傳送帶控制系統(tǒng)的設計

1、傳送帶控制系統(tǒng)的設計摘要本次課題主要介紹了本人與本組同學在張老師的指導下研究和設計基于可編程控制器的變頻調(diào)速系統(tǒng)的若干成果，在本次的設計中，我們的設計系統(tǒng)主要由PLG變頻器、觸摸屏、電動機等幾部分組成。經(jīng)過此次設計，一起討論研究，使我對所有器件有了新的認識，尤其對PLC有了更多的了解：PLC是能進行行邏輯運算，順序運算，計時，計數(shù)，和算術運算等 操作指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程的工業(yè)計算機。首先我們查閱各個器件的資料，先對其有個明確的認識，然后通過張老師的指點明白了整個系統(tǒng)的大概工作原理框圖后，通過學習資料與老師指點將硬件設備連接成功。接著通過學習GX

2、developer編程軟件將所用設備用程序?qū)⑵溥B在一起，然后在實驗室調(diào)試和外部 線路的連接最終完成項目的全部工作，并制作成功樣機一臺。對于這次的設計，與以前的相比，相差甚大，本次設計更具有價值，每一點成果都是們查閱資料，一起研究，和老師指導，完成的。本文綜合應用電子學與機械學知識去解決基于可編程控制器的變頻調(diào)速系統(tǒng)，本次設計選用三相異步交流電機，而 PLC和 交流電機無論在工業(yè)還是生活中都是應用最廣，因此本次設 計具有相當?shù)膶嵱脙r值。關鍵詞：PLC 變頻器、觸摸屏、GX developer前言本次課題來源于生活實際，它因工作效率高，所以在現(xiàn)在的自動化生產(chǎn)線上應用十分廣 泛。本次課題工作的過程為

3、，我們在觸摸屏上輸入電機所要運行的頻率，然后在觸摸屏上按下啟動鈕，經(jīng)過PLC跟變頻器通信后，變頻器按設定的頻率運行，在觸摸屏上按下停止鈕， 變頻器停止運行。以前它們通過繼電器來調(diào)換三相電中的任意兩相電順序，來實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)； 通過串電阻的方式進行調(diào)速，這些方式不僅麻煩，而且占用空間、具有局限性，并且不能實現(xiàn)軟啟 動，對電機損大，縮短使用壽命等等本次課題我們運用觸摸屏、PLC、變頻器、RS-485通信等技術，通過觸摸屏給 PLC相應信息，PLC再根據(jù)觸摸屏給的信息通過 485通信發(fā)送給變頻器，變頻器根據(jù)接收的信息進行 執(zhí)行。這樣我們就實現(xiàn)了一個自動化控制。第一章 傳送帶控制系統(tǒng)的設計4.1本次

4、課題的控制要求及總體設計方案此次課題為傳送帶控制系統(tǒng)設計，利用485通信，將PLC與變頻器連接起來進行通 信，由變頻器控制電動機正反轉(zhuǎn)和變速運行的一個自動控制系統(tǒng)，由觸摸屏給出運行頻率、 起動信號、停止信號。在控制系統(tǒng)中我們設有緊急停止，當有一些緊急情況發(fā)生時，我們可以按下停止按鈕，實現(xiàn)緊急停止。PLC控制系統(tǒng)的設計流程圖設計器材的選擇Pic的選擇在本次設計主要以1菱型號的器件為主;FX2N慕列”佈i用捽制希:控制規(guī)模：佑屹55點*內(nèi)K8K容星的EEPROM存儲器JI大可聯(lián)擴展到16K CPU迄悴處卻連似a55P.7|jS/恥本推令 4 FX2N系列右備“電接輪入輸出申展模塊和持殊功 睫稅塊覽

5、木叩元內(nèi)近2軸獨立址A100kHz定也功能儡休W出醱 （1）根據(jù)I/O數(shù)由于本次設計我們采用的是通信模式，所以I/O 口不需要，但為了以后考慮我們還是選擇了I/O數(shù)目少的16點的。（2）可靠性PLC產(chǎn)品的可靠性與設計、器件、制造工藝相關系，同時也與用戶的使用環(huán)境和習慣有 關系，本次課題對 PLC的要求不是太大，普通就行。（3）價格價格跟PLC的點數(shù)、內(nèi)存等一些因素有關。（4）習慣因為各家PLC的編程習慣均有不同，因為我們學的就是日本三菱的，所以習慣上更偏向于日系品牌，但日系編程習慣并不是最好的，認真學習PLC廠商提供的手冊是加快了解和學習一種新PLC的關鍵。綜合以上我們選擇三菱 FR2N-16

