2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、<p><b>  畢 業(yè) 論 文</b></p><p>  三相異步電動機的PLC控制</p><p> 題  目單片機在應(yīng)用中的LCD顯示</p><p> 學(xué)生姓名學(xué) 號指導(dǎo)教師</p><p> 系 部電氣工程系班 級順序號第1 次</p><p> 學(xué)生完成

2、畢業(yè)論文(設(shè)計)內(nèi)容情況11月16日確定三相異步電動機的PLC控制學(xué)生簽名:時間: 2010年 11月7日</p><p> 教師指導(dǎo)內(nèi)容記錄分配任務(wù),指導(dǎo)論文大致方向教師簽名:時間: 年 月 日</p><p><b>  摘 要</b></p><p>  PLC在三相異步電機控制中的應(yīng)用,與傳統(tǒng)的繼電器控制相比,具有控制速度快、可靠性高

3、、靈活性強、功能完善等優(yōu)點。長期以來,PLC始終處于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場,為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供了非常可靠的控制應(yīng)用。它能夠為自動化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案,適合于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對自動化的需要。本文設(shè)計了三相異步電動機的PLC控制電路,該電路主要以性能穩(wěn)定、簡單實用為目的。</p><p>  關(guān)鍵詞:PLC,編程語言,三相異步電機,繼</p><p><

4、b>  目錄</b></p><p><b>  緒論1</b></p><p>  第一章 三相異步電動機基礎(chǔ)2</p><p>  1.1 三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)2</p><p>  1.2 三相異步電動機的工作原理3</p><p>  1.3 三相異步電動機

5、的幾個工作過程的分析3</p><p>  第二章 PLC基礎(chǔ)7</p><p>  2.1 PLC的定義7</p><p>  2.2 PLC與繼電器控制的區(qū)別7</p><p>  2.3 PLC的工作原理7</p><p>  2.4 PLC的應(yīng)用分類8</p><p>  

6、第三章 總體設(shè)計9</p><p>  3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)9</p><p>  3.2 系統(tǒng)配置10</p><p>  3.3 三相異步電動機的調(diào)速系統(tǒng)PLC控制16</p><p><b>  圖7 梯形圖18</b></p><p>  3.4 三相異步電動機使用PLC控制優(yōu)點2

7、0</p><p>  3.5系統(tǒng)調(diào)試21</p><p>  第四章 結(jié)束語22</p><p><b>  參考文獻23</b></p><p><b>  緒論</b></p><p>  三相異步電動機的應(yīng)用幾乎涵蓋了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活的各個領(lǐng)域,在這些應(yīng)用領(lǐng)

8、域中,三項異步電動機常常運行在惡劣的環(huán)境下,導(dǎo)致產(chǎn)生過流、短路、斷相、絕緣老化等事故。對于應(yīng)用于大型工業(yè)設(shè)備重要場合的高壓電動機、大功率電動機來說,一旦發(fā)生故障所造成的損失無法估量。</p><p>  在生產(chǎn)過程,科學(xué)研究和其他產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中,電氣控制技術(shù)應(yīng)用十分廣泛。在機械設(shè)備的控制中,電氣控制也比其他的控制方法使用的更為普遍。</p><p>  本系統(tǒng)的控制是采用PLC的編程語言——梯

9、形語言,梯形語言是在可編程控制器中的應(yīng)用最廣的語言,因為它在繼電器的基礎(chǔ)上加進了許多功能、使用靈活的指令,使邏輯關(guān)系清晰直觀,編程容易,可讀性強,所實現(xiàn)的功能也大大超過傳統(tǒng)的繼電器控制電路??删幊炭刂破魇且环N數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),它是專為在惡劣工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器,用來在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制,定時、計數(shù)和算術(shù)等操作的指令,并采用數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出,控制各種的機械或生產(chǎn)過程。</p>

10、<p>  長期以來,PLC始終處于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場,為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供了非??煽康目刂茟?yīng)用。它能夠為自動化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案,適合于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對自動化的需要。 進入20世紀80年代,由于計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展,極大的推動了PLC的發(fā)展,使的PLC的功能日益增強。如PLC可進行模擬量控制、位置控制和PID控制等,易于實現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)。遠程通信功能的實現(xiàn)更使PLC 如虎

11、添翼。目前,在先進國家中,PLC已成為工業(yè)控制的標(biāo)準設(shè)備,應(yīng)用面幾乎覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)。PLC是一種固態(tài)電子裝置,它利用已存入的程序來控制機器的運行或工藝的工序。PLC 通過輸入/輸出(I/O)裝置發(fā)出控制信號和接受輸入信號。由于PLC綜合了計算機和自動化技術(shù),所以它發(fā)展日新月異,大大超過其出現(xiàn)時的技術(shù)水平。它不但可以很容易地完成邏輯、順序、定時、計數(shù)、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等功能,而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機械數(shù)字量和模擬量的

12、聯(lián)系,從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制。特別是超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展以及信息、網(wǎng)絡(luò)時代的到來,擴展了PLC的功能,使它具有很強的聯(lián)網(wǎng)通訊能力,從而更</p><p>  第一章 三相異步電動機基礎(chǔ)</p><p>  1.1 三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)</p><p>  三相異步電動機由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩個重要部分組成,定子和轉(zhuǎn)子之間由氣隙分開。圖1-1為三相

