PLC与变频器结合实现电动机恒转矩控制毕业设计论文.doc

鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第 I 页 PLC 与变频器结合实现电动机恒转矩控制 摘要 本文介绍了一种由西门子 PLC 和变频器构成的恒转矩控制系统 采用 PROFIBUS 协议实现了 PLC 与变频器的通讯 介绍 PROFIBUS 通信协议 以德国西门子公司 MICROMASTER 440 型变频器为例 介绍了 PLC 与变频器进行通信的硬件连接 依据 该协议 实现了以 PLC 作为控制器 在 PLC 环境下编制程序对变频器进行远程控制 该系 统可以对各变频器的运行参数进行在线监测 并进行远程控制 文中介绍了关于钢板的清洗工艺 以系统的实际应用来说明本系统的实际价值 调 节刷辊的转矩来控制对钢板的刷洗力度 最后附以程序 有 PLC 和变频器的通讯的程序 和 PLC 与变频器结合控制电动机恒转矩的 PLC 程序 实践证明 该系统能有效地减少系 统布线 提高系统的抗干扰能力 为恒转矩控制系统提供了一个低成本和高性能的方案 关键词 PLC 变频器 PROFIBUS 协议 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第 II 页 PLC Combining With Frequency converter Achieving Constant Torque Control Of Electric Motor Abstract This paper introduces a control system for instance torque composed of SIEMENS PLC and frequency converter The serial communication between PLC and frequency converter is realized based on the PROFIBUS protocol The PROFIBUS protocol is introduced in detail Hardware link of communication between PLC and frequency converter are introduced with an example of SIEMENS frequency converter MICROMASTER 440 According to this protocol remote control of inverter is realized with SIEMENS PLC being controller under the environment of visual PLC The presented system is very convenient to monitor the parameters of every frequency converter on line and realize the distance control The paper introduced steel cleaning processes for the system to illustrate the practical application of the actual value of the system Adjusting brush roller torque to control brush roller intensity on the skin of steel At last together with procedures there are communication procedures of PLC and frequency converter and the procedures of PLC combining with frequency converter achieving constant torque control of electric motor Practice has proved that the method can reduce electric connections and improve the anti jamming capability of the system Thereby a scheme for PLC combining with frequency converter to achieve constant torque control of electric motor with low cost and high performance is provided Keyword PLC frequency converter PROFIBUS protocol 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第 III 页 目录 摘要 I ABSTRACT II 1 绪论 1 1 1 选题的背景 1 1 2 PLC 和变频器的发展 1 1 3 系统综述 2 2 三相异步电动机 4 2 1 异步电动机的旋转原理 4 2 2 异步电动机的电磁转矩 4 2 3 异步电动机的机械特性 5 3 变频器的恒转矩控制 6 3 1 变频器的工作原理 6 3 2 转矩控制时的运行特点 6 3 3 转矩给定信号与电动机转矩 6 4 STEP7 300 简介 8 4 1 PLC 的定义 8 4 2 STEP7 300 软件 8 5 分布式外围设备现场总线 