工控机+数据采集卡实现电机正反转要点.docx
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工控机+数据采集卡实现电机正反转要点
燕山大学
课程设计说明书
题目：
工控机+数据采集卡实现电机正反转控制
学院（系）：
电气工程学院
年级专业：
学号：
学生姓名：
指导教师：
教师职称：
摘要
生产机械往往要求运动部件可以实现正反两个方向的起动，这就要求拖动电动机能作正、反向旋转。
由电机原理可知，改变电动机三相电源的相序，就能改变电动机的转向。
按下正转启动按钮SB1，电动机正转运行，完成正转启动。
按下停止按钮SB2，电动机停止运行。
按下反转启动按钮SB3，电动机反转运行，完成反转启动。
研华MIC-2760是一款提供十个继电器输出、基于PC的模块化工业控制器，可以输出高达125V的电压和1A的电流，完全可以满足电机正反转的控制要求，并且可以通过跳线设置控制是否延时输出，因此本次设计采用研华MIC-2760工控控制器进行设计。
近年来，随着计算机和数据采集卡技术的不断提高，越来越多的企业以计算机和数据采集卡为平台，实现生产控制，这一系统比传统的PLC系统具有更低的成本，灵活的配置，更短的开发周期。
VB语言是目前流行的编程语言之一，利用VB，可在较短时间内开发出功能完善的数据采集卡应用程序。
第一章设计技术参数及要求
1.1设计技术参数
1.2工作计划
1.3工作量
第二章元件选择及方案设计
2.1电动机的选型
2.2控制方案的设计
第三章电机正反转主电路原理图
3.1电机正反转电气原理分析
3.2电机主电路的保护措施
第四章研华MIC-2760基于PC的工业控制器介绍
第五章基于研华MIC-2760电机正反转控制电路图
5.1电机正反转MIC-控制回路设置
5.2基址选择开关控制
5.3延时输出开关控制
第六章vb语言控制研华数据采集卡介绍及设计
第七章控制编程
第八章结论
第九章参考文献
第一章设计技术参数及要求
1.1、设计技术参数
数据采集卡采用研华系列
电机为5.5KW
界面采用VB语言
具备电机正反转、点动等基本功能
1.2、工作计划
确定系统总体设计方案（包括方案的选择和说明）
选择PLC模块与外围器件，完成电气原理图绘制
学习VB编程语言，完成程序开发
撰写说明书，绘制图纸
完成课程设计考核
1.3、工作量
说明书一份不少于6000字，可手写也可打印
A2图纸一张，手写打印均可
参考文献不少于3篇
第二章元件选择及方案设计
2.1电动机的选型
三相电机是指当电机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相交流电后，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），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。
本次设计采用Y132S-4型三相异步电动机作为控制对象，功率为5.5KW，满足设计要求。
本型号电动机为四极电动机，同步转速为1500r/min，异步转速为1440r/min。
电动机同步转速公式如下：
n=60f/p。
f为频率,单位为Hz。
n为转速，其单位为r/min
p为磁极对数（注意是磁极对数而非磁极的个数，如本电机4极电机n=2）
当然也可以选择其他的型号的电动机，不同型号的电动机并不影响控制电路的设计。
2.2、控制方案的设计
本设计采用PC工控机+研华基于PC的工业控制卡MIC-2760+电动机正反转控制主回路的设计方案。
通过PC工控机发出电动机正反转的控制命令，MIC-2760工业控制卡通过PCI接口接收PC工控机的命令并产生继电器输出，控制电机正反转主回路线圈的得电与失电，从而达到实现电动机正反转的控制要求。
第三章电机正反转主电路原理图
3.1、电机正反转电气原理分析
电机要实现正反转控制，将其电源的相序中任意两相对调即可（被称为换相），通常是V相不变，将U相与W相对调节器，为了保证两个接触器动作时能够可靠调换电动机的相序，接线时应使接触器的上口接线保持一致，在接触器的下口调相。
由于将两相相序对调，故须确保二个KM线圈不能同时得电，否则会发生严重的相间短路故障，因此必须采取联锁。
为安全起见，常采用机械联锁与电气联锁的双重联锁正反转控制线路。
使用了按钮联锁，即使同时按下正反转按钮，调相用的两接触器也不可能同时得电，机械上避免了相间短路。
另外，由于应用的接触器联锁，所以只要其中一个接触器得电，其长闭触点就不会闭合，这样在机械、电气双重联锁的应用下，电机的供电系统不可能相间短路，有效地保护了电机，同时也避免在调相时相间短路造成事故，烧坏接触器。
由于本项目采用研华控制卡和VB编程设置，所以可以通过VB程序逻辑设计实现电气联锁，有效的保护电动机的正常运行，防止短路发生。
