PLC與變頻器控制電機(jī)多段速

1、成績(jī) 電氣工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū) 題 目 基于PLC、變頻器控制電機(jī)的多段速 院 部 名 稱 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí) 11電氣（一）班 組 長(zhǎng) 姓 名 周 穎 同 組 學(xué) 生 李靜 洪潤(rùn)娜 設(shè) 計(jì) 地 點(diǎn) 工科樓 設(shè) 計(jì) 學(xué) 時(shí) 2周 指 導(dǎo) 教 師 劉旭明等 金陵科技學(xué)院教務(wù)處制目 錄一、 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 1二、 設(shè)計(jì)思路 1三、 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 13.1 PLC13.2變頻器33.3 I/O接線圖設(shè)計(jì) 9四、 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)10 4.1 系統(tǒng)流程圖 10 4.2 程序編制步驟 10五、 調(diào)試過(guò)程與結(jié)果 14六、 總結(jié)與體會(huì) 14七、 參考資料14八、 附錄153一、 設(shè)計(jì)

2、任務(wù)和要求電氣工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)是考察學(xué)生利用大學(xué)學(xué)過(guò)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，進(jìn)行綜合的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)并最終完成系統(tǒng)硬件連接和軟件調(diào)試，能夠使學(xué)生對(duì)電氣工程與自動(dòng)化的專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行綜合應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，撰寫(xiě)一篇符合規(guī)范的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)或技術(shù)總結(jié)報(bào)告文檔，并參加答辯，為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。要求完成的工作量包括：1) 搭建所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)硬件電路，完成系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能，并在驗(yàn)收現(xiàn)場(chǎng)演示運(yùn)行效果。2) 設(shè)計(jì)結(jié)束，對(duì)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行五分鐘PPT匯報(bào)，并參與答辯。3) 設(shè)計(jì)結(jié)束，上交開(kāi)題報(bào)告書(shū)及技術(shù)報(bào)告等相關(guān)設(shè)計(jì)材料。二、 設(shè)計(jì)思路本系統(tǒng)主要由控制信號(hào)、控制臺(tái)、PLC、變頻器、

3、三相電動(dòng)機(jī)組成，由圖可知，本文通過(guò)PLC控制變頻器達(dá)到變頻調(diào)速的目的，從而實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的正轉(zhuǎn)、起停、加速、減速控制以及速度的調(diào)節(jié)，并且能夠在在控制臺(tái)上進(jìn)行操作，控制電機(jī)調(diào)速。用PLC、變頻器設(shè)計(jì)一個(gè)電動(dòng)機(jī)的七速運(yùn)行的控制系統(tǒng)。其控制要求如下：按下起動(dòng)按鈕，電動(dòng)機(jī)以15Hz速度正傳，按下功能2速鍵后轉(zhuǎn)為20Hz速度運(yùn)行，按下功能3速鍵轉(zhuǎn)為35Hz速度運(yùn)行，按下4速鍵轉(zhuǎn)為40Hz速度運(yùn)行，按下5速鍵變?yōu)?5Hz速度運(yùn)行，按下6速鍵變?yōu)?0Hz速度運(yùn)行，按下7速鍵以頻率為75Hz速度運(yùn)行，也可進(jìn)行減速調(diào)節(jié)，按停止按鈕，電動(dòng)機(jī)即停止。三、 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 PLC基本結(jié)構(gòu)：本次實(shí)踐采用的PLC型號(hào)為

4、FX3U64M?？删幊踢壿嬁刂破鲗?shí)質(zhì)是一種專(zhuān)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本構(gòu)成為：電源、CPU運(yùn)算和控制中心、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路、編程器。 電源電壓：AC100240V 電源電壓允許范圍：AC85264V 額定頻率：50/60Hz 允許瞬時(shí)停電時(shí)間：對(duì)l0ms以下的瞬時(shí)停電會(huì)繼續(xù)運(yùn)行。電源電壓為AC200V的系統(tǒng)時(shí)，可以通過(guò)用戶程序，可在10100ms之間更改。 電源保險(xiǎn)絲：250V 3.15A 沖擊電流：最大30A 5ms以下/AC100V,最大65A 5ms以下/AC200V 消耗功率：45W DC24V供給電源：600mA以下 DC5V內(nèi)置電源：500

