毕业设计论文：基于嵌入式Linux远程监控系统的设计与实现.doc

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1、摘 要可编程逻辑控制器（PLC）不仅在工业控制中应用越来越广泛，而且在其他领域的应用也逐渐扩大，例如：电力、化工、能源、水利等。由于它的功能比较强大、使用安全可靠、维护简单方便的优点，在很多地方已经取代了继电器电路的逻辑控制。在对水中泥沙搅拌的处理过程中，需要速度控制比较稳定，而且能够进行不同速度的操作；在拖动的处理过程中更加要求精确性。因此，PLC控制电机逐渐被人们运用到搅拌和拖动控制系统中。本文讲述了基于PLC的电动机控制系统设计和实现过程。本系统将PLC、变频器、编码器、电动机、搅拌器、传感器有机地结合起来，组成一个简单完整的自动控制系统。通过台达WPLSoft软件平台编写程序并写入PL

2、C后，控制电动机实现多段速的运行。在本文中还有一个值得介绍的就是高速计数的实现。通过高速计数器可以对拖动系统进行精确的控制，并且把计数值存放于固定的寄存器，以方便其他设备完成对系统的操作和监控。关键词：PLC 电动机 高速计数器42ABSTRACTProgrammable Logic Controller (PLC), not only in the application of industrial control more and more widely, but in the application of other fields have also gradually expanded

3、, such as: electric power, chemical, energy, water and so on.。 Because of its powerful features, the safety and reliability of use, easy to maintain , it has replaced the circuits logic control in many places. In the sediment of water mixing process,speed controling is more stable, and it can be ope

4、rated at different speeds; in the processing of dragging,it needs more reliability . Thus, PLC controlling motor is applied to mixing and dragging control system gradully. This article describes design and implementation process of the PLC-based motor controlling system . PLC,Inverter, encoders, mot

5、ors, mixers and sensors are combined to form a simple, complete automatic control system.Programs are designed and wrote into PLC through the software platform of Delta WPLSoft, then control multi-speed motor operation. In this paper the realization of high-speed counting is described valuablely. Hi

6、gh-speed counter can control the dragging systems precisely, and keep the data in the fixed register in order to make other equipments operate and monitor the system convientely. Key words: PLC motor high-speed counter目 录第一章 绪论111 题目来源及课题意义112 文章概述113 设计思路2第二章 电动机篇321 电动机概述及分类322 交流异步电动机423 电动机变频调速5

7、24 变频调速的控制原理7第三章 编码器篇931 编码器杂谈9311 编码器的发展史9312 编码器的分类932 旋转编码器10321 旋转编码器的工作原理10322 旋转编码器的分辨率和精度1133 台达编码器ES3-02CN694112第四章 PLC篇1441 PLC的定义及其功能1442 PLC的优缺点1443 PLC工作方式1544 PLC的工作过程1545 台达PLC：DVP32ES00R216451 DVP ES 常用指令介绍16452各种装置的功能1846 高速计数的方法20461 概述20462 计数模式：递增模式、递减模式22463 高速计数器指令22第五章 综合篇2551

8、总体程序设想25511 流程图25512 各个开关设置25513 系统分析2552 梯形图详解26总结30致谢31参考文献32附录331 系统流程图332 程序343 English information36第一章 绪论11 题目来源及课题意义黄河泥沙含量的测试，顾名思意，是专为测试黄河泥沙含量的而设计的。但是由于条件的限制，我们不可能真正到黄河里去进行这项测试。因此我们按照黄河的具体情况构建了一个黄河模型，让这个测试能够在室内完成，所得到的结果和实际情况相差不大。不仅能够达到研究的目的，还可以节省人力物力财力。在这项测试中，我们所需要的一个非常重要的仪器就是电动机。电动机在测试中所起到的作

9、用是其他仪器无法取代的。我们的设计从始至终室内温度都不是很高，为了安全起见，不可能使用人工的手段去搅拌混合物，毕竟模拟的是黄河的环境，水温都很低。如果使用的是人工手段，不仅会对人体有伤害，更重要的是，由于人工搅拌速度以及均匀度都不够好，会影响测试数据的准确性。基于各方面的考虑，我们想到用电动机带动搅拌机，这样的话就可以避免很多意外情况的发生。12 文章概述此篇文章主要分为电机篇、编码器篇、变频器篇、PLC篇和应用篇几个部分。第二章电机篇主要讲了电机的分类，并阐述了在本次设计中用到的交流异步电动机的概念，还讲述了电动机调速问题，并就变频调速这一应用非常广泛的调速方式进行了详细的介绍。在第三章编码

