基于PLC的直流电机测速系统

课程设计报告课程名称微机控制技术课程设计设计题目电机测速系统设计专业班级自动化0842姓名王晓明学号**********指导教师蔡长青、王瑾、张卓、王文涛起止时间2010.12.26—2011.01.06电气与信息学院课程设计考核和成绩评定办法1．课程设计的考核由指导教师根据设计表现、设计报告、设计成果、答辩等几个方面，给出各项权重，综合评定。

该设计考核教研室主任审核，主管院长审批备案。

2．成绩评定采用五级分制，即优、良、中、及格、不及格。

3．参加本次设计时间不足三分之二或旷课四天以上者，不得参加本次考核，按不及格处理。

4．课程设计结束一周内，指导教师提交成绩和设计总结。

5．设计过程考核和成绩在教师手册中有记载。

课程设计报告内容课程设计报告内容、格式各专业根据专业不同统一规范，经教研室主任审核、主管院长审批备案。

注：1．课程设计任务书和指导书在课程设计前发给学生，设计任务书放置在设计报告封面后和正文目录前。

2．为了节省纸张，保护环境，便于保管实习报告，统一采用A4纸打印（正文采用宋体五号字）或手写。

10/11学年第一学期微机控制技术课程设计任务书指导教师：蔡长青班级：自动0841、2 地点：3101、工训512课程设计题目：电机测速系统一、课程设计目的本课程设计的目的在于培养学生运用已学的微机控制技术的基础知识和基本理论，加以综合运用，进行微机控制系统设计的初等训练，掌握运用微机控制技术的原理、设计内容和设计步骤，为从事相关的毕业设计或今后的工作需要打下良好的基础。

二、课程设计内容（包括技术指标）1．用PLC设计并制作一个电机测速系统，上位机组态软件能够设定不同的电机转速并且显示实时速度。

具体如下：通过按键能设定3~5个电机转动速度，PLC和上位机组态软件连接，PLC 通过控制变频器输出不同频率三相电使电机转动起来，然后通过旋转编码器测量电机速度，旋转编码器输出接PLC高速计数输入通道，计算当前电机转速，并在上位机组态软件中上显示出来。

2．可以结合题目自己发挥，发挥部分须在所选题目的基本要求达到的前提下实现。

3．设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。

完整的电路原理图、重要的源程序用附件给出。

三、课程设计原则1．尽可能地满足被控对象的控制要求；2．在满足控制的前提下，力求使控制系统简单、经济；3．保证控制系统安全可靠；四、课程设计步骤1．对控制系统任务和要求作深入的调查研究，明确控制任务；2．对多个可行方案进行比较，选出最佳方案3．进行详细的设计与论证4．给出理论分析与计算5．给出系统总体框图、6．给出核心电路原理图、7．给出主要流程图、8．给出程序清单及有关设计文件9．撰写设计说明书五、时间安排1．课程设计过程中保证出勤。

