完整版基于PLC控制的變頻器調(diào)速系統(tǒng)

完整版)基于PLC控制的變頻器調(diào)速系統(tǒng)

目錄第一章系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)分析和總體思路1.1概述本文旨在對系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)和總體思路進(jìn)行分析和討論，以確保系統(tǒng)的高效運(yùn)行和穩(wěn)定性。1.2系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)分析在系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)分析中，我們需要考慮系統(tǒng)的需求和目標(biāo)，以及用戶的使用慣和需求。在此基礎(chǔ)上，我們可以確定系統(tǒng)的主要功能和模塊，并對其進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。1.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路包括系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)、模塊之間的關(guān)系和數(shù)據(jù)流程，以及系統(tǒng)的系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性等方面。在設(shè)計(jì)過程中，我們需要充分考慮系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性，并采用合適的技術(shù)和工具來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。第二章PLC和變頻器的型號選擇2.1PLC的型號選擇在PLC的型號選擇中，我們需要考慮系統(tǒng)的需求和目標(biāo)，以及PLC的性能和穩(wěn)定性等方面。在此基礎(chǔ)上，我們可以選擇合適的PLC型號，并進(jìn)行詳細(xì)的參數(shù)設(shè)置和調(diào)試。2.2變頻器的選擇和參數(shù)設(shè)置在變頻器的選擇和參數(shù)設(shè)置中，我們需要考慮系統(tǒng)的負(fù)載和功率需求，以及變頻器的性能和穩(wěn)定性等方面。在此基礎(chǔ)上，我們可以選擇合適的變頻器型號，并進(jìn)行詳細(xì)的參數(shù)設(shè)置和調(diào)試，以確保系統(tǒng)的高效運(yùn)行和穩(wěn)定性。第一章系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)分析和總體思路1.1概述在工業(yè)自動化生產(chǎn)中，調(diào)速系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性和動態(tài)性能是基本要求。調(diào)速系統(tǒng)在國防、汽車、冶金、機(jī)械、石油等工業(yè)中具有舉足輕重的作用。然而，調(diào)速控制系統(tǒng)的工藝過程復(fù)雜多變，具有不確定性，因此需要更為先進(jìn)的控制技術(shù)和控制理論。1.2可編程控制器（PLC）可編程控制器（PLC）是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它是繼續(xù)計(jì)算機(jī)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動裝置。PLC具有抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格便宜、可靠性高、編程簡單易學(xué)等特點(diǎn)，因此在工業(yè)領(lǐng)域中被廣泛使用。盡管在控制領(lǐng)域中逐步采用了電子計(jì)算機(jī)這個(gè)先進(jìn)技術(shù)工具，特別是石油化工企業(yè)普遍采用了分散控制系統(tǒng)（DCS），但在控制策略方面，常規(guī)的PID控制仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。PID結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、使用中不必弄清系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。PID的使用已經(jīng)有60多年了，有人稱贊它是控制領(lǐng)域的常青樹。1.3變頻調(diào)速變頻調(diào)速已被公認(rèn)為是最理想、最有發(fā)展前景的調(diào)速方式之一。采用變頻器構(gòu)成變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)的主要目的是為了滿足提高勞動生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高設(shè)備自動化程度、提高生活質(zhì)量及改善生活環(huán)境等要求，同時(shí)也為了節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本。用戶根據(jù)自己的實(shí)際工藝要求和運(yùn)用場合選擇不同類型的變頻器。1.4組態(tài)軟件組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速的數(shù)據(jù)采集和過程控制功能。我們正在開發(fā)一個(gè)通用層次的軟件工具，用于構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能。在過去，實(shí)現(xiàn)某一任務(wù)需要編寫程序，這不僅工作量大、周期長，而且容易出錯(cuò)，無法保證工期。