10、器篇中主要介绍了现代编码器的一些种类和特点。最主要的是对旋转编码器进行了详细的讲解。由于在本次设计中用的编码器是台达ES系列，在第三小节中就这一型号进行了详细的说明。在第四章PLC篇中。主要对台达PLC进行了详细说明，其中包括产品型号和外观，指令系统以及编程方式等。由于在测试中用到了高速计数，对高速计数方法进行了简单的说明。在第五章应用篇中，主要介绍了使用PLC控制七段速电机的应用。其中包括梯形图和程序的解析。13 设计思路PLC控制电动机的运转是这个测试系统非藏重要的一部分。它主要实现的功能是：（1）控制电动机正反转；（2）控制电动机的七段速运行，当达到不同的频率时，电动机能够按照不同的频率

11、要求进行七个段速的旋转。由于笔者水平有限，在文章中不免出现一些错误，恳请读者指出并纠正。第二章 电动机篇21 电动机概述及分类电动机应用非常广泛，几乎涉及各个行业。因此种类也特别多。（1）按工作电源分类 根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。 （2）按结构及工作原理分类 根据电动机按结构及工作原理的不同，可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。 同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。 异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。交流换向

12、器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。 直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。 （3）按起动与运行方式分类 根据电动机按起动与运行方式不同，可分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。 （4）按用途分类 可分为驱动用电动机和控制用电动机。 驱动用电动机又分为电动工具

13、（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。 控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。 （5）按转子的结构分类 根据电动机按转子的结构不同，可分为笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。 （6）按运转速度分类 根据电动机按运转速度不同，可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。 低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减

14、速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。 调速电动机除可分为有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机和无级变速电动机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM变频调速电动机和开关磁阻调速电动机。 异步电动机的转子转速总是略低于旋转磁场的同步转速。 同步电动机的转子转速与负载大小无关而始终保持为同步转速。22 交流异步电动机三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。三相电源相与相之间的电压在相位上是相差120的，三项异步电动机定子中的3个绕组在空间方位上也互差120，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个

15、旋转磁场。三相异步电动机原理如图所示如图中所描述，分四个时刻描述了旋转磁场的产生过程。电流每变化一个周期，旋转磁场在空间也旋转一周，即旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的。旋转磁场的转速为：n=60f/p式中f 电源频率；p 磁场的磁极对数；n 转速（r/min）.根据公式可以知道，电动机的转速与磁极对数和使用电源的频率有关。定子绕组产生感应电流，转子导条中的电流又与旋转磁场险乎作用产生电磁力，电磁力产生电磁力矩驱动转子沿旋转磁场方向以n1的转速旋转起来。一般情况下，电动机的实际转速n1低于旋转磁场的转速n。因为假设n=n1,则转子导条与旋转磁场就没有相对运动，就不会切割磁力线，也就不会产生

16、电磁力矩，所以转子的转速n1必然要小于n，因此，我们这种结构的三相电动机为异步电动机。23 电动机变频调速交流电动机应用非常广泛，几乎涉及各个行业，是一种量大面广的传统产品。在实际应用场合，往往要求电动机能随意调节转速，以便获得满意的使用效果。根据异步电动机的转速特性表达式可知，它的调速方式有3大类：频率调节、磁极对数调节和转差率调节。从而出现了目前常用的几种调速方法，如变极调速、串极调速、定子调压调速、转子串电阻调速、电磁离合器调速、变频调速等。基于各种因素的考虑，我们采用的是变频调速。U/f恒定、速度开环控制的通用变频调速系统和滑差频率速度闭环控制系统，基本上解决了异步电动机平滑调速的问题

17、。然而。当生产机械对调速系统的动静态性能提出更高要求时，上述系统还是比直流调速系统略逊一筹。原因在于，其系统控制的规律是从异步电动机稳态等效电路和稳态转矩公式出发推导出的稳态值控制，完全不考虑过滤过程，系统在稳定性、起动及低速时转矩动态响应等方面的性能尚不能令人满意。考虑到异步电动机是一个多变量、强耦合、非线性的事变参数系统，很难通过直接外加信号准确控制电磁转矩，但若以转子磁通这一旋转的空间矢量为参考坐标，利用从静止坐标系到旋转坐标系之间的变换，则可以把定子电流中的励磁电流分量与转矩电流分量变成标量独立出来，进行分别控制。这样。通过坐标系变换重建的电动机模型就可以等效为一台直流电动机，从而可像

