电磁离合器性能测试台控制部分设计.docx
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电磁离合器性能测试台控制部分设计
目录
第1章绪论1
1.1电磁离合器概述1
1.2课题背景及意义1
1.3国内外基本研究情况1
1.3.1转矩测量的国内外发展现状1
1.3.2PLC控制系统的国内外发展现状2
1.4课题的主要研究内容2
第2章PLC可编程序控制器3
2.1PLC的起源和发展3
2.2PLC控制系统与其他工业控制系统的比较5
2.2.1PLC控制系统与继电器控制系统的比较5
2.2.2PLC控制系统与计算机系统的比较5
2.2.3PLC控制系统与集散型控制系统的比较7
2.3PLC控制系统的组成7
2.3.1硬件的组成7
2.3.2软件的组成10
2.4PLC控制系统的发展趋势13
第三章元器件选型15
3.1PLC选型15
3.1.1输入输出（I/O）点数的估算15
3.1.2存储器容量的估算15
3.1.3控制功能的选择16
3.1.4机型的选择17
3.1.5CPU226及EM235介绍19
3.2I/O地址分配与扩展I/O的地址分配19
3.2.1本机最大I/O配置19
3.2.2I/O点数扩展和编址20
3.2.3本设计I/O地址分配表21
3.3变频器选型21
3.3.1变频器介绍21
3.3.2变频器的调速22
3.3.3变频器选型原则22
3.3.4MM440变频器介绍25
3.3.5MM440特点25
3.3.6MM440控制端子介绍27
3.4传感器选型29
3.4.1传感器简介29
3.4.2转矩转速传感器工作原理30
3.4.3转矩转速传感器选型依据31
3.5扭矩仪33
第四章控制系统程序设计34
4.1程序设计说明34
4.2转矩调零程序设计34
4.3测量系统控制程序设计36
4.3.1测量系统工作流程36
4.3.2模拟量控制编程方法36
4.3.3转矩传感器电机控制37
4.3.4测量过程控制程序38
4.4故障报警电路设计39
第五章设计总结43
5.1本设计研究结论43
5.2设计存在的问题和展望43
致谢44
参考文献45
附录Ⅰ程序语句46
附录ⅡCPU226接线图49
附录Ⅲ外文文献翻译50
附录Ⅳ外文文献原文58
摘要
随着科学技术的进步和生产力的发展，转矩、转速测量技术已在电机、汽车、船舶运输、柴油机、化工机械、石油工业、冶金等多方面获得了广泛的应用。
转矩、转速测量是各种机械产品的开发研究、测试分析、质量检验、型式鉴定和节能、安全与优化控制等工作中所必不可少的内容。
因此，转矩、转速测量系统的研制和生产情况，也就表征了一个国家的基础工业和科学研究的现代化水平。
本文介绍了可编程控制器的特点及工作原理，详细阐述了变频器、转矩转速传感器以及一些电器元件的特点。
同时描述了西门子S7-200系列PLC在本系统中的应用，确定了以西门子S7-200PLC为核心的控制系统，完成了对电磁离合器转矩测量系统的集中控制。
关键词：
转矩转速测量，PLC，电磁离合器
此处省略NNNNNNNNNN字。
如需要完整说明书和CAD图纸等。
互联网腾讯公司二四柒伍玖伍玖零玖捌
小麦设计信得过。
本设计已通过答辩！
长期有效
第1章绪论
1.1电磁离合器概述
电磁离合器主要应用于机械传动系统中，可在主动部分运转的情况下，使从动部分与主动部分结合或分离。
它有着高速响应、耐久性强、组装维护容易，使用简单、动作确实等特点。
电磁离合器的动作是通过电磁线圈驱动离合盘吸合与分开。
电磁离合器可分为：
干式单片电磁离合器，干式多片电磁离合器，湿式多片电磁离合器，磁粉离合器，转差式电磁离合器等。
1.2课题背景及意义
转矩、转速测量是各种机械产品的开发研究、测试分析、质量检验、型式鉴
定和节能、安全与优化控制等工作中所必不可少的内容。
通过测量机械设备的转矩、转速，可以分析研究零件、机构的受力状况和某些物理现象的机理。
因此，
转矩、转速测量及分析是保证各种生产及辅助设备安全正常运行、节省能源、提
高系统效率的重要手段。
转矩、转速在线监测对减少非计划检修时间，快速分析
产生事故及故障的原因，提高生产效率和经济效益都有重要意义。
随着科学技
术的进步和生产力的发展，转矩、转速测量技术已在电机、汽车、船舶运输、交
通、柴油机、化工机械、石油、冶金等多方面获得了广泛的应用。
在市场经济激
