基于vb60實現(xiàn)s7-200plc對多臺異步電動機的控制(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 得最為廣泛的語言。 Visual Basic 在原有 BASIC 語言的基礎上進一步發(fā)展，至今包含了數(shù)百條語句、函數(shù)及關鍵詞，其中很多和 Windows GUI 有直接關系。專業(yè)人員可以用 Visual Basic 實現(xiàn)其它任何Windows 編程語言的功能，而初學者只要掌握幾個關鍵詞就可以建立實用的應用程序。 Visual Basic 的特點： （ 1）可視化的設計平臺 （ 2）面向?qū)ο蟮脑O計方法 （ 3） 事件驅(qū)動的編程機制 （ 4） 結(jié)構(gòu)化的設計語言 （ 5） 充分利用 Windows 資源 （ 6） 開放的數(shù)據(jù)庫功能與網(wǎng)絡支持 VB 簡單易學，通用性強，用途廣泛。 PLC 與繼電器接觸器控制系統(tǒng)的比較 從某種意義上看， PLC 控制是從繼電器接觸器控制發(fā)展而來的。兩者既有相似性又有很多不同處。二種方案的不同點如下： （ 1） PLC 內(nèi)部大部分采用“軟”邏輯 繼電器接觸器控制全部用硬器件、硬觸點和“硬”線連接，為全硬件控制；PLC 內(nèi)部大部分采用“軟”電器、“軟”接點和“軟”線連接，為軟件控制。 （ 2） PLC 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊 繼電器接觸器控制系統(tǒng)使用電器多，體積大且故障率大； PLC 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，使用電器少，體積小。 （ 3） PLC 內(nèi) 部全為“軟接點”動作快 電器接觸器控制全為機械式觸點，動作慢，弧光放電嚴重； PLC 內(nèi)部全為“軟接點”動作快。 （ 4） PLC 控制功能改變極其方便 繼電器接觸器控制功能改變，需拆線接線乃至更換元器件，比較麻煩； PLC控制功能改變，一般只需修改程序便可，極其方便。 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設 計 第 4 頁 （ 5） PLC 控制系統(tǒng)制造周期短 PLC 控制系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)簡單緊湊，基本為軟件控制，因此設計、施工與調(diào)試比繼電器接觸器控制系統(tǒng)周期短。 此外，由于 PLC 技術(shù)是計算機控制的基礎上發(fā)展而來，因此，它的軟硬件設置上有著傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制無法比擬的優(yōu)勢，工 作可靠性極高。 所以現(xiàn)在的電機控制系統(tǒng)中多用 plc 控制異步電機。 本文的可行性探討 隨著生產(chǎn)自動化程度的不斷提高，可編程序控制器 PLC 得到了廣泛的應用，特別是小型 PLC 具 有編程簡單、性能可靠和價格低的特點，被大量應用于單機控制系統(tǒng)中。但它也有自身的一些缺點，即數(shù)據(jù)的計算處理和管理能力較弱，不能給用戶提供良好的界面等。而計算機恰好能彌補 PLC 的不足，它不但有很強的數(shù)據(jù)處理和管理能力，而且能給用戶提供非常美觀而又易于操作的界面。將 PLC 與計算機結(jié)合，可使系統(tǒng)達到既能及時地采集、存儲數(shù)據(jù)，又可處理和使用好數(shù) 據(jù)，兩者結(jié)合的關鍵是 PLC 與計算機之間的通信。 面向異步電機 ，設計簡單有效的控制系統(tǒng)，涉及到三部分的軟件編程： 第一： PC 上人機操作界面的設計。 PC 作為上位機，一般都是運行在 Windows XP/VISTA 操作系統(tǒng)下，利用微軟提供的可視化編程軟件 Visual Basic ， 就可設計出優(yōu)美的人機操作界面，只需進行主要操作功能編程和少量界面控制編程。 第二：實現(xiàn)生產(chǎn)工藝要求的 PLC 控 制程序設計。因為是異步電機控制系統(tǒng)，其 控制過程并不復雜，我們 只要充分了解了異步電機的啟動 和控制要求，運用 PLC編程工具，此部 分設計編程并不難。 第三： PC 與 PLC 通訊程序的設計。此部分的開發(fā)設計較難，需要掌握 PC 和PLC 的有關通訊硬件驅(qū)動和通訊協(xié)議的知識。