学海网

毕业设计-基于PLC的多单元同步驱动系统的逻辑控制设计，共73页，20303字，附程序、任务书、开题报告、外文翻译等
摘要
在工业生产（例如：轧钢、造纸、纺织、线材的拉拔等行业）上，多电机同步驱动控制系统具有广泛的应用，其同步效果直接影响产品的质量。本文主要针对直线式拉丝机的多电机同步驱动系统的逻辑控制进行研究。通过了解多单元同步控制系统的发展，在直线式拉丝机的实际生产工艺基础上，确定设计方案，即全数字式多单元同步控制。控制核心为可编程逻辑控制器（PLC）和变频器。PLC与变频器采用RS-485通讯方式实现对多电机系统进行同步控制。
通过对生产过程的分析，将运行过程分为手动和自动两种运行状态，其中手动又分为单动和前联两种运行状态。单动过程指在手动运行状态下，单个电机单独运行。前联过程指在手动运行状态下，本电机与前面电机一起同步运行并引入张力控制保持张力平衡。自动过程指在张力控制系统的控制下，各个电机同步运行并保持张力的平衡。同时，利用PLC通过RS-485与变频器实时通讯，监视并控制变频器，实现多电机的同步逻辑驱动。最后，对PLC逻辑控制程序和RS-485通信协议进行仿真调试，实现多电机的同步逻辑驱动。
关键词：拉丝机；多电机；同步驱动；PLC；RS-485

二、课题来源及选题依据
随着工业自动化程度的提高和生产规模的扩大，各种生产线、输送线的长度和输送功率不断增加,当输送线长度增加到一定程度时，采用单电机驱动往往难以满足生产的要求，必须采用多电机同步驱动的方式。
组成多级同步驱动系统之后，从驱动电机之间的连接关系看可分两类:一类是各驱动电机依赖链接式进行物理连接，由于各同步电机之间存在严重的耦合作用，可能导致该电机的转速偏离更加严重，最后造成整个传动系统不能正常工作，许多工厂的生产线、装配线就属于这类；因此，多电机协调的研究具有非常重要的现实意义。本论文所研究的对象针对后一类控制系统，主要基于冷轧机、拉丝机等生产线。
三、本设计（论文或其他）应达到的要求：
① 熟悉多单元同步驱动系统的发展历程；
② 熟练多单元同步驱动系统的原理和控制方法；
③ 熟练掌握各单元电动机采用变频调速的方法；
④ 掌握变增益、变时间常数的智能PI控制器及卷径补偿控制策略。
本论文的主要工作和创新与前述分析的传统系统比较，进行了如下几方面工作和创新设计:
1.4.1 主要工作
（1）熟悉直线式拉丝机的生产工艺，建立基于张力恒定的多单元同步驱动控制系统模型；
（2）本系统利用可编程控制器完成系统的设计，通过变频器的PU接口，将PLC和变频器连接实现基于RS-485的工业控制网络。由PLC实现系统的控制算法和实时监控，由PLC实现系统的启动、停止、稳态运行的控制和保护等逻辑控制任务；
（3）利用实验室现有的设备，构造一个与生产现场类似的实验环境。其中的关键控制装置均采用实际系统中可直接使用的设备，如可编程控制器是MITSUBISHI的FX2N，变频器是MITSUBISHI的A540，采用RS-485通讯方式。监控及界面采用触摸屏是MITSUBISHI的A970GOT，采用RS-422通讯方式与PLC通讯。
1.4.2 主要创新
（1）利用光电传感器，采集现场张力变化信号，在加工对象的工艺参数或系统参数变化后，使各电机比例同步速按工艺要求实现自动调整，始终保证整个系统动态过程满足式(1-1)的比例同步驱动；
（2）采用RS-485通讯方式，实现PLC与变频器的实时通讯，通过变频器控制各个电机的运行。实现基于转速反馈控制的调速系统，各驱动单元的稳态无差和动态快速响应；
（3）利用触摸屏与PLC通信功能来实现系统的参数设定和系统的实时监控。

目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
目 录 V
第1章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 课题的发展现状 1
1.2.1 模拟量多单元同步控制 1
1.2.2 数模结合型多单元同步控制 3
1.2.3全数字式多单元同步控制 4
1.3 本论文的控制对象和控制任务 5
1.4 本论文的主要工作和创新 6
1.4.1 主要工作 6
1.4.2主要创新 6
第2章 方案的比较和选择 7
2.1 传统的多单元同步驱动控制系统 7
2.2 带张力补偿控制的多电机同步驱动系统 8
2.3 全数字式的多单元同步控制系统 9
2.4 设计方案的确定 9
第3章 系统的设计 11
3.1 直线式拉丝机转速同步原理 11
3.1.1 卷筒同步运行原理 11
3.1.2 确定合适的转速比 12
3.2 LZ-8/600直线式拉丝机参数的确定 12
3.2.1 卷筒转速比的确定 13
3.2.2 总压缩比的确定 15
3.2.3 钢丝所需拉拔力矩 15
3.2.4 电机输出力矩 16
3.2.5 卷筒输出力矩 16
3.3 系统模型的建立 17
3.4 器件的选择 17
3.4.1 可编程逻辑控制器（PLC） 18
3.4.2 变频器的选择 19
3.4.3 触摸屏的选择 19
第4章 系统的硬件设计 21
4.1 可编程逻辑控制器（PLC） 21
4.1.1输入输出元件及分配 21
4.1.2 PLC输入输出接线图 23
4.1.3 FX2N-4AD模拟量输入模块 28
4.2变频器A540 30
4.3 RS-485通信接口的设计 30
4.3.1 RS-485标准接口简介 30
4.3.2 PLC与变频器的连接 31
第5章 系统的软件设计 33
5.1 RS-485通讯的设计 33
5.1.1 变频器的设置 33
5.1.2 通讯的数据格式 33
5.1.3 通讯数据定义 34
5.1.4 PLC中特殊继电器和寄存器的设置 35
5.1.5 程序设计 36
5.2 FX-4AD模拟量输入模块的设计 36
5.2.1 FX-4AD缓冲寄存器（BFM）的设计 36
5.2.2 FX-4AD的基本应用程序 38
5.3 主控程序设计 38
5.3.1 程序运行逻辑简介 38
5.3.2 系统程序流程 39
5.3.3 PLC逻辑控制程序 43
第6章 总 结 45
6.1 设计心得 45
6.2 前景展望 45
致 谢 47
参考文献 48
附 录 50
附录一、通讯数据的定义 50
附录二、通讯程序（以1#变频器为例） 56
附录三、主控制程序 59