毕业设计（论文）-基于PLC的变频调速系统设计.docx

基于plc的变频调速系统毕业设计摘 要能源工业作为国民经济的基础，对于社会、经济的发展和人民生活水平的提高都以为重要。在高速增长的经济环境下，中国能源工业面临经济增长与环境保护的双重压力。目前，国内变频调速系统的研究非常活跃，但是在产业化方面还不是很理想，市场的大部分还是被国外公司占据。因此，为了加快国内变频调速系统的发展，就需要对国际变频调速技术的发展趋势和国内的市场需求有一个全面的了解，深入研究变频调速系统的发展。设计出系统稳定，调整精度高，调整时间快的变频调速系统，对今工业设计和工业生产的发展有很大帮助。本次设计介绍了一种基于plc的变频调速系统。将现在应用最广泛的plc和变频器综合起来，主要功能实现了：变压变频调速、电机的正反转，加减速以及快速制动等。该系统具备以下三个主体部分：控制运算部分、执行和反馈部分。控制运算主要由plc和变频器完成；执行元件为变频器和电机；发聩部分主要为速度反馈。通过设定交流调速系统的转速传输到plc，plc根据设定的转速通过模拟量输出模块，输出模拟信号控制变频器的输出频率，控制交流电机的调速控制。变频器的转向由正/反转开关进行控制。交流调速系统的转速由测速发电机转换为相应的转速模拟信号，输入模拟量的输入模块，模拟量输入模块产生的数字信号送入plc。由开环/闭环开关控制系统在开环或闭环状态下进行。当交流调速系统设定为开环时，检测到的转速信号plc不进行处理。直接进行显示；当交流调速系统设定为闭环运行时，光电编码器将检测到的转速信号一方面由plc与设定转速信号进行运算处理，处理过的信号送去控制变频器，另一方面将数据实时显示。关键字：plc， 变频器， 交流调速系统abstractenergy industry as the foundation of the national economy,for the development of society and economy and the improvement of peoples living standard is very important .the rapid development of chinese economy environment,the energy industry faced with economic growth and environmental protection dual pressure.at present,the domestic study of variable frequency speed regulation system is very active，but the industrialization is not very ideal,market much still occupied by foreign companies.therefor,in order to accelerate the development of domestic variable frequency speed regulation system，they need to international variable-frequency regulating speed technology development tendency and the domestic market demand have a comprehensive understanding of variable frequency speed regulation system，on the current industrial design and the development of industrial production has very great help. this design is introduced which is based on plc speed-regulate system. will now the most widely used plc and inverter together, main functions: variable pressure frequency control, motor, the positive & negative deceleration and fast brake etc. this system must meet the following three main parts: control computation