5、mA以下 輸入形式：漏型/源型 輸入點(diǎn)數(shù)：32 輸入的連接方式：拆裝式端子排(M3螺絲) 輸入信號(hào)電壓：AC電源型：DC24V 10% DC電源型：DC16.828.8V 輸入阻抗:X000X005(3.9K) X006X007(3.3K) 輸入信號(hào)電流：X000X005(6mA/DC24V) X006X007(7mA/DC24V) ON輸入感應(yīng)電流：X000X005(3.5mA以上) X006X007(4.5mA以上) OFF輸入感應(yīng)電流：1.5mA以下 輸入信號(hào)形式：無(wú)電壓觸點(diǎn)輸入 漏型輸入時(shí)：NPN開(kāi)集電極型晶體管 源型輸入時(shí)：PNP開(kāi)集電極型晶體管 輸入回路隔離：光耦隔離 輸入動(dòng)作的顯

6、示：光耦驅(qū)動(dòng)時(shí)面板上的LED燈亮 輸入回路結(jié)構(gòu)圖 輸出種類(lèi)：繼電器 輸出點(diǎn)數(shù)：32 輸出的連接方式：固定式端子排(M3螺絲) 拆裝式端子排(M3螺絲) 外部電源：AC240V以下 最大電阻負(fù)載：2A/1點(diǎn) 每個(gè)公共端的合計(jì)負(fù)載電流如下: 輸出1點(diǎn)/1個(gè)公共端：2A以下 輸出4點(diǎn)/1個(gè)公共端：8A以下 輸出8點(diǎn)/1個(gè)公共端：8A以下 最大感性負(fù)載：80VA 最小負(fù)載：DC5V 2mA 開(kāi)路漏電流：無(wú) 輸出響應(yīng)時(shí)間：約10mS 回路隔離：機(jī)械隔離 輸出動(dòng)作的顯示：繼電器線圈通電時(shí)面板上的LED燈亮 輸出回路結(jié)構(gòu)圖3.2 變頻器本次實(shí)踐采用的變頻器型號(hào)為FR-A700。將電網(wǎng)電壓提供的恒壓恒頻轉(zhuǎn)換成

7、電壓和頻率都可以通過(guò)控制改變的轉(zhuǎn)換器，使電動(dòng)機(jī)可以在變頻電壓的電源驅(qū)動(dòng)下發(fā)揮更好的工作性能。3.2.1 變頻器與PLC的接法RHRMRL頻率001H1010H2011H3100H4101H5110H6111H7當(dāng)然上圖只是PLC與變頻器的原理接線圖，僅僅是對(duì)頻率改變的接線圖，在具體的實(shí)踐上端子STR（反轉(zhuǎn)）、STF（正轉(zhuǎn)）要與PLC的輸出端相連。我們的實(shí)驗(yàn)中不需要電機(jī)反轉(zhuǎn)，所以多接了STF。通過(guò)對(duì)RL、RM、RH置數(shù)，可以得到23=8，除去“0、0、0”的可能性，一共有七種頻率，這就是我們要實(shí)現(xiàn)的七段速。3.2.2 變頻器與電機(jī)的接法三相電機(jī)和變頻器都是380V供電，對(duì)于平常覺(jué)得220V都是高

8、壓的我們來(lái)說(shuō)，380更是高壓中的高壓，所以我們要小心小心再小心?？墒切⌒奶^(guò)就會(huì)出現(xiàn)小錯(cuò)誤，接線時(shí)沒(méi)有拔掉插頭（380V啊，沒(méi)拔掉也是蠻拼的），只把空氣開(kāi)關(guān)斷掉了，由于線頭問(wèn)題，導(dǎo)致空氣開(kāi)關(guān)短路，火花好嚇人，這個(gè)教訓(xùn)我是吸取了，下次一定要把電源斷了！3.2.3 變頻器的端子介紹3.2.4 變頻器的簡(jiǎn)單參數(shù)設(shè)定實(shí)驗(yàn)中剛開(kāi)始我們只設(shè)定了參數(shù)4、5、6的數(shù)值，可是執(zhí)行時(shí)卻只有顯示低速的頻率即15Hz，電機(jī)一直以這個(gè)頻率轉(zhuǎn)動(dòng)，不管按哪個(gè)按鈕都不變，一直在試著調(diào)節(jié)參數(shù)，可是還是不行，沒(méi)辦法只能請(qǐng)教劉老師。劉老師過(guò)來(lái)后首先就問(wèn)了我們對(duì)哪些參數(shù)設(shè)定了，我們只能把真實(shí)情況如實(shí)反映，老師翻出他的小冊(cè)子，上面記載