13、異步電動機結(jié)構(gòu)示意圖。</p><p>  (a) 外形圖; (b) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>  圖1-1 三相異步電動機結(jié)構(gòu)示意圖</p><p><b>  1.1.1 定子</b></p><p>  定子由定子鐵心、定子繞組、機座和端蓋等組成。機座的主要作用是用來支撐電機各部件,因此應(yīng)有足夠的機械強度和剛度,

14、通常用鑄鐵制成。為了減少渦流和磁滯損耗,定子鐵心用0.5 mm厚涂有絕緣漆的硅鋼片疊成,鐵心內(nèi)圓周上有許多均勻分布的槽,槽內(nèi)嵌放定子繞組,如圖1-2所示。 </p><p>  圖1-2 三相異步電動機的定子</p><p><b>  1.1.2 轉(zhuǎn)子</b></p><p>  轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。轉(zhuǎn)子鐵心也用0.

15、5 mm厚硅鋼片沖成轉(zhuǎn)子沖片疊成圓柱形,壓裝在轉(zhuǎn)軸上。其外圍表面沖有凹槽,用以安放轉(zhuǎn)子繞組。按轉(zhuǎn)子繞組形式不同,可分為繞線式和鼠籠式兩種。 </p><p>  1.2 三相異步電動機的工作原理</p><p>  圖1-3為三相異步電動機工作原理示意圖。為簡單起見,圖中用一對磁極來進行分析。</p><p>  三相定子繞組中通入交流電后,便在空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,在

16、旋轉(zhuǎn)磁場的作用下,轉(zhuǎn)子將作切割磁力線的運動而在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,感應(yīng)電動勢的方向可根據(jù)右手螺旋法則來判斷。由于轉(zhuǎn)子本身為一閉合電路,所以在轉(zhuǎn)子繞組中將產(chǎn)生感應(yīng)電流,稱為轉(zhuǎn)子電流,電流方向與電動勢的方向一致,即上面流出,下面流進。</p><p>  圖1-3 三相異步電動機工作原理圖</p><p>  轉(zhuǎn)子電流在旋轉(zhuǎn)磁場中受到電磁力的作用,其方向可由左手定則來判斷,上面的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受

17、到向右的力的作用,下面的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到向左的力的作用。電磁力對轉(zhuǎn)子的作用稱為電磁轉(zhuǎn)矩。在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下,轉(zhuǎn)子就沿著順時針方向轉(zhuǎn)動起來,顯然轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)動方向一致。 </p><p>  1.3 三相異步電動機的幾個工作過程的分析</p><p>  1.3.1 三相異步電動機的起動</p><p>  三相異步電動機接通電源,使電機的轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)到

18、轉(zhuǎn)子以一定速度穩(wěn)定運行的過程稱為電動機的起動過程。起動方法有直接起動和降壓起動兩種。</p><p>  1.直接起動 直接起動又稱為全壓起動,起動時,將電機的額定電壓通過刀開關(guān)或接觸器直接接到電動機的定子繞組上進行起動。直接起動最簡單,不需附加的起動設(shè)備,起動時間短。只要電網(wǎng)容量允許,應(yīng)盡量采用直接起動。但這種起動方法起動電流大,一般只允許小功率的三相異步電動機進行直接起動;對大功率的三相異步電動機,應(yīng)采取

19、降壓起動,以限制起動電流。 </p><p>  2.降壓起動 通過起動設(shè)備將電機的額定電壓降低后加到電動機的定子繞組上,以限制電機的起動電流,待電機的轉(zhuǎn)速上升到穩(wěn)定值時,再使定子繞組承受全壓,從而使電機在額定電壓下穩(wěn)定運行,這種起動方法稱為降壓起動。 </p><p>  前面講過,起動轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比,所以當(dāng)定子端電壓下降時,起動轉(zhuǎn)矩大大減小。這說明降壓起動適用于起動轉(zhuǎn)矩

20、要求不高的場合,如果電機必須采用降壓起動,則應(yīng)輕載或空載起動。常用的降壓起動方法有下面三種。</p><p>  (1) Y-△降壓起動 這種起動方法適用于電動機正常運行時接法為三角形的三相異步電動機。電機起動時,定子繞組接成星形,起動完畢后,電動機切換為三角形。 </p><p>  圖1-4 Y-△降壓起動控制線路</p><p>  圖1-4是一個Y-△

21、降壓起動控制線路,起動時,電源開關(guān)QS閉合,控制電路先使得KM2閉合,電機星形起動,定子繞組由于采用了星形結(jié)構(gòu),其每相繞阻上承受的電壓比正常接法時下降了。當(dāng)電機轉(zhuǎn)速上升到穩(wěn)定值時,控制電路再控制KM1閉合,于是定子繞組換成三角形接法,電機開始穩(wěn)定運行。定子繞組每相阻抗為|Z|,電源電壓為U1,則采用△連接直接起動時的線電流為</p><p>  采用Y連接降壓起動時, 每相繞組的線電流為 </p>