但隨著組態(tài)軟件的出現(xiàn)，這個(gè)問題得到了解決。我們的組態(tài)軟件——組態(tài)王，擁有流程畫面、過程數(shù)據(jù)記錄、趨勢曲線、報(bào)警窗口、生產(chǎn)報(bào)表等功能，并已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用。現(xiàn)在，只需要幾天的時(shí)間就可以完成過去需要幾個(gè)月才能完成的工作。隨著電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，交流變頻調(diào)速在工業(yè)電機(jī)拖動領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用?？删幊炭刂破鱌LC作為替代繼電器的新型控制裝置，具有簡單可靠、操作方便、通用靈活、體積小、使用壽命長且功能強(qiáng)大、易于使用和高可靠性等特點(diǎn)，常常被用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和設(shè)備的控制。組態(tài)軟件技術(shù)作為用戶可定制功能的軟件開發(fā)平臺工具，可實(shí)現(xiàn)顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速、遠(yuǎn)程調(diào)速控制和友好人機(jī)界面的開發(fā)。因此，我們的設(shè)計(jì)基于PLC的變頻器調(diào)速系統(tǒng)，將現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的PLC和變頻器綜合起來，實(shí)現(xiàn)了變壓變頻調(diào)速、電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、加減速和快速制動等功能。該系統(tǒng)由控制運(yùn)算部分、執(zhí)行和反饋部分三個(gè)主體部分構(gòu)成，其中控制運(yùn)算主要由PLC和變頻器完成，執(zhí)行元件為變頻器和電機(jī)，反饋部分主要為速度反饋。我們的系統(tǒng)主要由PLC、變頻器和電機(jī)三個(gè)部分構(gòu)成。首先，通過給PLC設(shè)置給定輸入，再通過PLC控制變頻器，再經(jīng)由變頻器來控制電機(jī)，最后將電機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋給PLC，經(jīng)比較后輸出給變頻器，從而實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速。具體的機(jī)構(gòu)控制圖如下圖所示：在選擇PLC和變頻器的型號時(shí)，我們需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，首先需要確定控制方案，接下來就是進(jìn)行PLC工程設(shè)計(jì)選型。該選型應(yīng)基于工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求，選擇集成、標(biāo)準(zhǔn)的PLC及相關(guān)設(shè)備，以便與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能。選型所用的PLC應(yīng)該是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，且硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍，確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。綜合考慮了輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)、存儲器容量、各項(xiàng)控制功能和機(jī)型的因素以及性價(jià)比等各方面的因素，我選擇了一臺S7-200PLC作為該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型。S7-200PLCCPU擁有5種CPU模塊、6個(gè)有12種工作方式的高速計(jì)數(shù)器和兩點(diǎn)高速計(jì)數(shù)器/和脈沖寬度調(diào)制器、直接讀寫的模擬量I/O模塊、先進(jìn)的程序結(jié)構(gòu)、靈活方便的尋址方式以及程序化的PID編程控制。其強(qiáng)大的通訊功能支持多種通信協(xié)議。此外，該P(yáng)LC價(jià)格在所有品牌中在同一功能區(qū)內(nèi)具有很強(qiáng)的競爭力，并提供完善的網(wǎng)上支持。例如，高速計(jì)數(shù)器可以用來測速從而實(shí)現(xiàn)速度反饋。在進(jìn)行變頻器的選擇和參數(shù)設(shè)置時(shí)，正確選擇通用型變頻器對于傳動系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行至關(guān)重要。首先要明確使用通用變頻器的目的，充分了解變頻器所驅(qū)動負(fù)載特性，按照生產(chǎn)機(jī)械的類型、調(diào)速范圍、速度響應(yīng)和控制精度、啟動轉(zhuǎn)矩等要求，決定采用什么功能的通用變頻器構(gòu)成控制系統(tǒng)，然后決定選用哪種控制方式最合適。所選用的通用變頻器應(yīng)既滿足生產(chǎn)工藝要求，又要在技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上合理。若對通用變頻器選型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及使用不當(dāng)，往往會使通用變頻器不能正常運(yùn)行、達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，甚至引發(fā)設(shè)備故障，造成不必要的損失。