基于PLC模擬量的變頻器閉環(huán)調(diào)速控制

1、閩南師范大學(xué)PLC課程設(shè)計 課題：基于PLC模擬量的變頻器閉環(huán)調(diào)速控制姓 名： 學(xué) 號： 1205000529 系 別：物理與信息工程學(xué)院專 業(yè)：電氣工程及其自動化年 級： 12級電氣1班 指導(dǎo)教師： 洪清輝 2015年5月18日目錄1 引言22 系統(tǒng)設(shè)計22.1 設(shè)計目的22.2 設(shè)計要求22.3 設(shè)計思路22.4 系統(tǒng)硬件配置及組成原理32.5變頻器6變頻器主要功能62.5.2 變頻器平面圖62.6 同軸編碼器63 硬件接線圖74 軟件設(shè)計74.1 軟件流程圖74.2梯形圖85 應(yīng)用擴展-基于PLC模擬量的礦井通風(fēng)系統(tǒng)95.1設(shè)計內(nèi)容95.2設(shè)計實現(xiàn)目標(biāo)95.3控制系統(tǒng)設(shè)計10控制程序流程

2、圖設(shè)計10控制程序設(shè)計思路106心得體會107 參考文獻(xiàn)11摘要 一種基于FX2NPLC控制的變頻調(diào)速的閉環(huán)控制系統(tǒng)及其在液位控制中的應(yīng)用，在電機速度閉環(huán)控制中，由同軸編碼器對電機測速，經(jīng)PLC內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換后與給定值比較再由PID運算控制得出的值經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后輸出給變頻器，從而閉環(huán)控制電機的轉(zhuǎn)速。 關(guān)鍵詞：plc 模擬量 變頻器 1 引言隨著變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛,應(yīng)用水平的不斷提高,對變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的精度要求也越來越高。目前,許多變頻調(diào)速裝置屬于開環(huán)控制方式,不能滿足有較高精度的控制要求。為提高開環(huán)變頻調(diào)速器控制精度,本系統(tǒng)采用有編碼器速度檢測的、由高性能FX2NPLC 調(diào)節(jié)控制的閉

3、環(huán)系統(tǒng)。 2 系統(tǒng)設(shè)計2.1 設(shè)計目的1利用可編程控制器及其模擬量模塊，通過對變頻器的控制，實現(xiàn)電機的閉環(huán)調(diào)速。2了解可編程控制器在實際工廠生產(chǎn)中的應(yīng)用及可編程控制器的編程方法。2.2 設(shè)計要求 電機的實際轉(zhuǎn)速在較快的時間內(nèi)接近給定目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并且能夠穩(wěn)定運行。當(dāng)改變給定速度時，電機能快速響應(yīng)達(dá)到接近給定值。2.3 設(shè)計思路變頻器控制電機，電機上同軸連旋轉(zhuǎn)編碼器。編碼器根據(jù)電機的轉(zhuǎn)速變化而輸出電壓信號Vil 反饋到PLC模擬量模塊（Fx2n-3A）的電壓輸入端，在PLC內(nèi)部給定量經(jīng)過運算處理后，通過PLC模擬量模塊的電壓輸出端輸出一路DC0+10V電壓信號Vout來控制變頻器的輸出，達(dá)到閉環(huán)控制

4、的目的。運算方案一： 采用數(shù)學(xué)運算，當(dāng)反饋值小于給定值時，讓控制信號Vout加適當(dāng)值。同理，當(dāng)反饋量大于給定值時，用軟件給控制信號減適當(dāng)值。 運算方案二：采用PID控制，對其設(shè)定整定的參數(shù)，只要給它控制信號，它將會輸出理想的結(jié)果。 方案比較： 如果采用純粹的數(shù)學(xué)運算，因為控制模塊的滯后等原因，其輸出結(jié)果并不如人意，系統(tǒng)響應(yīng)慢、不穩(wěn)定，如果操作失誤，將會給硬件造成損傷。 而如果采用PID控制，因其不需要被控對象的數(shù)學(xué)模型，有較強的靈活性和適應(yīng)性且使用方便，所以運用它可以得到比較滿意的結(jié)果。 結(jié)論：采用PID控制測速方案一：采用測速電動機 測速方案二：采用同軸編碼器測速 方案比較： 測速發(fā)電機的輸