22、<p><b>  則</b></p><p><b> ?。?-5) </b></p><p>  由式(1-5)可以看出,采用Y-△降壓起動時,起動電流比直接起動時下降了1/3。電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比,由于電源電壓下降了,所以起動轉(zhuǎn)矩也減小了1/3。 </p><p>  以上分析表明,這種起動方法

23、確實使電動機的起動電流減小了,但起動轉(zhuǎn)矩也下降了,因此,這種起動方法是以犧牲起動轉(zhuǎn)矩來減小起動電流的,只適用于允許輕載或空載起動的場合。 </p><p>  (2)自耦變壓器降壓起動 這種起動方法是指起動時,定子繞組接三相自耦變壓器的低壓輸出端,起動完畢后,切掉自耦變壓器并將定子繞組直接接上三相交流電源,使電動機在額定電壓下穩(wěn)定運行。 </p><p>  1.3.2 三相異步電動機的

24、制動</p><p>  三相異步電動機脫離電源之后,由于慣性,電動機要經(jīng)過一定的時間后才會慢慢停下來, 但有些生產(chǎn)機械要求能迅速而準確地停車,那么就要求對電動機進行制動控制。電動機的制動方法可以分為兩大類:機械制動和電氣制動。機械制動一般利用電磁抱閘的方法來實現(xiàn);電氣制動一般有能耗制動、反接制動和回饋發(fā)電制動三種方法。 </p><p>  1.能耗制動 正常運行時,將QS閉合,電動機

25、接三相交流電源起動運行。制動時,將QS斷開,切斷交流電源的連接,并將直流電源引入電機的V、W兩相,在電機內(nèi)部形成固定的磁場。電動機由于慣性仍然順時針旋轉(zhuǎn),則轉(zhuǎn)子繞阻作切割磁力線的運動,依據(jù)右手螺旋法則,轉(zhuǎn)子繞組中將產(chǎn)生感應(yīng)電流。又根據(jù)左手定則可以判斷,電動機的轉(zhuǎn)子將受到一個與其運動方向相反的電磁力的作用,由于該力矩與運動方向相反,稱為制動力矩,該力矩使得電動機很快停轉(zhuǎn)。制動過程中,電動機的動能全部轉(zhuǎn)化成電能消耗在轉(zhuǎn)子回路中,會引起電機發(fā)

26、熱,所以一般需要在制動回路串聯(lián)一個大電阻,以減小制動電流。這種制動方法的特點是制動平穩(wěn),沖擊小,耗能小,但需要直流電源,且制動時間較長,一般多用于起重提升設(shè)備及機床等生產(chǎn)機械中。</p><p>  2.反接制動 反接制動是指制動時,改變定子繞組任意兩相的相序,使得電動機的旋轉(zhuǎn)磁場換向,反向磁場與原來慣性旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子之間相互作用,產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反的電磁轉(zhuǎn)矩,迫使電動機的轉(zhuǎn)速迅速下降,當(dāng)轉(zhuǎn)速接近零時,切斷電機

27、的電源,如圖1-6所示。顯然反接制動比能耗制動所用的時間要短。 </p><p>  (a) 接線圖; (b) 原理圖</p><p>  圖1-6反接制動示意圖 </p><p>  正常運行時,接通KM1,電動機加順序電源U—V—W起動運行。需要制動時,接通KM2, 從圖可以看出,電動機的定子繞組接逆序電源V—U—W,該電源產(chǎn)生一個反向的旋轉(zhuǎn)磁場,由于慣性,電

28、動機仍然順時針旋轉(zhuǎn),這時轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流的方向按右手螺旋法則可以判斷,再根據(jù)左手定則判斷轉(zhuǎn)子的受力F。顯然,轉(zhuǎn)子會受到一個與其運動方向相反,而與新旋轉(zhuǎn)磁場方向相同的制動力矩,使得電機的轉(zhuǎn)速迅速降低。當(dāng)轉(zhuǎn)速接近零時,應(yīng)切斷反接電源,否則,電動機會反方向起動。反接制動的優(yōu)點是制動時間短,操作簡單,但反接制動時,由于形成了反向磁場,所以使得轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速遠大于同步轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)差率大大增大,轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電流很大,能耗也較大。為限制電流,一般在制動回

29、路中串入大電阻。另外,反接制動時,制動轉(zhuǎn)矩較大,會對生產(chǎn)機械造成一定的機械沖擊,影響加工精度,通常用于一些頻繁正反轉(zhuǎn)且功率小于10 kW的小型生產(chǎn)機械中。 </p><p>  3.回饋發(fā)電制動 回饋發(fā)電制動是指電動機轉(zhuǎn)向不變的情況下,由于某種原因,使得電動機的轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速,比如在起重機械下放重物、電動機車下坡時,都會出現(xiàn)這種情況,這時重物拖動轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)子相對于旋轉(zhuǎn)磁場改變運動方向,轉(zhuǎn)子感應(yīng)

