程逻辑控制器，英文名称为Programmable Logic Controller，简称PLC。后来，随着电子科技之发展及产业应用之需要，其控制功能已经远远超出逻辑控制的范畴，PLC的功能也日益强大，在PLC中加入了模拟量、位置控制及网路等功能，其名称也就改为可编程控制器（Programmable Controller），称PC。但PC易与个人计算机（Personal Co

11、mputer）的简称PC产生混淆，所以使用PLC这一简称，中文仍然称“可编程控制器”。自1976年以来，微处理器开始引入PLC领域，大大加强了PLC的作用，使PLC由简单地代替继电器电路，而发展为先 进的控制装置。当今PLC具有采集与处理大量数据、完成数学运算、与其它智能器件通信的能力，以及具有先进的人机对 话手段（如键盘、CRT和语音对话），近年来由于现场总线理念的出现和相关标准的建立，以及产品的迅速发展，PLC成为 现场总线的一个重要组成部分，进一步扩大了PLC的应用领域。由于PLC同时提高了功能和柔性度，使其应用迅速增长，并普及到许多其它离散零件制造工业领域。随后又扩展到与批量生产和连续

12、生产过程有关的工业领域。随着CIMS(计算机集成制造系统)的发展，PLC当前还被人们应用于工厂通信网络、柔性制造系统、工业机器人到大型分散型控制系统，之中，与其它智能控制器和计算机系统一起成为计算机综合控制系统中的重要组成部分，特别是单元级和工作站级。1.2 PLC的发展阶段及前景1） 国内外智能小车的研究现状2） 小车运动控制系统的关键技术（PLC控制的基本原理、直流电机、传感器等器件的原理及使用）3) 小车运动控制系统的设计（硬件电路的设计与PLC梯形图的设计）第二章 PLC的研究现状2.1 国外研究现状在欧美等国家，软PLC已开始投入工业使用，而且市场份额每年都在增加，根据ARC的调查和

13、估计，1997年全球的软PLC市场有3千6百万美元，到2000年软PLC的市场达到了1亿4千5百万美元，2001年差不多又增长了一倍。目前，欧美等西方国家都把软PLC作为一个重点投资对象进行研究开发。工业领域已经开始使用软PLC产品，而且软PLC的市场需求量也在不断的增长。典型的软PLC 应用产品有： （1）SOFTPLC公司的SoftPLC。SoftPLC是基于PC的开放式控制软件，具有开放的控制平台，用户能够根据自己的需求来选择硬件。支持用户用梯形图和C、C+、Java等高级语言来编写自己的程序。此外，SoftPLC内嵌Web 和FTP 服务器，用户可进行远程维护和监控。（2）SIEMEN

14、S公司的SIMATIC WinAC。SIMATIC WinAC是基于Windows平台的控制软件，具有可视化人机界面，它将控制、数据处理、通信等技术集于一体，采用了Ventru Com司提供的实时操作系统作为Windows NT的扩展，具有“硬实时”的特性。 （3）CJ International公司的ISaGRAF。ISaGRAF能够在多种操作系统下运行，具有良好的网络通讯能力，包括数据传输、远程监控和维护、在线调试、应用程序下载以及支持运行于多个目标机上的控制程序间的通讯。 除了上述典型产品外，还有许多自动化公司也推出了自己的产品，如Wellspring Solutions 公司的OA2C

15、ontrol；德国KW公司的MULTIPROG；GE-FANUC公司的CIMPLICITY；Intellution公司的Paradym-31；Rockwell automation公司的SoftlogixTM5Controller；BECKHOFF公司的TWinCAT等等，它们在技术和应用上都有各自的特点。2.2 国内研究现状软PLC大约在1996年以后才被介绍到国内来。目前国内的一些工控方面的公司及研究机构在这方面也开展了部分基础技术研究工作，但起步较晚，现在还没有一家公司或机构可以推出比较完整的产品。国内有一些著名的自动化软件公司（如北京亚控自动化软件科技有限公司）正在研究开发具有自主版权

16、的中文软PLC产品，另外也有一些自动化工程公司开始代理销售这些商用化的软PLC产品。我国自行开发的DCS系统，如上海自仪公司的SUPMAX- 800，选用法国CJ International公司的符合IEC61131-3的IsaGraf和美国的强实时操作系统Vxworks。 吕涌等开发的面向DCS控制组态软件中包含一些软PLC功能，它只是DCS系统的一部分，不能独立运行。李左章等对软PLC技术进行了大量的研究，取得了一定的成果，其开发的数控内嵌式PLC具有软PLC的特点，但功能单一，不能作为独立系统运行，且无联网通讯能力。 罗华丽等提出了一种基于开放式数控系统的嵌入式软件PLC子系统的实现方法

