基于PLC控制的变频调速系统设计

苏 州 市 职 业 大 学课程设计说明书 名称 基于PLC控制的变频调速系统设计 2012年6月25日至 2012年6月29日共 1 周院 系 电子信息工程系 班 级 10电气自动化4 姓 名 徐小冬 学 号 系主任 张红兵 教研室主任 邓建平 指导教师 淮文军 12目录第一章 绪 论1第二章 课程设计主要仪器的介绍21 PLC的介绍21.1 PLC的简介21.1.1 PLC的组成21.1.2 CPU的构成31.2 PLC的工作原理32 变频器的介绍42.1 控制面板图43 电机的介绍6第三章 PLC变频调速系统的设计与调试71 系统的接线71.1主回路接线71.2 控制回路接线72 外部接线图83 系统方案设计83.1 I/O地址分配表83.2梯形图程序94 软件系统的调试95 实验结果分析10第四章 课程设计小结11参考文献12第一章 绪 论随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围，它与计算机有效结合，可进行模拟量控制，具有远程通信功能等。有人将其称为现代工业控制的三大支柱（即PLC，机器人，CAD/CAM）之一。目前可编程序控制器（Programmable Controller）简称PLC已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等领域，为工业自动化提供了有力的工具。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。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，并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，并且PLC各种硬件装置品种齐全，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，所以它成了实现机电一体化的理想控制设备。 第二章 课程设计主要仪器的介绍1 PLC的介绍1.1 PLC的简介 PLC可编程序控制器如图2-1所示：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。图2-1 PLC外观图1.1.1 PLC的组成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。1.1.2 CPU的构成CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。1.2 PLC的工作原理PLC有两种工作状态，即运行（RUN）状态和停止（STOP）状态。在运行状态，PLC通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直到PLC停机或切换到STOP工作状态。三种工作方法：1. PLC的输出端子接变频器的多功能端子，变频器中设置多功能端子为多道速功能，并设置相应频率。通过PLC的输出端子的闭合和断开的组合，使变频器不同转速下运行。优点：响应速度快，抗干扰能力强。缺点：不能无级调速。2. 通过PLC和变频器上的RS485通讯接口，采用PLC编程通信控制。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。优点：可以无级变速，速度变换平滑，速度控制精确，适应能力好。缺点：抗干扰差，响应有延时。3. 通过PLC加数模（DA）转换模块，将PLC数字信号转换成电压（或电流视频器设置而定）信号，输入到变频器的模拟量控制端子，控制变频器工作。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5种方式。优点：无级调速。缺点：调速精度低，不直观；数模转换模块较贵。2 变频器的介绍2.1 控制面板图图2-2 控制面板图表2-1：操作面板说明2.2 变频器的工作原理 交流调速是通过改变电定子绕组的供电的频率来达到调速的目的的，但定子绕组上接入三相交流电时，定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转的磁场，它与转子绕组产生感应电动势，出现感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩。使电动机转起来。电机磁场转速称为同步转速，用表示： （2-7）由上式可知磁极对数越多，转速就越慢，转子的实际转速比磁场的同步转速要慢一点，所以称为异步电动机，这个差别用转差率表示： （2-8） 在加上电源转子尚未转动瞬间，=0，这时=1；启动后的极端情况=，则=0，即在01之间变化，一般异步电动机在额定负载下的 =1%6%。综合（2-7）和（2-8）式可以得出： （2-9）由式（2-9）可以看出，对于成品电机，其极对数已经确定，转差率的变化不大，则电机的转速与电源频率成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速，进而达到异步电机调速的目的。3 电机的介绍变频器在使用过程中带动的是电机，所以，变频器的选型可以从电机的角度来选择型号、规格。那首先，我们就必须先了解电机的各项规格指标参数。本次使用的电机指标参数如图2-3所示：图2-3 电机指标参数第三章 PLC变频调速系统的设计与调试1 系统的接线1.1主回路接线图3-1变频器电源接线1.2 控制回路接线PLC输出地址100.01接端子5，对应的地址COM接端子3。控制其启动与停止。PLC输出地址100.02 接端子6，对应的地址COM接端子3。控制其正转与反转。PLC输出地址100.03、100.03、100.05分别接7、8、9，控制其八段频率。 图3-2 控制回路接线2 外部接线图总得接线图包括PLC输入与输出端的接线，以及与按钮和变频器的接线，电动机的U、V、W端分别接变频器的U、V、W，然后电源线接电源。具体外部接线方式如下图3-3所示。图3-3 总电路的接线图3 系统方案设计3.1 I/O地址分配表 表3-1：输入设备符号输入地址输出设备符号输出地址正转启动反转按钮SB10.01正转接触器线圈KM1100.01停止按钮SB20.00反转接触器线圈KM2100.02SW1SB30.027端口状态指示KM3100.03SW2SB40.038端口状态指示KM4100.04SW3SB50.049端口状态指示KM5100.053.2梯形图程序4 软件系统的调试1.把程序编好了，在“PLC”选项里选择“传送”，然后在选择“到PLC”这个功能。2.将变频器的电源接上，设置变频器的各项参数。根据我们的设计方案，我将变频器的P08设置为“4”、P09设置为“0”，P32-P38分别设置电机的频率范围。3.按下0.01，PLC程序开始工作，电机开始正转运行。若再按一下，电机反转。4.然后，按动0.02、0.03、0.04，让100.03、100.04、100.04分别带点和失电对应着1和0，则其输出状态的组合可以为：001、010、011、100、101、110、111等状态，其中。001对应P32里面的频率，逐次加一，111对应着P38里面的频率。5 实验结果分析根据PLC控制电动机在8个频率段进行控制时，可画出电动机的转速变化曲，如下图所示由此图可知：频率开始由49.2Hz开始变化，变速8次后频率为起始频率进行循环工作。第四章 课程设计小结PLC实训让我了解了plc顺序功能图、梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解，也让我更加了解了关于PLC设计原理与方法。按我的总结来看，有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。这次实训脱离不了集体的力量，遇到问题和同学互相讨论交流，同学之间解决不了的问题就去找老师讨论。多和同学，老师讨论，你会得到意外的收获。我们在做实训项目的过程中要不停的讨论问题，这样，我们可以互相交流设计方法以至达到更适合的设计方法，同时讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。多改变自己设计的方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题。总之，这次PLC实训真的给我很多的收获，给我弥补了很多我欠缺的知识以及巩固了之前所学的知识点等等。在今后的学习过程中，要更