5、出特性存在死區(qū)和非線性區(qū),且體積大、誤差大,一般適用于測速精度要求不高的系統(tǒng)。 采用編碼器測速, 其輸出高頻脈沖經(jīng)FX2NPLC 高速計數(shù)器計數(shù),經(jīng)過量化可得到精度很高的轉(zhuǎn)速。 結(jié)論：采用編碼器測速 2.4 系統(tǒng)硬件配置及組成原理 本實驗裝置選用三菱主機FX2N-48MR-001AC/DC/繼電器內(nèi)置數(shù)字量I/O（24路開關(guān)量輸入，24路繼電器輸出）。PLC使用用掃描工作方式執(zhí)行用戶程序時，掃描是從第一條程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲順序的先后，逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃描執(zhí)行，周而復(fù)始重復(fù)運行。在 內(nèi)部處理階段，進行PLC自檢，檢查內(nèi)部硬件是否正常，對

6、監(jiān)視定時器（WDT）復(fù)位以及完成其它一些內(nèi)部處理工作。 在通信服務(wù)階段，PLC與其它智能裝置實現(xiàn)通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等。 當(dāng)PLC處于停止（STOP）狀態(tài)時，只完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作。當(dāng)PLC處于運行（RUN）狀態(tài)時，除完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作外，還要完成輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新工作。另配有FX0N-3A模擬量模塊（2路模擬量輸入，1路模擬量輸出）。輸入通道接收模擬信號并將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字值；輸出通道采用數(shù)字值并輸出等量模擬信號。FX0N-3A的最大分辨率為8位。FX0N-3A在PLC擴展母線上占用8個I/O點，8個I/O點可以分配給輸入或輸出。所有數(shù)據(jù)

7、傳輸和參數(shù)設(shè)置都是通過應(yīng)用到PLC中的TO/FROM指令，通過FX0N-3A的軟件控制調(diào)節(jié)的。緩沖存儲器的分配（BFM）緩沖存儲器編號b8b15b7b6b5b4b3b2b1b00保留通過17#的b0選擇的A/D通道的當(dāng)前值輸入數(shù)據(jù)（以8位存儲）16保留在D/A通道上的當(dāng)前值輸出數(shù)據(jù)（以8位存儲）17保留D/A起運A/D起運A/D通道選擇015、1831保留BFM0： 把外部模擬信號通過轉(zhuǎn)換成數(shù)字值后存儲在這里。BFM16：把主機傳送過來的數(shù)據(jù)存儲在這里，準(zhǔn)備通過轉(zhuǎn)換后輸出控制負(fù)載。BFM17：b0=0時選擇模擬輸入通道1；b0=1時選擇模擬輸入通道2；b1=0-1時，起運A/D轉(zhuǎn)換處理；b1=

8、1-0時，起運D/A轉(zhuǎn)換處理 變頻器使用三菱FR-S540n=60f（1-s）/p，變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源的頻率和幅度的方式來控制交流電動機的電力傳動元件。變頻器在英文譯名是VFD（Variable-frequency Drive）。 作為引領(lǐng)全球市場的機電產(chǎn)品綜合供應(yīng)商，三菱電機在中國的FA（Factory Automation）事業(yè)隨著中國經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展蒸蒸日上。從社會基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域到半導(dǎo)體制造等高科技產(chǎn)業(yè)，從現(xiàn)場控制到遠(yuǎn)程監(jiān)控，三菱電機FA技術(shù)為創(chuàng)造更快生產(chǎn)效率和更高生產(chǎn)力提供強大的支持。三相電機2.5變頻器變頻器主要功能變頻器的主要任務(wù)是將工頻電源轉(zhuǎn)換

9、為頻率和幅度可調(diào)節(jié)的交流到交流的變頻器，是當(dāng)前應(yīng)用最廣的交流調(diào)速設(shè)備，變頻器的功能不是以調(diào)速為目的，而是控制某一過程為目的。它有完善的保護功能:變頻器保護功能很強，在運行過程中能隨時檢測到各種故障，并顯示故障類別(如電網(wǎng)瞬時電壓降低，電網(wǎng)缺相，直流過電壓，功率模塊過熱，電機短路等)，并立即封鎖輸出電壓。這種“自我保護”的功能，不僅保護了變頻器，還保護了電機不易損壞。 變頻器平面圖2.6 同軸編碼器同軸編碼器可以將電動機的轉(zhuǎn)速按比例轉(zhuǎn)換成電壓信號，通常是05V 旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測量轉(zhuǎn)速的裝械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖置，光電式旋轉(zhuǎn)編碼器通過光電轉(zhuǎn)換，可將輸出軸的角位移、角速度等機以數(shù)字量輸出（REP）