30、電動勢及轉(zhuǎn)子電流也反向,于是轉(zhuǎn)子受到制動力矩,使得重物勻速下降。此過程中電動機將勢能轉(zhuǎn)換為電能回饋給電網(wǎng),所以稱為回饋發(fā)電制動。 </p><p>  第二章 PLC基礎(chǔ)</p><p>  2.1 PLC的定義</p><p>  可編程邏輯控制器,一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器,用于其內(nèi)部存儲程序,執(zhí)行邏輯運算

31、,順序控制,定時,計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令,并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。</p><p>  2.2 PLC與繼電器控制的區(qū)別</p><p>  1.控制方式 繼電器的控制是采用硬件接線實現(xiàn)的,是利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)極延時繼電器的滯后動作等組合形成控制邏輯,只能完成既定的邏輯控制。PLC采用存儲邏輯,其控制邏輯是以程序方式存儲在內(nèi)存中,要

32、改變控制邏輯,只需改變程序即可,稱軟接線。</p><p>  2.控制速度 繼電器控制邏輯是依靠觸點的機械動作實現(xiàn)控制,工作頻率低,毫秒級,機械觸點有抖動現(xiàn)象。PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實現(xiàn)控制,速度快,微秒級,嚴格同步,無抖動。 </p><p>  3.延時控制 繼電器控制系統(tǒng)是靠時間繼電器的滯后動作實現(xiàn)延時控制,而時間繼電器定時精度不高,受環(huán)境影響大,調(diào)整時間困難。

33、 PLC用半導(dǎo)體集成電路作定時器,時鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生,精度高,調(diào)整時間方便,不受環(huán)境影響。</p><p>  2.3 PLC的工作原理</p><p>  當(dāng)PLC投入運行后,其工作過程一般分為三個階段,即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間,PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。 </p><

34、p>  (一) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段,PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù),并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后,轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中,即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化,I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此,如果輸入是脈沖信號,則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期,才能保證在任何情況下,該輸入均能被讀入。 </p><p> 

35、 (二) 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段,PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時,又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路,并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算,然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果,刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài);或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài);或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即,在用戶程序執(zhí)行過程中,只有

36、輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化,而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化,而且排在上面的梯形圖,其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用;相反,排在下面的梯形圖,其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話,輸入過程影像寄存器的值不會被更

37、新,程序直接從I/O模塊取值,輸出過程影像寄存器會被立即更新,這跟立即輸入有些區(qū)別。 </p><p>  (三) 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后,PLC就進入輸出刷新階段。在此期間,CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路,再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時,才是PLC的真正輸出。</p><p>  2.4 PLC的應(yīng)用分類</p><p

38、>  目前,PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè),使用情況大致可歸納為如下幾類?! ?lt;/p><p>  1.開關(guān)量的邏輯控制  這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,它取代傳統(tǒng)的繼電器電路,實現(xiàn)邏輯控制、順序控制,既可用于單臺設(shè)備的控制,也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水

39、線等?! ?lt;/p><p>  2.模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中,有許多連續(xù)變化的量,如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量,必須實現(xiàn)模擬量(Analog)和數(shù)字量(Digital)之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊,使可編程控制器用于模擬量控制。  </p><p>  3.運動控制 PLC可以用于圓周運動或直線

40、運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說,早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu),現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能,廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合?! ?lt;/p><p>  4.過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機,PLC能編制各種各樣的控制算法程序,完成閉

41、環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊,目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。  </p><p>  5.數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運算(含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能,可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存

42、儲在存儲器中的參考值比較,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置,或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng),如無人控制的柔性制造系統(tǒng);也可用于過程控制系統(tǒng),如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)?! ?lt;/p><p>  6.通信及聯(lián)網(wǎng) PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展,工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快,各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能,紛紛

43、推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口,通信非常方便。</p><p><b>  第三章 總體設(shè)計</b></p><p><b>  3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</b></p><p>  三相異步電動機根據(jù)工作要求不同,主要進行降壓啟動、正反轉(zhuǎn)、自動循環(huán)、制動、變速等不同控制,該設(shè)計要求把對電動機的上述控制采用PL

44、C控制來實現(xiàn),使系統(tǒng)的性能更完善。我們國家的標(biāo)準電壓是380V和220V兩種制式,生產(chǎn)廠家也是按這個標(biāo)準化技術(shù)生產(chǎn)的你們公司定做的,一定有其原因和內(nèi)行的專業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)的,理論上講是沒什么問題的,可以正常使用。設(shè)計功率大,實際使用功率小點,電動機起熱電流大是正常的。就像設(shè)計是十匹馬拉的車現(xiàn)在用八匹馬拉車,那每匹馬拉車的力就用的多一點。要想解決這個問題的辦法是提高電壓!結(jié)構(gòu)原理框圖如下圖1所示。</p><p>&

45、lt;b>  圖1結(jié)構(gòu)原理框圖</b></p><p><b>  3.2 系統(tǒng)配置</b></p><p>  在PLC系統(tǒng)設(shè)計時,首先應(yīng)確定控制方案,下一步工作就是PLC工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準的,按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體,易于擴充其功能的原則選型所選用PLC應(yīng)是在相關(guān)