但對于異步電機 控制系統(tǒng)來說，主要通過 PC 串口來通訊，所以通訊程序設計的關鍵是如何利用 Visual Basic 中的串口通信控件 —— MSComm 控件，并根據(jù) PLC 的串口通信協(xié)議設計出上下位機的數(shù)據(jù)交換程序。 因此通信部分的設計工作是本次設計的主要側(cè)重點。 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設 計 第 5 頁 2 三相異步電動機 異步電機是交流電機的一種。異步電動機是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防，乃至日常生活和醫(yī)療器械中應用最廣泛的一種電動 機，它的主要作用是驅(qū)動生產(chǎn)機械和生活用具。其單機容量可從幾十瓦到幾千千瓦。隨著電氣化和自動化程度的不斷提高，異步電動機將占有越來越重要的地位。據(jù)統(tǒng)計，在供電系統(tǒng)的動力負載中，約有 70％是異步電動機，可見它在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)乃至我們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾浴．惒诫姍C是一種交流電機，其電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總落后于電機的同步轉(zhuǎn)速，故稱異步電動機。異步電動機有許多突出的優(yōu)點，和其它各種電動機相比，它的結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用和維護方便，效率較高，價格低廉。因此，從應用的角度來講，了解異步電機的工作原理，掌握它的運行性能，是十分必要的。 本章將著重討論三相異步電動機，并對單相異步電動機的工作原理作簡要的介紹。 三相異步電動機的基本構(gòu)造 [1] 一個三相異步電動機主要由兩部分組成，固定不動的部分稱為電動機定子；旋轉(zhuǎn)并拖動機械負載的部分稱為電動機轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子和定子之間有一個非常小的空氣氣隙將轉(zhuǎn)子和定子隔離開來，根據(jù)電動機的容量的大小不同，氣隙一般在 ～ 4mm 的范圍內(nèi)。電動機轉(zhuǎn)子和定子之間沒有任何電氣上的聯(lián)系，能量的傳遞全靠電磁感應作用，所以這樣的電動機也稱感應式電動機。一個三相異步電動機的基本構(gòu)造如圖 2— 1 所示。 圖 21 三相異步電動機的基本構(gòu)造 電動機定子由支撐空心定子鐵心的鋼制機座、定子鐵心和定子繞組線圈組成。 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設 計 第 6 頁 定子鐵心由 厚的硅鋼片疊至而成。定子鐵心上的插槽是用來嵌放對 稱三相定子繞組線圈的。一個三相異步電動機的定子構(gòu)造見圖 2— 2。 圖 22定子構(gòu)造 電動機轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵心由表面沖槽的硅鋼片疊至成一圓柱形。轉(zhuǎn)子鐵心裝在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸拖動機械負載。轉(zhuǎn)子、氣隙和定子鐵心構(gòu)成了一個電動機的完整磁路。 異步電動機的轉(zhuǎn)子有兩種形式：鼠籠式轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子。 鼠籠式轉(zhuǎn)子是在轉(zhuǎn) 子鐵心槽里插入銅條，再將全部銅條兩端焊在兩個銅端環(huán)上，以構(gòu)成閉合回路。抽去轉(zhuǎn)子鐵心，剩下的銅條及其兩邊的端環(huán)，其形狀像個鼠籠，故稱之為鼠籠式電動機。為了節(jié)省銅材，現(xiàn)在中小容量的鼠籠式電動機是在轉(zhuǎn)子鐵心的槽中澆注鋁液鑄成籠形導體，以代替銅制籠體。 繞線式轉(zhuǎn)子同電動機的定子一樣，都是在鐵心的槽中嵌入三相繞組，三相繞組的一端連成 Y 形，三相繞組的另一端分別連接在三個銅制的集電環(huán)上，集電環(huán)固定在轉(zhuǎn)軸上，三個環(huán)之間及環(huán)與轉(zhuǎn)軸之間相互絕緣，在集電環(huán)上用彈簧壓著炭刷與外電路連接，以便改善電動機的啟動和調(diào)速特性。 一般我 們把鼠籠式轉(zhuǎn)子的異步電動機稱為鼠籠式異步電動機；把繞線式轉(zhuǎn)子的異步電動機稱為繞線式異步電動機，雖然鼠籠式異步電動機同繞線式異步電動機在轉(zhuǎn)子構(gòu)造上有所不同，但它們的工作原理是一樣的。