基于PLC模拟量方式变频开环调速控制.doc

基于PLC模拟量方式变频开环调速控制 学 生：赵佳 (机自092 机械工程学院 机械制造，学号0908030273)摘 要：随着电力电子技术及控制技术的发展，使得交流变频调速在工业电机拖动领域得到了广泛应用。由于PLC的功能强大、容易使用、高可靠性，常常被用来作为现场现场数据的采集和设备的控制。可编程控制器（PLC）是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发出来的，现已广泛应用于工业控制的各个领域。它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。如今，PLC在我国各个工业领域中的应用越来越广泛。在就业竞争日益激烈的今天，掌握PLC设计和应用是从事工业控制研发技术人员必须掌握的一门专业技术。任何生产机械电气控制系统的设计，都包括两个基本方面：一个是满足生产机械和工艺的各种控制要求，另一个是满足电气控制系统本身的制造、使用以及维修的需要。因此，电气控制系统设计包括原理设计和工艺设计两个方面。前者决定一台设备使用效能和自动化程度，即决定着生产机械设备的先进性、合理性，而后者决定着电气控制设备生产可行性、经济性、外观和维修等方面的性能。在现代控制设备中，机-电、液-电、气-电配合得越来越密切，虽然生产机械的种类繁多，其电气控制设备也各不相同，但电气控制系统的设计原则和设计方法基本相同。在最大限度满足生产设备和生产工艺对电气控制系统要求的前提下，力求运行安全、可靠，动作准确，结果简单、经济，电动机及电气元件选用合理，操作、安装、调试和维修方便。本文介绍了基于PLC模拟量方式变频开环调速控制。 关键词： PLC；变频器；开环调速。 引 言：变频调速技术近年来发展很快,变频器在各行业的应用, 节约电能的同时可以减少排放 降低能耗, 理解并掌握变频器的控制, 具有十分重要的现实意义,变频器的控制可以采用P L C 单片机等控制核心, 由于P L C具备可靠性高 编程简单 维护方便等突出优点, 越来越多的工业控制场合选用P L C 和变频器用于电机的调速控制,基于P L C 和变频器组合的调速系统包括模拟方式和串口通讯方式两种, 其中, 串口通讯分为有协议通讯和无协议通讯。可编程控制器(PLC)是以计算机技术为核心的通用自动化控制装置,它的功能性强,可靠性高,编程简单,使用方便,体积小巧,近年来在工业生产中得到广泛的应用,被誉为当代工业自动化主要支柱之一。现今社会，自动化装置无所不在，在控制技术需求的推动下，控制理论本身也取得了显著的进步。PLC存在许许多多的的优点，因此，PLC已经在工业市场占有一大片领域。随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广目前，PLC在国内外已经广泛应用于钢铁，石油化工，建材，机械制造，交通运输等各个行业。而在矿井局部通风机中为了满足对安全监控与节能越来越高的要求作为核心控制的变频器也得到了广泛地应用。一、PLC（可编程序控制器）概述PLC（可编程控制器）应用广泛，其CPU功能较强，可靠性高，但在输入输出I/O方面,PLC存在价格过高，扩展模块不隔离，输入信号还要进行编程运算来完成采集，品牌繁多，互不兼容，用户使用起来不方便等缺点。其在工业现场因其编程方便，抗干扰能力强，获得了广泛的应用。但受到内部硬件电路的限制，在运算速度、数据处理能力等方面和PC机相比，要逊色很多。因此在工业现场对复杂模型进行控制时，可以借助上位机PC来建立生产模型，通过构建 SCC监督式控制系统，让下位机PC为一DCC直接数字控制系统，实现复杂系统的控制。另外，还可通过上位机PC和下位机PC组建监控系统，达到对工业现场实时监控的目的。其中关键技术为PC机和PC之间的通讯。本文首先介绍PC机与PLC的通讯种类和机制，然后就采用高级语言VB和组态软件MCGS，对完成以上二者通讯。 PC机和PLC有两种通讯方式，一种是PC机作主动者，即主局，PLC为从动者，即子局。另一种是PLC为主局，而PC机为子局。无论工作在哪种方式，数据一般都采用串行方式来传输，即可通过RS232、RE422或RS485电缆线来进行信息传递。 在进行通讯时，首先将PC机和PLC传递信息的波特率设置一致。另外还要对奇偶校验位、传输数据位数和停止位进行设置。在PC机和PLC进行通讯时，要使用命令帧和响应帧的形式来进行信息传递。 每次通信送出的一组数据称作“帧”。帧可以从持有发送权的一方传出。每送出一帧，上位机或PLC就将发送权交给另一方。当接收方收到终端（命令或响应的终字符）或分界符（分割帧的字符）信息后，就将发送权转到另一方。 二、PLC特点 PLC是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。1. 