46、工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng),PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間,因此,工程設(shè)計選型和估算時,應(yīng)詳細分析工藝過程的特點、控制要求,明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作,然后根據(jù)控制要求,估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等,最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系。</p><p&

47、gt;  選擇PLC機型應(yīng)考慮兩個問題:(1) PLC的容量應(yīng)為多大?(2) 選擇什么公司的PLC及外設(shè)。本系統(tǒng)共包括12路開關(guān)量,7路模擬量選擇PLC時,應(yīng)考慮性能價格比。考慮經(jīng)濟性時,應(yīng)同時考慮應(yīng)用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素,進行比較和兼顧,最終選出較滿意的產(chǎn)品。</p><p>  目前,各個廠家生產(chǎn)的PLC其品種、規(guī)格及功能都各不相同。由于本設(shè)計的需要我選擇了日本松下電工公司的FP系列PL

48、C,既FP0。FP0是超小型PLC,之所以選擇松下公司生產(chǎn)的PLC,是因為其產(chǎn)品特點有以下三個特點:</p><p>  (1)豐富的指令系統(tǒng),有將近200條指令。</p><p> ?。?)有強大通信功能。</p><p> ?。?)CPU處理速度快。</p><p>  3.2.1三相異步電動機正反轉(zhuǎn)PLC控制線路圖</p>

49、<p>  要求當(dāng)按下正轉(zhuǎn)按鈕,電機連續(xù)正轉(zhuǎn),此時反轉(zhuǎn)按鈕不起作用(互鎖),按下停止按鈕電機斷開電源,按下反轉(zhuǎn)按鈕電機連續(xù)反轉(zhuǎn),正轉(zhuǎn)不起作用。圖2所示為三相異步電機的正反轉(zhuǎn)控制原理圖。主電路中,KM1的三個常開觸點控制電動機的正向運轉(zhuǎn),KM2三個常開觸電控制電動機的反向運轉(zhuǎn)。為節(jié)省輸入點數(shù),接線圖中把熱繼電器FR的長閉觸電串聯(lián)于輸出電路中而未作為輸入信號處理。為避免接觸器的線圈斷電后觸電由于熔焊仍然接通情況下另一個接觸器得電

50、吸合,在輸出電路中設(shè)置了接觸起輔助常閉觸電的互鎖三相異步電動機的工作原理應(yīng)該是:當(dāng)向三相定子繞組中通過入對稱的三相交流電時,就產(chǎn)生了一個以同步轉(zhuǎn)速n1沿定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)圓空間作順時針方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。由于旋轉(zhuǎn)磁場以n1轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)子導(dǎo)體開始時是靜止的,故轉(zhuǎn)子導(dǎo)體將切割定子旋轉(zhuǎn)磁場而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢(感應(yīng)電動勢的方向用右手定則判定)。</p><p>  輸入 輸出 </p>

51、<p>  SB3:X0 KM1:Y1</p><p>  SB1:X1 KM2:Y2</p><p>  SB2:X2 </p><p>  SB1為正 SB2為反</p><p>  KM1為正轉(zhuǎn)接觸線圈</p><p>  KM2為反轉(zhuǎn)接觸線圈</p><

52、p>  三相異步電機的正反轉(zhuǎn)控制梯型圖如圖3采用了兩個自保電路的組合,并像繼電器控制一樣采用了Y0、Y1常閉觸電串于對方進行電器互鎖。為了能達到正反轉(zhuǎn)的直接轉(zhuǎn)換,將各自啟動按鈕對應(yīng)的輸入繼電器的常閉觸電串于對方,進行按鈕互鎖。通過啟保電路以及正反轉(zhuǎn)電路可以看出,梯型圖電路和繼電器控制中的控制電路有很大的相似性,應(yīng)為原理是一樣的,這也正是熟悉繼電器控制電路工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)可編程控制器的原因。</p><p>

53、  圖2 三相異步電機的正反轉(zhuǎn)控制原理圖</p><p><b>  圖3 梯形圖</b></p><p>  3.2.2三相異步電動機正反轉(zhuǎn)PLC控制的梯形圖、指令表   將PLC聯(lián)上編程器并接通電源后,PLC電源指示燈亮,將編程器開關(guān)打到“PROGRAM”位置,這時PLC處于編程狀態(tài)。編程器顯示PASSWORD!這時依次按Clr鍵和Montr鍵,直

54、至屏幕顯示地址號0000,這時即可輸入程序。    在輸入程序前,需清除存儲器中內(nèi)容,依次按Clr、Play/Set, Not,Rec/Reset和Montr鍵,即將全部程序清除。按照以上控制的梯形圖或程序指令將控制程序?qū)懭隤LC,當(dāng)上述3部分程序輸入到PLC指令如下表1。</p><p><b>  指令表1</b></p><p&g

55、t;  步序 指令 步序 指令</p><p>  0 LD X1 6 OR Y2</p><p>  1 OR Y1 7 ANI XO</p><p>  2 ANI Y2

56、 8 ANI Y1</p><p>  3 ANI Y2 9 OUT Y2</p><p>  4 OUT Y1 10 END</p><p>  5 LD X2</p><p>  3.2.3

