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107301437系主任 张红兵教研室主任 邓建平指导教师 淮文军目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章绪论 1\o"CurrentDocument"第二章课程设计主要仪器的介绍 2\o"CurrentDocument"PLC的介绍 2PLC的简介 2PLC的组成 2CPU的构成 2PLC的工作原理 3\o"CurrentDocument"2变频器的介绍 4\o"CurrentDocument"控制面板图 4\o"CurrentDocument"3电机的介绍 6\o"CurrentDocument"第三章PLC变频调速系统的设计与调试 7\o"CurrentDocument"1系统的接线 7\o"CurrentDocument"主回路接线 7\o"CurrentDocument"控制回路接线 7\o"CurrentDocument"2外部接线图 8\o"CurrentDocument"3系统方案设计 8I/O地址分配表 8\o"CurrentDocument"梯形图程序 9\o"CurrentDocument"4软件系统的调试 9\o"CurrentDocument"5实验结果分析 10\o"CurrentDocument"第四章课程设计小结 11\o"CurrentDocument"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PLG机器人，CAD/CAM之一。目前可编程序控制器（ProgrammableController）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1PLC的介绍PLC的简介PLC可编程序控制器如图2-1所示：PLC英文全称ProgrammableLogicController,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2-1PLC外观图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真块、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。CPU的构成CPU®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。CPUfc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，CPI#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。PLC的工作原理PLCT两种工作状态，即运行（RUN状态和停止（STOP状态。在运行X犬态,PLCS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勺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亭机或切换到STOP：作状态。三种工作方法：.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。.通过PLC和变频器上的RS485通讯接口，采用PLC编程通信控制。CP1HCPU单元支持串行通信功能有用行网关、 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。.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。XAffl的CP1HCPU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：0〜5V、1〜5V、0〜10V、—10V〜10V、0〜20mA、4〜20mA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RUN（运行）关于操作板的说明显示部位MODE（模式憎SET（设定;獴频率设定钮STOP（停止）键▲（上升）键STOPMINMAX图2-2控制面板图表2-1:操作面板说明!显示部位显示输出频率.电流，线速度，异常内容设定功傩时的数据及其参数Na RUN（运行）9使变甄符运行的事STOP（停止）低［使变班塾运行停止的StMODE（模式）9切康”就出频率・电流曼示二.建率设定■监控二.旋转方向设定二功集设定.等各钟模式以及将败据显示场揍且模式显示所用的篁 SET（设定）键切揍模式和数据夏示以及存辍数据所用H.在“帏出频率电流显示模式下进行耀事显示和电流显示的切换. AUP(上升｝«改变数据或输出频率以及利用*作板使其正转运行时.用于设定正转方向.VDOWN<TW)a 改变触据或输出叛军以及利用操作板使其反转运行时.用于设定反转方向.甄率设定过 用授作被设定运行海率而使用的旋招.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M表示：(2-7)由上式可知磁极对数p越多，转速M就越慢，转子的实际转速为比磁场的同步转速为要慢一点，所以称为异步电动机，这个差别用转差率s表示：X100%s=忙%100%nl 曲 (2-8)在加上电源转子尚未转动瞬间，力=0,这时5=1；启动后的极端情况耳=”。,则$二0,即S在0〜1之间变化，一般异步电动机在额定负载下的$=1%6%综合（2-7）和（2-8）式可以得出：*、607(1-^科二9(1-£)二 (2-9)P(2-9)由式（2-9）可以看出，对于成品电机，其极对数P已经确定，转差率S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系统的接线主回路接线制动电阻器变频器容量主回路用子1接地雉子0,2,0.4kW：M3制动电阻器变频器容量主回路用子1接地雉子0,2,0.4kW：M35M4075,l.SkWM4镶丝尺寸 娈频器UF0制动电阻接线端子接地端子主回路端子L[N|U|V|W设备地线（第3种接地）UMJ电动机图3-1变频器电源接线控制回路接线PLC俞出地址100.01接端子5,对应的地址COMS端子3。控制其启动与停PLC俞出地址100.02接端子6,对应的地址COM8端子3。控制其正转与反PLC输出地址100.03、100.03、100.05分别接7、8、9,控制其八段频率©|8|®PLC输出地址100.03、100.03、100.05分别接7、8、9,控制其八段频率©|8|®COMNCNO继电器输出0〜5V・0〜H)V4~20mA①②③④200Q¥▼0©

模拟

输出(0~5V)正转/反转

运行/停止SW1SW3SW2⑩⑪©⑥

开路式

集电极输出图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UAV、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3.1I/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端口状态指小KM3100.03SW2SB40.038端口状态指小KM4100.04SW3SB50.049端口状态指小KM5100.05

3.23.2梯形图程序1.0.011O,00H/l-1.0.011O,00H/l--o-q；loooiW200.00—inW200.00—inQJ00.02I0.DEI0.DEIO.00T/lDIFIT(O13)W200.01II ，1 .01 QJOO031 W200.01II ，1 .01 QJOO031 11Q:100.03W2001:0.00M-5:100.03—o— /I DUTTM3)L1tfajo.co1:0.01io.ooW20000i-ooo-kHQJOO02T、_Q:tOQ02—M—I:C.03 10.00-I " D1FU(013)tfkO.C2TIFUC013)q：IWQ4 ttZQO.Q? I：DQUTIFUC013)—ii -iPi-—— n-Q:100.04 W20002—M IIH~~10.04 I,0.00TI kl W2C0.03Q:l0005Q:l0005-o-—III 14- H-W2D0.03 Q.JOO.054软件系统的调试.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。.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.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。.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