MM440变频器控制电动机PLC课程设计

1 燕山大学 课 程 设 计 说 明 书 题目题目 PLC 与变频器实现电机正反转控制 学院学院 系系 电气工程学院 年级专业年级专业 11 级计算机控制 1 班 学学 号号 学生姓名学生姓名 指导教师指导教师 李海滨 刘爽 教师职称教师职称 2 目录目录 目录 4 摘要 5 第一章概述 6 1 1PLC 和 MM440 变频器控制电动机的发展前景 6 1 2 变频器的分类 7 1 3 本课题的意义 8 第二章应用器件的介绍 2 1 PLC 的工作原理和结构 9 2 2 变频器的工作原理及其组成结构 11 2 3 A D 转换器工作原理 12 第三章 相关参数的设置 13 3 1 MM440 快速调制参数设置 13 3 2 MM440 数字输入控制端口参数 15 3 3 PLC 数字量模拟量的输入输出约定 20 3 4 恢复出厂设置 20 第四章硬件电路和软件电路的设计 15 4 1 总体结构设计图 16 4 2 外部设备的接线图 19 4 3 软件编程设计 20 20 3 4 2 21 第四章总结 26 附录 27 参考文献 30 3 摘要摘要 随着电力电子技术和自动控制技术的日益发展 电动机的调速已经从继电 器控制时代发展到今天的由变频器控制调速 且在工业各个领域中得到了极为 广泛的应用 在现在的在工业自动化控制系统中 最为常见的是由 PLC 控制变 频器实现电动机的调速控制 该方法主要通过程序来控制了电动机的变频调速 从而实现了自动控制 PLC 通过进行逻辑运算 顺序运算 计时 计数 和算 术运算等操作指令 并能通过数字式或模拟式的输入输出 控制各种类型的机 械或生产过程的工业计算机的启停 变频器的使用加入了模拟量 使用 PLC 自 带的 A D 转换模块 通过频率的变化 使电机实现任意转速 通过设计能使我 们掌握 PLC 的工程设计方法 同时又能深入了解 PLC 与变频器控制电动机控 制系统的够成和在工业生活中的用处 为我的将来的工作学习打下良好的基础 关键字关键字 PLC MM440 变频器 控制电机 数字模拟输入 4 第一章概述第一章概述 1 1 PLCPLC 和和 mm440mm440 变频器控制电机的前景变频器控制电机的前景 如今 PLC 已是工业自动化应用技术的三大支柱之一 自从它诞生以来得 到了广泛的使用 在工业自动化应用技术领域 速度调节和控制是经常用到的 环节 而变频器具有高效的驱动性能和良好的控制特性 在提高控制质量 减 少维护费用和节能等方面都取得了明显的经济效益 在这些场合 变频器所发 挥的作用是其他任何控制设备和装置都不能取代的 虽然变频器可以单独使用 但大多数情况还是作为一个组成部分在工业自 动化控制系统中使用 所以 作为主控制器的 PLC 和作为执行及检测器件 设 备和装置 的变频器之间就必须相互配合 共同完成控制任务 PLC 可以控制 变频器的频率给定信号 以使变频器输出相应的速度控制曲线 控制工艺指标 变频器上的检测信号和其他智能信号也可以接入 PLC 完成系统的报警和速度 控制 比如通过变频器控制电机的启动 停止及正 反转 也可以使用一个变 频器去控制若干台电动机的运行 现在的 PLC 控制电动机已经离不开变频器了 工业生产 科研 石油开 采 几乎所有的现代化都需要变频调速机的工作 因此 其意义是深远的 第二章第二章 应用器件的介绍应用器件的介绍 2 1 PLC 的工作原理和结构的工作原理和结构 可编程控制器的工作原理与计算机的工作原理基本上是一致的 但PLC装入 了专用程序后成为一种专用机 它采用循环扫描的方式 系统工作任务管理 及应用程序执行都是循环扫描方式来完成的 PLC系统正常工作所要完成的任务如下 1 计算机内部各个工作单元的调度 监控 2 计算机与外部设备间的通讯 3 用户程序所要完成的工作 PLC采用面向控制过程 面向问题的 自然语言 作为编程语言 梯形图 语句表和控制系统流程图等是PLC常用的编程语言 有些PLC还尝试使用高级语 言编程 在使用PLC进行顺序控制时 首先应根据控制动作的顺序 画出梯形图 然后将其翻译成相应的PLC指令 用编程器将程序写入PLC的内存RAM中 对程序 进行调试 发现错误可用变成器进行修改 直到程序调试正确无误为止 最后 将程序写到PLC的只读存储器EEPROM中 PLC投入运行后 