57、相異步電動機的起、制動PLC控制</p><p>  可編程序控制器是在繼電器控制和計算機控制的基礎(chǔ)上開發(fā)的產(chǎn)品,自60年代末,美國首先研制和使用可編程控制器以后,世界各國特別是日本和聯(lián)邦德國也相繼開發(fā)了各自的PLC(programmable logic controller),因此,與傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)相比較,筆者認為采用PLC實現(xiàn)三項異步電動機起制動控制是最明智的選擇。下面就是設(shè)計的采用PLC實現(xiàn)的三

58、項異步電動機起制動控制電路的接線圖、梯形圖和指令程序。</p><p>  在繼電器控制的基本環(huán)節(jié)中,有這樣一個制動、連續(xù)控制依靠接觸器的自鎖觸點進行自鎖;點動時依靠復(fù)合式點動按鈕的常閉觸電斷開自鎖回路,隨后起常開觸電接通接觸器線圈,使接觸器通電閉合,此時盡管接觸器的輔助常開觸電也閉合,但并未起到自鎖作用,從而實現(xiàn)了起、制動控制。</p><p>  起制動的原理圖如圖4所示:</p

59、><p>  圖4 PLC控制的輸入輸出接線圖</p><p>  PLC控制邏輯與傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)基本一致,其工作過程如下:起動時,按下起動按鈕SB1,X0常開觸點閉合,Y0線圈接通并自鎖,KM1線圈接通主觸頭吸合,電動機串入限流電阻R開始起動,同時Y0的兩對常開觸點閉合,當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速上升到某一定值時,KS1的常開觸點閉合,X2常開觸點閉合,M1線圈接通并自鎖,M1的常開觸點接通

60、Y2的線圈,KM3線圈有電主觸頭吸合,短接起動電阻,電機轉(zhuǎn)速上升至給定值時投入穩(wěn)定運行。制動時,按下停機按鈕SB2,X1常開觸點斷開Y0線圈,使KM1失電釋放,而Y0的常閉觸點接通Y1線圈,制動用的接觸器KM2線圈通電,對調(diào)兩相電源的相序,電動機處于反接制動狀態(tài)。</p><p>  I/O接口功能如下:</p><p>  輸入 輸出 </p>

61、<p>  SB3:X0 KM1:Y1</p><p>  SB1:X1 KM2:Y2</p><p>  SB2:X2 </p><p>  SB1為正 SB2為反</p><p>  KM1為正轉(zhuǎn)接觸線圈</p><p>  KM2為起動接觸線圈</p><

62、p>  KM3為制動接觸線圈</p><p>  運行的梯形圖如圖5所示:</p><p><b>  圖5 梯形圖</b></p><p>  與此同時,Y0的常開觸點斷開Y2的線圈,KM3失電釋放,串入電阻R限制制動電流。當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速迅速下降至某一定值時,KS1常開觸點斷開,X2常開觸點斷開M1的線圈,M1的常開觸點斷開Y1線圈,KM

63、2失電釋放,電動機很快停下來。過載時,熱繼電器FR常開觸點閉合,X3的兩對常閉觸點斷開Y0和M1的線圈,從而使KM1或KM2失電釋放,起到過載保護作用。</p><p>  上述控制過程指令程序如下表2:</p><p><b>  指令表 2</b></p><p>  步序 指令 步序指令

64、 </p><p>  0 LD X1 9 LD Y0 </p><p>  1 OR Y1 10OR M1</p><p>  2 ANI

65、 X0 11 AND X2</p><p>  3 ANI X2 12ANI X3</p><p>  4 ANI X3 13 OUT M1 </p><p>  5

66、 OUT Y1 14 LD M1 </p><p>  6 LD M1 15 AND Y0</p><p>  7 ANI X2 16 OUT Y2</p><p>

67、  8OUT Y1 17 END</p><p>  3.3 三相異步電動機的調(diào)速系統(tǒng)PLC控制</p><p>  已知某三相異步電動機啟動和自動加速的繼電器控制線路,現(xiàn)用可編程控制器來實現(xiàn)。因為無意繼電器線路進行對應(yīng)翻譯,我們知道啟動及自動加速的對應(yīng)順序為KM1,KM2,KM3就足夠了。</p><p>  共有啟

68、動及停止兩個輸入信號,對應(yīng)三個接觸器的三個輸出信號,三個接觸器在硬件上進行互鎖,從而得到控制電路圖6所示的PLC外部接線圖。在梯形圖中,用Y0、Y1、Y2、中的任意兩個常閉觸點去互鎖另一個的線圈,以保證它們不會同時為ON。X1常閉觸點串于Y0、Y1、Y2的線圈回路中,以確保啟動后隨時可以停止。用定時器的常開觸點接通一個輔助繼電器,由此輔助繼電器的常閉觸點來斷開定時器線圈,由此輔助繼電器的常開觸點接通下一個線圈,以確保定時器能可靠啟動下一

69、個電路。</p><p>  I/O口控制功能如下:</p><p>  輸入 輸出 </p><p>  SB3:X0 KM1:Y1</p><p>  SB1:X1 KM2:Y2</p><p>  SB2:X2 </p><p>  SB1為正