可靠性高，抗干扰能力强 为了限制故障的发生或者在发生故障时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，采取了多种措施，使PC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PC具有了很强的抗干扰能力。2. 通用性强，控制程序可变，使用方便PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。3. 功能强，适应面广现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。4. 编程简单，容易掌握目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。5. 减少了控制系统的设计及施工的工作量由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。6. 体积小、重量轻、功耗低、维护方便PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 三、实验目的了解变频器外部控制端子的功能，掌握外部运行模式下变频器的操作方法。四、实验设备序号名称型号与规格数量备注1网络型可编程控制器高级实验装置THORM-D12实验挂箱CM5113电机WDJ2614实验导线3号/4号若干5通讯电缆USB16计算机1自备五、控制要求1. 正确设置变频器输出的额定频率、额定电压、额定电流。2. 通过外部端子控制电机启动/停止、打开“K1”电机正转启动。调节输入电压，电机转速随电压增加而增大。六、参数功能表序号变频器参数出厂值设定值功能说明1n1.0050.0050.00最高频率2n1.051.50.01最低输出频率3n1.0910.010.0加速时间4n1.1010.010.0减速时间5n2.0012频率指令输入A1端子有效（0-10V）6n2.0101可控制回路端子7n4.0401控制回路端子的运转指令 七、系统总体方案设计本次设计是实现控制变频调速系统，选用PLC和变频器的组合可完成数字量的输入，实现模拟量和数字量的输出控制。可以通过对频率的调节来实现对速度的控制，使得速度变化更加平滑和实现精确调速。（一）选择机型 本次试验选用OMRON-CP2M PLC加模拟量扩展单元和欧姆龙3G3MZ变频器。（2） 变频器外部接线图（三）确定系统控制结构由PLC和变频器组成的开环控制系统，模拟量输入端由两输入，开始与停止按钮；PLC输出端是从010V的模拟量作为变频器的输入。实现如下控制：0V输出频率为0.1Hz，; 10V输出频率为50HZ。当PLC模拟量输出010V变化时，变频器输出频率为50Hz；电机以最大速度运行10s，PLC模拟量输出由10V将到0V，变频器输出频率为0.1Hz，电机转速为0r/ min。八、操作步骤1. 检查实验设备中器材是否齐全。2. 按照变频器外部接线图完成变频器的接线，认真检查，确保正确无误。3. 打开电源开关，按照参数功能表正确设置变频器参数。4. 打开示例程序或用户自己编写的控制程序，进行编译，有错误时根据提示信息修改，直至无误，用通讯编程电缆连接计算机串口与PLC通讯口，打开PLC主机电源开关，下载程序至PLC中。5. 打开开关“K1”，调节PLC模拟量模块输入电压，观察并记录电机的运转情况。九、控制程序 LD P_On 常开触点P_On与左侧母线相连接 OUT 2000.00 把计算结果输出到继电器2000.00中 LD 0.00 常开触点0.00与左侧母线相连接 OUT TR0 把计算结果输出到继电器TR0中 MOV(021) 2005 D500 当执行条件为NO时，将源数据2005传送到通道D500中 AND=(325) D500 &0 常开触点与其他程序段相串联 AND=(315) D500 &8000 常开触点与其他程序段相串联 MOV(021) D500 2001 当执行条件为NO时，将源数据D500传送到通道2001中 LD TR0 常开触点TR0与左侧母线相连接 OUT 1.00 把计算结果输出到继电器1.00中 LD NOT 0.00 常闭触点0.00与左侧母线相连接 MOV(021) &0 2001 当执行条件为NO时，将源数据&0传送到通道2001中十、PLC梯形图Q：2000.00P-On长通标志1I：0.00传送源字目标2MO（021）I：2005D500传送源字目标MOV(021)=(325)D500 Q:2001D5008000D5000Q:1.002I：0.00传送源字目标10MOV(021)0Q:2001结束END（001）十一、程序说明第0条 ：起动和停止信号，保持在2000.00中，表示程序启动运行。第1条 ：打开开关K1，程序启动时并且每个循环的开始时D500置2005地址里的值，所以输出电压每次都是从地址2005中的值开始,保证循环在010V范围内。第2条 ：判断地址D500中的值是否在08000范围内，如果为真在程序每次扫描过程中D500中的值置入2001通道中转换成电压输出。