section, execution and feedback part. control operations by plc and inverter to mainly complete; actuators for converter and motor ; feedback part mainly for speed feedback.through the setting of ac speed adjustment system speed transmission to plc, according to the set speed through plc simulation output module, output analog signal control inverter frequency, control the output of induction motor control. inverter by are /reverse switch to control. the speed of the ac adjustable speed system by speed generator conversed to speed analog quantities of input module, analogue input module produces digital signals into plc. by the open loop /closed loop switch control system in the open loop or loop by mode. when communication speed regulation system settings for the open loop runtime, detected speed signal processing, plc not directly display; when communication closed-loop speed system settings for running, photoelectric encoder will detect speed signal on the one sent to control frequency converter, on the other hand will data real-time display.key words: plc, inverter, ac speed adjustment system 目 录第一章绪论51.1变频调速的现状51.1.1 交流变频调速的优异特性51.1.2 与其它调速方法的比较51.2 论文内容安排及所做工作6第二章调速系统设计方案82.1 系统控制结构82.2 调速系统原理92.3 系统i/0分配92.4 系统硬件电路10第三章硬件系统设计及硬件设计123.1 plc选型123.2 硬件部分简介183.2.1 三相鼠笼式异步电动机183.2.2 vf0变频器193.2.2 电源开关盒和接线盒213.3plc的应用和发展233.3.1简述233.3.2plc的应用领域233.3.3 plc的发展现状和趋势24第四章系统软件设计274.1 程序编辑软件简介274.2 系统程序设计27第五章系统调试295.1 系统的调试过程295.1.1 panasonic vf0调试295.1.2 plc控制系统操作步骤305.2 系统的调试结果30总 结32参考文献33附录 变频调速系统梯形图34致 谢41第一章绪论1.1变频调速的现状对于可调速的电力拖动系统，工程上往往根据电动机电流形式分为直流调速系统和交流调速系统两类。它们最大的不同之出主要在于交流电力拖动免除了改变直流电机电流流向变化的机械向器整流子。 20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。1.1.1 交流变频调速的优异特性(1) 调速时平滑性好，效率高。低速时，特性静关率较高，相对稳定性好。 (2) 调速范围较大，精度高。 (3) 起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。 (4) 变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。 (5) 易于实现过程自动化。 (6) 必须有专用的变频电源，目前造价较高。 (7) 在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。