另外，為了確保通用變頻器長期可靠運(yùn)行，變頻器的地線連接也是非常重要的。變頻器在調(diào)速系統(tǒng)中具有很多優(yōu)點(diǎn)，如控制電機(jī)的啟動電流、降低電力線路的電壓波動、啟動時(shí)需要的功率更低、可控的加速功能以及可調(diào)的運(yùn)行速度。Tosetthemotorparameters。firstsetP0010=1forquickdebugging。Oncethemotorparametersareset。setP0010=0forn。Forexample。tomodifyparameterP0719.selectthecommandandsetthesourceto8.Changethevalueofonedigitbyfollowingthesesteps:1.Pressthenkey。andtherightmostdigitwillflash。2.Press/tomodifythevalueofthisdigit。3.Pressthenkeyagain。andthenextadjacentdigitwillflash。4.Repeatsteps2-4untilthedesiredvalueisdisplayed。5.Presstoexittheparametervalueaccesslevel.Thegeneralmethodforsettingthefrequency___:Chapter3:HardwareDesignandPLCProgramming3.1OpenLoopControlDesignandPLCProgramming3.1.1HardwareDesignAcontrolspeedsystemthatdirectlyprovidescontrolnwithoutfeedbackniscalledanopen-loopspeedcontrolsystem。Thecontrolideastructurediagramisshowninthefollowingfigure:SpeedsettingPLC(PID)frequencyconverterspeedcontrolsystemExternalhardwarendiagramofopen-loopcontrol:Structurecontroldiagramofspeedopen-loopcontrol3.1.2PLCareProgrammingThesystemusesopen-loopcontroltocontrolthemotorspeed。AccordingtotheoverallideaofPIDcontrol。thecontrol___。whenwritingtheprogram。itcanbedividedintothreeparts:mainerruptprogram。andsubroutine。Themainprogramismainlyusedtostarttheinterruptprogramandcontroltheinputandoutputofthecontrolquantity。TheinterruptprogramcallsthePID___PIDcontrolparameters.PIDalgorithmThedesignofthePLC'sPIDcontrollerisbasedonthecontinuoussystemPIDcontrollaw。whichisdigitizedbysamplingandwrittenintoadiscreteformPIDcontroln。andthenthecontrolprogramis___PIDalgorithmincludesthreeitems:nalegralitem。anddifferentialitem。Thatis。output=___item。ThecomputerperformsPIDnafterdicallysamplinganddigitizing。andthealgorithmisasfollows:Mn=Kc*(SPn-PVn)+Kc*(Ts/Ti)*(SPn-PVn)+Mx+Kc*(Td/Ts)*(PVn-1-PVn)___(SPn-PVn):___(SPn-PVn)。___。___。andthehigherthe___ofthesystem。However。ifKcistoolarge。theoutputofthesystemwilloscillateandthe___decrease.IntegralitemKc*(Ts/Ti)*(SPn-PVn)+Mx:relatedtothen。aslongasthenisnotzero。PID在這次課程設(shè)計(jì)中，我認(rèn)為最重要的是自學(xué)能力。因?yàn)槲覀冎皼]有接觸過一些知識，所以必須學(xué)會查找相關(guān)資料。同時(shí)，在遇到實(shí)際問題時(shí)，要認(rèn)真思考并運(yùn)用所學(xué)知識，一步一步探索解決問題。在設(shè)計(jì)程序的過程中，我走了很多彎路，這是因?yàn)槲业闹R不夠扎實(shí)。但是，通過幾天的努力，我最終完成了任務(wù)，并且做得不錯(cuò)。盡管我們設(shè)計(jì)的東西并不難，但在設(shè)計(jì)過程中，我學(xué)到了書本上沒有教的東西。只有理論，沒有實(shí)踐，是很難做出好東西的。在調(diào)試過程中，遇到的問題往往無法直接通過書本上的知識解決。只有在扎實(shí)的專業(yè)知識基礎(chǔ)上，我們才能做好工作。通過這次課程設(shè)計(jì)，我深刻認(rèn)識到理論聯(lián)系實(shí)踐的重要性。通過動手實(shí)踐，可以更好地理解研究中難以透徹理解的知識。這次課程設(shè)計(jì)雖然不長，但給我們帶來了很多收獲。它讓我意識到自己的操作能力不足，在理論上還存在很多缺陷。因此，在以后的研究生活中，我會更加努力地加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)踐的研究，提高自己的專業(yè)技能水平，使自己的知識在實(shí)踐中不斷增長，并