PROFIBUS DP 9 5 1 PROFIBUS DP 简介 9 5 2 PROFIBUS DP 的物理连接 9 5 3 PROFIBUS DP 的报文结构 9 6 系统的实现 11 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第 IV 页 6 1 系统的硬件连接 11 6 2 MICROMASTER 440 标准型变频器设置 11 6 3 MICROMASTER 440 控制字和状态字的设置 13 6 4 PROFIBUS DP 主站与 MICROMASTER 440 的连接 13 6 5 PLC 与变频器的通讯程序设计 14 6 6 系统的实际应用 18 结论 31 致谢 32 参考文献 33 附录 A 英文文献 34 附录 B 中文译文 41 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第1页 1 绪论 1 1 选题的背景 随着我国工业生产自动化程度的不断提高 PLC 和变频器相结合的系统广泛地应 用在冶金 建材 电力 化工 食品等行业中 我国现在广泛使用的调速系统还比较 落后 直接影响了产品的质量 过去传统的电动机调速系统多采用变频器直接控制电动机的方法进行速度控制 由于操作人员有限 不能安排太多人员在现场 现场外部工作环境又很恶劣 工厂车 间闷热 同时效率也很低 维修 维护麻烦 造成工作故障多 影响正常生产 另外 由于变频器技术仍未成熟 控制不稳定 精度低 调试烦琐 使用极不方便 根据所 掌握的资料 结合现代先进控制技术 采用可编程序控制器控制 MICROMASTER 440 型变频器拖动电动机方案 以弱电控制强电远程控制技术取代传统的直接控制方式 实践证明 该系统效率高 节约劳动力 为工作人员创造了舒适的工作环 由于 以上的优点 PLC 和变频器相结合的系统会有更广阔的发展空间 1 2 PLC 和变频器的发展 1 PLC 的发展 PLC 将朝着体积更小 速度更快 功能更强 价格更低的方向发展 二是向大型 化 网络化 多功能方向发展 近年来 小型 PLC 的应用十分普遍 超小型 PLC 的 需求日益增多 据统计 美国机床行业应用小型 PLC 几乎占据了市场的 1 4 国外许 多 PLC 厂家正在积极地研制开发各种超小型微型 PLC 例如德国西门子公司 S7 200 既可以单机运行也可以联网实现复杂的控制 S7 200 的最小配置是 8 个数字量输入和 6 个数字量输出 还可以根据实际情况进行扩展 2 7 个模块 最多可达 128 个输入和 120 个输出 此外 S7 200 还可以进行模拟量控制 是一种性能价格比较好的微型 PLC 大型的多层次分布式控制系统与集中型相比 具有更高的安全性和可靠性 系统 设计 组态也更为灵活方便 地域分布也广 是当前控制系统发展的主要潮流 为了 适应这种发展 实现工厂自动化 世界上各 PLC 生产厂家不断地研制开发功能更强的 PLC 网络系统 这种 PLC 网络一般是多级的 网络的最底层是现场执行级 中间是协 调级 网络上的最上层为组织管理级 现场执行级可以由多个 PLC 或远程 I O 工作站所组成 中间一级由 PLC 或计算机构 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第2页 成 最高一级一般由高性能的计算机组成 它们之间采用工业以太网和工业现场总线 相 连构成一个多级分布式 PLC 随着自动控制技术的发展 这种多级分布式 PLC 控 制系统功能不再是单一的 除控制功能外 还可以实现在线优化 生产过程的实时调 度 产品计划 统计管理等功能 成为一种测 控 管一体化的多功能综合系统 目 前 许 多 PLC 开发商己经注意到了 PLC 的兼容性 不仅是 PLC 与 PLC 兼容 而且还 注意到 PLC 与计算机的兼容 使之可以充分利用计算机现有的软件资源 例如西门子 的 S7 300 采用 SIMATIC S7 的模块 它的软件编程 监控都可以在 Window 操作平台 上操作和运行 今后 PLC 将采用速度更快 功能更强的 CPU 容量更大的存储器 并 将更充分地利用计算机资源 PLC 控制系统将与智能控制系统工业控制计算机 集散控 制系统 嵌入式计算机等更进一步地相互渗透和结合 这必将更进一步拓宽 PLC 的应 用领域和空间 2 变频器的发展 随着技术的不断发展 变频器技术的发展也越来越迅速 变频器将朝着以下几个 方面发展 1 实现高水平的控制 基于电动机和机械模型的控制策略 有矢量控制 磁场 控制 直接传矩控制和机械扭振补偿等 基于现代理论的控制策略 有滑模变结构技 术 模型参考自适应技术 采用微分几何理论的非线性解耦 鲁棒观察器 在某种指 标意义下的最优控制技术和逆奈奎斯特阵列设计方法等 基于智能控制思想的控制策 略 2 开发清洁电能的变流器 所谓清洁电能变流器是指变流器的功率因数为 1 网侧和负载侧有尽可能低的谐波分量 以减少对电网的公害和电动机的转矩脉动 3 缩小装置的尺寸 紧凑型变流器要求功率和控制元件具有高的集成度 4 高速度的数字控制 以 32 位高速微处理器为基础的数字控制模板有足够的 能力实现各种控制算法 Windows 操作系统的引入使得可自由设计 图形编程的控制 技术也有很大的发展 5 模拟与计算机辅助设计 CAD 技术 电机模拟器 负载模拟器以及各种 CAD 软件的引入对变频器的设计和测试提供了强有力的支持 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第3页 1 3 系统综述 本文介绍了利用 PLC 与变频器结合控制刷辊电动机恒转矩系统在钢板厂的应用 