1.1.2 与其它调速方法的比较交流电动机的调速方法有三种：变极调速、改变转差率调速和变频调速。其中，变频调速最具优势。这里仅就交流变频调速系统与直流调速系统做一比较。在直流调速系统中，由于直流电动机具有电刷和整流子，因而必须对其进行检查，电机安装环境受到限制。例如：不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用。此外，也限制了电机向高转速、大容量发展。而交流电机就不存在这些问题，主要表现为以下几点：第一，直流电机的单机容量一般为12 - 14mw，还常制成双电枢形式，而交流电机单机容量却可以数倍于它。第二，直流电机由于受换向限制，其电枢电压最高只能做到一千多伏，而交流电机可做到6 - 10kv。第三，直流电机受换向器部分机械强度的约束，其额定转速随电机额定功率而减小，一般仅为每分钟数百转到一千多转，而交流电机的达到每分钟数千转。第四，直流电机的体积、重量、价格要比同等容量的交流电机大。最后，特别要指出的是交流调速系统在节约能源方面有着很大的优势。一方面，交流拖动的负荷在总用电量中占一半或一半以上的比重，这类负荷实现节能，可以获得十分可观的节电效益。另一方面，交流拖动本身存在可以挖掘的节电潜力。在交流调速系统中，选用电机时往往留有一定余量，电机又不总是在最大负荷情况下运行；如果利用变频调速技术，轻载时，通过对电机转速进行控制，就能达到节电的目的。工业上大量使用风机、水泵、压缩机等，其用电量约占工业用电量的50%；如果采用变频调速技术，既可大大提高其效率，又可减少10%的电能消耗。 3. 合理应用 交流变频调速技术在工业发达国已得到广泛应用。美国有60% - 65%的发电量用于电机驱动，由于有效地利用了变频调速技术，仅工业传动用电就节约了15% - 20%的电量。 采用变频调速，一是根据要求调速用，二是节能。它主要基于下面几个因素： (1) 变频调速系统自身损耗小，工作效率高。 (2) 电机总是保持在低转差率运行状态，减小转子损耗。 (3) 可实现软启、制动功能，减小启动电流冲击。1.2 论文内容安排及所做工作本次利用plc控制变频调速系统设计系统中采用omron-cp1h plc和panasonic vf0变频器来控制三相鼠笼式异步电动机的调速运转。现将本文的主要工作总结如下：（1）对plc、变频器及一些硬件的介绍。对每个硬件进行仔细的调试检查，确保硬件完好可以进行本次实验。（2）调速系统的设计与连接。设想出八段频率，对系统i/o的分配，然后依照i/o的分配进行电路设计，并依据电路连接图将线路依次连接好。（3）利用cx-programmer对变频调速系统进行编程。依据线路连接图上的i/o分配进行编程。（4）系统的调试和调试结果。通过变频器设定电机的运行模式，并将程序上传到plc，然后进行调试，通过观察来改善系统，直到达到预定目标。记录结果并收拾试验台。第二章调速系统设计方案2.1 系统控制结构本次控制系统中由plc和变频器组成的开环控制系统，系统的实现如下控制：其sw功能设定为多速功能时的sw输入组合动作如表2-1所示：sw1（端子no.7）sw2（端子no.8）sw3（端子no.9）运行频率offoffoff第1速度2hzonoffoff第2速度15hzoffonoff第3速度20hzononoff第4速度25hzoffoffon第5速度30hzonoffon第6速度35hzoffonon第7速度40hzononon第8速度45hz表2-1 sw输入组合动作表端口79为电机8种频率的组合（sw1、sw2和sw3依次为000/001/010/011/100/101/110/111）。每一种组合对应不同频率的速度从而达到电机的调速转行。2.2 调速系统原理调速系统原理图见图2-1所示： 图2.1调速系统原理图在调速控制系统中，通过电源开关盒来给plc通以工作电压（dc24v）。而接线端子盒的作用为控制plc的输入端控制程序按目标执行。利用plc的输出继电器来控制变频器的控制改变电机的旋转速度，电机为执行机构。通过对电机转速的观察来验证和改善系统的程序。2.3 系统i/0分配用plc利用变频器控制电机调速系统的i/o分配如表2-2所示：表2-2 调速系统的i/o分配如表输入输出元件符号输入继电器元件符号输出继电器启动按钮sb10.00变频器端口5sw5100.03停止按钮sb20.01变频器端口6sw6100.04手/自动选择sb30.02变频器端口7sw1100.05反转按钮ka0.03变频器端口8sw2100.06第1度按钮sb41.00变频器端口9sw3100.07第2度按钮sb51.01第3度按钮sb61.02第4度按钮sb71.03第5度按钮sb81.04第6度按钮sb91.05第7度按钮sb101.06第8度按钮sb111.07表中第1度指频率为0hz的转速，依次第2度按钮第8度按钮的转速频率依次为15hz/25hz/30hz/35hz/40hz/45hz。