PLC與變頻器控制電機多段速

1、成績 電氣工程系統(tǒng)設(shè)計報告書 題 目 基于PLC、變頻器控制電機的多段速 院 部 名 稱 機電工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 11電氣（一）班 組 長 姓 名 周 穎 同 組 學(xué) 生 李靜 洪潤娜 設(shè) 計 地 點 工科樓 設(shè) 計 學(xué) 時 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)計任務(wù)和要求 1二、 設(shè)計思路 1三、 系統(tǒng)硬件設(shè)計 13.1 PLC13.2變頻器33.3 I/O接線圖設(shè)計 9四、 系統(tǒng)軟件設(shè)計10 4.1 系統(tǒng)流程圖 10 4.2 程序編制步驟 10五、 調(diào)試過程與結(jié)果 14六、 總結(jié)與體會 14七、 參考資料14八、 附錄153一、 設(shè)計

2、任務(wù)和要求電氣工程系統(tǒng)設(shè)計是考察學(xué)生利用大學(xué)學(xué)過的專業(yè)知識，進行綜合的系統(tǒng)方案設(shè)計并最終完成系統(tǒng)硬件連接和軟件調(diào)試，能夠使學(xué)生對電氣工程與自動化的專業(yè)知識進行綜合應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、工程實踐能力、創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作能力，撰寫一篇符合規(guī)范的設(shè)計說明書或技術(shù)總結(jié)報告文檔，并參加答辯，為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。要求完成的工作量包括：1) 搭建所設(shè)計的系統(tǒng)硬件電路，完成系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)設(shè)計功能，并在驗收現(xiàn)場演示運行效果。2) 設(shè)計結(jié)束，對設(shè)計成果進行五分鐘PPT匯報，并參與答辯。3) 設(shè)計結(jié)束，上交開題報告書及技術(shù)報告等相關(guān)設(shè)計材料。二、 設(shè)計思路本系統(tǒng)主要由控制信號、控制臺、PLC、變頻器、

3、三相電動機組成，由圖可知，本文通過PLC控制變頻器達到變頻調(diào)速的目的，從而實現(xiàn)交流電機的正轉(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上進行操作，控制電機調(diào)速。用PLC、變頻器設(shè)計一個電動機的七速運行的控制系統(tǒng)。其控制要求如下：按下起動按鈕，電動機以15Hz速度正傳，按下功能2速鍵后轉(zhuǎn)為20Hz速度運行，按下功能3速鍵轉(zhuǎn)為35Hz速度運行，按下4速鍵轉(zhuǎn)為40Hz速度運行，按下5速鍵變?yōu)?5Hz速度運行，按下6速鍵變?yōu)?0Hz速度運行，按下7速鍵以頻率為75Hz速度運行，也可進行減速調(diào)節(jié)，按停止按鈕，電動機即停止。三、 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 PLC基本結(jié)構(gòu)：本次實踐采用的PLC型號為

4、FX3U64M。可編程邏輯控制器實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，基本構(gòu)成為：電源、CPU運算和控制中心、存儲器、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 允許瞬時停電時間：對l0ms以下的瞬時停電會繼續(xù)運行。電源電壓為AC200V的系統(tǒng)時，可以通過用戶程序，可在10100ms之間更改。  電源保險絲：250V 3.15A  沖擊電流：最大30A  5ms以下/AC100V,最大65A   5ms以下/AC200V  消耗功

5、率：45W           DC24V供給電源：600mA以下  DC5V內(nèi)置電源：500mA以下 輸入形式：漏型/源型  輸入點數(shù)：32  輸入的連接方式：拆裝式端子排(M3螺絲)  輸入信號電壓：AC電源型：DC24V ±10%   DC電源型：DC16.828.8V  輸入阻抗:X000X005(3.9K) X006X007(3.3K)  輸入信號電流：X000X005(6mA/DC24V) X0

6、06X007(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  輸入信號形式：無電壓觸點輸入         漏型輸入時：NPN開集電極型晶體管         源型輸入時：PNP開集電極型晶體管  輸入回路隔離：光耦隔離  輸入動作的顯示：光耦驅(qū)動時面板上的LED燈亮 輸入回路結(jié)構(gòu)圖

