基于PLC控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計說明

1、 PAGE12 / NUMPAGES14 州 市 職 業(yè) 大 學(xué)課程設(shè)計說明書 名稱基于PLC控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計2012年6月25日至 2012年6月29日共 1 周院 系 電子信息工程系 班 級 10電氣自動化4 姓 名 徐小冬 學(xué) 號 107301437 系主任 紅兵 教研室主任鄧建平 指導(dǎo)教師 淮文軍 目錄 TOC o 1-4 h z u HYPERLINK l _Toc328508012第一章緒論 PAGEREF _Toc328508012 h 1HYPERLINK l _Toc328508013第二章課程設(shè)計主要儀器的介紹 PAGEREF _Toc328508013 h 2HYP

2、ERLINK l _Toc3285080141 PLC的介紹 PAGEREF _Toc328508014 h 2HYPERLINK l _Toc3285080151.1 PLC的簡介 PAGEREF _Toc328508015 h 2HYPERLINK l _Toc3285080161.1.1 PLC的組成 PAGEREF _Toc328508016 h 2HYPERLINK l _Toc3285080171.1.2 CPU的構(gòu)成 PAGEREF _Toc328508017 h 3HYPERLINK l _Toc3285080181.2 PLC的工作原理 PAGEREF _Toc3285080

3、18 h 3HYPERLINK l _Toc3285080192 變頻器的介紹 PAGEREF _Toc328508019 h 4HYPERLINK l _Toc3285080202.1 控制面板圖 PAGEREF _Toc328508020 h 4HYPERLINK l _Toc3285080213 電機(jī)的介紹 PAGEREF _Toc328508021 h 6HYPERLINK l _Toc328508022第三章 PLC變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試 PAGEREF _Toc328508022 h 7HYPERLINK l _Toc3285080231 系統(tǒng)的接線 PAGEREF _Toc32

4、8508023 h 7HYPERLINK l _Toc3285080241.1主回路接線 PAGEREF _Toc328508024 h 7HYPERLINK l _Toc3285080251.2 控制回路接線 PAGEREF _Toc328508025 h 7HYPERLINK l _Toc3285080262 外部接線圖 PAGEREF _Toc328508026 h 8HYPERLINK l _Toc3285080273 系統(tǒng)方案設(shè)計 PAGEREF _Toc328508027 h 8HYPERLINK l _Toc3285080283.1 I/O地址分配表 PAGEREF _Toc32

5、8508028 h 8HYPERLINK l _Toc3285080293.2梯形圖程序 PAGEREF _Toc328508029 h 9HYPERLINK l _Toc3285080304 軟件系統(tǒng)的調(diào)試 PAGEREF _Toc328508030 h 9HYPERLINK l _Toc3285080315 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 PAGEREF _Toc328508031 h 10HYPERLINK l _Toc328508033第四章課程設(shè)計小結(jié) PAGEREF _Toc328508033 h 11HYPERLINK l _Toc328508034參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc3285080

6、34 h 12第一章 緒 論隨著微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，其功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了邏輯控制、順序控制的圍，它與計算機(jī)有效結(jié)合，可進(jìn)行模擬量控制，具有遠(yuǎn)程通信功能等。有人將其稱為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（即PLC，機(jī)器人，CAD/CAM）之一。目前可編程序控制器（Programmable Controller）簡稱PLC已廣泛應(yīng)用于冶金、礦業(yè)、機(jī)械、輕工等領(lǐng)域，為工業(yè)自動化提供了有力的工具。目前，大多數(shù)PLC仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣與編程水平，所以非常容易接受和掌握。PLC在