变频器端口5的工作模式为：通电时转动，停电时停止运转；端口6用模式为：通电时正向，停电时反向运转；端口79为电机8种频率的组合（sw1、sw2和sw3依次为000/001/010/011/100/101/110/111）。每种频率对应电机旋转不同的速度。2.4 系统硬件电路调速控制系统硬件电路连接如图2-2示：图2-2系统硬件电路连接图图中端子3连接的是公共com端，本设计使用到plc的输出继电器100.03、100.04、100.05、100.06和100.07。输入端采用0.00、0.01、0.02、0.03、1.00、1.01、1.02、1.03、1.04、1.05、1.06和1.07输入端。vfo变频器的端口5采用模式为：通电时转动，停电时停止运转；端口6用模式为：通电时正向，停电时反向运转；端口79为电机8种频率的组合（sw1、sw2和sw3依次为000/001/010/011/100/101/110/111）三相鼠笼式异步电机通以交流电220v则开始运转。当给plc通以直流电24v则通过内部程序控制vfo频频器端口59来控制电机的调速转动。第三章硬件系统设计及硬件设计3.1 plc选型plc的选择一般从基本性能、特殊功能和通信联网三个方面考虑。本次课程设计采用omron公司最新生产的cp1h型plc为例介绍如下：（1）cp1h型plc的基本特性处理速度：基本指令0.1s；特殊指令0.3s；i/o容量：最多7个扩展单元，开关量最大320点，模拟量最大37路；程序容量：20k步； 数据容量：32k字 ；机型类别：本体40点，24点输入，16点输出，继电器输出或晶体管输出可选； 4轴脉冲输出：100khz2和30 khz2（x型和xa型），最大1mhz（y型）；4轴高速计数：单向100khz或相位差50 khz4（x型和xa型），最大1mhz（y型）；内置模拟量： 4输入，2输出（xa型）；通信接口：最大2个串行通信口（rs-232a或rs-422/485任选）；本体附带一个usb编程端口；2位7段码发光二极管显示故障信息；支持欧姆龙中型机cj1系列高功能模块（最大2块）；支持fb/st编程，可以利用欧姆龙的smart fb库，与cj1/cs1系列程序统一，可以互换。（2）cp1h中断功能cp1h的cpu单元，通常周期性重复（公共处理运算处理i/o刷新外围服务）的处理，运算处理中执行周期执行任务。与此不同，根据特定要求的发生，可以在该周期的中途中断，使其执行特定的程序。中断功能种类如下：1）输入中断（直接模式）cpu单元的内置输入发生offon的变化，或onoff的变化时，执行中断任务的处理。耕具中断接点中断任务140147被固定分配。2）输入中断（计时器模式）通过对向cpu单元的内置输入的输入脉冲进行计数及计数达到，执行中断任务的处理。输入频率，作为所使用的输入中断（计时器模式）的合计为5khz以下。3）定时中断通过cpu单元的内置定时器，按照一定的时间间隔执行中断任务的处理。时间间隔的单位时间可从10ms、1ms、0.1ms中选择。4）高速计数器中断用cpu单元内置的高速计数器来对输入脉冲进行计数，根据当前值，与目标值一致、或通过区域比较来执行中断任务的处理。可通过指令语言分配中断任务0255。5）外部中断连接cj系列的高功能i/o单元、cpu高功能单元时，通过单元侧的控制，指定中断任务0255并执行处理。（3）模拟输入/输出功能xa型的cp1hcpu单元内置模拟输入4点及模拟输出2点。分辨率分为1/6000或1/12000两种。输入输出分别刻选择：05v、15v、010v、10v10v、020a、420a等6种方式。（4）串行通信功能cp1h cpu单元支持串行通信功能有串行网关、串行plc链接、nt链接1：n、上位链接、工具总线等。（5）cpu单元的基本结构cpu单元是plc的核心部件，它由微处理器、系统程序存储器、用户程序存储器以及工作数据存储器等组成。对于小型、中型和大型plc，其cpu单元的微处理器通常为1个、2个和3个，采用多处理器的目的是用来分割控制任务，进行协同处理，提高操作和响应速度。此外，cpu单元上还有外设端口、通信端口，还可以加选通信板和扩展存储器板。以下为日本omron（欧姆龙）公司整体式plc中的cp1h-xa40dr-a型cpu单元。cpu单元结构图如图3-1所示。