介绍了刷辊对钢板刷洗的力度控制 通过对电机的力矩控制 实现了力度控制 从而 对钢板刷洗均匀 干净 本系统是对电机的恒力矩控制 介绍了三相异步电动机 MICROMASTER 440 变频器 和 S7 300 的相关知识 为系统的设计做一些铺垫 本套系统采用西门子公司 S7 300 可编程控制器 PLC 作为中央控制核心 刷辊 控制采用西门子公司的 MICROMASTER 440 系列标准变频器 PLC 同变频器之间采用 PROFIBUS 现场总线通讯协议进行控制 恒转矩控制采用了集成在变频器内部的 PID 模块 通过转矩的给定值和反馈值进行比较 达到输出稳定的功能 PLC 同上位机之 间通过工业以太网 PLC 采用 STEP7 CPU 315 2DP 通过 TCP IP 协议进行通讯 整体 来说 该电气自动化系统设计紧凑 控制方式先进 自动化程度高 控制方法灵活 适应性强 本文着重讲述了利用 PROFIBUS DP 协议进行 PLC 与变频器之间的组态 实现 PLC 对变频器的控制 首先必须把变频器和 PLC 之间用电缆连接起来 本套系统所采 用的连接电缆是双绞线 如常用的以太网缆 然后就是对他们进行网络组态 设置 STEP7 CPU 315 2DP 为 DP 主站 MICROMASTER 440 变频器为 DP 从站 分别设置 他们的通讯地址 利用 STEP7 300 内部的通讯功能块 SFC 14 和 SFC 15 来读写 MICROMASTER 440 变频器的数据 利用输入转矩和反馈的实际转矩 通过变频器本 身的 PID 进行转矩恒定运行 利用 PLC 编写控制程序来实现通讯 再利用 PLC 程序对 系统恒转矩进行控制 PLC 和变频器相结合的调速系统逐渐的被广泛的应用 变频器调速技术是集自动 控制 微电子 电力电子 通信技术于一体的高科技技术 它具有很好的调速 节能 性能 在各行业中获得了广泛应用 可编程序控制器 PLC 是近年来发展极为迅速 应 用面极广的工业控制装置 PLC 具有较高的可靠性 可以通过 PLC 串口实现与不同控 制设备间的数据传输 从而可使 PLC 的应用范围扩大 所以结合 PLC 与变频器各自的 优点 PLC 和变频器相结合的调速系统会应用的更广阔的领域 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第4页 2 三相异步电动机 2 1 异步电动机的旋转原理 三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场 三相异步电动机的 定子绕组就是用来产生旋转磁场的 我们知道 但三相电源相与相之间的电压在相位 上是相差 120 度的 三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差 120 度 这样 当在定子绕组中通入三相电源时 定子绕组就会产生一个旋转磁场 电流每变 化一个周期 旋转磁场在空间旋转一周 即旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步 的 在磁场中的转子在磁场中切割磁力线产生感应电流 带电的转子在磁场的作用下 受到力的作用 即电动机转子开始旋转 旋转磁场的转速为 n 60f P 式中 f 为电源频率 P 是磁场的磁极对数 n 的单位是 每分钟转数 一般情况下 电动机的实际转速 n1 低于旋转磁场的转速 n 因为假设 n n1 则转 子绕组与旋转磁场就没有相对运动 就不会切割磁力线 也就不会产生电磁转矩 所 以转子的转速 n1 必然小于 n 为此我们称三相电动机为异步电动机 2 2 异步电动机的电磁转矩 电磁转矩是异步电动机的驱动转矩 本节着重介绍电磁转矩的计算公式 电磁转矩基本公式 1 1 2 2 2 1 1 2 2 2 1 2 2 1 60 2 1 60 2 1 60 2 1 M P n s R Im s n s s R Im n s s R Im P T 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第5页 与直流电机类似的公式 1 2 2 1 1 2 2 11111 1 2 2 2 2 1 1 cos 60 60 2 cos44 4 cos IC p f IkNfmIEmP T M wM 式中 转子电流 2 3 异步电动机的机械特性 电动机的机械特性是指电磁转矩与转速之间的关系曲线 如图 2 1 所示 异步电动机的机械特性就是 t s 曲线 几个关键点 起动点 C 最大转矩点 B 额 定工作点 A 图 2 1 异步电动机机械特性 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第6页 3 变频器的恒转矩控制 3 1 变频器的工作原理 变频器主要由整流 交流变直流 滤波 再次整流 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的 通常 把电压和频率固定不变的工频交流 电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作 变频器 为了产生可变的电压和频率 该设备首先要把电源的交流电变换为直流电 DC 这个过程叫整流 把直流电 DC 变换为交流电 AC 的装置 其科学术语为 inverter 逆变器 一般逆变器是 把直流电源逆变为一定的固定频率和一定电压的逆变电源 对于逆变为频率可调 电 压可调的逆变器我们称为变频器 变频器输出的波形是模拟正弦波 主要是用在三相 异步电动机调速用 又叫变频调速器 对于主要用在仪器仪表的检测设备中的波形要 