7、執(zhí)行梯形圖程序時，用解釋程序?qū)⑺g成匯編語言然后執(zhí)行（PLC部增加了解釋程序）。與直接執(zhí)行匯編語言編寫的用戶程序相比，執(zhí)行梯形圖程序的時間要長一些，但對于大多數(shù)機(jī)電控制設(shè)備來說，是微不足道的，完全可以滿足控制要求?，F(xiàn)代PLC不僅有邏輯運(yùn)算、計時、計數(shù)、順序控制等功能，還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動、通信、人機(jī)對話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線，又可控制一個生產(chǎn)過程，并且由于PLC的強(qiáng)抗干擾能力，易于裝入設(shè)備部，并且PLC各種硬件裝置品種齊全，可以組成能滿足各種要求的控制系統(tǒng)，用戶不必自己再設(shè)計和制作硬件裝置。用戶在硬件確定以后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更

8、新的情況下，不必改變PLC的硬設(shè)備，只需改編程序就可以滿足要求，所以它成了實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。第二章 課程設(shè)計主要儀器的介紹1 PLC的介紹1.1 PLC的簡介 PLC可編程序控制器如圖2-1所示：PLC英文全稱Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運(yùn)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，用于其部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,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(jī)械或生產(chǎn)過程。圖2-1 PLC外觀圖1.1.1 PLC的組成從結(jié)構(gòu)上分，P

9、LC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。1.1.2 CPU的構(gòu)成CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信

10、號，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器與實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制與狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口與有關(guān)電路。存主要用于存儲程序與數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。1.2 PLC的工作原理PLC有兩種工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)和停止（STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，PLC通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使PLC的輸出與時地響應(yīng)隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直到PLC停機(jī)或切換到STOP工作狀態(tài)。三種工作方法：PLC的輸出端子接變頻器的多功能端子，變頻器中設(shè)置多功能端子為多道速功能，并設(shè)置相應(yīng)頻

11、率。通過PLC的輸出端子的閉合和斷開的組合，使變頻器不同轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)。缺點(diǎn)：不能無級調(diào)速。通過PLC和變頻器上的RS485通訊接口，采用PLC編程通信控制。CP1H CPU單元支持串行通信功能有串行網(wǎng)關(guān)、串行PLC、NT1：N、上位、工具總線等。優(yōu)點(diǎn)：可以無級變速，速度變換平滑，速度控制精確，適應(yīng)能力好。缺點(diǎn)：抗干擾差，響應(yīng)有延時。通過PLC加數(shù)模（DA）轉(zhuǎn)換模塊，將PLC數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成電壓（或電流視頻器設(shè)置而定）信號，輸入到變頻器的模擬量控制端子，控制變頻器工作。XA型的CP1HCPU單元置模擬輸入4點(diǎn)與模擬輸出2點(diǎn)。分辨率分為1/6000或1/12000兩種。

12、輸入輸出分別刻選擇：05V、15V、010V、10V10V、020A、420A等5種方式。優(yōu)點(diǎn)：無級調(diào)速。缺點(diǎn)：調(diào)速精度低，不直觀；數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊較貴。2 變頻器的介紹2.1 控制面板圖圖2-2 控制面板圖表2-1：操作面板說明2.2 變頻器的工作原理交流調(diào)速是通過改變電定子繞組的供電的頻率來達(dá)到調(diào)速的目的的，但定子繞組上接入三相交流電時，定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)的磁場，它與轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，出現(xiàn)感應(yīng)電流，此電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。使電動機(jī)轉(zhuǎn)起來。電機(jī)磁場轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速，用表示： （2-7）由上式可知磁極對數(shù)越多，轉(zhuǎn)速就越慢，轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速比磁場的同步轉(zhuǎn)速要慢一點(diǎn)

13、，所以稱為異步電動機(jī)，這個差別用轉(zhuǎn)差率表示： （2-8） 在加上電源轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動瞬間，=0，這時=1；啟動后的極端情況=，則=0，即在01之間變化，一般異步電動機(jī)在額定負(fù)載下的 =1%6%。綜合（2-7）和（2-8）式可以得出： （2-9）由式（2-9）可以看出，對于成品電機(jī)，其極對數(shù)已經(jīng)確定，轉(zhuǎn)差率的變化不大，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到異步電機(jī)調(diào)速的目的。3 電機(jī)的介紹變頻器在使用過程中帶動的是電機(jī)，所以，變頻器的選型可以從電機(jī)的角度來選擇型號、規(guī)格。那首先，我們就必須先了解電機(jī)的各項(xiàng)規(guī)格指標(biāo)參數(shù)。本次使用的電機(jī)指標(biāo)參數(shù)如圖2-3所