18、直流电动机那样进行快速的转矩和磁通控制，即矢量控制。和矢量控制不同，直接转矩控制屏蔽了解耦的思想，取消了旋转坐标系变换，简单地通过检测电机定子电压和电流，借助瞬时空间矢量理论计算电机的磁链和转矩，并根据与给定值比较所得差值，实现磁链和转矩的直接控制。尽管矢量控制与直接转矩控制使交流调速系统的性能有了较大的提高，但是还有许多领域有待研究，如磁通的准确估计或观测、无速度传感器的控制方法、电机参数的在线辨识、极低转速包括零速下的电机控制、电压重构与死区补偿策略、多电平逆变器的高性能控制策略等。由于工业生产的发展，对电动机的要求也越来越多，比如说要能够快速正反转、快速制动、调速范围大等，在这些方面直流

19、电动机比较占有优势，可是由于它的换向器及电刷在大容量方面问题较多，而且维护量大，因此，直流电动机逐被交流电动机变频调速所替代。与直流电动机相比，交流变频调速具有以下优点：（1） 单机容量不受限制直流电动机由于换向能力限制了其容量和速度，极限容量和速度之积为106kw.r/min，如厚板轧机主传动直流电动机功率为2*800kw(50/100r/min)时已达到极限值；而交流电动机单机容量突破这一限制，达到2*11000kw，为设备提供更大动力。（2）体积小，重量轻，占地面积小交流电动机结构简单，体积小，重量轻，占地面积小；结构简单、坚固，因此有可能和机械合为一体，形成机电一体化产品。（3） 转动

20、惯量小（4） 动态响应好由于交流电动机转动惯量大大减小，而且交流电动机没有换向火花对过载能力的限制，电动机可以具有更大动态加速电流，因此，交流变频电动机比直流电动机具有更好的动态响应特性。（5） 维护简单化由于交流电动机无需换向器，维护量大大减小。（6） 节约能源交流电动机的效率比直流电动机的效率提高2%-3%。以某钢铁厂1150初轧机改造为例，原直流传动容量为2*4500KW，冷却水消耗为2*110T/H；采用交流传动后，电机容量增加到2*5000KW，冷却水消耗仅为2*59t/h，仅为原直流电动机的54%。24 变频调速的控制原理异步电动机的同步转速遵从电机学基本关系 ( 1)式中f电源交

21、变频率； P电机定子磁极对数电机学中还常用转差率s 参量,其定义为 ( 2)因此，电机的实际转速 ( 3)由式( 3) 可知, 异步电动机变频调速的控制方式基本上有以下三种。电源频率低于工频范围调节，电源的工频频率在我国为50Hz。电机定子绕组内的感应电动势为 ( 4)式中f1定子绕组中感应电动势的频率，与电源频率f 相等HzK1电机定子绕组的绕组系数,，其值取决于绕组结构，K1= 设定值），其接点动作如下：NO接点开路NC接点闭合CNT 16位计数器当CNT 指令由OffOn 执行，表示所指定的计数器线圈由失电受电，则该计数器计数值加1，当计数到达所指定的定数值（计数值 = 设定值），其接点

22、动作如下：NO接点开路NC接点闭合当计数到达之后，若再有计数脉冲输入，其接点及计数值均保持不变，若要重新计数或作清除的动作，请利用RST 指令。DCNT 32 位计数器一般用加减算计数器C200C234，当DCNT 指令由OffOn 时，计数器之现在值将执行上数（加一）的动作或下数（减一）的动作，依特M12001234 的设定模式。高速用加减计数器C235C254，当该计数器的指定高速计数脉冲输入由OffOn，则执行计数动作。有关高速计数脉冲输入端为 (X0X17)及计数动作 (上数,计数值加一及下数, 计数值减一)。当DCNT 指令OFF 时，该计数器停止计数，但原有计数值不会被清除，可使用

23、指令 RST C2XX 清除计数值及其接点，高速加减计数器C235C254 可使用外部指定输入点清除计数值及其接点。END 程序结束在梯形图程序或指令程序最后必须加入 END 指令。PLC 由地址0 扫描到END指令，执行之后，返回到地址0 重新作扫描执行。NOP 无动作指令NOP 在程序不做任何运算，因此执行后仍会保持原逻辑运算结果，使用时机如下：想要删除某一指令，而又不想改变程序长度，则可用NOP 指令取代。452各种装置的功能计数器C 计数器之计数脉冲输入信号由OffOn 时，计数器现在值等于设定值时输出线圈导通，设定值为10 进制K 值，亦可使用数据寄存器 D 当成设定值。（1） 16