17、，给出了一个软件PLC的结构模型，并对PLC的梯形图程序编程环境、梯形图程序与语言程序的相互转换、PLC 程序执行等软件部件的设计和开发进行了研究。游华云等研制了一种基于RT-Linux实时操作系统的软件PLC，既可以作为一个独立模块和不同的CNC系统协同工作，也可以嵌入到数控系统内部运行在同一台计算机上，其实时性和可靠性己经得到了验证。 黄延延等采用软件组建的设计思想，将整个软件划分为几个具有独立功能的软件模块，模块之间定义规范的接口，并基本实现了各模块的功能，但整个系统的性能没有介绍。 大连理工大学在数控系统的软PLC技术方面进行了研究和开发，由现代制造研究所研制的DIGIT- 03MC等

18、系列数控系统的内置PLC模块已经在相关工程项目中得到了实际的应用。陈佳等在理解软PLC系统的功能、组成和编程方法基础上，基于IEC61131-3国际标准的编程规则，采用面向对象的思想，设计出了一套完整易用的数据结构，给出了一种基于工业PC的软PLC设计方案并在VC 6.0环境下实现。最后，通过实验室被控对象验证了方案的可行性。 朱兆斌等人详述了软PLC中梯形图编辑界面的实现以及在梯形图向指令表转化过程中采用的方法：将梯形图映射为AOV有向图，通过AOV的拓扑排序来实现最终的转化。其中使用了十字链表作为AOV有向图的存储结构。 王新华等配合在PC 机上运行的自行研制的软PLC编辑开发系统，设计开

19、发了软PLC编译系统。仿真结果表明，开发的软PLC编译系统能实现软PLC梯形图与指令表程序的相互转换，完成软PLC程序的文法设计和语法分析，并对软PLC程序的运行指令做出正确解释，使PC机完成相应的控制功能。 白艳艳等基于SERCOS的开放式数控系统为硬件平台，构建了软PLC的体系结构，将PLC 的扫描执行转化为编译执行，提高了PLC的速度。 此外陕西科技大学、武汉理工大学、山东大学等学者也在PLC软件技术上进行了一些研究。从总的研究情况来看，目前国内软PLC的技术与国外相比，技术水平相差很大。第三章 电机控制系统的关键技术3.1 PLC的选择及工作原理本系统采用欧姆龙公司CP1H系列PLC。

20、PLC使几点一体化设备中的控制器，机电一体化理念强调系统中各个部分之间的配合与协调，其目标是整体性能最佳CP1H系列PLC正是为了实现这一目标而言之的一款小型一体机，并可扩展CPM1A系列I/O单元和CJ1系列高功能I/O单元及CPU总线单元。CP1H系列PLC的特点是其内置有四轴高速计数功能，四路模拟量输出功能以及串行通信功能。PLC专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构，主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。图3.1为一典型PLC结构简图。图3.1 PLC的结构简图1）中央处理单元中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片上

21、。CPU的主要功能：从存储器中读取指令执行指令顺序取指令处理中断2）存储器只读存储器ROM 随即存储器RAM3）输入输出单元输出接口电路通常PLC的输入类型可以是交流、直流和交直流。输入电路的电源可由外部供给，有的也可由PLC内部提供。图3.2和图3.3分别为一种型号PLC的直流和交流输入接口电路的电路图，采用的是外接电源。图3.2描述了一个输入点的接口电路。其输入电路的一次电路与二次电路用光耦合器相连，当行程开关闭合时，输入电路和一次电路接通，上面的发光管用于对外显示，同时光耦合器中的发光管使三极管导通，信号进入内部电路，此输入点对应的位由0变为1，即输入映像寄存器的对应位由0变为1。图3.

22、2 直流输入电路图图3.3 交流输入电路图工作原理：PLC采用循环扫描工作方式，这个工作过程一般包括五个阶段：内部处理、与编程器等的通信处理、输入扫描、用户程序执行、输出处理，其工作过程如图3.4所示。图3.4中当PLC方式开关置于RUN（运行）时，执行所有阶段；当方式开关置于STOP（停止）时，不执行后3个阶段，此时可进行通信处理，如对PLC联机或离线编程。可编程序控制器的输入处理、执行用户程序和输出处理的原理如图3.5所示。PLC执行的五个阶段，称为一个扫描周期，PLC完成一个周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。PLC作为一种特殊形式的计算机控制系统，是利用计算机技术对传统的硬