9、了他的經(jīng)驗(yàn)積累（讓我受益匪淺?。?，他問(wèn)參數(shù)2427有沒(méi)有設(shè)定，我們當(dāng)然沒(méi)有，立即設(shè)定變頻器，把需要用的數(shù)值設(shè)定好后，給PLC上電后，按下啟動(dòng)，再按下第二鍵的時(shí)候，奇跡發(fā)生了，我們需要的都實(shí)現(xiàn)了！好開(kāi)心！所以我們又有了新的技能，get。3.2.5 變更參數(shù)設(shè)定值按照上面的步驟就可以設(shè)置自己想要的數(shù)值3.3 I/O接線圖設(shè)計(jì)3.3.1 I/O輸入輸出接線圖3.3.2 I/O輸入輸出分配表輸入變量輸出變量信號(hào)名稱備注X0Y4、Y5低速正轉(zhuǎn)按鈕X1Y62速按鈕X2Y5、Y63速按鈕X3Y74速按鈕X4Y5、Y75速按鈕X5Y6、Y76速按鈕X6Y5、Y6、Y77速按鈕X7停止按鈕四、 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.

10、1 系統(tǒng)流程圖。4.2 程序編制步驟。1設(shè)計(jì)原則1）最大限度的滿足電機(jī)、變頻器、PLC的控制要求；2） 在滿足控制要求的情況下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)；3） 保證控制系統(tǒng)的安全可靠；4） 考慮到變頻調(diào)速的改進(jìn)，在選擇PLC容量時(shí)，應(yīng)當(dāng)留有余地。2設(shè)計(jì)內(nèi)容1）擬定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)要求；2）選擇電動(dòng)機(jī)執(zhí)行元件；3）選定PLC型號(hào)：FX3U-64M；4）編制PLC的輸入/輸出端子接線圖；5）根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求編寫(xiě)軟件規(guī)格說(shuō)明書(shū)，然后在用相應(yīng)的編程語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì),三菱的選用GX-Works2進(jìn)行編程；6）設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)按鈕盒、端子排等非標(biāo)準(zhǔn)電器元件；7）編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和使用說(shuō)明書(shū)。3設(shè)計(jì)步驟1）分析被

11、控對(duì)象并提出控制要求詳細(xì)分析被控對(duì)象電機(jī)的工作特點(diǎn)，了解被控對(duì)象機(jī)、電之間的配合，提出被控對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。2）確定輸入/輸出設(shè)備根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備：按紐、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，輸出設(shè)備：接觸器、電機(jī)、變頻器，從而確定與PLC有關(guān)的輸入/輸出設(shè)備，以確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。3）選擇PLCPLC選擇包括對(duì)PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源等的選擇。4）分配I/O點(diǎn)并設(shè)計(jì)PLC外圍硬件線路分配I/O點(diǎn)：畫(huà)出PLC的I/O點(diǎn)與輸入/輸出設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)關(guān)系表。PLC外圍硬件線路：畫(huà)出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進(jìn)入PLC的控

12、制電路等。由PLC的I/O連接圖和PLC外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。5）程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)：1）控制程序；2）初始化程序；3）檢測(cè)、故障診斷和顯示等程序；6）保護(hù)和連鎖程序。6）硬件實(shí)施設(shè)計(jì)PLC、按鈕、電機(jī)、熱繼電器等部分的電器布置圖及安裝接線圖；設(shè)計(jì)系統(tǒng)各部分之間的電氣互連圖；根據(jù)施工圖紙進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)接線，并進(jìn)行詳細(xì)檢查。由于程序設(shè)計(jì)與硬件實(shí)施可同時(shí)進(jìn)行，因此PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期可大大縮短。7）聯(lián)機(jī)調(diào)試聯(lián)機(jī)調(diào)試是將通過(guò)模擬調(diào)試的程序進(jìn)一步進(jìn)行在線統(tǒng)調(diào)。聯(lián)機(jī)調(diào)試過(guò)程應(yīng)循序漸進(jìn)，從PLC只連接輸入設(shè)備、再連接輸出設(shè)備、再接上實(shí)際負(fù)載等逐步進(jìn)行調(diào)試。如不