图3-1 cpu单元结构图（6）其中各部分功能逐一简要说明如下：（1）电池盖。打开盖可将电池放入，用作ram的后备电源，将保持继电器、数据内存、计数器（标志当前值）进行电池备份。（2）工作指示led。指示cp1h的工作状态。工作指示的功能见表3-1所示：表3-1 工作指示led功能表power（绿）灯亮通电时灯灭未通电时run（绿）灯亮cp1h正在运行或监视模式下执行程序灯灭程序模式下运行停止中，或因运行停止异常而处于运行停止中err/arm（红）灯亮发生运行停止异常（包含fal指令执行），或发生硬件异常（wdt异常）。此时cp1h停止运行，所有的输出都切断err/arm（红）闪烁发生异常继续运行（包含fal指令执行）。此时cp1h继续运行灯灭正常时续表inh（黄）灯亮输出禁止特殊辅助继电器（a500.15）为on时灯亮，所有的输出都切断灯灭正常时bkup（黄）灯亮正在向内置闪存（备份存储器）写入用户程序、参数、数据内存或访问中。此外将plc本体的电源offon时，用户程序、参数、数据内存复位过程中也灯亮灯灭上述情况以外prphl（黄）闪烁外围设备usb端口处于通信中（执行发送、接收的一种的过程中）时， 闪烁灯灭上述情况以外（3）外围设备usb端口。与电脑连接，由cx-programmer进行编程及监视。（4）7段led显示。在2位的7段led上显示cp1h cpu单元的异常信息及模拟电位器操作时的当前值等cpu单元的状态。此外，可用梯形图程序显示任何代码。（5）模拟电位器。通过旋转电位器，可使a642 ch的值在0255范围内任意变更。（6）外部模拟设定输入连接器。通过外部施加010v电压，也可将a643 ch的值在0255范围内任意变更。（7）拨动开关。拨动开关功能见表3-2所示：表3-2 拨码开关功能表no.设定设 定 内 容用 途初 值sw1on不可写入用户存储器在需要防止由外围工具（cx-programmer）导致的不慎改写程序的情况下使用offoff可写入用户存储器sw2on在电源为on时，可将保存在存储盒内的程序、数据内存、参数向cpu单元展开offoffsw3未使用offsw4on在用工具总线的情况下使用需要通过工具总线来使用选件板槽位1上安装的串行通信选件板时置于onoffoff根据plc系统设定sw5on在用工具总线的情况下使用需要通过工具总线来使用选件板槽位2上安装的串行通信选件板时置于onoffoff根据plc系统设定sw6ona395.12为on在不使用输入单元而用户需要使某种条件成立时，将该sw6置于on或off，在程序上应用a395.12offoffa395.12为off（8）内置模拟输入/输出端子台。模拟输入4点、模拟输出2点。（9）内置模拟输入切换开关。将各模拟输入在电压输入下使用还是电流输入下使用间切换。其见表3-3所示：表3-3 内置模拟输入切换开关功能no.设 定设 定 内 容出厂时的设定sw1on模拟输入1 电流输入offoff模拟输入1 电压输入sw2on模拟输入2 电流输入off模拟输入2 电压输入sw3on模拟输入3 电流输入off模拟输入3 电压输入sw4on模拟输入4 电流输入off模拟输入4 电压输入（10）存储器盒槽位。安装cp1w-me05m（512千字）。可将cp1h cpu单元的梯形图程序、参数、数据内存（dm）等传送并保存到存储器盒。（11）电源、接地、输入端子台。（见表3-4所示）表3-4 电源、接地、输入端子台功能电源端子供给电源（ac100240v或dc24v）接地端子功能接地：为了强化抗干扰性、防止电击，必须接地保护接地：为了防止触电，必须进行d种接地（第3种接地）输入端子连接输入设备（12）选件板槽位。可分别将选件板安装到槽位1和槽位2上。包括rs-232c选件板cp1w-cif01和rs-422a/485选件板cp1w-cif11。（13）内置输入端子及其指示灯led。内置输入24点。（14）扩展i/o单元连接器。可连接cpm1a系列的扩展i/o单元（输入输出40点/输入输出20点/输入8点/输出8点）及扩展单元（模拟输入输出单元、温度传感器单元、compobus/s i/o连接单元、devicenet i/o连接单元），最大7台。（15）、（16）外部供给电源/输出端子台及输出指示灯led。dc24v，最大300ma的外部电源供给，内置输出16点。（17）cj单元适配器用连接器。cp1h cpu单元的侧面连接要用cj单元适配器cp1w-ext01，故可以连接cj系列特殊i/o单元或cpu总线单元最多合计两个单元。但是注意cj系列的基本i/o单元不可以连接。连接框图如图1-10所示。