烈的竞争下，许多机械新产品既要向更大功率、更高速度、更高效率的方向发展，
又要向更小的设计裕度方向加速发展，转矩、转速测量能为旋转机械的设计提供
科学数据；转矩、转速测量应用在自适应控制系统中，可为自适应控制系统提供
控制信号；转矩、转速测量是检验各类动力机械功率输出是否达到设计标准的必
要手段；对于一些大型的、关键的、无储备的动力机械设备来说，由于他们的意
外停车或故障将造成极大的危害，而转矩、转速测量可对这些设备的运行进行状
态监测和故障识别，做到提前预警，避免危害。
此外，转矩、转速测量在作为节
能指示器，多主机系统的动力平衡指示器等方面都有着广泛应用。
随着转矩、转速测量的广泛应用，市场对转矩、转速测量系统也提出了越来
越高的要求：
由静态测试转向动态在线检测；由间接测量转向直接测量；由单功能转向多功能，包括自补偿、自修正、自适应、自诊断、远程设定、状态组合、信息存储和记忆；要求系统微型化、数字化、智能化、虚拟化和网络化；要求转矩、转速的检测与动力装置的控制相结合，达到转速、转矩、输出功率的优化配置。
1.3国内外基本研究情况
1.3.1转矩测量的国内外发展现状
转矩的测量，按原理可分为：
传递类（扭轴类或转矩计类），平衡力类（支反力类或测功机类），能量转换类（间接测量法）等三类。
据统计，现代实验工作中，大多数都采用传递类转矩测量法。
转矩测量技术主要包括两方面：
一是传感器，二是测量系统。
现阶段应用最为广泛的传递类转矩测量手段是采用传感器测量。
国外转矩、转速测量系统总体说来发展较早，技术水平也较为先进。
但近几年来，国内的转矩、转速测量系统经过广大科研技术人员的不断努力，也取得了迅速的发展。
1.3.2PLC控制系统的国内外发展现状
自从第一台PLC出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制PLC，并得到了迅速的发展。
目前，世界上有200多家PLC厂商，400多品种的PLC产品，按地域可分成美国、欧洲、和日本等三个流派产品，各流派PLC产品都各具特色，如日本主要发展中小型PLC，其小型PLC性能先进，结构紧凑，价格便宜，在世界市场上占用重要地位。
著名的PLC生产厂家主要有美国的A-B（Allen-Bradly）公司、GE（GeneralElectric）公司，日本的三菱电机（MitsubishiElectric）公司、欧姆龙（OMRON）公司，德国的AEG公司、西门子（Siemens）公司，法国的TE（Telemecanique）公司等。
我国的PLC研制、生产和应用也发展很快，尤其在应用方面更为突出。
在20世纪70年代末和80年代初，我国随国外成套设备、专用设备引进了不少国外的PLC。
此后，在传统设备改造和新设备设计中，PLC的应用逐年增多，并取得显著的经济效益，PLC在我国的应用越来越广泛，对提高我国工业自动化水平起到了巨大的作用。
目前，我国不少科研单位和工厂在研制和生产PLC，如辽宁无线电二厂、无锡华光电子公司、上海香岛电机制造公司、厦门A-B公司等。
1.4课题的主要研究内容
本次设计的大体内容是运用PLC配合变频器和转矩转速传感器来控制电磁离合器转矩测量系统。
要完成以上要求，本论文具体内容包括以下几个方面：
⑴从实际出发，了解电磁离合器转矩测量系统的工作流程。
⑵参考工作流程，确定控制方案及要用到的元器件。
⑶了解各元器件的功能和工作原理，完成相应的硬件设计以及元器件的接线。
⑷编写控制程序，并对其进行模拟仿真分析结果。
第2章PLC可编程序控制器
2.1PLC的起源和发展
在可编程控制器诞生之前，继电器控制系统已广泛的用于工业生产的各个领域，继电器控制系统通常可以看成由输入电路，控制电路，输出电路和生产现场这4个部分组成的。
其中输入电路也是由按钮，行程开关，限位开关，传感器等构成。
用以向系统送入控制信号。
输出电路部分是由接触器，电磁阀等执行元件构成，用以控制各种被控制对象，如电动机，电炉，阀门等。
继电器控制电路部分是控制系统的核心部分。
它通过导线将各个分立的继电器，电子元器件连接起来对工业现场实施控制；生产现场是指被控制的对象（如电动机等）或生产过程。
继电器控制系统在传统的工业生产中曾起着不可替代的重要作用，随着生产规模的逐步扩大，市场经济竞争日趋激烈，继电器控制系统已越来越难以适应，因为继电器控制电路通常是针对着某一固定的动作顺序或生产工艺而设计的。