6、MR電機的選擇1）由于我們需要變頻器調(diào)速的電動機為三相異步，所以我們電動機為Y系列。2）由于我們電動機帶動的是傳送帶，所以我們選擇封閉式的電動機。3）功率的選擇這次我們的畢業(yè)設計要求的是牽引力為：3KN，速度：1.2m/s。根據(jù)P=F V=3000 X 1.2 W=3600W按電動機的輸出功率為 90%,那么：P（總）=3600 - 90%W=4000W=4KW故電動機的功率為 4KW綜上我們選擇的電動機為 Y-112M-4變頻器的選擇諉變S500系列-簡單易用型功率范Bl:a-0.4 3.7KW（三相 380W FR-S540 系列）0,2 1.5KW（單相 220V，F(xiàn)R-S520S 系列

7、）特點:自動轉(zhuǎn)知捉升換現(xiàn)6Hz時150%轉(zhuǎn)矩輸出。數(shù)字式撥盤，設定簡單快捷.柔性PWMt實現(xiàn)更低噪音運廳。15段速尸IDp4-20mA輸入和漏、源霧轉(zhuǎn)挽等名項能 可捉供RS-485通信功能的機型FR-S520S-口 K-R（町 通過電纜接FR-PU04面板）及FR-S540-M KOHR （可通過電纜接FRA02-02面板）。本次課題所需器材及相應軟件名稱型號數(shù)量作用計算機華碩N82J1臺裝軟件，制作畫面觸摸屏F94*GOT(320 X 240)1臺給PLC信號PLC三菱 FX2N-16MR1臺作為控制器變頻器三菱F5402臺作為執(zhí)行器三相異步電動機Y112M-41臺作為執(zhí)行器按鈕1個緊急停止

8、485通信板1個PLC跟變頻器通行門）控制回路端子說明端子記號LI, U LS電W2吐IS丄険電at “陵用直it電東時-諭按也崎卡列-r豐険什啊樂西V. V. H疫壯出At三削瞅菴電機連擡關動電閉蠱卷屆成件制動離為帀因曜童淒芒*Q. n1 A AfRi A；-； td：J, aitx瓷魏巔耳咗脂炬用電用援Ufe 22AC 220 V變頻番T；T2T. 1jrFl耦遊壓器外部晶體背住我羯I rx- 24 V電源接點0PC 輸入仝扶（源型）J正轉(zhuǎn)起動9STF 反轉(zhuǎn)起功幻* 鳥速RHRX1 fa i*B I d H IJi W ri *ikd -!： jTib r w 電機系統(tǒng)總成X 1b :砸路

9、片DIQ3W .J hR-BLLi#中連抵速接點愉入公共異常輔山接PI.C開關吐輸入SDSINK仃就0電鍛輸入L）（來自PLC 1十）EIM2笳綸出i自勵）-SOI R( E 5(公找運行 *1陸*蕖電極I幵蹄輸出斗4（+）懵擬信計輸出 jjjr ; b （IX 0 5 V） 接 PUCM235運行狀態(tài)箍出 町接入PLC 幵關雖輸入端RS 4S5接口瞪主回踣端子。挫制冋踣輸入端了粒制回路輸岀端子變頻器酌端J接線圖第二章程序的設計及組態(tài)2.1 PLC的相應設計PLC和變頻器通訊可分為三個階段：變頻器的通訊請求階段、變頻器對收到數(shù)據(jù)的響應階 段和PLC根據(jù)變頻器返回數(shù)據(jù)的響應階段。在每個階段，數(shù)據(jù)

10、指令代碼和應答數(shù)據(jù)的不同，通許數(shù)據(jù)格式不一樣。 要求電動機的運轉(zhuǎn)，常用指令代碼為 HED（運行頻率的寫入）、H6F（輸 出頻PLC和變頻器通訊可分為三個階段：變頻器的通訊請求階段，變頻器對收到的數(shù)據(jù)響 應階率）和HEA （電動機運轉(zhuǎn)指令），PLC和變頻器通信時，使用十六進制數(shù)，數(shù)據(jù)在它們 之間自動使用ASC碼傳輸。程序中RS指令用于FX系列PLC，實現(xiàn)PLC與外圍設備見的數(shù)據(jù)傳送額接收。三菱變頻器通信采用總和和校驗，它是被校驗的ASC數(shù)據(jù)的總和的最低一個字節(jié)（8位）表示的2個ASC數(shù)字（十六進制）。頻率寫入變頻器后， 但是電動機不能夠運轉(zhuǎn)，如要求電動機，必須向變頻器寫入一個運行指令，該指令能實