除了一般的内置规格外，cp1h-xa40dr-a型cpu单元最显著的特点是它的内置模拟输入输出规格，模拟输入输出端子台排列及引脚功能如图3-2所示。图3-2 模拟输入输出端子台排列及引脚功能3.2 硬件部分简介调速控制系统由三相鼠笼式异步电动机、电源盒开关盒、接线端子盒和vfo变频器等组成。3.2.1 三相鼠笼式异步电动机三相鼠笼式异步电动机。它主要由定子和转子两部分组成，定、转子之间是气隙。转子绕组是用作产生感应电势、并产生电磁转矩的，它分鼠笼式和绕线式两种。鼠笼式转子绕组是自己短路的绕组，在转子在每个槽中放有一根导体（材料为铜或铝），导体比铁芯长，在铁芯两端用两个端环将导体短接，形成短路绕组。若将铁芯去掉，剩下的绕组形状似松鼠笼子，故称鼠笼式绕组。鼠笼式异步电动机结构简单、制造容易、成本低、运行维护方便，它被广泛地应用在工农业生产中，作为电力拖动的原动机。其缺点是调速性能差，启动力矩较小，因此在一些要求平滑调速和启动力矩很大的场合常用其他类型电动机来完成。3.2.2 vf0变频器vf0变频器工作模式变频器的工作原理电动机的同步转速表达式位：n60 f(1s)/p 式中n异步电动机的转速；f异步电动机的频率；s电动机转差率；p电动机极对数。由式可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在050hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。变频器工作模式vfo由四种模式构成：输出频率电流显示模式、频率设定监控模式、旋转方向设定模式、功能设定模式。常用输出频率电流显示模式；各模式间关系如图3-3示：图3-3 vfo变频器四种模式间关系vf0变频器控制方式利用vfo操作板可以设定频率及正转/反转功能；在操作板上设定频率和正转/反转功能有两种控制方式：设定频率“电位器设定方式”、“数字设定方式”正转/反转运行“正转运行/反转运行方式”、“运行/停止旋转方向模式设定方式”设定频率1）电位器设定方式（将参数p09设定为“0”）旋转操作板上的频率设定钮的角度进行设定。min的位置是停止，max的位置是最大设定频率。2）数字设定方式（将参数p09设定为“1”）按下操作板上的mode键，选择频率设定模式（fr），按下set键后，显示出用up和down键上所设定的频率。再按下set键进行确定。此外，在运行过程中可以通过持续按着上升键或下降键而改变频率。正转/反转功能1）正转运行/反转运行方式（将参数p08设定为“1”）按下操作板上的键（正转）或键（反转）来选择旋转方向。按下run键则开始运行。2）运行/停止旋转方向模式设定方式（将参数p08设定为“0”）最初按两次mode键使其变为旋转方向设定模式，用set键显示旋转方向数据。用上升键或下降键键来改变旋转方向。用set键进行设定，然后按下run键使其开始运行，按下stop键使其停止运行。“mop功能”、“旋转方向设定模式”和正转/反转功能组合（见表3-5示）正转/反转功能mop功能旋转方向设定模式的内容正转运行/反转运行方式（不能使用）仅有监控功能运行/停止旋转方向模式设定方式（可以使用）有监控功能和方向设定功能表3-5“ mop功能”、“旋转方向设定模式”和正转/反转功能组合表3.2.2 电源开关盒和接线盒（1）电源开关盒电源开关盒的作用是为plc提供工作电源dc24v，其示意图如图3-4所示：图3-4 电源开关示意图在开关盒外部电源接通的情况下，开关按下，指示灯亮，此时可以通过dc24v为plc提供24v的直流工作电源，gnd连接plc输入端的接地和com端，程序下载到plc中，plc可正常工作；开关断开时，电源开关盒不对外供电，plc断电不工作。（2）接线端子盒控制plc的接线端子盒其作用为控制plc的输入信号，其如下图3-5所示：图3-5接线端子盒示意图盒上有4个按钮、1个开关及两个旋钮，可以作为plc的输入信号，在plc通电工作的状态下，程序的输入地址分别对应于接线端子盒上的按钮和开关，当按下按钮或开关时，程序中与之对应的按钮或开关动作，plc工作，有相应输出。3.3plc的应用和发展3.3.1简述多年来，可编程控制器（以下简称plc）从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的plc在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。3.3.2plc的应用领域目前，plc在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。