23、件逻辑控制系统“继电器控制”进行“硬件软化”的结果。但在运行方式上，PLC的软件逻辑也与继电器控制系统的硬件逻辑存在根本区别。继电器控制系统的硬件逻辑采用的是并行的运行方式，即如果一个继电器的线圈通电或者放电，该继电器的所有触点都会立即同时动作；而PLC的软件逻辑是通过CPU逐行扫描执行用户程序来实现的，如果一个逻辑线圈被接通或者断开，该线圈的所有触点并不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。为了消除两者之间由于运行方式不同而造成的这种差异，PLC在程序运行方式、输入输出操作、特殊功能模板等方面做了特别的考虑。1、循环扫描PLC采用了一种不同于普通卫星计算机的运行方式循环扫描方式。因为继电

24、器控制中各类触点的动作时间一般超过100ms，因此只要PLC运行整个用户程序的时间“扫描周期”小于100ms，其运行结果与继电器控制就没有什么差别。2、建立I/O映像区PLC在输入输出操作上采用定时采样、定时输出的方式。即在一个扫描周期的固定时刻采样所有的输入点，采样结果存入RAM中一个区域（输入映像区）。这样在执行程序时，所需的现场讯息全部从输入映像中取用，不直接从现场取样。同样控制讯息输出也不是采取生成一个就输出一个的方法，而是将它们存放在RAM中的一个区域（输出映像区），扫描周期结束时在输出映像区中控制讯息集中输出。通过建立I/O映像区，是PLC成为一个真正的数字采样控制系统；虽然PLC

25、不可能想继电器控制那样随时根据现场输入实时控制现场输出状态，但只要采样周期足够短，即采样频率足够高，这样的采样系统应该完全符合实际系统的需要。3、特殊功能模板由于PLC在扫描周期方面限制了用户程序的长度，这对于一般的数字量控制应该不成问题。但实际的生产过程对PLC提出了更多的要求：仿真量处理、死循环控制、网络通讯、高速I/O等。对于模拟量输入输出以及简单的控制，一般是利用PLC的主CPU和一定的硬件支持，通过相应的软件来实现；其它情况由于牵涉到比较的计算量和CPU运算时间，以及PLC扫描周期的限制，一般采用自带CPU的专用模板，由模板系统软件完成相应的控制任务。这样，这些模板与PLC主CPU并

26、行工作，两者之间通过总线接口进行联系，主CPU定期向模板发送命令，模板也定期将自身的状态讯息发送给CPU。 综合以上所述，在完成系统自身初始化以后，PLC系统执行用户程序的循环扫描方式可分为三个阶段：输入扫描、程序扫描、输出扫描。而计算量比较大或者响应实时性比较高的应用则由自带CPU的专用模板和专用软件来实现。图3.4 工作原理图图3.5 程序执行原理图3.2交流异步电机与接触器3.2.1 交流异步电机的基本工作原理一、旋转磁场（一）定子旋转磁场产生的原理 旋转磁场：指磁场的轴线位置随时间而旋转的磁场。 在三相异步电动机的定子铁心中放置三组结构完全相同的绕组U1U2、V1V2、W1W2，各相绕

27、组在空间互差120电角度，向这三相绕组中通入对称的三相交流电，则在定子与转子的空气隙中产生一个旋转磁场。以两极电机即2p=2为例说明，对称的三相绕组U1U2、V1V2、W1W2假定为集中绕组，三相绕组接成星形，并通以三相对称电流iA、iB、iC。如动画演示所示。假定电流的瞬时值为正时是从各绕组的首端流入，末端流出。电流流入端用“”表示，电流流出端用“”表示。 wt=0时，iA=0； iB为负值，即iB由末端V2流入，首端V1流出； iC为正值，即iC由首端W1流入，末端W2流出。 电流流入端用“”表示，电流流出端用“” 表示。用右手螺旋定则可确定在wt=0瞬间由三相电流所产生的合成磁场方向，如

28、动画演示所示。 可见合成磁场是一对磁极，磁场方向与纵轴线方向一致，上方是北极，下方是南极。wt= /2时，iA为正最大值，即iA由首端U1流入，末端U2流出；iB为负值，即iB由末端V2流入，首端V1流出；iC为负值，即iC由W2流入，W1流出。 可见合成磁场方向以较wt=0时按时针方向转过90o。 同理可画出wt= ，wt=3/2，wt= 2时的合成磁场，可看出磁场的方向逐步按顺时针方向旋转，共转过360o，即旋转一周。 综上所述，在三相交流电动机定子上布置有结构完全相同在空间位置各相差120o电角度的三相绕组，分别通入三相交流电，则在定子与转子的空气隙间所产生的合成磁场是沿定子内圆旋转的，