它的控制功能也仅仅只局限于逻辑控制，定时，计数等这样一些简单的控制，一旦动作顺序或生产工艺发生变化，就必须进行重新设计，布线，装配，和调试。
显然，这样的控制系统完全无法满足日新月异且竞争激烈的市场经济发展的需要。
这就迫使人们要放弃原来已占统治地位的继电器控制系统，研制可以替代继电器控制系统的新型的工业控制系统。
出于上述考虑，美国通用汽车公司（GM）于1968年提出了公开招标研制新型的工业控制器的设想，第二年，即1969年美国数字设备公司（DEC）就研制出了世界上第一台可编程序控制器。
在这一时期，可编程序控制器虽然采用了计算机的设计思想，但实际上只能完成顺序控制，仅有逻辑运算，定时，计数等顺序控制功能。
所以人们将可遍程序控制器称之为PCL（ProgrammableLogicalController），即可编程序逻辑控制器。
20世纪70年代末80年代初，微处理器技术日趋成熟，使可编程序控制器的处理速度大大提高，增加了许多特殊，如浮点运算，函数运算，查表等。
这样可编程序控制器不仅可以进行逻辑控制，还可以对模拟量进行控制。
因此，美国电气制造协会NEMA（NationalElectricalManufacturersAssociation）将之正式命名为PC（ProgrammableController）。
值得注意的是，因为个人计算机的简称也是PC（PersonalComputer），有时为了避免混淆，人们习惯上仍将可编程序控制器简称PLC（尽管这是早期的名称）。
本书采用PLC的称呼。
20世纪80年代后，随着大规模和超大规模集成电路的迅猛发展，以16位和32位微处理器构成的微机化可编程序控制器得到了惊人的发展，使之在概念上，设计上，性能价格比等方面有了重大突破。
可编程序具有了高速计数，中断技术，PID控制等功能，同时联网通信功能也得到了加强，这些都使得可编程序控制器的应用范围和领域不断扩大。
为了使这一新型的工业控制装置的生产和发展规范化。
国际电工委员会（IEC）制定了PLC的标准，并给出了它的定义：
“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在其内部储存执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等操作，并通过数字式，模拟式的输入与输出，控制各类的机械或生产过程。
可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则设计。
”
综上所述，PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术，自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。
这种装置具有体积小，功能强，程序设计简单，灵活通用，维护方便等优点，特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，得到了用户的公认和好评。
他经过短短的几十年发展后，现在已成为现代工业控制的三大支柱（PLC，机器人和CAD/CAM）之一，被广泛地应用于机械，冶金，化工交通，电力等领域中。
以PLC作为控制器的PLC控制系统是从根本上改变了传统的继电器控制系统的工业原理和方式。
继电器控制系统是控制功能是通过采用硬件接线的方式来实现的，而PLC控制系统的控制功能是通过存储程序来实现的，不仅可以实现开关量控制，还可以进行模拟量控制，顺序控制。
另外，它的定时和计数功能也远比继电器控制系统强很多，一般可以为用户提供几十个甚至上百个定时器，计数器。
随着计算机和通信技术的发展，现代PLC控制系统已远不是几十年前的那个样子，PLC的控制从早期的单机控制发展到多机控制，实现了工厂自动化。
尽管现在的PLC控制系统已发生了很大的变化，但是从自动控制的角度来看，PLC控制系统与传统的继电器系统在结构上仍有相似之处。
现在以集中型的PLC控制系统为例说明集中型PLC控制系统与继电器控制系统在结构上有那些相同和不同之处，这对初学者理解PLC控制系统的工作原理是有帮助的。
集中型PLC控制系统的结构。
将两种系统相比，就会发现PCL控制系统与继电器控制系统输入，输出部分基本相同，输入电路也是由按钮，开关，传感器所构成：
输出电路也好似由接触器，执行器，电磁阀等构成的。
不同的是继电器控制系统在控制线路被PLC中的程序代替，这样一旦生产工艺发生变化，就只需要修改程序就可以了。