70、 SB2為反</p><p>  KM1為正轉(zhuǎn)接觸線圈</p><p>  KM2為反轉(zhuǎn)接觸線圈</p><p>  控制電路如下圖6所示:</p><p>  圖6 PLC控制電路圖</p><p>  這就是三相異步電動機速度控制的PLC控制部分的電路圖,很自然的可以看出PLC怎么控制三相異步電動機的速度

71、的,就是由按鈕SB1控制啟動,SB2控制停止,KM1、KM2、KM3線圈控制三相異步電動機的速度,F(xiàn)R控制電源部分。</p><p>  工作過程簡述如下:點動SB1啟動按鈕,X0為ON,X1、M0、Y1、Y2為OFF,所以Y0為ON,電動機低速啟動運行;下個周期即使X0為OFF,Y0也能通過Y0常開觸點的閉合進行自保。Y0為ON的同時,T0進行計時,計夠6s后,T0常開觸點接通,Y1常閉觸點處于閉合狀態(tài),所以這

72、個周期M0為ON,但這個周期M0常開觸點閉合并不能使Y1為ON,因為這個周期Y0常閉觸點是斷開的。下個周期,M0常閉觸點并聯(lián)M0的常開觸點的斷開使Y0、T0為OFF,這個周期T0常開觸點斷開,如果不給T0的常開觸點并聯(lián)M0的常開觸點,則這個周期M0為OFF,從而M0常開觸點不能啟動Y1、T1,所以M0的自保觸點很重要,它確保這個周期里M0扔為ON,而這個周期Y0的常閉觸點已經(jīng)閉合,結(jié)果能使Y1、T1為ON,電動機轉(zhuǎn)入中速運行。緊接著下個

73、周期里,Y1的常閉觸點斷開,使M0為OFF,但Y1已能夠利用自己的常開觸點自保了。中</p><p>  速轉(zhuǎn)入高速的情況與上述類同,在此不再分析。</p><p>  控制梯形圖如下圖7所示:</p><p><b>  圖7 梯形圖</b></p><p>  如果將T0線圈和M0常閉觸點與Y0線圈的串聯(lián)進行并聯(lián),則

74、與T0常開觸點并聯(lián)的M0自保觸點可以省略了。M1自保觸點也是一樣的情況。</p><p><b>  總電路圖如下圖8:</b></p><p><b>  圖8 總電路圖</b></p><p>  三相異步電動機改變電壓是不會改變轉(zhuǎn)速的,常用的就是改變磁極對數(shù).改變?nèi)嚯娫吹念l率.改變轉(zhuǎn)差率,上面兩種都常見的調(diào)速方法.

75、改變磁極對數(shù)要看電機是否合適,如里是二極的電機就不能改了,再一個就是改變后它的輸出功率也會相應(yīng)改變的,不是無級變速的.改變電源的頻率就要用變頻器,但是可以在一定范圍的無級調(diào)速.改變轉(zhuǎn)差率使用范圍會小點,只用在較大功率的繞線電機上,中小電機的轉(zhuǎn)子是不繞線的,改變轉(zhuǎn)子感生電動勢的頻率就改變了電動機的轉(zhuǎn)速.另外最簡單的辦法就是把電動機換成滑差電機,就可以無級調(diào)速了,由于在調(diào)速過程中,電機轉(zhuǎn)速不變,這樣輸出轉(zhuǎn)速可以調(diào)的很低對電機也沒有影響。&l

76、t;/p><p>  三相異步電動機速度控制在這里是由PLC控制的,下面是控制部分的指令表3:</p><p><b>  指令表 3</b></p><p>  步序 指令 步序指令 </p><p>  0

77、 LD X1 9 LD Y0 </p><p>  1 OR Y1 10OR X1</p><p>  2 ANI X0 11 AND X2</p><p&g

78、t;  3 ANI X2 12ANI X3</p><p>  4 ANI X3 13 OUT X1 </p><p>  5 OUT Y1 14 LD X1 </

79、p><p>  6 LD X1 15 AND Y0</p><p>  7 ANI X2 16 OUT Y2</p><p>  8OUT Y1 17 END</p><p&

80、gt;  3.4 三相異步電動機使用PLC控制優(yōu)點</p><p>  本次設(shè)計就對三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)、制動、調(diào)速等系統(tǒng)進行了設(shè)計,還有其它的像降壓啟動和自動循環(huán)控制在這里我就不在設(shè)計,主電路都是一樣的,就控制電路有一點小差異。使用PLC控制三相異步電動機有很多好處的:不宜老化、設(shè)備簡單、結(jié)構(gòu)合理、便于控制、價格便宜等。三相異步電動機要旋轉(zhuǎn)起來的先決條件是具有一個旋轉(zhuǎn)磁場,三相異步電動機的定子繞組就是用來產(chǎn)生