求较高的可变频率逆变器 要对波形进行整理 可以输出标准的正弦波 叫变频电源 一般变频电源是变频器价格的 15 20 倍 由于变频器设备中产生变化的电压或频率 的主要装置叫 inverter 故该产品本身就被命名为 inverter 即 1 3 2 转矩控制时的运行特点 1 拖动系统的状态拖动系统的状态取决于系统的动态转矩 j T lmj TTT 式中 动态转矩 单位为 Nm j T 电动机的转矩 单位为 Nm m T 负载转矩 单位为 Nm l T 0 系统加速 j T 0 系统减速 j T 0 系统等速运行 j T 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第7页 3 3 转矩给定信号与电动机转矩 一方面 电动机的输出转矩取决于转矩给定信号 当负载转矩小于电动机转矩时 拖动系统必加速 另一方面 变频器在转矩控制模式下运行时 必须设置上限频率 当拖动系统的转速上升到接近于上限频率所对应的同步转速时 根据异步电动机的原 理 由于转子切割磁力线的速度下降 所产生的转矩也必下降 直至输出转矩等于负 载转矩时 拖动系统将在上限转速下稳定运行 因此 当拖动系统的转速上升到上限 转速时 电动机的转矩并不取决于转矩给定信号 但转矩给定信号保证了拖动系统将 在上限转速下运行 转矩控制与转速控制的区别两种控制方式的区别如表 3 1 所示 表表 3 1 转矩控制和转速控制的区别转矩控制和转速控制的区别 控制方式转速控制转矩控制 转速大小由频率给定信号决定不能控制 只能上 下限值 转矩大小与负载转矩相平衡 有上限值由转矩给定信号决定 系统的加速度有给定信号的增加或减小决定由动态转矩的正 负来决定 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第8页 4 STEP7 300 简介 4 1 PLC 的定义 PLC 可编程序控制器 PLC 英文全称 Programmable Logic Controller 中文全称为可 编程逻辑控制器 定义是 一种数字运算操作的电子系统 专为在工业环境应用而设计 的 它采用一类可编程的存储器 用于其内部存储程序 执行逻辑运算 顺序控制 定 时 计数与算术操作等面向用户的指令 并通过数字或模拟式输入 输出控制各种类型 的机械或生产过程 4 2 STEP7 300 软件 STEP7 是专门为 S7 300 设计的在个人计算机 Windows 操作系统下操作的编程软 件 该标准软件功能强大 支持自动任务创建程序的各个阶段 建立和管理项目 对硬 件和通讯作组态和参数赋值 管理符号 创建程序 下载程序到可编程控制器 测试 自动化系统 诊断设备故障 STEP7 软件的用户接口 基于当前最新水平的人机控制 工程设计 简单易学 用户能轻松使用 STEP7 为用户提供了三种编程语言 STL 语句 表 FBD 功能块图 和 LADDER 梯形图语言 用户可以在这三种语言中随意切换 便于不同类型的用户使用 STEP7 还给用户提供了丰富的指令集 可以对非常复杂的 功能的进行编程 其中为梯形图语言就提供了一百多条指令 包括浮点数运算指令 程序控制指令 跳转指令等 STEP7 除提供逻辑块 OB 组织块 决定用户程序的结构 一般主程序放置在该块 内 FB 功能块 带有自己存储区域的块 FC 功能 包含经常使用的功能的例行程序 可放置子程序 以及系统功能块外 还提供数据块 DB 用于存放用户数据 与 PLC 通信 简单 只需将 CPU 通过 PC PPI 电缆或插在计算机中的 CP5611 通讯卡与计算机进行通 信 就可上 下传程序 通过 STEP7 的硬件诊断功能 可以在线或离线取得模板信息 和工作方式 STEP7 还具有程序测试功能 当 CPU 检测到程序处理过程中错误 同步错误 和 PLC 中的错误 异步错误 时 CPU 会调用适当的中断类型组织块 这些组织块可对这 些错误相应处理 2 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第9页 5 分布式外围设备现场总线 PROFIBUS DP 5 1 PROFIBUS DP 简介 PROFIBUS DP 是 PROFIBUS 组成之一 PROFIBUS 有三部分组成 即 PROFIBUS DP PROFIBUS PA Process Automation 过程自动化 和 PROFIBUS FMS Fieldbus Message Specification 现场总线报文规范 在 PROFIBUS 现场总线中 PROFIBUS DP 的应用最广 DP 协议主要用于 PLC 与分布式 I O 和现场设备的高速数 据通信 典型的 DP 配置是单主站结构 也可以是多主站结构 5 2 PROFIBUS DP 的物理连接 PROFIBUS DP 可以使用多种通信介质 电 光 红外 导轨以及混合方式 传 输速率 9 6K 12Mbit s 每个 DP 从站的输入数据和输出数据最大为 224B 使用屏蔽双 绞线电缆是最长通信距离为 9 6km 使用光缆是最长 90km 最多可以接 127 个从站 PROFIBUS DP 可以使用灵活的拓扑结构 支持线形 树形 环形结构 PROFIBUS DP 符合 EIA RS 485 标准 也称为 H2 采用价格便宜的屏蔽双绞线电缆 一个总线段的两端各有一套有源的终端电阻 一个总线最多 32 个站 带中继器最多 127 个站 每段的电缆最大长度与传输速率有关 5 3 PROFIBUS DP 的报文结构 PROFIBUS DP 的报文结构如图 5 1 所示 图 5 1 PROFIBUS DP 的报文结构 过程数据区 PZD 