正是上述原因，PLC控制系统除了可以完成传统继电器控制系统所具有的全部功能外，还可以实现模拟量控制，开环或闭环过程控制，甚至多级分布式控制。
随着微电子技术的进一步发展，PLC的成本在降低，传统的继电器控制系统被PLC控制系统代替已是发展的必然趋势。
2.2PLC控制系统与其他工业控制系统的比较
2.2.1PLC控制系统与继电器控制系统的比较
比较项目
继电器控制系统
PLC控制系统
控制功能的实现
由许多继电器，采用接线的方式来完成控制功能
各种控制功能是通过编制的程序来实现的
对生产工艺过程变更的适应性
适应性差。
需要重新设计，改变继电器和接线
适应性强，只需对程序进行修改
控制速度
低。
靠机械动作实现
极快。
靠微处理器进行处理
计数及其他特殊功能
一般没有
有
安装，施工
连线多，施工繁
安装容易，施工方便
可靠性
差，触点多，故障多
高，因元器件采用了筛选和老化等可靠性措施
寿命
短
长
可扩展性
困难
容易
维护
工作量大，故障不易查找
有自诊能力，维护工作量小
表2-1PLC与继电器控制系统比较表
结论：
由于PLC控制系统与继电器控制系统相比具有无法比拟的优点，因此，在今后的控制系统中，传统的继电器控制系统被PLC控制系统所代替是大势所趋。
2.2.2PLC控制系统与计算机系统的比较
20世纪60年代，由于小型计算机的出现，有人曾试图用小型计算机来取代当时占统治地位的继电器控制系统，结果未获成功，取而代之的却是PLC的出现。
通过计算机与PLC本身的工作目的，原理和方式上都存在着较大的差异，其结果比较见下表。
比较项目
通用计算机系统
PLC控制系统
工作目的
科学计算，数据管理等
工业自动控制
工作环境
对工作环境要求比较高
对环境要求低，可在恶劣的工业现场工作
工作方式
中断处理方式
循环扫描方式
系统软件
需配备功能较强的系统的软件
一般只需要简单的监控程序
采用的特殊措施
掉电保护等一般性措施
采用多种抗干扰措施，自诊断，断电保护，可在线维修
编程语言
汇编语言，高级语言
梯形图，助记符语言，SFC标准化语言
对操纵人员的要求
需专门培训，并具有一定的计算机基础
一般技术人员，稍加培训即可操作使用
对内存的要求
容量大
容量小
价格
价格高
价格较低
其他
若用于控制，一般需自行设计
机种多，模块种类多，易于集成系统
表2-2PLC与计算机系统比较表
结论：
一般情况下，在工业自动化工程中采用PLC可靠，方便，易于维护。
进入20世纪70年代，采用微处理器的工业控制计算机出现了。
它与PLC共同推动着传统工业的技术改造。
经过较长时间是实践，人们又发现，PLC与一般的工业控制计算机相比，PLC还是有着较强的优势，其原因是PLC专为在工业环境下的应用而设计，在PLC中采用了如下的硬件和软件措施：
光电耦合隔离和R-C滤波器，有效地防止了干扰信号的进入。
内部采用电磁屏蔽，防止辐射干扰。
采用优良的开关电源，防止电源线引入的干扰。
具有良好的自诊断功能可对CPU等内部电路进行检测，一旦出错，立即报警。
对程序及有关数据有电池供电进行后备，一旦断电或运行停止，有关状态及信息不会丢失。
对采用的器件都进行了严格的筛选和简化，排除了因器件问题而造成的故障。
采用了冗余技术进行一步增强了可靠性。
对某些大型PLC还采用了双CPU构成冗余系统，或三CPU构成表决式系统。
随着构成PLC的元器件性能的提高，PLC的可靠性也在相应的提高。
一般PLC的平均无故障时间可达到几万小时以上。
某些PLC的生产厂家甚至宣布，今后生产PLC不再标明可靠性这一指标，因为对PCL来讲这一指标已毫无意义了。
经过大量时间人们发现PLC系统在使用中发生的故障大是由于PLC的外部开关，传感器，执行机构引起的，而不是PLC本身发生的。
另外，PLC程序设计简单，易学易懂易维护，更适合于工程技术人员。
因此，PLC在工业控制方面获得了极大成功，成为工业控制中的主流。
但是必须指出的是：
计算机在信息处理方面还是优于PLC，所以在一些自动化控制系统中，常常将两者结合起来，PLC做下位机进行现场控制，计算机做上位机信息处理。
计算机与PLC之间通过通信线路实现信息的转换和交换。
这样相辅相成，构成一个功能较强的完整的控制系统。
此处省略NNNNNNNNNN字。
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