10、。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（幾十個到幾千個都有），和供電電壓等。單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組A/B相位差90度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以測量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向 3 硬件接線圖 4 軟件設(shè)計4.1 軟件流程圖4.2梯形圖5 應(yīng)用擴展-基于PLC模擬量的礦井通風(fēng)系統(tǒng)5.1設(shè)計內(nèi)容根據(jù)煤礦安全規(guī)程，當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到或則超過1.5%CH4，應(yīng)進入瓦斯排放狀態(tài)。為了達(dá)到節(jié)能效果，當(dāng)瓦斯?jié)舛仍?-1.5%時，局部通風(fēng)機的轉(zhuǎn)速與瓦斯?jié)舛鹊脑鰷p成比例升降，即瓦斯?jié)舛鹊淖兓詣诱{(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。本次課程設(shè)計是PLC控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與

11、調(diào)速。（1）應(yīng)用FX0N-3A模擬量輸入通道模擬CH4的濃度采樣模塊（2）應(yīng)用FX0N-3A模擬量輸出通道輸出010V的電壓信號，然后將電壓信號給變頻器模擬控制輸入端。（3）使用普通的三相電機模擬礦井局部通風(fēng)機通過對系統(tǒng)的編程實現(xiàn)PLC模擬輸出的變化以此來控制變頻器的調(diào)速。 5.2設(shè)計實現(xiàn)目標(biāo) 本系統(tǒng)將 PLC與變頻器有機地結(jié)合起來 ,采用以瓦斯?jié)舛鹊淖兓癁閰⒘縼碚{(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速的控制系統(tǒng) ,實現(xiàn)對電動機工作過程和運轉(zhuǎn)速度的有效控制 ,使礦井局部通風(fēng)機通風(fēng)、瓦斯自動排放高效、安全 ,消除了瓦斯事故 ,達(dá)到了明顯的節(jié)能效果。5.3控制系統(tǒng)設(shè)計5.3.1控制程序流程圖設(shè)計控制系統(tǒng)框圖如圖所示該系統(tǒng)主控

12、單元采用 PLC ,被控元件行的局部通風(fēng)機電機 ,主控參數(shù)為瓦斯?jié)獠捎萌夤镜腇X2N-48MR,選配 FX0N-3A,變頻器為三菱變頻器FR-S540。系統(tǒng)通過瓦斯傳感器檢測瓦斯?jié)舛?,經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換 ,送到 PLC進行數(shù)字濾波、比較、判斷 ,將控制信號送給變頻器 ,從而控制局部通風(fēng)機電機的轉(zhuǎn)速,使之實現(xiàn)最優(yōu)控制。5.3.1控制程序設(shè)計思路6心得體會本次課程設(shè)計利用了FX2N-48MR PLC的特點，通過對模擬量輸入采用/模擬量輸出進行控制，主要實現(xiàn)了變頻器在PLC控制作用下的變頻調(diào)速，使我們對PLC工作原理、FX0N-3A模擬量模塊、三菱變頻器FR-S540有了更深的理解。 在本次課程

13、設(shè)計的實踐環(huán)節(jié)中，我更深刻地理解和掌握了電器控制及可編程控制器(PLC)的理論知識和動手技能。參閱了大量的電器控制及可編程控制器(PLC)系統(tǒng)設(shè)計的書籍資料，查詢了大量的圖表、程序和數(shù)據(jù)，特別是PLC控制電機變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計，使得課程設(shè)計的方案和數(shù)據(jù)更為翔實和準(zhǔn)確，力求科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，使本次以模擬量為主題的課程設(shè)計精益求精。在本次課題中還反映出我們一些問題，就是對程序與機器的不熟練，不能熟練的使用使我們花了很多功夫去重新學(xué)習(xí)，這反映了我們當(dāng)時學(xué)習(xí)時沒有及時復(fù)習(xí)而導(dǎo)致遺忘，也體會了本次課題的意義，即讓我們復(fù)習(xí)原來所學(xué)的知識，以后能有更好的運用。 對于本次課題實驗，我們有很多收獲。第一點就是實際動手實驗讓我們不再只是紙上談兵，讓我們在動手中去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。第二點，培養(yǎng)了我們團結(jié)合作的能力，體會到了合作的樂趣。第三點，鞏固專