應當指出的是，鼠籠式異步電動機由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，工作可靠，如果對電機的啟動和調(diào)速沒有特殊的要求，一般在實際應用中，鼠籠式異步電動機應用得最為廣泛。所以在本教材中以介紹鼠籠式異步電動機為主。鼠籠式電動機的轉(zhuǎn)子見圖 2— 3。 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設 計 第 7 頁 圖 2— 3鼠籠式電動機的轉(zhuǎn)子見 三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理 異步電動機轉(zhuǎn)動的一般原理 三相異步電動機轉(zhuǎn)動的一般原理是基于法拉第電磁感應定律和載流導體在 磁場中會受到電磁力的作用這兩個基本因素。 圖 2— 4 中 N 和 S 是一對永久磁鐵的磁極，這對磁極以 n0 的轉(zhuǎn)速按順時針方向進行旋轉(zhuǎn)，從而形成了一個轉(zhuǎn)速為 n0 的旋轉(zhuǎn)磁場。 當磁場轉(zhuǎn)動時，放置在磁場當中的銅制線框上下兩根導條與旋轉(zhuǎn)磁場就有了相對運動并切割旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線，于是在這兩根導條上就產(chǎn)生了感應電動 勢，其方向符合發(fā)電機右手定則 E =BLV （ ） E—— 感應電動勢 [V] B—— 磁感應強度 [T] l—— 導條長度 [m] v—— 導條切割磁力線的相對速度 [m/s] 由于銅制線框形成一個閉合回路，因此在感應電動勢的作用下，線框的上下兩根導體中就出現(xiàn)了如圖 2— 4 所示方向的感應電流。 在磁場中的載流導體將受到電磁力的作用，根據(jù)電動機左手定則，上下兩根導條所受電磁力的方向如圖 2— 4 所示。在圖中可以看出， N 極下的導條受力方向是朝向右，而 S 極下的導條受力方向是 朝向左。這一對力形成一順時針方向的轉(zhuǎn)矩。如果我們把異步電動機的鼠籠式轉(zhuǎn)子放置在旋轉(zhuǎn)磁場中（如圖 2— 5）代替線框，不難想象，當磁場旋轉(zhuǎn)時，在磁極經(jīng)過下的每對導條都會產(chǎn)生這樣的電磁轉(zhuǎn)矩，在這些電磁轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子就按順時針的方向旋轉(zhuǎn)起來了。當然，如果 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設 計 第 8 頁 磁場按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子也將按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。由此可見，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向同旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向是相同的。 雖然轉(zhuǎn)子同旋轉(zhuǎn)磁場彼此隔離，但從上面的敘述可知，由于有了一個旋轉(zhuǎn)的磁場，在轉(zhuǎn)子的導條中產(chǎn)生了感應電流，而流過電流的導條又在磁場中受到電磁力的作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 ，從而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來。這就是感應式電動機轉(zhuǎn)動的一般原理。 需要指出的是，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度 n（即電動機的旋轉(zhuǎn)速度）比旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度 n0 （一般稱同步轉(zhuǎn)速）要低一些。這是因為如果這兩種轉(zhuǎn)速相等，轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場就沒有了相對運動，轉(zhuǎn)子導條將不切割磁力線便不能產(chǎn)生感應電動勢，也就不能產(chǎn)生感應電流，這樣就沒有電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子將不會繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。