即控制字和设定值或状态信息和实际值 参数区 PKW 用 读写参数 例如读出故障 并且读出一个参数的特征信息 诸如最小 最大限制等 当总线启动时 这种用于 PROFIBUS DP 主站到变频器通讯类型的 PPO 能够从主 站来配置 选择哪种类型的 PPO 取决于在自动化网络中传动装置的任务 过程数据 一直被传送 在传动装置中 它们具有最高的优先级和最短的时间等 PPO 有五种类型 可用数据无参数区 有两个字或六个字的过程数据 或可用数 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第10页 据有参数区 且有两个 六个或十个字的过程数据 具体见图 5 2 在本设计系统中采 用了 PPO2 类型 3 图 5 2 参数过程数据对象 PPO 型 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第11页 6 系统的实现 6 1 系统的硬件连接 1 如果干扰比较大 可采用屏蔽双绞线 2 一般情况下 PROFIBUS 通讯电缆采用双绞线即可 如常用的以太网缆 3 在采用屏蔽双绞线作为通讯电缆时 把具有不同电位参考点的设备互连会在互 连电缆中产生不应有的电流 从而造成通讯口的损坏 要确保通讯电缆连接的所有设 备 或是共用一个公共电路参考点 或是相互隔离的 以防止不应有的电流产生 屏 蔽线必须连接到机箱接地点或 9 针连接的插针 1 建议将传动装置上的 0V 端子连接 到机箱接地点 4 尽量采用较高的波特率 通讯速率只与通讯距离有关 与干扰没有直接关系 5 终端电阻的作用是用来防止信号反射的 并不用来抗干扰 如果在通讯距离很 近 波特率较低或点对点的通讯的情况下 可不用终端电阻 4 6 2 MICROMASTER 440 标准型变频器设置 将变频器连接到 PLC 之前必须确认变频器已有以下的系统参数 使用变频器小键 盘设定参数 1 将变频器复位到工厂设定值可选的按 P 键显示 P000 按向上或向下箭头键直 到显示器显示 P944 按 P 键输入参数 P944 1 2 允许读 写所有参数按 P 键按向上或向下箭头键直到显示器显示 P009 按 P 键 输入参数 P009 3 3 检查变频器的电动机设定值设定值随所用的电动机而变按 P 键按向上或向下 箭头键直到显示器显示电动机的设定值为止按 P 键输入参数 P081 电动机的额定频率 Hz P082 电动机的额定速度 RPM P083 电动机的额定电流 A P084 电动机的额定电压 V P085 电动机的额定功率 KW HP 4 设定就地 远程控制方式按 P 键按向上或向下箭头键直到显示器显示 P910 按 P 键输入参数 P910 1 远程控制方式 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第12页 5 设定 PROFIBUS DP 接口的波特率按 P 键按向上或向下箭头键直到显示出 P092 按 P 键输入参数按向上或向下箭头键直到显示器显示出与你的 PROFIBUS DP 接 口相对应的波特率数字为止按 P 键输入参数 P092 3 1200 波特 4 2400 波特 5 4800 波特 6 9600 波特缺省值 7 19200 波特 6 输入从站地址每个变频器最大 31 可经过总线运行按 P 键按向上或向下箭头键 直到出现 P 091 为止按 P 键输入参数按向上或向下箭头键直到显示器显示出所需要的 从站地址按 P 键输入 P091 0 至 31 7 增速时间可选的这是以秒表示的电动机加速到最大频率所需的时间按 P 键按 向上或向下箭头键直到出现 P002 为止按 P 键输入参数按向上或向下箭头键直到显示 器出现所需要的增速时间为止按 P 键输入参数 P002 0 650 00 8 斜坡减速时间任选这是以秒表示的电动机减速到完全停止的需要的时间按 P 键按向上或向下箭头键直到出现 P003 为止按 P 键输入参数按向上或向下箭头键直到 显示器出现所需要的减速时间为止按 P 键输入 P003 0 650 00 9 串行链路超时这是二个输入数据报文之间的最大允许时间间隔这一特性用于通 信发生故障时断开变频器收到了有效的数据报文后开始定时如果在规定的时间间隔内 没有收到其它的数据报文变频器跳闸并显示故障代码 F008 将值设定为 0 断开控制回 路变频器进行状态轮询之间的时间 按 P 键按向上或向下箭头键直到出现 P093 为止 按 P 键输入参数按向上或向下箭头键直到显示器出现所需要的串行链路超时为止按 P 键输入 P093 0 240 0 是缺省值时间单位为秒 10 串行链路额定系统设定点这个值可以改变但是典型情况是相当于 50Hz 或 60Hz 它定义了相当于 100 的 PV 或 SP 的数值按 P 键按向上或向下箭头键直到出 现 P094 为止按 P 键输入参数按向上或向下箭头键直到显示器出现所需要的串行链路 额定系统设定点为止按 P 键输入 P094 0 400 00 11 EEPROM 存储器控制任选按 P 键按向上或向下箭头键直到出现 P 971 按 P 键输入参数按向上或向下箭头键直到显示器出现所需要的相应于 EEPROM 存储器控制 的数值为止按 P 键输入 P971 0 当断电时丢失更改的参数设定值包括 P9711 缺省值 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第13页 断电期间仍保持更改的参数设定值 12 运行显示按 P 键退出参数方式 P 5 6 3 MICROMASTER 440 控制字和状态字的设置 PPO2 类型 4 PKW 字 6 PZD 字 PZD1 状态字 