11、現(xiàn)該電動機的正、反轉(zhuǎn)和停止。獨處變頻器頻率的指令代碼為“6F ”此次課題我們選用的 PLC需要跟變頻器進行通信，程序相應如下：PLC通訊運行程序設計流程如下圖 5 :PLC通訊流程圖要實現(xiàn)PLC對變頻器的通訊控制，必須對PLC進行編程；通過程序?qū)崿F(xiàn)PLC對 變頻器的各種運行控制和數(shù)據(jù)的采集。 PLC程序首先應完成FX2N-485BD通訊 適配器的初始化、控制命令字的組合、代碼轉(zhuǎn)換和變頻器應答數(shù)據(jù)的處理工作。PLC通訊運行程序設計流程下圖SET M8161MSOOOMOV H5D200 J即T I-MOV H31D2Q1 ZOD20ADDMOVD202D21D2O1Z0D21INCZO：ASCI

12、 D21 D2O6Z1 K2ASCI D2L D2Q6Z1 K2MS000-M8000礙T -66 |EiS D200K12 D5D0 K1OMIO腿一MOV H46D2O3吏頻器正Mil PI 變頻密序 止Ml 2 Ifl轉(zhuǎn)D20402050206 Z0 D20Z1D21MIO11E |fl |MOV 日駝變頻器正轉(zhuǎn)D2O7 MlItl- 變頻器停 止H30D2O7132Ml 2雯頻器反MOV H34D2O7 MOV H35M13D2OJTI疑率D2O4MOV日30D2O5RST 70D21zlD20-1D2520DD2zlD2M10tfllTl止W12Tl轉(zhuǎn)FMOVKD0500K10BMO

13、VD500D600K10SETMS122238248256M13TI 連麻運行 疑率!414TI 寫入運行 頻率M8123D600K10M8000RSTMS1231HEXD6030700K4END 7利用鍵盤保護程序（編程手冊、 備手冊）8元件注解9用SFC表現(xiàn)的編程10簡便的應用指令庫11高速處理外圍設三菱FXZN PLC的主要特點：1一個程序包的單元型可編程序控制器2采用裝卸式端子臺3內(nèi)裝PUN/STOP開關4程序存儲器5鐘表功能6 PUN寫入2.2 觸摸屏畫面的組態(tài)觸摸屏設計觸摸屏是控制與監(jiān)控系統(tǒng)的裝置。 第一個界面用元件里面的、位狀態(tài)切換開關，設置數(shù)字量輸入開關：設備類型LB、 設備地

14、址0、后面每個設置的都要不同，輸出地址：設備類型X、設備地址010、（與程序中的開關對應），開關類型：復歸型開關、圖形自選，標簽：600，易懂（打上所對應的數(shù)字量）狀態(tài)號 0，創(chuàng)建三個，在用功能鍵設制一個結束鍵和進入下一頁的鍵（功能鍵屬性：切換基本窗 口，窗口編號 1 1 ）到下一頁。第二個界面用元件里的位狀態(tài)開關，設置，正轉(zhuǎn)開關X003、反轉(zhuǎn)開關X004和停止開關XOO7在用元件里的位狀態(tài)指示燈元件設置兩個指示燈顯示（監(jiān)視） 狀態(tài)。（正轉(zhuǎn)） 讀取設備地址： 設備類型Y,設備地址0,功能選擇：閃爍狀態(tài)為 0圖形、頻率1。（反轉(zhuǎn)）讀取設備地址： 設備類型丫，設備地址0,功能選擇：閃爍狀態(tài)為 0頻

15、率1。在用功能鍵設置一個返回鍵和 進入下一頁的鍵和返回主頁的鍵。觸摸屏人機界面是在操作人員和機器設備之間雙向溝通的橋梁,用戶可以自由的組合文字,按鈕, 圖形, 數(shù)字等來處理或監(jiān)控管理及應付隨時可能變化信息的多功能顯示屏幕。隨著機械設備的飛速發(fā)展, 以往的操作界面需要由熟練的操作人員才能操作, 而且操作困難, 無法 提高工作效率。 但是使用人機界面能夠明確指示并告知操作員機器設備目前的狀況,使操作變得簡單生動, 并且可以減少操作上的失誤, 即使是新手也可以很輕松的操作整個機器設備。使用人機界面還可以使機器的配線標準化， 簡單化，同時也能減少PLC控制所需的I/O點數(shù), 降低生產(chǎn)成本同時由面板控制