7、 輸出種類：繼電器  輸出點數(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  最大電阻負載：2A/1點      每個公共端的合計負載電流如下:      ·輸出1點/1個公共端：2A以下      ·輸出4點/1個公共端：8A以下      ·輸出8點/1個公共端：

8、8A以下  最大感性負載：80VA  最小負載：DC5V 2mA  開路漏電流：無  輸出響應(yīng)時間：約10mS  回路隔離：機械隔離 輸出動作的顯示：繼電器線圈通電時面板上的LED燈亮 輸出回路結(jié)構(gòu)圖3.2 變頻器本次實踐采用的變頻器型號為FR-A700。將電網(wǎng)電壓提供的恒壓恒頻轉(zhuǎn)換成電壓和頻率都可以通過控制改變的轉(zhuǎn)換器，使電動機可以在變頻電壓的電源驅(qū)動下發(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，僅僅是對頻率改

9、變的接線圖，在具體的實踐上端子STR（反轉(zhuǎn)）、STF（正轉(zhuǎn)）要與PLC的輸出端相連。我們的實驗中不需要電機反轉(zhuǎn)，所以多接了STF。通過對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，這就是我們要實現(xiàn)的七段速。3.2.2 變頻器與電機的接法三相電機和變頻器都是380V供電，對于平常覺得220V都是高壓的我們來說，380更是高壓中的高壓，所以我們要小心小心再小心?？墒切⌒奶^就會出現(xiàn)小錯誤，接線時沒有拔掉插頭（380V啊，沒拔掉也是蠻拼的），只把空氣開關(guān)斷掉了，由于線頭問題，導(dǎo)致空氣開關(guān)短路，火花好嚇人，這個教訓(xùn)我是吸取了，下次一定要把電源斷了！3.2.3 變

10、頻器的端子介紹3.2.4 變頻器的簡單參數(shù)設(shè)定實驗中剛開始我們只設(shè)定了參數(shù)4、5、6的數(shù)值，可是執(zhí)行時卻只有顯示低速的頻率即15Hz，電機一直以這個頻率轉(zhuǎn)動，不管按哪個按鈕都不變，一直在試著調(diào)節(jié)參數(shù)，可是還是不行，沒辦法只能請教劉老師。劉老師過來后首先就問了我們對哪些參數(shù)設(shè)定了，我們只能把真實情況如實反映，老師翻出他的小冊子，上面記載了他的經(jīng)驗積累（讓我受益匪淺?。麊枀?shù)2427有沒有設(shè)定，我們當(dāng)然沒有，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，再按下第二鍵的時候，奇跡發(fā)生了，我們需要的都實現(xiàn)了！好開心！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

11、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4.1 系統(tǒng)流程圖。4.2 程序編制步驟。1設(shè)計原則1）最大限度的滿足電機、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)簡單、經(jīng)濟；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，在選擇PLC容量時，應(yīng)當(dāng)留有余地。2設(shè)計內(nèi)容1）擬定

12、控制系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)要求；2）選擇電動機執(zhí)行元件；3）選定PLC型號：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)計的要求編寫軟件規(guī)格說明書，然后在用相應(yīng)的編程語言進行程序設(shè)計,三菱的選用GX-Works2進行編程；6）設(shè)計開關(guān)按鈕盒、端子排等非標(biāo)準(zhǔn)電器元件；7）編寫設(shè)計說明書和使用說明書。3設(shè)計步驟1）分析被控對象并提出控制要求詳細分析被控對象電機的工作特點，了解被控對象機、電之間的配合，提出被控對象對PLC控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設(shè)計任務(wù)書。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)換開關(guān)，輸出設(shè)備：接觸器、電機、變