第3条 ：关闭开关K1，将地址2001通道中值0000，所以电压输出变为0V，电机停止转动。第4条 ：程序结束标志。十二、 调试过程1.先将PLC程序传入OMRON-CS PLC中，只连接启动与停止开关，先不与变频器相连接，以免输出电压不正确导致变频器出错。2.按下启动按钮，然后用万用表测CJ2M模拟量I/0模块的VI1+、VI1-两点间的电压，看是否正确运行，如果运行正确则证明PLC部分调试成功。3.连接PLC的输出点与变频器的输入点，并且调试好变频器的参数设置，最后把变频器的输出与电机接好。4.最后打开启动按钮，电机正常运行，并且按照给定的时间函数循环运行。显示的最大频率是50HZ。十三、实验总结（一）总结PLC控制变频器的开环调速的操作方法1、检查实验设备中器材是否齐全。2、按照变频器外部接线图完成变频器的接线，认真检查，确保正确无误。3、打开电源开关，按照参数功能表正确设置变频器参数。4、打开示例程序或用户自己编写的控制程序，进行编译，有错误时根据提示信息修改，直至无误，用通讯编程电缆连接计算机串口与PLC通讯口，打开PLC主机电源开关，下载程序至PLC中。5、打开开关“K1”，调节PLC模拟量模块输入电压，观察并记录电机的运转情况。 （二）记录变频器与电机控制线路的接线方法及注意事项 变频器通过接线与外围设备连接，接线分为主电路接线和控制电路接线(变频器的控制方式)。主电路连接导线选择较为简单，由于主电路电压高、电流大，所以选择主电路连接导线时应该遵循“线径宜粗不宜细”的原则，具体可按普通电动机的选择导线方法来选用。控制电路的连接导线种类较多，接线时要符合其相应的特点。1、 开关量接线开关量接线主要包括启动。点动和多挡转速接线。一般情况下，模拟量接线的原则适用开关量接线，不过由于开关量信号抗干扰能力强，所以在距离不远时，开关量接线可不采用屏蔽线，而使用普通的导线，但同一信号的两根线必须互相绞在一起。如果开关量控制操作台距离变频器很远，应选用电路将控制台信号转换成能远距离传送的信号，当信号传送到变频器一端时，要将该信号还原变频器所要求的信号。2、 模拟量接线模拟量接线主要包括:输入侧的给定信号线和反馈线;输出侧的频率信号线和电流信号线由于模拟量信号受干扰，因此需要采用屏蔽线作模拟量接线，屏蔽线靠近变频器的屏蔽层应接公共端(COM)，而不要接E端(接地端)，屏蔽层的另一端要悬空。 在进行模拟量接线时还要注意：（1）模拟量导线应远离电路100MM以上;（2）模拟量导线尽量不要和主电路交叉，若必须交叉，应采用垂直交叉方式。3、 变频器的接地为了防止漏电和干扰信号侵入或向外辐射，要求变频器必须接地。在接地时，应采用较粗的短导线将变频器的接地端子(通常为E端)与地连接。当变频器和多台设备一起使用时，每台设备都应分别接地，不允许将一台设备的接地端子接到另一台设备接地端再接地。4、 线圈反峰电压吸收电路接线接触器、继电器或电磁铁线圈在断电的瞬间会产生很高的反峰电压，易损坏电路中的元件或使电路产生误动作，在线圈两端接吸收电路可以有效抑制反峰电压。对于交流电源供电的控制电路，可在线圈两端接R、C元件来吸收反峰电压，当线圈瞬间断电时产生很高反峰电压，该电压会对电容C充电而迅速降低。对于直流电源供电的控制电路，可在线圈两端接二极管来吸收反峰电压，线圈断电后会产生很高的左负右正反峰电压，二极管VD马上导通而使反峰电压降低，为了使能抑制反峰电压，二极管正极应对应电源的负极。 变频器外部线路的连接方法具体连线：变频器的控制面板下面是一排接线端子，我们所有对变频器的连线都是从这一排接线端子引出来的。但变频器的控制面板是不能频繁的拆卸的。 1、连接外部按钮端子CM黄线)、REV(蓝线)、FWD(绿线)接按钮开关。CM()、REV)、FWD端子CM(黄线)、REV(蓝线)、FWD(绿线)接按钮开关。此线组为硬线，(黄线为公共端)。2、连接电位器端子11黄线)、12(绿线)、13(红线)11()、12)、13端子11(黄线)、12(绿线)、13(红线)接电位器的三个端子，其中，12(绿线)接电位器的中间的端子。三个端子，其中，12(绿线)接电位器的中间的端子。此线组为软线;变频器在正常工作过程中，注：此线组为软线;变频器在正常工作过程中，电位器两端10V的电压的电压。有10V的电压。3、连接电源主电路电源端子L1/RL2/S、L3/T与电源连接L1/R、与电源连接。已接好)主电路电源端子L1/R、L2/S、L3/T与电源连接。4、连接电动机变频输出端子(U、V、W)应按正确相序连接至电动机。变频输出端子(应按正确相序连接至电动机。在变频器上已经给出的接线中有3条颜色相同的软线，将这3在变频器上已经给出的接线中有3条颜色相同的软线，将这3条线通过接线端子与电动机相连。十四、结束语通过本次试验，对欧姆龙系列PLC和变频器系统的特点有了更深的理解。利用了欧姆龙系列PLC的特点，对按钮、开关等输入/输出进行控制，实现了变频器在控制作用下的自动化。本次课程设