29、故称旋转磁场。 （二）旋转磁场的旋转方向 U相、V相、W相绕组的电流分别为iA、iB、iC。 三相交流电的相序A B C。 旋转磁场的旋转方向为U相 V相 W相（顺时针旋转） 若 U相、V相、W相绕组的电流分别为iA、iC、iB（即任意调换电动机两相绕组所接交流电源的相序）旋转磁场的旋转方向为逆时针旋转。综上所述，旋转磁场的旋转方向决定于通入定子绕组中的三相交流电源的相序。只要任意调换电动机两相绕组所接交流电源的相序，旋转磁场即反转。 （三）旋转磁场的旋转速度 两极三相异步电动机（即2P=2）定子绕组产生的旋转磁场，当三相交流电变化一周后，其所产生的旋转磁场也正好旋转一周。故在两极电动机中旋转

30、磁场的转速等于三相交流电的变化速度，即n1=60f1=3000转分。 四极三相异步电动机（即2P=4）定子绕组产生的旋转磁场，当三相交流电变化一周后，其所产生的旋转磁场只旋转了半圈。故在四极电动机中旋转磁场的转速等于三相交流电的变化速度的一半，即n1= 60 f1/2 =1500转/分。综上所述，当三相异步电动机定子绕组为p 对磁极时，旋转磁场的转速为 n1 = 60f1/p 。式中 n1:旋转磁场转速（又称同步转速），转/分 f1:三相交流电源的频率，赫； p:磁极对数。三项异步电动机的工作原理简单说应该是：当向三项定子绕组中通过入对称的三项交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内

31、圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。由于导子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子 沿着旋转磁场方向旋转。通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三项定子绕组（各相差120度电角度），通入三项交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路）

32、，载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。3.2.2 接触器的工作原理当线圈通电时,静铁芯产生电磁吸力,将动铁芯吸合,由于触头系统是与动铁芯联动的,因此动铁芯带动三条动触片同时运行,触点闭合,从而接通电源。当线圈断电时,吸力消失, 动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离,使主触头断开,切断电源流接触器利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。 主接点一般只有常开接点，而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点，小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。 交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良

33、好的导电性和耐高温烧蚀性。 交流接触器的动作动力来源于交流电磁铁，电磁铁由两个“山”字形的幼硅钢片叠成，其中一个固定，在上面套上线圈，工作电压有多种供选择。为了使磁力稳定，铁芯的吸合面，加上短路环。交流接触器在失电后，依靠弹簧复位。 另一半是活动铁芯，构造和固定铁芯一样，用以带动主接点和辅助接点的开短。 20安培以上的接触器加有灭弧罩，利用断开电路时产生的电磁力，快速拉断电弧，以保护接点。 交流接触器制作为一个整体，外形和性能也在不断提高，但是功能始终不变。无论技术的发展到什么程度，普通的交流接触器还是有其重要的地位。3.3现场总线技术 现场总线（Fieldbus）是20世纪80年代末、90年

34、代初国际上发展形成的，用于 过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。国际上许多实力、有影响的公司都先后在不同程度上进行了现场总线技术与产品的开发。现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层，作为工厂设备级基础通讯网络，要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成

35、本低的特点 :具有一定的时间确定性和较高的实时性要求，还具有网络负载稳定，多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。由于上述特点，现场总线系统从网络结构到通讯技术，都具有不同上层高速数据通信网的特色。 一般把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作FCS现场总线控制系统。人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代，把420mA等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称为第三代，而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统，一方面，突破了DCS系统采用通信专用网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系

36、统所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场。可以说，开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。一、现场总线的技术特点1、系统的开放性开放系统是指通信协议公开，各不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换，现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。这里的开放是指对相关标准的一致、公开性，强调对标准的共识与遵从。一个开放系统，它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。一个具有总线功能的现场总线网络系统必须是开放的，开放系统把系统集成的权利交给了用户。用户可按自己的需要和对象把来自不同供应商的产品

37、组成大小随意的系统。2、互可操作性与互用性，是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，可实行点对点，一点对多点的数字通信。而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。 3、现场设备的智能化与功能自治性。它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。 系统结构的高度分散性4、系统结构的高度分散性。由于现场设备本身已可完成自动控制的基本功能，使得现场总线已构成一种新的全分布式控制系统的体系结构。从根本上改变了现有DCS集中与分散相结合的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了可靠性。