16、的小型化及高性能,相對提高了整套設備的附加價值。為了操作上的方便, 人們用觸摸屏來代替鼠標或鍵盤。 工作時, 我們必須首先用 手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏, 然后系統(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標 或菜單位置來定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成； 觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面, 用于檢測用戶觸摸位置, 接受后送觸摸屏 控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息, 并將 它轉(zhuǎn)換成觸點坐標，再送給 CPU它同時能接收CPL發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。第三章調(diào)試與運行3.1 系統(tǒng)硬件組成和連接 系統(tǒng)硬件組成如圖 1 所示，主要由下列組件構成；站號1站號2站

17、號3如圖1系統(tǒng)硬件組成PLCRDAsdb 金G通wjpopaw tn|申西號餐BA ABW如圖2變頻器之間的通訊3.1.1組網(wǎng)方式三菱變頻器A500/E500/F500系列都可以采取組網(wǎng)方式進行通信。方式一為單主 機多從機方式（如圖3.3所示），方式二為單主機單從機方式。主機可以選用個 人計算機、可編程控制器、DCS從機則指的是變頻器。FX2N-16MR為系統(tǒng)的核心組成。2、 FX2N-16MF為FX2N系統(tǒng)PLC的通訊適配器，主要用于 PLC和變頻器 之間的數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。3、RS-422電纜用于PLC和計算機RS-232之間的數(shù)據(jù)傳送。4、通訊電纜采用五芯電纜自行制作。下文介紹通訊電纜的

18、制作方法和連接方式：變頻器端的PU接口用于RS485通訊時的接口端子排定義如下圖 3所示：（從 變頻器下面看如圖3.3三菱變頻器FRS540的PU端3.1.2通信接口通信接口一般包含接口方式、數(shù)據(jù)格式和波特率三種。三菱變頻器的接口方式為RS485接口，且為異步半雙工。數(shù)據(jù)格式根校驗 方式的不同可以分為無校驗、奇校驗和偶校驗3種，波特率可以包括300-38400b/s 之間的一種。3.1.3功能定義通過通信可以監(jiān)視變頻器的內(nèi)容包括一下幾方面。1）監(jiān)視從機運行狀態(tài)。從機的運行參數(shù)：當前運行頻率、輸出電壓、輸出電流、無單位顯示量（運行轉(zhuǎn)速）、模擬閉環(huán)反饋、速度閉環(huán)反饋、輸出轉(zhuǎn)矩等。從機運行設定參數(shù)：

19、 當前設定頻率、設定轉(zhuǎn)速、設定線速度、模擬等閉環(huán)設定、速度閉環(huán)設定、供水變頻器的壓 力設定等。從機運行狀態(tài)：I/O狀態(tài)、當前運行狀態(tài)、報警狀態(tài)等。2）控制從機運行，包括開機、停機、點動、故障復位、自由停車、緊急停車、設置當前運行頻率給定值等。3）讀取從機的功能碼參數(shù)值。4）設置從機的功能碼參數(shù)值。5）系統(tǒng)配置和查詢命令。配置從機當前運行設置、查詢從機設備系列類型、輸入并驗證用戶密碼。3.1.4通信規(guī)格通信規(guī)格通信方式遵循下表所示的規(guī)定。三菱變頻器通.符合的標準RS485可連接的變頻器數(shù)量 1N（最多32臺變頻器）通信速率可選擇19200b/s、 9600b/s和4800b/s控制協(xié)議異步通信方

20、式半雙工通信規(guī)格字符方式 ASCII（7位/8位）可選停止位長可在1位和2位之間選擇結束 CR/LF （有/沒有）可選 校驗方式奇偶校驗可選擇有 （奇 或偶）或無總和校驗有等待時間設定在有和無之間選擇符合的標淮“RS485P可連接的變頻器數(shù)塑*141僵多32臺變頻器通率口可選擇1 P200b/ss血和4和此/驢控制協(xié)溟匸異歩寂通fit丘式卩ASCII（7位用位）可選衛(wèi)通停止位長心可在1位和2位之間選擇申停結恐抑CIVLF （有般有）可選*邕心奇偶校驗Q可選擇有（奇或偶）或無校驗方式總和校驗a等待時間設定廠在有和無之閭選擇#頻器之間的 485通訊協(xié)議和數(shù)據(jù)定義PLC和變頻器之間進行通訊，通訊規(guī)格