1 PZD2 线速度实际值 PZD3 转矩实际值 PZD4 状态字 2 PZD5 故障字 PZD6 马达电流实际值 对于 STW 的含义 如表 6 1 所示 与 STW 相对应的是 ZSW 它的含义如表 6 2 所示 5 6 4 PROFIBUS DP 主站与 MICROMASTER 440 的连接 本套系统采用的是 CPU 315 2DP 作为 DP 主站 MICROMASTER 440 作为 DP 从 站 它们之间要进行通讯 必须在它们之间建立连接 其具体做法如下 1 生成一个 STEP7 项目 打开 SIMATIC Manager 管理器 建立一个新项目 选择第一个站的 CPU 为 CPU 315 2DP 项目名称自拟 在管理器中已经生成 SMATIC 300 Station 对象 双击 Hardware 图标 进入 HW Config 硬件组态 窗口后 在 CPU 315 2DP 的机架中添加电源模块 一块 16 点输入模块和一块 16 点输出模块 并 设置该站的参数 2 设置 PROFIBUS 网络 有鼠标右键点击管理器左边最上面的 项目 对象 在打开的快捷菜单中选择命 令 Insert New Object PROFIBUS 将会生成网络对象 PROFIBUS 1 在自动打开 的网络组态工具 NetPro 中 有红色的 MPI 网络线 紫色的 PROFIBUS 网络线和 CPU 315 2DP 的图标 可以对 MPI 和 PROFIBUS 网络组态 双击图中的 PROFIBUS 网络线 在出现的对话框中打开 Network Settings 选项卡 点击 OK 按钮确认系统推荐的默认的参数 即设置传输率为 1 5Mbit s 总线行规 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第14页 Profile 为 DP 也可以在对话框中选择 PROFIBUS 子网络的的网络参数 对于单主 站的 PROFIBUS 网络 主站的地址默认值为 126 3 设置主站的通讯属性 在 SIMATIC Manager 主屏幕中 选择屏幕左边的 SIMATIC 300 站对象后 双击 屏幕右边的 Hardware 硬件 对象 打开 HW Config 工具 此时屏幕左边的窗口中只 有生成项目时设置的 S7 300 的机架和机架中的 CPU 315 2DP 模块 双击机架中 DP 所 在的行 在打开的对话框的 Operating Mode 选项卡中 选择该站为 DP 主站 DP Master 点击 General 选项卡中的 Properties 按钮 在 Parameters 选项卡中可以设置地 址 默认的站地址为 2 Subnet 列表中的 not network 为不联网 可以选择连接已经 建立的 PROFIBUS 1 子网络 4 组态 DP 从站 在 SIMATIC Manager 的主屏幕中 选择屏幕左边的 SIMATIC 300 站对象后 双击屏幕右边的 Hardware 硬件 对象 打开 HW Config 工具 在这个窗口下 点击 屏幕右边硬件目录窗口中最上面的 PROFIBUS DP 文件夹 在其中选择事先下载到 STEP7 的 MICROMASTER 440 用鼠标将它拖到屏幕上方的 PROFIBUS 网络线上 这样就把该 DP 从站连接到 DP 主站系统了 此时将自动打开 Properties PROFIBUS 对话框 设置该 DP 从站的地址为 3 点击 OK 按钮返回 HW Config 屏幕 在网络中选中该从站后 在屏幕左下部的窗口中将显示它的详细资料 例如它占 用的输入 输出地址 双击表中某一行输入或输出 在打开的 DP Slave Properties 对话 框中 可以更改输入 输出地址 6 6 5 PLC 与变频器的通讯程序设计 本系统通讯利用 S7 300 的装入 传输指令 软件采用 STEP7 V5 2 硬件采用 CPU315C 2DP MICROMASTER 440 标准型变频器 系统采用 STL 语言编程 由于 本系统只研究转矩 所以程序中有些地方只出现转矩信号 通讯程序如下 1 接受变频器输入信号 PPO2 类型 4 PKW 字 6 PZD 字 PZD1 状态字 1 PZD3 转矩实际值 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第15页 PZD4 状态字 2 PZD5 故障字 Network1 L P Adress 传动起始地址 SLW 3 LAR1 L PIW AR1 P 0 0 T T PKE L PIW AR1 P 2 0 T T IND L PIW AR1 P 4 0 T T PWE H L PIW AR1 P 6 0 T T PWE L L PIW AR1 P 8 0 T T STSW 1 L PIW AR1 P 10 0 T T XV T T STSW 2 L PIW AR1 P 16 0 T T FLT L PIW AR1 P 18 0 T T I ACT Network2 L T STSW 1 T STSW 1 L T STSW 2 T STSW 2 L T FLT T FLT L T TQ ACT ITD DTR 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第16页 L 1 638400e 004 R L NTQ R T TQ ACT L T PKE T PKE L T IND T IND L T PWE H T PWE H L T PWE L T PWE L 2 输出信号到变频器 PPO2 类型 4 PKW 字 6 PZD 