便进入程序执行过程 5 在一个扫描周期内 程序执行过程分3个阶段 输入采样 程序执行和输出刷新 在输入采样阶段 PLC以扫描方式将所有输入端的输入信号读到输入映像寄存器 中存起来 接着转人程序执行阶段 在程序执行阶段 PLC 按照顺序进行扫描 如果程序是用梯形图来表示 则扫描顺序总是先上后下 先做后右 每扫描到 一条指令 所需的状态分别从输入映像寄存器中读出 而将执行结果写入元素 影响寄存器中当程序执行完后 进入最后一个阶段 输出刷新 将元素映像 寄存器中的所有输出继电器的状态转存到输出琐存电路 驱动用户设备 或负 载 工作 PLC寄存器EEPROM的程序随时可以擦除和修改 如果改变程序外部端 口接线 有可以重新组成一个新的系统 PLC是在 继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的 并逐步发展成以 微处理器为核心的 把自动化技术 计算机技术 通讯技术容为一体的新型工 业自动控制装置 早期的PLC只能进行逻辑控制 还能完成模拟量的控制 数值 控制 过程监控和通信联网等功能 PLC因具有程序可变 可靠性高 功能强 环境适应性好 抗干扰能力强 体积小和重量轻等特点而在机电一体化系统中 得到广泛的应用 图一图一 PLC 硬件组成硬件组成 2 2 变频器的工作原理和组成变频器的工作原理和组成 变频器是指可以用于改变电源频率 同时也能改变电源电压的电能转换的 装置 它是由电力电子器件 例如整流模块 IGBT 电子器件 集成电路 开 关电源 电阻 电容器等 和微处理器等组成 变频器使用时串联接在输出端 R S T 和电动机输出端 U V W 之间 通常变频器的功率范围为 0 75 500KW 大于此功率值建议选用中压电动机及中压变频器 交流电动机调 速控制变频器的最早形式是用旋转发电机组作为可变频率的电源 供给交流发 I I O O 扩扩展展 单单元元 I I O O 扩扩展展 接接口口 中中央央处处理理单单元元 C CP PU U 输输入入 接接口口 输输出出 接接口口 限限位位开开关关 手手动动开开关关 编编码码器器 数数字字开开关关 电电源源 外外部部 设设备备 接接口口 存存储储器器 系系统统 程程序序 用用户户 程程序序 数数 据据 编编程程器器 上上位位计计算算机机 图图形形监监控控系系统统 打打印印机机 E EP PR RO OM M写写入入器器 盒盒式式磁磁带带机机 条条码码判判读读机机 电电源源 电电磁磁阀阀 继继电电器器 指指示示灯灯 蜂蜂鸣鸣器器 6 电机 随着电力半导体器件的发展 静止式的变频电源以成为了变频器的主要 形式 变频器的内部框图 如图所示为 MM440 变频器的内部功能方框图 其控制电路 CPU 模拟输入 输出 数字输入 输出 操作面板等部分组成 分为 4 类 输入信号端子 频率模拟设 定输入端子 监视信号输出端子和通信端子 下图则表示各个控制端子的功能 7 表一 MM440 控制端子 2 3 A D 转换器的工作原理转换器的工作原理 A D 转换器的作用是将模拟量转换成数字量 在 A D 转换过程中 输入的是时间上 幅值上都是连续的模拟量 而输出 的则是时间上 幅值上均离散的数字量 因此 要把模拟量转换成数字时需经 采 样 保持 量化 编码 图二图二 A D 转换原理图转换原理图 模拟 量 采样 保持量化编码 数字 量 8 A D 模块选用 FX1N 2AD BD FX1N 2AD BD 的特点 可以通过切换专用的辅助继电器来设置数字模拟转换 是电压输入 0 10V 还是电流输入 4 20MA 而且 如下图所示 各个通 道的转换后的数字值被存储在专用的特殊数字寄存器中 元件说明 M8112输入模式 CH1 切换标志 M8113输入模式 CH2 切换标志 D8112CH1 的数字值 D8113CH2 的数字值 对 CH1 通道而言 M8112 为 ON 是电流输入模式 对应端子为 I1 I2 M8112 为 OFF 是电压输入模式 对应端子为 V1 V2 对 CH2 通道而言 M8113 为 ON 是电流输入模式 对应端子为 I1 I2 M8113 为 OFF 是电压输入模式 对应端子为 V1 V2 各通道的公共端子为 VI 第第 3 章章 相关参数设置相关参数设置 3 3 1 1 MM440MM440 快速调制参数设置快速调制参数设置 