2．态度认真，积极动脑，主动工作。

3．最后按平时表现、报告质量、答辩成绩，其权重分别为0.2、0.4、0.4综合评定成绩，分优、良、中、及、不及格五个等级。

摘要在电气时代的今天，电动机在工农业生产与人们日常生活中都起着十分重要的作用。

直流电机作为最常见的一种电机，具有非常优秀的线性机械特性、较宽的调速范围、良好的起动性以及简单的控制电路等优点，因此在社会的各个领域中都得到了十分广泛的应用。

本文介绍了利用PLC 及旋转编码器设计的电机测速系统，利用PLC的高速脉冲输入功能实现脉冲计数，并发送至上位机组态王进行计算显示，从而得到电机实时转速。

系统构建成本低，且可获得高精度和高可靠性的电机速度测试数据。

关键词PLC 旋转编码器电机转速组态王AbstractToday at the age of electricity, the motor in industrial and agricultural production and people's daily life plays a very important role. The most common DC motor as a motor, has a very good linear mechanical properties, a wide speed range, the start of a good and simple control circuits, etc., so in all areas of society have been very widely the application.This paper describes the use of PLC and rotary encoder design of motor speed measuring system, the use of the high speed PLC input pulses function realization pulse count, and send the first a unit configuration state calculations show that and get a motor real-time speed. System construction cost low, and can get high precision and high reliability of the motor speed test data.Keywords: Programmable Logic Controller Rotary encoder Motor speed configuration目录1 引言 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 设计目的 (1)1.3 设计内容 (1)1.4 设计要求 (1)2 系统方案设计 (2)2.1 方案选择 (2)2.2 系统方案确定 (3)3 系统组成简介 (4)3.1 PLC简介 (4)3.2 变频器简介 (6)3.3 旋转编码器简介 (6)4 系统硬件设计 (8)4.1 变频器的使用 (8)4.2 旋转编码器的使用 (9)4.3 PLC的设置 (10)4.4 组态王的监控 (11)5 系统软件设计 (15)5.1 I/O端子表 (15)5.2 程序流程图 (15)5.3 程序梯形图 (15)6 系统调试 (16)6.1 调试环境 (16)6.2 调试过程 (16)6.3 调试结果 (16)总结 (17)致谢 (18)参考文献 (19)附录一 (20)附录二 (21)1 引言1.1 研究背景在电气时代的今天，电动机为人们所熟知，电动机在工农业生产与人们日常生活中都起着十分重要的作用。

直流电机作为最常见的一种电机，具有非常优秀的线性机械特性、较宽的调速范围、良好的起动性以及简单的控制电路等优点，因此在社会的各个领域中都得到了十分广泛的应用。

电机转速测量装置，是工业自动化设备的重要组成部分。

各种实验环境也经常用到电机测速装置，例如在发电机、电动机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中，常需要分时或连续测量和显示其转速和瞬时转速。

为了能精确地测量转速外，还要保证测量的实时性，要求能测得瞬时转速方法。

因此转速的检测具有重要的意义。

根据现有的实验条件，提出了利用PLC 的高速脉冲输入功能，来实现简易电机测速的装置。

这样既满足了测速装置的可靠性要求，也降低了系统的成本，是一种较为理想的方案。

本设计利用旋转编码器作为检测元件提供脉冲给PLC，由PLC 计数并由上位机计算出电机转速。

1.2 设计目的本课程设计的目的在于培养学生运用已学的微机控制技术的基础知识和基本理论，加以综合运用，进行微机控制系统设计的初等训练，掌握运用微机控制技术的原理、设计内容和设计步骤，为从事相关的毕业设计或今后的工作需要打下良好的基础。

1.3 设计内容用PLC设计并制作一个电机测速系统，上位机的组态软件通过按键能设定3~5个电机转动速度，PLC和上位机组态软件连接，PLC通过控制变频器输出不同频率三相电使电机转动起来，然后通过旋转编码器测量电机速度，旋转编码器输出接PLC高速计数输入通道，PLC通过计数脉冲数发送给上位机，通过上位机组态软件计算当前电机转速，并在上位机组态软件中上显示出来。

1.4 设计要求本设计要求能实现实时测量，并且测量准确；能用上位机实现电动机转速的控制，包括电动机的启动、停止控制，并且要求最少有三级调速；最后还能正确的显示出当前输出频率下的当前测量速度，实现比较的作用。

同时在满足控制的前提下，力求使控制系统简单、经济，保证控制系统安全可靠。

2 系统方案设计2.1 方案选择2.1.1 方案一图2-1 方案一单片机控制方框图方案一由传感器、处理器和显示三部分组成。

其方框图如图2-1所示。

此方案的测速系统主要是由开关型霍尔传感器以及磁钢配合来检测电机的转速。

工作方式为：将磁钢安装在电机的转轴上，而霍尔传感器则放在转轴的旁边，霍尔传感器连接在电路中，当磁钢随转轴经过霍尔传感器时，有开关型霍尔传感器的原理知，此时将输出一个低电平信号；而当磁钢厉害霍尔传感器后，又将输出一个高电平。

这样通过高低电平的转换，将其送入单片机后就可以测量它的转速。

2.1.2 方案二图2-2 方案二PLC控制方框图用PLC设计并制作一个电机测速系统，上位机组态软件能够设定不同的电机转速并且显示实时速度。

其方框图如图2-2所示。

具体如下：通过按键能设定3~5个电机转动速度，PLC和上位机组态软件连接，PLC通过控制变频器输出不同频率三相电使电机转动起来，然后通过旋转编码器测量电机速度，旋转编码器输出接PLC高速计数输入通道，计算当前电机转速，并在上位机组态软件中上显示出来。

2.2 系统方案确定通过比较两种方案的优缺点，根据现有的实验条件，方案二利用PLC可以实现简易的电机测速装置，同时可用上位机进行是实时监控，这样既满足了测速装置的可靠性要求，也降低了系统的成本，是一种较为理想的方案。

因此本设计采用方案二来实现电机的测速。

3 系统组成简介3.1 PLC简介可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。

早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。

随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。

但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。