用plc直流电机控制设计

河南科技大学

课程设计说明书

课程名称电气控制技术

题目用PLC控制直流电机

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电气控制技术课程设计任务书

用PLC控制直流电机

摘要

直流电动机具有良好的启动性能和调速特性，过载能力大，因此在启动、调速性能要求较高的场合仍被广泛应用。脉宽调制(PWM)是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，尤其在对电机的转速控制方面，可节省能量。PLC作为新型的自动化控制装置，用其实现直流电动机的PWM调速，具有系统控制精度高，经济可靠，电机运行稳定等特点。

本文重点研究了用S7-200 PLC实现直流电动机的控制技术,详细介绍了直流电动机PWM调速的硬件系统。该硬件系统与相应的S7-200 PLC软件配合，实现对直流电动机的PWM控制。该控制系统功能包括电机的正、反转，调速、测速及转速显示，所有系统功能都己运行通过，经过实验验证，工作状态良好。

文中对直流电动机结构、工作原理、基本方程、机械特性和调速方法以及PWM 调速系统的构成、S7-200 PLC程序设计思路部分做了简单介绍。

关键词：S7-200，直流电机，PWM调速

目录

第一章绪论 (1)

§1.1直流电动机概述 (2)

§1.2西门子sp-200plc概述 (4)

§1.3直流电动机的启动和正反转 (5)

§1.3.1直流电动机的启动 (5)

§1.3.2直流电动机的正反转 (6)

第二章总体设计 (7)

§2.1电动机的启动原理 (7)

§2.2电动机真反转原理 (8)

§2.3 PWM调速模块设计 (10)

§2.3.1 PWM电动机调速原理 (11)

§2.3.2 PWM控制原理 (12)

§2.4 sp-200plc实现PWM调速 (13)

§2.5 输入/输出元件及控制功能 (20)

第三章总结与体会 (22)

参考文献 (22)

第一章绪论

文章简要介绍了直流电动机的产生、发展，直流电动机的正反转，利用PWM 调速及应用领域和西门子S7-200 PLC的组成、工作原理，并简单描述了本设计所需要做的主要内容。

§1.1 直流电动机概述

直流电动机是由直流电源供电，将直流电能转换为机械能，从而拖动生产机械完成生产任务。它具有良好的启动性能和调速特性，过载能力大，因此在启动、调速性能要求较高的场合，如大型矿井提升机、挖掘机、轧钢机、城市电车等，通常选用直流电动机拖动。在许多自动控制系统中，小容量直流电机也被广泛应用。

电机的发明和广泛应用是驱动第二次工业革命的车轮，在科学技术发展史上留下一个多世纪的发展轨迹。今天从只有0.1W的小型录音机电机到炼钢厂的数万千瓦的大型电动机，60%-70%的电力就是通过这些大大小小的电动机将电能转换为机械能，为人们的生产和生活服务，提高了生产效率，创造了现代文明。

电动机的发明，主要依赖于电磁理论的发展。从1820年早期电学及磁学的重大发现到电动机的诞生大约经历了半个世纪。这些重大发现包括如何制造电磁铁以及如何利用电磁现象使物体运动。1821年，法拉第制作了一台带电导体围绕磁铁旋转的实验模型。这就是近代电动机的“雏形”。1831年，美国科学家亨利利用一些简单的基本零件，包括一个电池、一个电磁铁和一个换向器构成连续运转的电动机。戴文波特（Thomas Davenport）于1837年第一个取得电动机专利，并发明了多种电动机。但是在电动机大规模应用方面，他的努力始终未取得任何突破。造成这一现象的原因是当时电力成本太高，无法与廉价的蒸汽动力相比。

直到19世纪60-70年代，在发电机中发明了自激原理，由此带来电力供应的商品化。由于这些理论的发展，工程师制造出更有效率的发电机和电动机。对发电机和电动机作用原理的可逆性认识，使得直流发电机和电动机在这一时期得到发展。19世纪70年代是电力时代的开始，当时已经有实用化的电动机和发电机。

在一定条件下，同一台电机可以工作在发电机状态，也可以工作在电动机状态，发电机和电动机是电机的不同运行工况。但是，在19世纪人们认识这一现象

却是由于法国工程师佛唐在观察一名工人误接两部发电机而产生的灵感。这一时期，直流电动机获得飞速发展。

2 0世纪60年代以后，随着电力电子技术的发展，交流调速的方法不断进步和完善，其调速性能可与直流调速相媲美, 目前，在很多应用场合交流电动机的调速已取代直流电动机调速。然而，直流拖动控制系统毕竟在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础，所以直流电动机的控制仍然很重要。直流电机由于具有起动转距大、体积小、重量轻、效率高、转距和转速容易控制，启、制动性能良好，且在宽范围内平滑调速等十分优良的特性，因而在冶金、机械制造、轻工等工业部门中得到广泛应用。其缺点就是体积大、价格昂贵、维护复杂，频繁启动容易引起故障，以及直流电的传输距离有限。

§1.2西门子S7-200 PLC概述

西门子公司的S7-200 PLC是一种叠装式结构的小型PLC。它指令丰富、功能强大、可靠性高、适应性好、结构紧凑、便于扩展、性能价格比高，深受用户欢迎，可以应用于各种小型自动化系统。S7-200的接口模块有数字量模块、模拟量模块、智能模块等。

S7-200有两种工作方式，即RUN(运行)模式与STOP(停止)模式。在CPU模块的面板上用“RUN”和“STOP”LED显示当前的操作模式。在RUN模式，通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能；在STOP模式，CPU不执行用户程序，可以用编程软件创建和编辑用户程序，设置PLC的硬件功能，并将用户程序和硬件设置信息下载到PLC。可以通过以下三种途径来改变工作模式：用模式开关改变工作模式；在程序中改变工作模式；用STEP7-Mico/Win32编程软件改变工作模式。

如果程序存在致命错误，在消除它之前不允许从停止模式进入运行模式。PLC 操作系统储存非致命错误供用户检查，但不会从运行模式自动进入停止模式。PLC 的工作方式为扫描工作方式。

S7-200的主要特点有以下几点：

（1）功能强大

（2）先进的程序结构