13、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點數(shù)。3）選擇PLCPLC選擇包括對PLC的機型、容量、I/O模塊、電源等的選擇。4）分配I/O點并設(shè)計PLC外圍硬件線路分配I/O點：畫出PLC的I/O點與輸入/輸出設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)關(guān)系表。PLC外圍硬件線路：畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進入PLC的控制電路等。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)計程序設(shè)計：1）控制程序；2）初始化程序；3）檢測、故障診斷和顯示等程序；6）保護和連鎖程序。6）硬件實施設(shè)計PLC、按鈕、電機、熱繼電器等部

14、分的電器布置圖及安裝接線圖；設(shè)計系統(tǒng)各部分之間的電氣互連圖；根據(jù)施工圖紙進行現(xiàn)場接線，并進行詳細檢查。由于程序設(shè)計與硬件實施可同時進行，因此PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計周期可大大縮短。7）聯(lián)機調(diào)試聯(lián)機調(diào)試是將通過模擬調(diào)試的程序進一步進行在線統(tǒng)調(diào)。聯(lián)機調(diào)試過程應(yīng)循序漸進，從PLC只連接輸入設(shè)備、再連接輸出設(shè)備、再接上實際負載等逐步進行調(diào)試。如不符合要求，則對硬件和程序作調(diào)整。通常只需修改部份程序即可。全部調(diào)試完畢后，交付試運行。經(jīng)過一段時間運行，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：按下起動按鈕，輸入X0，電機以低速正轉(zhuǎn)，同時輸出Y4和Y5。按下2速按鈕

15、，輸入X1，其他調(diào)速按鈕均無信號輸入，電機以中速正轉(zhuǎn)，輸出Y6。按下3速按鈕，輸入X2，其他調(diào)速按鈕均無信號輸入，電機轉(zhuǎn)速得到疊加，輸出Y5和Y6。按下4速按鈕，輸入X3，其他調(diào)速按鈕均無信號輸入，電機以高速正轉(zhuǎn)，輸出Y7。按下5速按鈕，輸入X4，其他調(diào)速按鈕均無信號輸入，電機轉(zhuǎn)速得到疊加，輸出Y5和Y7。按下6速按鈕，輸入X5，其他調(diào)速按鈕均無信號輸入，電機轉(zhuǎn)速得到疊加，輸出Y6和Y7。按下7速按鈕，輸入X6，其他調(diào)速按鈕均無信號輸入，電機轉(zhuǎn)速得到疊加，輸出Y5和Y6和Y7。五、 調(diào)試過程與結(jié)果運用GX Works2(三菱系列PLC編程軟件)編寫的梯形圖程序，編譯無錯誤后將程序?qū)氲絇LC中

16、。程序編寫完后首先要根據(jù)PLC的類型在對其類型進行修改，如：FX3U，這是我們使用的型號；其次要確定PLC的數(shù)據(jù)線是否有用，在培訓(xùn)過程中我們使用三菱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PLC寫入程序，執(zhí)行。六、 總結(jié)與體會這次試驗做的是PLC在多段系統(tǒng)的調(diào)速，收獲到的東西真的是不少,其實一開始我們的課題是想做關(guān)于風(fēng)機節(jié)能，可能由于自身原因，怎么也搞不起來，這是后來重新尋找的課題。在設(shè)計過程中，要完整的完成這次設(shè)計主要在三個方面，一個是對于變頻器的了解，另一個是對于可編程控制器的了解

17、，還有一個就是對于將二者靈活運用。為了讓自己能很好的完成這次設(shè)計，我把劉老師給我們的變頻器資料仔細看了一遍，對于變頻器有了比較清楚的認(rèn)識，也在網(wǎng)上查閱了一些關(guān)于PLC的資料，加深了對于PLC的學(xué)習(xí)。在最后運行的時候，電機是成功轉(zhuǎn)了，就是在頻率上面沒有任何變化，只能請教老師，老師耐心地講解了參數(shù)設(shè)置，我發(fā)現(xiàn)我們有一個漏掉了，后來補上，再按下運行，控制速度，成功了！在這次設(shè)計中，還有一個很大的收獲，那就是要把自己學(xué)到的知識用本子記下來，這樣急用的時候還有幫助，這是積累經(jīng)驗的好辦法，感謝劉老師！學(xué)習(xí)永無止境，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