24、 位计数器C0C199：1） 16 位计数器的设定范围：K0K32,767。(K0 及K1 相同，在第一次计数时输出接点马上导通。)2）一般用计数器在PLC 停电的时候，计数器现在值即被清除，若为停电保持型计数器会将停电前的现在值及计数器接点状态记忆着，复电后会继续累计。3）若使用MOV 指令、WPLSoft 或程序书写器HPP 将一个大于设定值的数值传送到C0 现在值寄存器时，在下次X1 由OffOn 时，C0 计数器接点即变成On，同时现在值内容变成及设定值相同。4）计数器之设定值可使用常量K 直接设定或使用寄存器D (不包含特殊数据寄存器D1000D1999)中之数值作间接设定。5）设定

25、值若使用常量K 仅可为正数，使用数据寄存器D 作为设定值可以是正负数。 计数器现在值由32767 再往上累计时则变为 -32768。（2） 32 位一般用加减算计数器C200C234：1）32 位一般用计数器的设定范围：K-2147483648K2147483647。(ES/EX/SS 主机不支持)2）32 位一般用加减算计数器切换上下数用特殊辅助继电器：由M1200M1234 来决定。例：M1200=Off时决定C200 为加算，M1200=On 时决定C200 为减算其余类推。3）设定值可使用常量K 或使用数据寄存器D (不包含特殊数据寄存器D1000D1999)作为设定值可以是正负数，若

26、使用数据寄存器D 则一个设定值占用两个连续的数据寄存器。4）一般用计数器在PLC 停电的时候，计数器现在值即被清除，若为停电保持型计数器，则会将停电前的现在值及计数器接点状态记忆着，复电后会继续累计。5）计数器现在值由2,147,483,647 再往上累计时则变为-2,147,483,648。同理计数器现在值由-2147483648 再往下递减时，则变为 2147483647。（3） 32 位高速加减计数器C235C254：1）32 位高速加减计数器的设定范围：K-2147483648K2147483647。2）32 位高速加减计数器C235C244 加减算计数由特殊辅助继电器 M1235M1

27、244 的On/Off 来指定。例：M1235=Off 时决定C235 为加算，M1235=On 时决定C235 为减算其余类推。3）32 位高速加减计数器C246C254 加减算计数可由特殊辅助继电器 M1246M1254 的On/Off 来监控。例：M1246=Off 时表示C246 为加算，M1246=On 时表示C246 为减算其余类推。4）设定值可使用常量K 或使用数据寄存器D (不包含特殊数据寄存器D1000D1999)作为设定值可以是正负数，若使用数据寄存器D 则一个设定值占用两个连续的数据寄存器。5）若使用DMOV 指令、WPLSoft 或程序书写器HPP 将一个大于设定值的数

28、值传送到任一高速计数器现在值寄存器时，在下次计数输入点X 由OffOn 时，该计数器接点不变化，并以现在值做加减计数。6）计数器现在值由2147483647 再往上累计时，则变为-2147483648。同理计数器现在值由-2147483648 再往下递减时，则变为 2147483647。（4） 数据寄存器D1）功能 用于储存数值数据，其数据长度为16 位（-32,768+32,767），最高位为正负号，可储存-32,768+32,767 之数值数据，亦可将两个16 位寄存器合并成一个32 位寄存器(D+1,D 编号小的为下16 bit)使用，而其最高位为正负号，可储存-2,147,483,64

29、8+2,147,483,647 之数值数据。2）分类 一般用寄存器： 当PLC 由RUNSTOP 或断电时，寄存器内的数值数据会被清除为0，如果让M1033=On 时，则PLC 由RUNSTOP 时，数据会保持不被清除，但断电时仍会被清除为0。停电保持用寄存器： 当PLC 断电时此区域的寄存器数据不会被清除，仍保持其断电前之数值。清除停电保持用寄存器的内容值，可使用RST 或ZRST 指令。特殊用寄存器： 每个特殊用途寄存器均有其特殊定义及用途，主要作为存放系统状态、错误讯息、监视状态之用。46 高速计数的方法461 概述由于了编程控制器具有通用灵活、高可靠性、安装维护方便等特点，已获得了广泛的应用，但因其工作方式为扫描方式，在一个周期内，用户程序执行到END语句后才进行输入、输出刷新，输入信号的状态至少应该保持一个扫描周期以上的时间才能保证被接收到。扫描周期的差高端取决于系统硬件构成和用户程序的执行时间，一般为数毫秒至数十毫秒