PLC电机控制.doc

电气控制系统设计（自动化14级）电机闭环控制设计学生姓名 王武江 学 号 14137227 系 别 机械与电气工程学院专业班级 自动化141 指导教师 鲁志康填写日期 2017/11/10目录目录i1.PLC简介11.1PLC特点11.2 PLC的功能与应用32.EV1000系列通用变频器42.1变频器安装42.2 概述72.3主回路输入输出端子92.4控制回路配置及配线102.5基本运行参数133.PLC梯形图163.1电机正反转控制：163.2转速测量：174.触摸屏界面控制174.1 工作界面：184.2 参数设置界面：205.个人体会206. 参考文献.21引言随着变频调速技术的不断发展，交流传动系统的性能突飞猛进。交流异步电动机以其低廉的造价、坚固的结构得到了越来越广泛的应用。在交流传动的许多应用场合中，均对电机的调速性能和定位性能提出了较高的要求。异步电动机以其大功率、高性价比的独特优势而占有一席之地，但同时其调速性能和定位性能却不甚完美，尚需完善。本次实验基于可编程控制器（PLC）硬件平台的异步电动机综合控制系统。该系统通过可编程逻辑控制器（PLC）来控制变频器，最终实现异步电动机转速的闭环控制。并通过HMI面板直观的显示出来。本实训任务如下：一、概况某专用车床主轴电机（1KW）的旋转运动需要启停、调速、正反转，但需要冷却泵先启动，冷却泵功率为0.5KW，可单独启动。系统采用交流电动机拖动，电气控制可采用人机界面和PLC控制，使控制系统较为先进、简洁。二、控制要求控制的电机有二台电机：旋转主电机、冷却泵。系统有短路保护措施。主电机可变频调速，速度在人机界面上可调，实现闭环调速，速度上升和下降时间为3秒；主电机冷却泵能够在触摸屏上运行控制，实现控制系统的设计。三、要求完成以下设计内容：1）根据控制要求，进行电气控制系统总体设计；2）完成控制箱的电气原理图、安装图设计；3）完成人机界面；4）PLC梯形图设计；5）编制元器件目录清单；6）编写设计报告，其中包括设计安装说明和使用；7）其他需要说明的问题；8）附：参考资料、参考书及参考手册。1. PLC简介1.1 PLC特点可编程控制器（PLC）是一种以微处理技术为基础，将控制处理规则存储于存储器中，应用于以控制开关量为主或包括控制参量在内的逻辑控制、机电运动控制或过程控制等工业控制领域的新型工业控制装置。1可靠性高，抗干扰能力强这往往是用户选择控制装置的首要条件。可编程控制器生产厂家在硬件方面和软件方面上采取了一系列抗干扰措施，使它可以直接安装于工业现场而稳定可靠地工作。目前各生产厂家生产的可编程控制器，其平均无故障时间都大大地超过了IEC规定的10万小时(折合为4166天，约11年)。而且为了适应特殊场合的需要，有的可编程控制器生产商还采用了冗余设计和差异设计(如德国Pilz公司的可编程控制器)，进一步提高了其可靠性。2适应性强，应用灵活由于可编程控制器产品均成系列化生产，品种齐全，多数采用模块式的硬件结构，组合和扩展方便，用户可根据自己需要灵活选用，以满足系统大小不同及功能繁简各异的控制系统要求。3编程方便，易于使用可编程控制器的编程可采用与继电器电路极为相似的梯形图语言，直观易懂，深受现场电气技术人员的欢迎。近年来又发展了面向对象的顺控流程图语言，也称功能图，使编程更简单方便。PLC的基本结构图1.2 PLC的功能与应用 功能：1.控制功能逻辑控制、定时控制、计数控制、顺序控制2.数据采集、存储与处理功能数学运算功能、数据处理、模拟数据处理3.输入/输出接口调理功能具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节。位数和精度可以根据用户要求选择。具有温度测量接口，直接连接各种热电阻或热电偶。4.通信、联网功能5.人机界面功能6.编程、调试等使用复杂程度不同的手持、便携和桌面式编程器、工作站和操作屏，进行编程、调试、监视、试验和记录，并通过打印机打印出程序文件。