14、示：圖2-3 電機(jī)指標(biāo)參數(shù)第三章 PLC變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試1 系統(tǒng)的接線1.1主回路接線圖3-1變頻器電源接線1.2 控制回路接線PLC輸出地址100.01接端子5，對應(yīng)的地址COM接端子3?？刂破鋯优c停止。PLC輸出地址100.02 接端子6，對應(yīng)的地址COM接端子3?？刂破湔D(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。PLC輸出地址100.03、100.03、100.05分別接7、8、9，控制其八段頻率。 圖3-2 控制回路接線2 外部接線圖總得接線圖包括PLC輸入與輸出端的接線，以與與按鈕和變頻器的接線，電動機(jī)的U、V、W端分別接變頻器的U、V、W，然后電源線接電源。具體外部接線方式如下圖3-3所示。圖3-3 總

15、電路的接線圖3 系統(tǒng)方案設(shè)計3.1 I/O地址分配表表3-1：輸入設(shè)備符號輸入地址輸出設(shè)備符號輸出地址正轉(zhuǎn)啟動反轉(zhuǎn)按鈕SB10.01正轉(zhuǎn)接觸器線圈KM1100.01停止按鈕SB20.00反轉(zhuǎn)接觸器線圈KM2100.02SW1SB30.027端口狀態(tài)指示KM3100.03SW2SB40.038端口狀態(tài)指示KM4100.04SW3SB50.049端口狀態(tài)指示KM5100.053.2梯形圖程序4 軟件系統(tǒng)的調(diào)試1.把程序編好了，在“PLC”選項(xiàng)里選擇“傳送”，然后在選擇“到PLC”這個功能。2.將變頻器的電源接上，設(shè)置變頻器的各項(xiàng)參數(shù)。根據(jù)我們的設(shè)計方案，我將變頻器的P08設(shè)置為“4”、P09設(shè)置為

16、“0”，P32-P38分別設(shè)置電機(jī)的頻率圍。3.按下0.01，PLC程序開始工作，電機(jī)開始正轉(zhuǎn)運(yùn)行。若再按一下，電機(jī)反轉(zhuǎn)。4.然后，按動0.02、0.03、0.04，讓100.03、100.04、100.04分別帶點(diǎn)和失電對應(yīng)著1和0，則其輸出狀態(tài)的組合可以為：001、010、011、100、101、110、111等狀態(tài)，其中。001對應(yīng)P32里面的頻率，逐次加一，111對應(yīng)著P38里面的頻率。5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析根據(jù)PLC控制電動機(jī)在8個頻率段進(jìn)行控制時，可畫出電動機(jī)的轉(zhuǎn)速變化曲，如下圖所示由此圖可知：頻率開始由49.2Hz開始變化，變速8次后頻率為起始頻率進(jìn)行循環(huán)工作。第四章 課程設(shè)計小結(jié)PLC實(shí)訓(xùn)讓我了解了plc順序功能圖、梯形圖、指令表、外部接線圖有了更好的了解，也讓我更加了解了關(guān)于PLC設(shè)計原理與方法。按我的總結(jié)來看，有很多設(shè)計理念來源于實(shí)際，從中找出最適合的設(shè)計方法。這次實(shí)訓(xùn)脫離不了集體的力量，遇到問題和同學(xué)互相討論交流，同學(xué)之間解決不了的問題就去找老師討論。多和同學(xué)，老師討論，你會得到意外的收獲。我們在做實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的過程中要不停的討論問題，這樣，我們可以互相交流設(shè)計方法以至達(dá)到更適合的設(shè)計方法，同時討論不僅是一些思想的問題，還可以深入的討論一些技術(shù)上的問題，這樣可以使自己的處理問題要快一些，少走彎路。多改變自己設(shè)計的方法，在設(shè)計的過程中最好要不停的改善自己解決問