图，主拖动电机的主电路图
对于点动和长动的区别，由于本次项目采用VB语言编程进行控制，因此只需在程序中进行控制逻辑的设计。
并且本设计采用点动长动开关进行点动与长动的选择，通过点动长动选择开关进行点动与长动的选择。
3.2、电机主电路的保护措施
在主电路中，除了KM1、KM2出点外，还有熔断器FU和热继电器FR做为主电路的保护元件，防止由于短路或者过载、断相对电机的损坏。
熔断器FU是指当电流超过规定值时，以本身产生的热量使熔体熔断，断开电路的一种电器。
熔断器是根据电流超过规定值一段时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开,可以防止电路短路对电动机的损坏，以最小的成本来实现电动机的保护。
热继电器FR是由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护以及断相
第四章研华MIC-2760基于PC的工业控制器介绍
研华公司成立于1983年，是一家全球领先的电子平台产品和服务提供商。
其业务范围包括完整的系统集成、硬件、软件、以客户为中心的设计服务和全球后勤支持，均由产业领先的后端办公电子商务解决方案进行保障。
本次设计要求实现电机的正反转及点动等基本控制要求，因此只需两个继电器输出就可以实现电机的正反转控制功能。
结合本次设计要求及研华数据采集及控制卡的类型，本设计采用研华的一款基于PC的模块化工业控制器MIC-2760。
研华MIC-2760提供10个继电器输出通道数，每个通道可由跳线设置为常开或者常闭接点。
以下为MIC-2760参数列表：
输出数通道：
10
继电器类型：
单刀双掷（SPDT.C型）
输出类型：
常开或常闭
触点容量：
2A@30VDC，1A@125VAC
继电器打开时间：
5毫秒，典型的
继电器闭合时间：
5毫秒，典型的
接触电阻：
小于50毫欧姆
指示模式：
逻辑“1”：
灯亮
逻辑“0”：
研华MIC-2760实物图
第五章基于研华MIC-2760电机正反转控制电路图
5.1、电机正反转MIC-控制回路设置
由于只需控制电动机正反转，所以只需两个继电器输出接口来控制KM1、KM2的得电与失电。
因为电机的正转和反转不能同时进行，因此需要KM2的常闭辅助触点与KM1线圈串联、KM1的常闭辅助触点与KM2线圈串联，形成硬件上的互锁，防止两个继电器输出接口同时输出，达到保护的作用。
同时通过串接一个热继电器达到保护控制回路的目的。
控制回路接线图
研华MIC-2760控制卡有一个功能选择开关和十个跳线设置开关。
可以通过这些开关实现基址配置及输出是否延时的控制。
5.2、基址选择开关控制
我们通过向MIC-2760的端口地址读取和写入数据来实现对MIC-2760的控制，因此MIC-2760需要一段连续的地址位置。
通过SW1可以设置MIC-2760的基址。
有效的基址范围为十六进制的000-3F0。
通过基址设置来避免和系统上其他设备发生地址冲突。
MIC-2760的出厂默认基址地址为0x300，可以通过SW1进行其他地址的设置，SW1设置选项如下图所示：
基址选择开关选择示意图
5.3、延时输出开关控制
通过设置JP1-JP10可以设置十个继电器输出为NC（normalclose）或者NO（normalopen），从而决定输出是否延时。
延时开关控制示意图
第六章vb语言控制研华数据采集卡介绍及设计
整个电路包括一个启停控制按钮、一个电机、一个长动点动选择开关以及两个分别控制正转和反转的按钮。
默认运行时，启停按钮处于启动状态，当将长动点动开关达到长动时，电机正反转按钮即可以实现电动机的正反转运行，电机停止按钮即可以实现电动机的停止；当将点动开关打到点动时，按住正转、反转按钮电动机才分别进行正转、反转运行，松开按钮，电动机停止。
编程前的准备
安装MIC_2760驱动程序，注意要安装Device Manager程序，用它来进行一些设置。
阅读用户手册（安装盘里面可以找到）。
建立VB6工程。
将Driver.BAS文件添加到工程中，或者将其中的一些我们要用到的函数声明和定义输入到项目的其他module文件中。
这个文件在研华驱动的安装文件夹中能找到。
使用了如下函数：
1）打开板卡
板卡开始工作前，要打开，通过下面的函数完成：
DRV_OpenDevice（参数1, 参数2）
参数1：
板卡号，在Device Manager中设置，如果计算机上只装了1块这样的板卡就为0，如果多块，就是不同的数字，它在程序中标识指定板卡。
参数2：
一个句柄，用来标识一个打开的设备。
函数执行后才能够得到，后面的各种函数都要使用这个句柄。
2）参数设置
DRV_MAIConfig（参数1, 参数2）
参数1：
设备句柄，即前面函数执行得到的。
参数2：
PT_MAIConfig结构，用于设置各种参数。
该结构说明如下：
Type PT_MAIConfig