字 PZD1 控制字 1 PZD4 控制字 2 PZD5 线速度设定值 PZD6 转矩设定值 Network1 L P Adress SLW 3 LAR1 L PKE T PQW AR1 P 0 0 将 PKE 传送到外设 L IND T PQW AR1 P 2 0 L PWE H T PQW AR1 P 4 0 L PWE L T PQW AR1 P 6 0 L CTLW 1 将控制字 1 传送到外设 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第17页 T PQW AR1 P 8 0 L CTLW 2 T PQW AR1 P 10 0 L XV T PQW AR1 P 16 0 L T TQ T PQW AR1 P 18 0 表表 6 1 STWSTW 各个位的含义各个位的含义 位 00斜坡上升 下降0 否1 是 位 01按惯性自由停车0 是1 否 位 02快速停车0 是1 否 位 03脉冲使能0 否1 是 位 04斜坡函数发生器使能0 否1 是 位 05斜坡函数发生器开始0 否1 是 位 06设定值使能0 否1 是 位 07故障使能0 否1 是 位 08正向点动0 否1 是 位 09反向点动0 否1 是 位 10有 PLC 进行控制0 否1 是 位 11设定值反向0 否1 是 位 12未使用 位 13用电动电位计升速0 否1 是 位 14用电动电位计降速0 否1 位 15本地 远程控制0 P0719 下标 01 P0719 下标 1 表表 6 2 ZSWZSW 各个位的含义各个位的含义 位 00变频器准备0 否1 是 位 01变频器运行准备就绪0 否1 是 位 02变频器正在运行0 否1 是 位 03变频器故障0 是1 否 位 04OFF2 命令激活0 是1 否 位 05OFF3 命令激活0 否1 是 位 06禁止 ON 接通 命令0 否1 是 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第18页 位 07变频器报警0 否1 是 位 08设定值 实际值偏差过大0 是1 否 位 09PZD 控制0 否1 是 位 10已达到最大频率0 否1 是 位 11电动机电流极限报警0 是1 否 位 12电动机抱闸制动投入0 是1 否 位 13电动机过载0 是1 否 位 14电动机正向运行0 否1 是 位 15变频器过载0 是1 否 6 6 系统的实际应用 本系统在钢板厂的应用 在钢板的开卷和卷取的过程中 需要对钢板进行刷洗 这项任务主要由清洗线上的刷辊来完成 具体的工艺如下 在清洗线上 在钢板的上下都有刷辊 为了让钢板的刷洗匀称 必须保持刷辊的 力度要保持不变 因为钢板的在托辊上传动的时候 在每一个速度段上都可以认为是恒 转矩负载 所以要保持力度大小不变 就要保持刷辊的转矩保持不变 这就需要本设 计系统来实现 其系统结构如图 6 3 所示 图 6 3 系统结构图 其 PLC 控制程序如下 NETWORK1 从变频器读数据 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第19页 NETWORK2 状态字处理过程 O L STSW 1 T T STSW 1 SET SAVE CLR A BR O L STSW 2 T T STSW 2 SET SAVE CLR A BR DUMMY NETWORK3 运行通讯错误使正常停车 L2 7 控制字 2 第 15 位即运行通讯错误 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第20页 O A L 2 7 L 4 0 BLD 103 CALL COMM FAULT1 IN L4 0 PT T 700MS Q COMM FAULT 1 ET A BR O AN L 2 7 L 4 0 BLD 103 CALL COMM FAULT2 IN L4 0 PT T 700MS Q COMM FAULT 2 ET A BR DUMMY NETWORK4 MSR1 2 过零信号 A MSR1 0 FP MSR1 0 AF 主令开关 1 辅助标志位 MSR1 0 PF A MSR1 0 PF A A MSR2 0 FP MSR2 0 AF 主令开关 2 辅助标志位 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第21页 A MSR2 0 PF DUMMY NETWORK5 主令 1 接通 A MSR1 ON FP MSR1 ON AF S DRIVE MSR1 A A DRIVE MSR2 FP DR MSR2 PF O DRV STOP O VCON NEN R DRIVE MSR1 A DRIVE MSR1 DR AT MSR1 NETWORK 6 主令 2 接通 A MSR2 ON FP MSR2 ON AF S DRIVE MSR2 A A DRIVE MSR1 FP DR MSR1 PF O DRV STOP O VCON NEN R DRIVE MSR2 A DRIVE MSR2 DR AT MSR2 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第22页 NETWORK 7 速度控制使能 A A A TEN ON FP TEN ON AF O DRIVE MSR1 O DRIVE MSR2 S VCON EN A A A MSR1 OFF A MSR1 0 O MSR1 0 PF A DRIVE MSR1 O A A MSR2 OFF A MSR2 0 O MSR2 0 