快速调制的参数设置是根据电机铭牌上的数据进行设置 这样做使变频器明确 了自己要控制什么样的电机 明确了输入输出的关系 参数号设置号 说明 P0032 设置用户访问级为扩展级 P00101 激活快速调试 P01000 功率用 KW 表示 频率为 50HZ P0304380 电动机额定电压 P03051 05 电动机额定电流 P03075 5 电动机额定功率 P031050 电动机额定频率 P03111400 电动机额定转速 P03080 88 电动机额定功率因数 P03090 93 电动机额定效率 P07002 命令源选择由 数字输入端子 输入 P10001 频率设置值由 BOP 输入 P10800 电动机运行最低频率 P108250 电动机运行最高频率 P11207 斜坡上升时间 P11217 斜坡下降时间 3 23 2 MM440MM440 数字输入控制端口参数数字输入控制端口参数 MM440有6个数字量输入口 分别是DIN1 DIN6 它们可通过参数P0701 P0708 直 接赋以功能 当相应端子被触发时 变频器变执行相应功能 各个参数设置值所代表不同的功能 如下图所示 9 由此 我们可进行如下定义 参数号设置值 说明 P00032 设置用户访问级为扩展级 P00047 命令 二进制 I O P07011 ON 为接通正转 OFF 为停止 P07022 ON 为接通反转 OFF 为停止 3 33 3 MM440MM440 模拟输入控制端口参数模拟输入控制端口参数 MM440有2个模拟输入 利用合适的模拟量输入可将模拟量给定值 实际值和控 制信号读入传动变频器中 并且利用ADC变换器变换成数字信号 值 利用在I O 板上的2 个开关DIP1 1 2 和利用参数P0756 可将设定选择为电压 输入为10V 的模拟量输入或电流输入为20mA 的模拟量输入 所以做如下定义 P0756 0 即通过电压 0 10V 的变化对应频率 0 50HZ 的变化 3 3 3 3 PLCPLC 数字量模拟量的输入输出约定数字量模拟量的输入输出约定 该步骤即定义 PLC 的 I O 接线和变频器的接线 PLC 的输入接按钮控制 通过编程控制输出 其输出接 MM440 的数字量输入端 口 变频器与电机相连 从而实现之前定义的功能 10 输出地址控制功能连接 MM440 端子 Y000 电机正转 5 Y001 电机反转 6 V1 V1 电动机调速 3 4 数字量模拟量输出约定 操作按钮控制功能输入地址 SB1 电机正向启动 X000 SB2 电机停止 XOO1 SB3 电机反向启动 X002 RP 0 10V 可调电压程序设置 数字量模拟量输入约定 3 3 4 4 恢复出厂设置恢复出厂设置 当有合适的连接和合适的电动机 变频器组合时 当从工厂运出且不需任何附加 参数设置时 MM440变频器已准备好投入运转 你可以随时执行一个参数复位到 工厂设定来再一次建立初始状态 这样取消传动变频器在供货以后 所作的参数变更 参数号设置号 说明 P00031 用户访问级别 标准 P00040 参数过滤 所有参数 P001030 调试参数 工厂设置 P09701 工厂复位 参数复位列缺省值 第第四四章章硬件硬件电路电路和软件电路和软件电路的设计的设计 4 14 1 总体结构控制设计图总体结构控制设计图 本设计采用启停按钮进行操作 采用 PLC 进行控制 11 启 停按钮操作 PLC MM440 调节 RP 改变频率 改变转 速 4 24 2 外部设备接线图外部设备接线图 4 34 3 软件编程设计软件编程设计 12 4 系统控制功能及控制方案系统控制功能及控制方案 4 1 本设计采用启停按钮进行操作 采用本设计采用启停按钮进行操作 采用 PLC 进行控制 系统控制结构图进行控制 系统控制结构图 如图如图 4 1 所示 所示 图 5 3控制电路接线图 5 2PLC 程序设计程序设计 按照电动机的控制要求及 MM440 变频器数字输入接口 PLC 数字输入 输出接口所做的变量约定 PLC 应实现下列控制 5 4 1 输出状态输出状态 当按下正转启动按钮 SB1 时 PLC 数字输出端 Q0 4 为逻辑 1 MM440 变频器 16 接口为 ON 允许电动机运行 13 PLC 输出接口状态 变频器输出频率 电动机转速变化如表所示 设置 15 