13、符合要求，則對(duì)硬件和程序作調(diào)整。通常只需修改部份程序即可。全部調(diào)試完畢后，交付試運(yùn)行。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行，如果工作正常、程序不需要修改，應(yīng)將程序固化到EPROM中，以防程序丟失。梯形圖程序設(shè)計(jì)：按下起動(dòng)按鈕，輸入X0，電機(jī)以低速正轉(zhuǎn)，同時(shí)輸出Y4和Y5。按下2速按鈕，輸入X1，其他調(diào)速按鈕均無(wú)信號(hào)輸入，電機(jī)以中速正轉(zhuǎn)，輸出Y6。按下3速按鈕，輸入X2，其他調(diào)速按鈕均無(wú)信號(hào)輸入，電機(jī)轉(zhuǎn)速得到疊加，輸出Y5和Y6。按下4速按鈕，輸入X3，其他調(diào)速按鈕均無(wú)信號(hào)輸入，電機(jī)以高速正轉(zhuǎn)，輸出Y7。按下5速按鈕，輸入X4，其他調(diào)速按鈕均無(wú)信號(hào)輸入，電機(jī)轉(zhuǎn)速得到疊加，輸出Y5和Y7。按下6速按鈕，輸入X5，其他

14、調(diào)速按鈕均無(wú)信號(hào)輸入，電機(jī)轉(zhuǎn)速得到疊加，輸出Y6和Y7。按下7速按鈕，輸入X6，其他調(diào)速按鈕均無(wú)信號(hào)輸入，電機(jī)轉(zhuǎn)速得到疊加，輸出Y5和Y6和Y7。五、 調(diào)試過(guò)程與結(jié)果運(yùn)用GX Works2(三菱系列PLC編程軟件)編寫(xiě)的梯形圖程序，編譯無(wú)錯(cuò)誤后將程序?qū)氲絇LC中。程序編寫(xiě)完后首先要根據(jù)PLC的類(lèi)型在對(duì)其類(lèi)型進(jìn)行修改，如：FX3U，這是我們使用的型號(hào)；其次要確定PLC的數(shù)據(jù)線是否有用，在培訓(xùn)過(guò)程中我們使用三菱PLC的小組的數(shù)據(jù)線只有唯一一根是有用的，所以當(dāng)時(shí)同學(xué)之間的互相幫助讓我感觸良深；接著就要連接目標(biāo)，確定COM端口，保證電腦與PLC的相連；最后在線對(duì)PLC寫(xiě)入程序，執(zhí)行。六、 總結(jié)與體會(huì)

15、這次試驗(yàn)做的是PLC在多段系統(tǒng)的調(diào)速，收獲到的東西真的是不少,其實(shí)一開(kāi)始我們的課題是想做關(guān)于風(fēng)機(jī)節(jié)能，可能由于自身原因，怎么也搞不起來(lái)，這是后來(lái)重新尋找的課題。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要完整的完成這次設(shè)計(jì)主要在三個(gè)方面，一個(gè)是對(duì)于變頻器的了解，另一個(gè)是對(duì)于可編程控制器的了解，還有一個(gè)就是對(duì)于將二者靈活運(yùn)用。為了讓自己能很好的完成這次設(shè)計(jì)，我把劉老師給我們的變頻器資料仔細(xì)看了一遍，對(duì)于變頻器有了比較清楚的認(rèn)識(shí)，也在網(wǎng)上查閱了一些關(guān)于PLC的資料，加深了對(duì)于PLC的學(xué)習(xí)。在最后運(yùn)行的時(shí)候，電機(jī)是成功轉(zhuǎn)了，就是在頻率上面沒(méi)有任何變化，只能請(qǐng)教老師，老師耐心地講解了參數(shù)設(shè)置，我發(fā)現(xiàn)我們有一個(gè)漏掉了，后來(lái)補(bǔ)上，再按下運(yùn)行，控制速度，成功了！在這次設(shè)計(jì)中，還有一個(gè)很大的收獲，那就是要把自己學(xué)到的知識(shí)用本子記下來(lái)，這樣急用的時(shí)候還有幫助，這是積累經(jīng)驗(yàn)的好辦法，感謝劉老師！學(xué)習(xí)永無(wú)止境，自己應(yīng)該更加努力，不斷的學(xué)習(xí)。七、 參考資料1 侯文霞. 變頻調(diào)速技術(shù)在中央空調(diào)控制中的應(yīng)用J.機(jī)床電器.2002第二期.2 韓常.