plc取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），plc采用相应的a/d和d/a转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。pid调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。plc可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。plc具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。plc通信含plc间的通信及plc与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的plc都具有通信接口，通信非常方便。3.3.3 plc的发展现状和趋势目前,全世界约有plc生产厂家约200家,生产300 多个品种。全球plc发运件数1998 年为1456万件, 1999年为1620万件, 2001年达到1778万件。在2001年发运的plc中,按最终用户分:汽车占23% , 粮食加工占16. 4%, 化学药品占14. 6% ,金属、矿山占11. 5%,纸浆、造纸占11. 3% ,其他占23. 2%。而且随着plc与ipc、dcs集成, plc逐渐成为占自动化装置及过程控制系统最大市场份额的产品。2000年plc的销售额在控制市场份额中超过50%。在全球plc制造商中,根据美国automation research corp (arc)调查,世界plc领导厂家的五霸为siemens(西门子)公司、allen- bradley (a - b)公司、schneider (施耐德)公司、mitsubishi(三菱)公司和omron (欧姆龙)公司,他们的销售额约占全球总销售额的三分之二。从西门子公司的simatic s7 - 400的性能可对世界领先plc窥见一斑: simatic s7 - 400是匣式封装模块,可卡在导轨上安装,由i/o总线和通信总线建立电气连接,模块可在工作或加电时替换或插、拔,可快速安装维护,修改方便,其主要性能有:（1）cpu存储器容量64k字节,可扩展到1. 6m字节(2)位和字处理速度80ns至200ns。(3)最高系统计算能力可以有4个cpu同时计算。(4)强大的扩展能力s7 - 400中央控制器最多能连接21个扩展单元。(5)每个cpu上多点接口(mp i) 能力,可同时连接编程装置、操作员接口系统等等。(6) cpu上的sinec - l2 - dp附加有分散u0的集成性能。(7)提供与计算机和其它siemens产品或系统的连接接口。(8) 高可靠性, 完善的自诊断和清除故障功能。我国的plc生产目前也有一定的发展。小型plc已批量生产;中型plc已有产品;大型plc已经开始研制。但是国内产品市场占有率还不超过10%。而且国产plc许多仍停留在全套引进或以仿制为主的阶段上。对于国内plc发展情况的认识,可以从江苏嘉华实业有限公司生产的dh120系列产品窥见一斑,其主要性能有:(1)输入输出从20点到120点任意配置。(2)内置32个定时器、31个计数器、几百个中间继电器和数据寄存器,可方便地完成逻辑控制、定时、计数控制、高速计数、数据处理、模拟量控制等功能。(3)编程简便, 108条指令功能齐全。(4)dn标准卡槽安装,可拆端子排接线。(5) 高可靠性, 强抗干扰, 可用于各种工业环境。总体来说,国产plc 的发展有一定的基础。但从产品结构上看,我国自主研制及引进技术生产的plc大都属于中低档产品,至今没有形成主流产品和完整的系列产品。因此,我国plc的完全产业化还有一段很长的路要走。随着计算机科学发展和工业自动化愈来愈高的需求,可编程控制技术得到了飞速的发展,其技术和产品日趋完善。仅仅将plc理解为开关量控制的时代已经过去, plc不仅以其良好的性能满足了工业生产的广泛需要,而且将通信技术和信息处理技术融为一体,其功能也日趋完善。今后, plc将主要朝着以下两个方向发展:一是向超小型专用化和低价格方向发展;另是向高速多功能和分布式自动化网络方向发展。总的发展趋势如下：(1)可编程控制技术的标准化一种自动化产品的竞争力主要在于其满足国际标准化的程度和水平。标准化一方面保证了产品的出厂质量,另一方面也保证了各个厂家产品的互相兼容。所以可编程技术的标准化势在必行。(2) cpu处理速度进一步加快将来会使用64 位r isc芯片,实现多cpu 并行处理或分时处理或分任务处理,实现各种模块智能化,且部分系统程序用门阵列电路固化。这样plc执行指令的速度将达到纳秒级。