7. 应用：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。中国市场主要厂商为西门子、欧姆龙、三菱、台达等国际大公司，欧美公司在大、中型PLC领域占有绝对优势，日本公司在小型PLC领域占据十分重要的位置。系统总体设计：电机变频调速控制系统原理框图如图所示, 计算机下载程序到PLC和触摸屏, 通过触摸屏输入指令, PLC将信号传给变频器, 由变频器实现三相异步电动机的启停、变频调速、正反转运行。2.EV1000系列通用变频器变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。2.1变频器安装一、安装使用环境 ：（1） 环境温度1040； （2） 环境湿度要求不大于90%RH（表 面无凝露）； （3） 无强电磁干扰； （4） 无水滴、蒸汽、酸、碱、腐蚀性气 体及导电粉尘； （5） 安装位置无强烈振动； （6） 远离高温源且无阳光直射；（7） 禁止直接使用在易燃、易爆环境。 二、安装注意事项 （1） 安装空间通风良好，与周围相邻物 品应保留足够的空间（上下不低于100m m，左右不低于50mm）。 （2）保持竖直安装，出风口朝上；进、 出风流畅。 （3）确保安装于能承受其重量的地方。（4）确保安装于非可燃材料上。 三、配线 变频器的基本配线如配线部分所示，用户在安 装使用时请按此图正确连接。 四、主回路端子 （1）11kW以下（含11kW）主回路端子 。 （2）15kW以上（含15Kw）主回路端子 。 （3）主回路接线端子说明：端子说明应用 R 变频器输入端子接三相交流电源（50H z/60Hz） S T U 变频器输出端子接三相异步电机 V W P 辅助输出端子P、P+外接直流电抗器 P+、PR外接制动电阻（11kW以下含11k W） P、N-外接制动单元（15kW以上含15Kw ） P+ PR N-E 接地端子变频器接地。 五、控制回路接线端子 （1）控制回路接线端子示意图 （2） 控制回路接线端子说明 端子端子说明应用 10V 模拟辅助电源固定偏置电压、允许 负载不大于20mA VA 频率给定输入电压信号，可以选择0 5V或010V输入 IA 电流信号，可以选择020mA或420 mA输入 VF PI反馈输入 电压信号，可以选择05V 或010V输入 IF 电流信号，可以选择020mA或420m A输入 FMV 频率表输出频率表外接端子，05V 输出，（频率表内阻要求不小于1k） GND 模拟信号地模拟信号输入、输出公 共端子 FMI 保留 FOR 正转端子控制模式下，正转输入指 令 REV 反转端子控制模式下，反转输入指 令 JOG 点动点动输入指令 FRE 自由停车自由停车输入指令 SP1 多段速13 三个端子组合成17段速 输入指令 其它控制功能见功能说明 SP2 SP3 RST 复位故障后复位输入指令，也可以 定义为外部中断申请 ST1 加减速时间选择1、2 两个端子组合 成四个加减速时间选择指令 ST2 COM 控制信号地控制信号公共端子 OT1 频率水平检测1 开集电极输出，允许 负载不大于20mA OT2 频率水平检测2 OT3 故障信号输出 24V 控制辅助电源辅助电源，允许负载 不大于100mA 六、接线注意事项 （1）变频器R、S、T输入与交流母线之 间必须用空气开关作过电流保护装置，而 不能用熔断型过电流保护装置。 （2）当用交流接触器作变频器与交流母 线间的分断装置时，交流接触器不宜与变 频器R、S、T输入端子离得过近，当无法 远离时则应在R、S、T输入端子前加装浪 涌吸收装置。 （3）当有必要降低母线谐波时，可以在 变频器R、S、T输入端前加装电抗器，同 时亦可以起到改善功率因数的作用。 （4）变频器U、V、W输出最好与电机 直接相连；当装有备用系统而必须跨接交 流接触器时，则必须确保交流接触器先可 靠吸合再启动变频器输出。 （5） 变频器U、V、W输出端，绝对禁 止连接任何容性负载或相电容、阻容吸收 装置等。 （6） 变频器U、V、W输出端与电机间变频器安装方式为壁挂式。单台变频器的安装间隔及距离要求，如图2-1所示。两台变频器采用上下安装时，中间应采用导流隔板，如图2-2所示。10cm以上8cm以上出风方向8cm以上10cm以上安装图2.2 概述变频器配线时，您需完成电源回路和控制回路的接线。首先，拧下塑胶外壳上面板的固定螺钉，打开变频器上面板，您就可以看到电源回路和控制回路的接线端子。如果变频器型号同电源端子位置会略有不同，详见下述。键盘显示单元安装位置的下方是控制回路端子排CN5，CN6及跳线CN16，CN17，CN10。CN5端子排为继电器输出端口，CN6端子排为模拟、数字输入、输出及通讯接口。CN16，CN17及CN10为跳线器，可用来选择模拟输出为电压或电流信号。下文将分别描述各端子的功能。下图为变频器总接线图。基本配线图提示：1、图中“O”为主回路端子，“?”（圈点）为控制端子；2、CCI可选择输入电压或电流信号，由控制板上的CN10 跳线器的位置切换；3、内含制动单元，使用能耗制动时需在P(+)、PB之间连接制动电阻；4、控制端子的使用，请参看3.2.3节的内容。5、必须在每台变频器的输入端加过流保护装置MCCB，并固定在电气柜内。6、变频器的连线线径和MCCB的容量建议满足如下表要求.型号MCCB断路器(A)动力回路（mm2）控制电路线（mm2）输入线制动线输出线接地线EV1000-2S0004G 161.51.01.02.51EV1000-2S0007G 202.51.01.02.51EV1000-2S0015G 3241.52.52.51EV1000-2S0022G 5061.52.52.51EV1000-4T0007G 101.01.01.02.51EV1000-4T0015G 161.51.01.52.51EV1000-4T0022G 161.51.51.52.51EV1000-4T0037G 252.51.52.52.51EV1000-4T0037P 252.51.52.52.51EV1000-4T0055G 3242.542.51EV1000-4T0055P 3242.542.51注意:如果控制电路采用多芯电缆单根电缆线径可以为0.5mm2.2.3主回路输入输出端子EV1000系列变频器的主回路端子有以下三种形式请根据您选购的变频器型见以下部分1.EV1000-2S0004GEV1000-2S0007G，图中各端子含义见下表LNUVWP(+)PB主回路端子描述端子名称功能说明L、N单向交流220V输入端子P(+)、PB外接制动电阻端子P(+)、（-）直流正负母线输入端子U、V、W变频器三相交流输出端子PE安全接地端子（在散热器上）注意:端子螺钉紧固力矩为14kgf.cm保护地线需接在外壳标有的散热器固定螺钉上2.EV1000-4T0007GEV1000-4T0015GEV1000-4T0022GEV1000-2S0015G进线端子（机器顶部）RSTPBP(+)(-)出线端子（机器底部）UVWPE主回路端子描述端子名称功能说明R、S、T三相交流输入端子P（+）、PB外接制动电阻端子P(+)、(-)直流母线输入端子U、V、W变频器三相交流输出端子PE安全接地端子注意:端子螺钉紧固力矩为17kgf.cm对于EV1000-2S0015G变频器输入接线时电源线接至输入端子RST中的任意两个.3.EV1000-4T0037GEV1000-4T0037PEV1000-4T0055GEV1000-4T0055PEV1000-2S0022GP(+)PBRSTUVW主回路端子描述端子符号功能说明R、S、T三相交流输入端子P(+)、（-）外接制动电阻端子U、V、W三相交流输出端子PE安全接地端子（在散热器上）注意: 端子螺钉紧固力矩为17kg.cm安全地线需接在外壳标有的散热器固定螺钉上对于EV1000-2S0022G变频器电源线可连接输入端子RST中的任意两个。