NumChan As Integer ’程序中将要使用的通道数，比如在我的程序中使用了2个通道
StartChan As Integer ’起始通道号，比如我的程序中从通道0开始的
GainArray As Long ‘各个通道的增益，某个通道的增益表示的该通道的的输入电压范围，不同的范围有不同的增益，这个值在用户手册中可以查到。
End Type
使用函数DRV_MAIConfig前要先将参数2的各个成员赋值。
3）采集数据
DRV_MAIVoltageIn（参数1, 参数2）
参数1：
设备句柄。
参数2：
PT_MAIVoltageIn结构，用于装载采集到的各种数据。
该结构说明如下：
Type PT_MAIVoltageIn
NumChan As Integer’通道数
StartChan As Integer’起始通道号
GainArray As Long '增益
TrigMode As Integer’触发方式，我用的内部触发方式，值为0
VoltageArray As Long '读到的各个通道的电压值，是一个数组
End Type
使用DRV_MAIVoltageIn前要对参数2赋值，其中VoltageArray只是通过DRV_GetAddress函数获取一个数组的地址，函数执行后，具体的电压值才被写到该地址的相应位置。
DRV_GetAddress的使用方法如下：
先定义一个数组（比如v），该数组用来存储读到的电压值，我的程序中要读两个通道，则该数组的元素为2。
参数2的VoltageArray=DRV_GetAddress（v（0）），这条语句找到了v的地址，执行DRV_MAIVoltageIn后采集到的各个通道的电压值便被写入数组v中。
4）关闭板卡
板卡完成所有工作后，如果不再使用，则需要关闭，通过下面的函数完成。
DRV_DeviceClose（参数）
参数就是前面函数执行后得到的句柄。
28
将动态连接库与工程相连接
在VC下面加入动态连接库比较简单的办法是：
直接将所需的头文件和库函数拷贝到您的工程文件夹下面，然后再依照上面的方法将头文件和库函数导入您的工程。
使用visual Basic来创建应用程序：
要正确的使用DA&C函数，你必须按照下面的步骤来使用DA&C的动态连接库
1．择File | New Project菜单创建工程，这一点同其他的类型的程序创建是完全一样的。
创建新的VB工程
为了能够使用研华的的驱动程序来开发数据采集工程，首先需要将研华驱动程序的头文件包含到工程中，具体方法是选择View | Project Explorer菜单
3、单击 Project Explorer 按钮之后， 弹出 Project Explorer 窗口，在该窗口中单击右键， 显示了一些可选的菜单
单击 AddFile菜单 添加Advantech 为Visual Basic 的库文件“Driver.bas“，随后会弹出文件
选择对话框。
通常情况下着头文件是包含在驱动程序安装的默认路径下面。
VB下面如何调用动态连接库请参考VB使用手册。
加入库文件后就可以浏览工程中用到的常量，参数声明和动态连接库中的函数。
创建您自己的应用程序代码，并且使用动态连接库中的函数。
第七章控制编程
#include
usingnamespacestd;
voidmain（）
{
intM,a,b,A1,A2;
cin>>M;
A1=A2=1;
while（M==0）
{
if（a==0）
{A1=0;
A2=1;
}
if（b==0）
{
A1=1;
A2=0;
}
}
}
M为点动开关，a为正传开关，b为反转开关
第八章结论
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关工控机与数据采集卡方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。
实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。
过而能改，善莫大焉。
在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。
最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。
在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！
第九章参考文献
1.用VB编制数据采集卡控制软件（广东省科学院自动化工程研制中心蔡治唐去克）
2.基于VB的数据采集系统（张家口职业技术学院白树森）
3.数据采集卡的编程及应用
4.<<电气控制及PLC>>（机械工业出版社）
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