段固定频率控制状态表 表 5 4 1 当按下停止按钮 SB2 时 PLC 数字输出端 Q0 4 为逻辑 0 MM440 变频器 16 接口为 OFF 电动机停止运行 5 4 2 I 0 表表 表 5 4 2 5 4 3 梯形图梯形图 14 电气工程学院课程设计评审意见表电气工程学院课程设计评审意见表 指导教师评语 平时成绩 指导教师签字 2014 年 6 月 22 日 图面及其它成绩 答辩小组评语 答辩成绩 组长签字 2014 年 6 月 22 日 课程设计综合成绩 15 答辩小组成员签字 2014 年 6 月 22 日 6 参考文献参考文献 01 李道霖 电气控制与PLC 原理及应用 电子工业出版社 2006 02 杨兴瑶编著 电动机调速的原理及系统 M 水利电力出版社出版 1979 8 03 陈伯时 陈敏逊编著 交流调速系统 M 北京 机械工业出版社 1998 4 04 王子文 电梯 PLC 控制策略及其程序设计起重运输机械 2006 7 05 叶安丽 电梯技术基础 第1版 M 北京 中国电力出版社 2004 06 童梦菊 陈景和 浅谈电梯制动器电气控制及其检验 J 福建质量信息 2007 07 姚玉刚 电梯智能控制系统研究 D 长春理工大学硕士学位论文 2008 08 陈恒亮 电梯结构与原理 M 北京 中国劳动社会保障出版社 2005 09 张福恩等编著 交流调速电梯原理 设计及安装维修 M 北京 机械工业出版社 1999 6 10 张汉达 王锡仲 朱学莉编著 现代电梯控制技术 M 哈尔宾工业大学出版社发行 2001 3 11 钱平主编 交直流传动系统 M 高等教育出版社 2001 7 12 吕宋元主编 半导体变流技术 M 天津大学出版社出版 13 顾战松 陈铁年编著 可编程控制器原理与应用 M 北京 国防工业出版社 1996 14 杨宁主编 微机控制技术 M 北京 高等教育出版社 2001 8 15 周良全权主编 傅恩锡等编 模拟电子技术基础 M 北京 高等教育出版社 1993 10 16 丁树模主编 机械工程学 M 北京 机械工业出版社 17 吴中俊等编著 可编程序控制器原理及应用 北京 机械工业出版社 2004 18 肖军 孟令军编著 可编程序控制器原理及应用 北京 清华大学出版社 2008 19 贺哲荣 曾龙飞编著 流行可编程序控制器梯形图识图入门 北京 机械工业出版社 2008 20 陈金华等编著 可编程序控制器 PC 应用技术 北京 电子工业出版社 1995 21 王整风 谢云敏 可编程控制器原理与实践教程 上海 上海交通大学出版社 2007 16 22 郁汉琪 电气控制与可编程序控制器应用技术 南京 东南大学出版社 2003 23 常晓玲 电气控制系统与可编程控制器 北京 机械工业出版社 2006 24 严盈富 罗海平 屋海勤 监控组态软件与 PLC 入门 北京 人民邮电出版社 2006 25 张运刚 宋小春 从入门到精通 西门子工业网络通信实战 北京 人民邮电出版 2007 26 西门子公司 SIMATIC S7 200 可编程控制器系统手册 27 崔坚 西门子工业网络通信指南 机械工业出版社 2005 5 总结总结 随着暑假的到来 课程设计也接近了尾声 经过两周的奋战我的课程设 计终于完成了 在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这学期来所学知识 的单纯总结 但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面 课程设计 不仅是对前面所学知识的一种检验 而且也是对自己能力的一种提高 通过这 次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺 自己要学习的东西还太多 以前老是觉得自己什么东西都会 什么东西都懂 有点眼高手低 通过这次课 程设计 我才明白学习是一个长期积累的过程 在以后的工作 生活中都应该 不断的学习 努力提高自己知识和综合素质 在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了 同学之间互相帮助 有什么不懂的大家在一起商量 听听不同的看法对我们更好的理解知识 所以 在这里非常感谢帮助我的同学 在整个设计中我还懂得了一个道理 做什么事