38、5、对现场环境的适应性。工作在现场设备前端，作为工厂网络底层的现场总线，是专为在现场环境工作而设计的，它可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现送电与通信，并可满足本质安全防爆要求等。二、现场总线的优点 1、节省硬件数量与投资由于现场总线系统中分散在设备前端的智能设备能直接执行多种传感 、控制、报警和计算功能，因而可减少变送器的数量，不再需要单独的控制器、计算单元等，也不再需要DCS系统的信号调理、转换、隔离技术等功能单元及其复杂接线，还可以用工控PC机作为操作站，从而节省了一大笔硬件投资，由于控制设备的减少，还可减少控制室的占地面积。 节省

39、安装费用2、现场总线系统的接线十分简单，由于一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。当需要增加现场控制设备时，无需增设新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，既节省了投资，也减少了设计、安装的工作量。据有关典型试验工程的测算资料，可节约安装费用60%以上。 节省维护开销3、由于现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力，并通过数字通讯将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行，诊断维护信息，以便早期分析故障原因并快速排除。缩短了维护停工时间，同时由于系统结构简化，连线简单而减少了维护工作量。 4、现场

40、总线技术与传统总线技术成本对比用户具有高度的系统集成主动权用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系统。避免因选择了某一品牌的产品被“框死”了设备的选择范围，不会为系统集成中不兼容的协议、接口而一筹莫展，使系统集成过程中的主动权完全掌握在用户手中。 5、提高了系统的准确性与可靠性由于现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，它从根本上提高了测量与控制的准确度，减少了传送误差。同时，由于系统的结构简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强:减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。此外，由于它的设备标准化和功能模块化，因而还具有设计简单，易于重构等优点。第四章 电机控制系统的设计4.1

41、 硬件电路的设计4.1.1 实验器材所需实验设备：1、交流电机 一套2、计算机 一台3、导线若干4、可编程控制器一套4.1.2 工作原理1、接触器当线圈通电时,静铁芯产生电磁吸力,将动铁芯吸合,由于触头系统是与动铁芯联动的,因此动铁芯带动三条动触片同时运行,触点闭合,从而接通电源。当线圈断电时,吸力消失, 动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离,使主触头断开,切断电源。2、光耦电路光隔离一种很常用的信号隔离形式。常用光耦电器件及其外围电路组成。由于光耦电路简单，在数字隔离电路或数据传输电路中常常用到。如UART协议的20mA电路环。对于模拟信号，光耦因为输入输出的线形较差，并且随温度变化较大，

42、限制了其在模拟信号隔离的应用。对于高频交流模拟信号，变压器隔离是最常用的选择。但对于支流信号却不适用。一些厂家提供隔离放大器作为模拟信号隔离的解决方案，如ADI的AD202，能够提供从直流到几K的频率内提供0.125%的线性度，但是这种隔离器件内部先进行电压-频率转换，对产生的交流信号进行变压器隔离，然后进行频率电压转换得到隔离效果。集成的隔离放大器内部电路复杂，体积大，成本高，不适合大规模应用。模拟信号隔离的一个比较好的选择是使用线形光耦。线形光耦的隔离原理与普通光耦没有差别，只是将普通光耦的单收模式稍加改变，增加一个用于反馈的光接受电路用于反馈。这样，虽然两个光接受电路都是非线性的，但两个

43、光接受电路的非线性特性都是一样的，这样就可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性，从而达到实现线形隔离的目的。本系统中，滑块经过时，输出一个低电平。给PLC一个输入信号。电路连接图如下图所示：图4.2.2 光耦电路连接电路4.1.3 控制要求 模型按以下要求动作(1) 按下启动键SB1，电机M1星型启动，过5S后转三角运行，同时M2星型启动，五秒后转三角运行。(2) 按下停止键SB2，电机M2停止运行，过5S后M1停止运行。4.1.4 实验步骤接线图输 入 点输 出 点符号地址注释符号地址注释SB10.00起点按钮KM1100.07M1主接触器SB20.01停止按钮KM4100.04形起动FR0.02过载保护触电KM3100.03Y形起动KM2100.02M2主接触器KM6100.06形起动KM5100.05Y形起动I/O分配表1. PLC主机输入的COM接电源+24V，输出的所有COM接电源的COM2. 用下载线将算机的COM口与PLC主机的串口相连。打开PLC电源，运行编程软件，打开实程序，设置好通信参数后下载程序到PLC中。4.2 调试过程1、将程序下载到PLC，如图4.2.14.2.4。图4.2.1图4.2.2图4.2.3图4.2.42、排故图4.2.5 排故4.3 梯形图的设计本系统的梯形图如下：