(3)可编程控制技术的智能化提高一个系统的智能程度不仅提高系统的品质,在某种意义上也提高了系统的可靠性。(4)向集成化、通讯化、网络化发展由于控制内容的复杂化和高难度化, plc将与pc集成,与dcs集成,与pid集成。网络化和强化通信能力也是plc的重要发展方向,尤其是以pc为基础的控制产品增长率不断加快。plc与pc集成,即将计算机、plc及操作人员的人机接口结合在一起,使plc能利用计算机丰富的软件资源,而计算机能和plc的模块交互存取数据。以pc机为基础的控制方法使得用户编程更加方便,而且提供开放的体系结构,用户可以根据需要选择各类、各厂家的plc或i/o设备进行互联,从而可以降低生成成本和提高生产率。(5)控制系统分散化根据分散控制、集中管理的原则, plc控制系统的i/o模块将直接安装在控制现场,通过通信电缆或光纤与主cpu进行数据通信。这样使控制更有效,系统更可靠。(6) plc的新进展- 软plc计算机软、硬件技术的迅速发展,推动了自动控制技术又取得了一系列新的进展。目前有许多工业用自动控制产品、机电一体化产品开始转向以计算机为平台的控制方式,这就是软plc。软plc实际利用软件来实现传统plc的功能,它最大的优势是具备柔性扩展能力,用户可以选择不同厂家生产的各种硬件产品,充分利用每一软件的最佳特性,组成最佳的控制系统。同时与硬件的连接也十分方便。有很多的i/o卡可以直接内连接到softplc计算机总线上。从而在软、硬件两方面可以达到工控机和plc性能的完美结合,方便了性能扩展和人机交流,是plc未来的一大发展趋势。第四章系统软件设计4.1 程序编辑软件简介cx-programmer 是omron公司新的编程软件，适用于c、cv、cs1系列 plc，它可完成用户程序的建立、编辑、检查、调试以及监控，同时还具有完善的维护等功能，使得程序的开发及系统的维护更为简单、快捷。cx-p编程软件可以实现梯形图或语句表的编程、编译检查程序、程序和数据的上载及下载、设置plc的设定区、对plc的运行状态或内存数据进行监控和测试、打印程序清单、文档管理等功能。其编程软件界面如图4-1所示：图4-1 cx-p编程软件界面4.2 系统程序设计在次控制系统的设计流程图中，系统经历开始启动正向旋转（逐渐增大转速）正向旋转（逐渐减小转速）反向旋转（逐渐增大转速）反向旋转（逐渐增大转速）之后便依次循环执行下去。调速控制系统的设计流程图如图4-2所示：图4-2 系统的设计流程图当按下启动按钮0.00后，系统便进入自动运行状态，它的运行顺序为逐渐增大转速）正向旋转（逐渐减小转速）反向旋转（逐渐增大转速）反向旋转（逐渐增大转速），电机就这样循环执行下去，如果按下按钮o.o1则电机停止运转。系统梯形图程序见附录所示。第五章系统调试5.1 系统的调试过程利用vfo变频器的操作面板来设定端口5和6的工作模式:当调节参数po8为2或4时，端口5得电旋转，失电就停止运转，而端口6得电则得电就正转，失电就反转；当调节参数po8为3或5时，端口5得电正向旋转，失电就停止运转，而端口6得电则得电反向旋转，失电就停止运转。5.1.1 panasonic vf0调试变频器工作面板如图5-1所示：图5-1 vfo变频器工作面板示意图显示部位显示输出频率、电流、线速度、异常内容、设定功能时的数据及其参数no.run（运行）键使变频器运行的键。stop(停止)键使变频器运行停止的键。mode（模式）键切换“输出频率电流显示”、“频率设定监控”、“旋转方向设定”、“功能设定”等各种模式以及将数据显示切换为模式显示所用的键。set（设定）键切换模式和数据显示以及存储数据所用键。在“输出频率电流显示”模式下，进行频率显示和电流显示的切换。up（上升）键改变数据或输出频率以及利用操作板使其正转运行时，用于设定正转方向。down（下降）键改变数据或输出频率以及利用操作板使其反转运行时，用于设定反转方向。频率设定钮用操作板设定运行频率而使用的旋钮。通过对操作面板的按键操作来实现电机调速，本设计中采用当参数po8设定为“4”的模式：端口5控制电机的旋转，端口6控制电机的旋转方向。具体方法为：先连接好线路，之后首先调节mode键至pooo后利用上升键调节到po8后再按set键后显示为“0”，再用上升键调节到“4”后再一次按set键然后按mode键返回。5.1.2 plc控制系统操作步骤在本次控制系统中，其操作步骤为：检查plc、vfo变频器、接线端子盒、电源开关盒和pc机的通信连接情况，确保正确。通过vfo操作面板调节好电机执行的模式。编辑系统控制软件并下载到plc中。通过接线端子盒的各个按钮对电机进行控制。观察电机的转