2.4控制回路配置及配线1控制板端子及跳线器的相对位置及功能简介：变频器控制板上的端子排CN5CN6及跳线开关CN10CN16CN17的位置如图所示。各端子功能说明请参见表各跳线开关的功能以及设置说明请参见表变频器投入使用前应正确进行端子配线和设置控制板上的所有跳线开关建议使用1mm2以上的导线作为端子连接线。提供给用户使用的端子功能序号功能CN5继电器输出端子CN6模拟输入及输出端口、开关量输入输出端口提供给用户使用的跳线开关功能序号功能及设置出厂值CN10CCI电流/电压输入方式选择I:0/420mA电流信号V:010V电压信号010VCN16AO1输出电流/电压类型选择0/420mA：AO1端子输出电流信号0/210V：AO1端子输出电压信号010VCN17AO2输出电流/电压类型选择0/420mA：AO2端子输出电流信号0/210V：AO2端子输出电压信号010V2.5基本运行参数（F0组）F0.00 频率给定通道选择 范围：06 【6】0：数字给定1，LED键盘显示单元、调节频率设置初值为F0.02，用LED键盘显示单元、键来调节。1：数字给定2，端子UP/DN调节频率设置初值为F0.02，用端子UP/DN来调节。2：数字给定3，串行口给定串行口频率设置初值由F0.02设置，通过串行口频率设置命令来改变频率。3：VCI模拟给定（VCI-GND）频率设置由VCI端子模拟电压确定，输入电压范围：010VDC。4：CCI模拟给定（CCI-GND）频率设置由CCI端子模拟电压/电流确定，输入范围：010VDC（CN10跳线选择V侧），020mA（直流，CN10跳线选择I侧）。5：端子脉冲（PULSE）给定频率设置由端子脉冲频率确定（只能由X4或X5输入，见F7.03F7.04定义），输入脉冲信号规格：电压范围1530V；频率范围050.0kHz。6：LED键盘显示单元模拟给定频率设置由LED键盘显示单元电位计确定，电位计调节频率范围固定为0最大输出频率（F0.05）。F0.03 运行命令通道选择范围：0、1、2 【0】EV1000有三种运行命令通道。0：LED键盘显示单元运行命令通道用RUN、STOP键控制起停。1：端子运行命令通道用外部控制端子FWD、REV等进行起停。2：串行口运行命令通道通过串行口进行起停。F0.04 运转方向设定 范围：0、1 【0】该功能适合于LED键盘显示单元运行命令通道和串行口运行命令通道，对端子运行命令通道无效。0：正转1：反转F0.05 最大输出频率范围：Max50.00, F0.12上限频率650.00Hz【50.00Hz】F0.06 基本运行频率 范围：1.00650.00Hz 【50.00Hz】F0.07 最大输出电压 范围：1480V 【变频器额定】最大输出频率是变频器允许输出的最高频率，如图4中的fmax；基本运行频率是变频器输出最高电压时对应的最小频率，一般是电机的额定频率。如图4中的fb；最大输出电压是变频器输出基本运行频率时，对应的输出电压，一般是电机的额定电压，如图4所示。输出电压输出电压V max输出频率fHfmaxfHfbfL图1特性参数定义示意图fH 、fL在F0.12、F0.13中分别定义为上限频率和下限频率。F0.10 加速时间1 范围：0.13600s（min）【6.0s】F0.11 减速时间1 范围：0.13600s（min）【6.0s】输出频率T2时间T1图2加减速时间定义加速时间是指变频器从零频加速到最大输出频率F0.05所需时间见图5中的t1减速时间是指变频器从最大输出频率F0.05减至零频所需时间见图5中的t2。 EV1000系列变频器一共定义了四种加减速时间这里仅定义了加减速时间1加减速时间24在F3.17F3.22中定义。提示：加减速时间14均可通过F9.09选择计时单位分秒出厂默认单位为秒。3. PLC梯形图程序流程图：3.1电机正反转控制：其中X0-正转启动X1-反转启动X2-停止Y0-正转运行Y1-反转运行T0-正转停止延时T1