81、旋轉(zhuǎn)磁場的。</p><p>  我們知道,但相電源相與相之間的電壓在相位上是相差120度的,三相異步電動機定子中的三個繞組在空間方位上也互差120度,這樣,當(dāng)在定子繞組中通入三相電源時,定子繞組就會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。電流每變化一個周期,旋轉(zhuǎn)磁場在空間旋轉(zhuǎn)一周,即旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度與電流的變化是同步的。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為:n=60f/P 式中f為電源頻率、P是磁場的磁極對數(shù)、n的單位是:每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。根據(jù)此式我們知道

82、,電動機的轉(zhuǎn)速與磁極數(shù)和使用電源的頻率有關(guān)。用PLC控制三相異步電動機也需要對電動機的屬性和旋轉(zhuǎn)方式有所了解,這樣才能控制好三相異步電動機的方向和特性,不至于使用不當(dāng)使電動機損壞,電動機的頻率一定要符合要求。</p><p><b>  3.5系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>  系統(tǒng)調(diào)試分幾種情況:</p><p>  硬件調(diào)試:接通電源,檢

83、查可編程序控制器能否正常工作,接頭是否接觸良好。</p><p>  軟件調(diào)試:按要求輸入梯形圖,檢查后編譯通過,在線工作后把程序?qū)懭肟删幊绦蚩刂破鞯某绦虼鎯^(qū)。</p><p>  運行調(diào)試:在硬件調(diào)試和軟件調(diào)試正確的基礎(chǔ)上,使PLC進入運行狀態(tài),觀察運行情況,看是否能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)、快速、中速、慢速、單步、定步控制。</p><p>  根據(jù)以上調(diào)試情況,此電機控

84、制系統(tǒng)設(shè)計符合控制要求。</p><p>  通過調(diào)試找出問題的所在,相應(yīng)的修改程序。在編程過程中難免會有不足之處,因此通過調(diào)試,再修改程序可以更好實現(xiàn)相應(yīng)的功能。例如原來我用PO1、PO2、PO3來控制電機運行的快速、中速、慢速,發(fā)現(xiàn)按鈕不能自鎖,后來通過20.00、20.01、20.02三個中間繼電器,并補充了一些程序?qū)崿F(xiàn)了自鎖功能。</p><p><b>  第四章 結(jié)束

85、語</b></p><p>  本文設(shè)計和制作了三相異步電動機的PLC控制系統(tǒng),該電路主要以性能穩(wěn)定、簡單實用為目的,整體制作符合要求。</p><p>  通過概述使大家充分了解了該控制系統(tǒng)的原理與功能。從摘要和引言部分概要介紹了其可靠性和實用性。第二部分介紹了總體設(shè)計方案的要求;第三部分介紹三相異步電動機的PLC控制的設(shè)計原理,從對三相異步電動機的PLC控制現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)了存在

86、許多問題,通過對系統(tǒng)的檢測來判斷程序的是否可用,并且從數(shù)學(xué)的角度分析了PLC與三相異步電動機控制的關(guān)系;第四部分詳細介紹三相異步電動機的PLC控制電路設(shè)計原理與各單元電路的設(shè)計,從系統(tǒng)原理的角度得出系統(tǒng)分為模擬和數(shù)字兩部分;第五部分介紹了軟件設(shè)計。</p><p>  通過本次電路的設(shè)計,我對三相異步電動機的PLC控制系統(tǒng)原理有了進一步的了解,在三相異步電動機的PLC控制分析中PLC產(chǎn)生了濃厚的興趣,提高了科學(xué)的

87、分析和運用能力,由于本人水平有限,因此對其中的原理和實際操作方法有待深入的學(xué)習(xí)研究和提高。文中有不足之處懇請各位老師加以指導(dǎo),本學(xué)生衷心感謝。</p><p>  時光如梭,轉(zhuǎn)眼之間四年的學(xué)習(xí)生活在這次畢業(yè)設(shè)計后將畫上圓滿的句號。在這四年中,河南科技學(xué)院的各位領(lǐng)導(dǎo)、老師和同學(xué)對我的學(xué)習(xí)給予了很大的支持和幫助,我在這里不僅體會到了學(xué)習(xí)的樂趣,而且也感受到了集體給我的關(guān)懷,在此謹對各位表示衷心的感謝。</p&g

88、t;<p>  在本次設(shè)計中我不僅受到指導(dǎo)老師的學(xué)風(fēng)、師德的熏陶,而且他的學(xué)識和風(fēng)范、關(guān)懷和教誨,將成為我永遠的精神動力,并相信這在我的人生中將會受益匪淺,同時也使自己的理論學(xué)習(xí)和實際聯(lián)系得更加緊密。也更加端正了自己的工作作風(fēng)和學(xué)習(xí)態(tài)度,以及工作中的持之以恒的精神。</p><p>  另外,在我設(shè)計期間,同組同學(xué)也給了我很多的幫助,在此我也向他們表達我真誠的謝意。</p><p

89、><b>  參考文獻</b></p><p>  [1]凌云.PS7219顯示驅(qū)動器及其在PLC中的應(yīng)用.湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院報,2003</p><p>  [2]張桂香.電氣控制與PLC應(yīng)用.化學(xué)工業(yè)出版社,2003</p><p>  [3]王成福.PLC在多路溫度采集顯示系統(tǒng)中的應(yīng)用.電子技術(shù),2003</p>&

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