21、必須在變頻器的初始化中設定， 如果沒有 進行設定或有一個錯誤的設定，數(shù)據(jù)將不能進行通訊。且每次參數(shù)設定后，需復 位變頻器。確保參數(shù)的設定生效。設定好參數(shù)后將按如下協(xié)議進行數(shù)據(jù)通訊。（如 圖4 5 ）一 C一鞏AB AB RDRDSDSDSG Rsd8s通訊板如圖4變頻器之間的通訊計機丄：斯據(jù)旅；1 *2 fr _a. j3)圖5 : RS485通訊協(xié)議圖1從PLC到變頻器的通訊請求數(shù)據(jù)變*H*4-i3254OB7O9112 -1字一31hfjS*4*12J45B7B01O11 符戲他據(jù)決岀怙克日*3 EHD站號時簡總和*412345 B 7 B e禱裁2數(shù)據(jù)寫入時從變頻器到PLC的應答數(shù)據(jù)D4

22、發(fā)應數(shù).魅鎖1234 Y?S!3讀出數(shù)據(jù)時從變頻器到PLC的應答數(shù)據(jù)輅式ESTX姑昌JETX235876fl*3 MAKSNW 站號*45亠字材知3 NAX站耳*44讀出數(shù)據(jù)時從PLC到變頻器發(fā)送數(shù)據(jù)沒發(fā) Mw*3*4*3*4ACKMAK123* +-in12 a 宇扇吸通訊數(shù)據(jù)定義如下:1控制代碼憧號ascii qSTX正丈棄T政ih開曲iETXH03正女堵杲融扳結議）wasSScSflil SJAOKHOQLFHOAcnHOC回車H15不序認（發(fā)理敷擁皆豪）2通訊數(shù)據(jù)類型所有指令代碼和數(shù)據(jù)均以 ASCII碼（十六進制）發(fā)送和接收。例如：（頻率和 參數(shù)）依照相應的指令代碼確定數(shù)據(jù)的定義和設定

23、范圍3.2三菱FX系列PLC與三菱變頻5通信參數(shù)設置3.2.1三菱變頻器的設置PLC和變頻器之間進行通信。通信規(guī)格必須在變頻器的初始化中設定，如果沒有進行初始 化設定或有一個錯誤的設定，數(shù)據(jù)將不能進行傳輸。注：每次參數(shù)初始化設定完成以后，需要復位變頻器。如果改變與通信相關的參數(shù)后，變頻器沒有復位，通信將不能進行。參數(shù)號名稱設定值說明Pr117站號0設定頻率站號為0Pr118通信速率96設定波特頻率為9600b/sPr119停止位長/數(shù)據(jù) 位長11設定停止位2位，數(shù)據(jù)位7位Pr120奇偶校驗有/無2設定為偶校驗Pr121通信再試次數(shù)9999即使發(fā)生通信錯誤，變頻器也 不停止Pr122通信效驗時間

24、 間隔9999通信校驗終止Pr123等待時間設定9999用通信數(shù)據(jù)設定Pr124CR、LF有/無選擇0選擇CR、LF對于122號參數(shù)一定要設成 9999，否則當通信結束以后且通信校驗互鎖時間到時變頻器會 產(chǎn)生報警并停止（E.PUE）對于79號參數(shù)要設成1，即PU操作模式注：以上參數(shù)設置適用于A500、E500、F500、F700系列變頻器當在F500、F700系列變頻器上要設定上述通信參數(shù)，首先要將Pr160設成0對于S500系列變頻器（帶R）的相關參數(shù)設置如下本次變頻器需要與 PLC進行通信，相應參數(shù)如下:參數(shù)號名稱設定值說明n1站號0設定變頻器站號為 0n2通信速率96設定波特率為9600

25、b/sn3停止位長/數(shù)據(jù)位長11設定停止位2位，數(shù) 據(jù)位7位n4奇偶檢驗有/無2設定為偶校驗n5通信再試次數(shù)即使發(fā)生通信錯誤， 變頻器也不停止工 作n6:通行校驗時間間隔-通信校驗終止n7等待時間設定-用通信數(shù)據(jù)設定n8運行指令權0指令權在計算機n9速度指令權0指令權在計算機n10聯(lián)網(wǎng)啟動模式選擇1用計算機聯(lián)網(wǎng)運行 模式啟動n11CR，LF有/無選擇0選擇無CR，LFPr79運行模式0面板/外部模式對于79設置成0即可。注意：當在S500系列變頻器上要設定上述通信參數(shù)，首先要將Pr30設置成1.3.2.2三菱PLC的設置三菱FX系列PIC在進行計算機連接（專用協(xié)議）和無協(xié)議指令（ RS指令）時均需要通信 格式（D8120）進行設定。其中包含有波特率、 數(shù)據(jù)