PF A DRIVE MSR2 O A TEN ON FN TEN OFF AF A MSR1 0 A MSR2 0 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第23页 O DRV STOP O TURNING MONITOR R VCON EN A VCON EN NOT FP VCON NEN PF VCON NEN NETWORK8 转矩控制使能 A VCON EN A M0 0 MCON EN NETWORK 9 运行监控 O A VCON EN AN N NE0 L 4 0 BLD 103 CALL TURN MONI IN L4 0 PT T 5S Q TURN MONI DELAY ET A BR O A TURN MONI DELAY 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第24页 TURNING MONITOR A TURNING MONITOR DUMMY NETWORK 10 运行使能 A O DRIVE MSR1 O DRIVE MSR2 NOT O VCON EN DRIVE ENABLED NETWORK 11 A L 1 2 AN L 0 0 L 4 0 BLD 103 CALL N DEV IN L4 0 PT T 5S Q N DEV DELAY ET NOP 0 NETWORK12 运行快停 L1 2 状态字 1 的第 3 个字节即运行操作使能 L0 0 状态字 2 的第 8 个字节即没偏离实际速度 设置 AN RDY AN RUN O N DEV DELAY 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第25页 O TURNING MONITOR DRIVE FST NETWORK 13 A VCON EN L 4 0 BLD 103 CALL VCON ON DELAY IN L4 0 PT T 3S Q VCON ON T ET NOP 0 NETWORK14 运行正常停 A VCON ON T AN L 3 6 O COMM FAULT 1 O COMM FAULT 2 DRIVE NST NETWORK 15 点动条件 AN DRIVE FST AN DRIVE NST AN DR AT MSR1 A MSR1 0 L 4 0 A L 4 0 BLD 102 GJ RDY A L 4 0 AN DR AT MSR2 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第26页 A MSR2 0 SJ RDY NETWORK 16 正向点动 A SJ RDY A JOG POS SJ POS NETWORK 17 反向点动 A SJ RDY A JOG NEG SJ NEG NETWORK 18 转矩控制设置 A M 0 1 L 4 0 BLD 103 A DRIVE MSR1 L 4 1 BLD 103 A DRIVE MSR2 L 4 2 BLD 103 CALL FC 832 KEN L4 0 X0 0 000000e 000 E1 L4 1 E2 L4 2 X1 MSR1 TORQUE SET X2 MSR2 TORQUE SET OUT TORQUE SET KAS DUMMY 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第27页 NOP 0 NETWORK 19 转矩的上下限设置 CALL TORQUE LIM U TORQUE SET HYS 0 000000e 000 V HL 6 667000e 000 V LL 5 000000e 001 QERR DUMMY QVHL DUMMY QVLL DUMMY V TORQUE SET NOP 0 NETWORK 20 主令开关的过零信号 A ON MSR1 0 ON MSR2 0 L 4 0 BLD 103 CALL MSR 0 IN L4 0 PT T 1S Q MSR 0 FLAG ET NOP 0 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第28页 NETWORK21 刷辊控制字 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第29页 NETWORK22 控制字处理过程 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第30页 NETWORK23 写数据到变频器 鞍山科技大学本科生毕业设计 论文 第31页 结论 变频器调速技术是集自动控制 微电子 电力电子 通信技术于一体的高科技技 术 它具有很好的调速 节能性能 在各行业中获得了广泛应用 可编程序控制器 PLC 是近年来发展极为迅速 应用面极广的工业控制装置 它是一种专为工业环境 应用而设计的数字运行电子系统 采用可编程序的存储器 用来存储用户指令 通过数 字或模拟的输入 输出 完成确定的逻辑 顺序 定时 计数 运算和一些确定的功能 来控制各种类型的机械或生产过程 它具有体积小 组装灵活 编程简单 抗干扰能力强和 可靠性高等优点 本文介绍了利用 PLC 与变频器结合控制在钢板厂的应用 介绍了刷辊对钢板刷洗 的力度控制 通过对电机的力矩控制 实现了力度控制 从而对钢板刷洗力度均匀 本设计是对电机的恒转矩控制 介绍了三相异步电动机 MICROMASTER 440 变频器 和 S7 300 的相关知识 为系统的设计做一些铺垫