因此，若要轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子之間就一定存在轉(zhuǎn)速差，即轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度總要落后于旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度。由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度不同于，且低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，所以我們稱這種電動機為異步電動 機。 圖 2— 4 兩根導條所受電磁力的方向 旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 若要異步電動機能夠轉(zhuǎn)動，首先應當有一個旋轉(zhuǎn)磁場，在實際應用的異步 電動機中，是不可能使用一個旋轉(zhuǎn)的永久磁鐵來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的。通常我們在三相異步電動機的定子鐵心中放置三相對稱繞組 AX， BY 和 CZ，將三相繞組作星形連接，并接在三相正弦交流電源上，通入三相對稱電流，這樣，就能在電動機的定子空間里產(chǎn)生一個以固定速度旋轉(zhuǎn)的磁場。為了簡化起見，設每相繞組只有一個線匝，三個繞組分別嵌放在定子鐵心圓周上在空間位置上互差 120176。對稱 分布的6 個凹槽之中。 A 相繞組的始端用大寫英文字母 A 來表示， A 相繞組的末端用大寫 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設 計 第 9 頁 英文字母 X 來表示。另兩相繞組的始末端分別為 BY 和 CZ（見圖 2— 5）。 現(xiàn)在將三相繞組的末端連接在一起，每個繞組的始端分別接在三相對稱的交流電源上，如圖 2— 6 所示。 圖 25 定子鐵心繞組分布圖 圖 26 星形定子連接 在圖 2— 7 中給出了流入定子繞組的三相電流的波形。現(xiàn)在我們根據(jù)各個不同瞬時每相繞組電流及其方向來分析定子鐵心磁場分布的情況。 為了分析方便，在這里作一規(guī)定，電流為正值時（在坐標橫軸上方）， 從繞組的始端流入，從繞組的末端流出（見圖 1— 5）。下面將分析在不同時間（角度）由三相電流所產(chǎn)生的磁場將如何變化。當ω t = 0176。時， A 相電流 iA = 0。 C 相電流 iC 為正值，即從 C 端流入，在 Z 端流出。 B 相電流 iB 為負值，即從 Y 端流入，在 B端流出。根據(jù)電流的流向，應用右手螺旋定則，由 i 和 i 產(chǎn)生的合成磁場如圖 1 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設 計 第 10 頁 — 7（ a）所示。 當ω t = 60176。時， C 相電流 iC = 0。 A 相電流 iA 為正值，即從 A 端流入，在 X 端流出。 B 相電流 iB 為負值，即從 Y 端流入，在 B 端流出。由 iA 和 iB 產(chǎn)生的合成磁場如 圖 1— 7（ b）所示。可以看出，此時合成磁場同ω t = 0176。時相比，按順時針方向旋轉(zhuǎn)了 60176。 當ω t = 120176。時， B 相電流 iB = 0。 A 相電流 iA 為正值，即從 A 端流入，在 X端流出。 C 相電流 iC 為負值，即從 Z 端流入，在 C 端流出。由 iA 和 iC 產(chǎn)生的合成磁場如圖 1— 7（ c）所示。可以看出，此時合成磁場同ω t = 60176。時相比，又按順時針方向旋轉(zhuǎn)了 60176。同ω t = 0176。時相比，按順時針方向旋轉(zhuǎn)了 120176。 不難理解當ω t = 180176。時，此時的合成磁場同ω t = 0176。時相比，按順時針方向旋轉(zhuǎn)了 180176。根據(jù)這樣的規(guī)律，當ω t = 360176。時，合成磁場正好轉(zhuǎn)了一周。 圖 27 由三相對稱電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場 通過上面的分析可知，當定子繞組中的對稱三相電流隨時間不斷周而復始地變化時，由它們在電動機定子空間所產(chǎn)生的合成磁場隨電流的變化而在不斷旋轉(zhuǎn)著。這就是使異步電動