PLC与变频器在交流电机八段速自动控制中的应用设计

绪论课题研究背景及意义在当今社会的形势下，国家指出既要大力发展又要节约资源，将节约能源减少排放污染放在第一位。节约主要体现在能源，水资源，土地资源，材料资源等进行综合性节约。提升对资源与能源结合利用能力,将再生资源进行更有效的回收利用，对于生产实施清洁合理化生产。向低投资、低耗能、低排放发展，并且向着拥有高效率高产量的方向靠拢。国家也正在实行对节约能源有力的价格和税收政策。并且对各种企业进行节约意识的培养与强化。鼓励制造业生产节能型产品、新能源汽车。鼓励建筑业节能省地，使城市形成一种健康文明，节能减排的消费模式。本次毕业设计课题主要将PLC、变频器控制交流电机调速做为设计的基础，设计出一整套在PLC和变频器的控制下电机自动调节转速的自动化系统。本次毕业设计在工业生产和未来的发展中都有重要的研究意义起初的PLC和变频器主要作用于开关变量的逻辑控制，如今随着技术的发展PLC和变频器不仅仅增强了以前变量的逻辑控制的准确性，还在模拟量与数字量控制上拥有广泛的应用，可以对数据进行采集和储存，还可以实时监控的系统；并且可以通过网络与通讯技术实现广范围控制与远距离跨领域控制。如今各个企业利用到的PLC和变频器的自动化机械种类繁多。PLC和变频器的结合可以对电动机顺向或者逆向单向或者顺逆双向运转控制、液位实时观测控制、自动传送带控制、远程信号灯控制、原料混合装置控制、物品分类以及运输控制、马路信号灯控制、电动机的Y型或三角形接法的起动控制、原料车控制和高空或者深海灯光控制等。目前PLC和变频器在钢铁制造、石油提炼、化学工业、电力电子设备、材料建筑自动化生产、机械自动化制造、轻工业纺织、汽车制造业、交通运输自动化控制管理、环境监测与保护及现代化文化娱乐等各个领域都有使用，PLC的控制网络范围大小都适用，正因为如此PLC与变频器的结合适用的工业生产范围也及其广泛，如金属冶炼、机械自动化、化学工业、轻工业、食品制造与加工、建筑材料自动化生产等等，不仅如此，PLC和变频器的结合在一些非工业生产范围也极其广泛，如楼宇自动化、电梯操控、以及自动化农业大棚的控制等。PLC与变频器发展现状PLC具有良好的性能，这也是PLC一大优越性使其在各行各业都被广泛应用，并且与计算机兼容的功能特别完全，运用起来具有很强的灵活性，运用范围广，与继电器接触控制简单并且容易使人理解，即使有损坏维修起来也相当方便，依照上述优点，形成了将微电脑做为核心的电子控制设备。像这样可以对其进行编程的控制器在世界各行各业都已经得到广泛应用，已经成为自动化控制系统中最基本的电子控制器件。PLC在现代化工业生产制造中和方便快捷的生活中都得到了广泛的应用。由于PLC是利用设计并且编写程序来进行其控制和改变的，并且它所运用到的梯形图语言容易学容易懂，所以得到广泛技术人员的认可。在控制方面上PLC运用起来及其灵活而且极其方便，具有极高的稳定性，运行起来极其稳定并且可靠性极高。现如今的工业自动化生产中大部分采用可以编程的控制器来完成。在当代社会经济发展迅速的情况下，国内外的企业都已经由大型人口劳动状态转换成大型科技技术状态，向低成本、省时省力及其自动化方向发展。PLC以它的多项优越性占据着大面积的市场。比如：稳定性极高、程序编写简便、容易安装而且即便损坏维修起来也及其方便。由于PLC的控制顺序是跟随程序的改变而改变的，所以只要按照所需求的控制方式进行程序的编写，就能够根据不同的需求进行控制。现如今PLC广泛运用于电力电子系统、故障排查与检修、机械自动化及远程遥控等自动化方面上。现如今生产制造业工厂越来越多，对自动化控制的要求也越来越多种多样。所以PLC的发展方向不是单方向的，而是两个方向并进发展的。一个方向是按照占用空间小、结构简易、价格便宜的方向发展。另一个方向是按照高速、功能多样，使用场合较为复杂的方向发展。根据如今PLC的适用范围和更新速度来看，PLC将是工业自动化控制的主要装置。在未来很长一段时间内在工业生产中，PLC控制技术、机械自动化技术和CAD技术将成为工业生产中的三大自动化方面的支柱。变频器发展到现在这个时候已经有了跨越式的进步，在各式各样的企业部门都有利用变频器对交流电机进行调速的系统。如今在各个自动化行业中，直流调速系统已经慢慢向交流电机调速系统方向发展。像各式各样的风机，泵类这样的大型耗电设备，利用变频器进行控制，可以使电能的使用量大大减少。在各个机械领域内，利用变频器技术，将会使这一领域有质的飞跃，是实现机电一体化不可或缺的一部分。在工业自动化生产中对调速系统的反应速度、稳定程度、性能的优良有着极高的要求。上到科技研发下到小型生产分类，各行各业都是将调速系统视为重中之重。尤其是军事、载具、金属冶炼、大型机械自动装置、石油提炼等工业生产中的作用是不可忽视的。调速系统的工艺流程极其复杂并且变化种类繁多，不确定性极高，所以对控制技术和控制理论的先进程度要求极高。PLC相当于一种工业控制计算机，是将电脑、自动化操控和远程操控结合起来的一种控制元器件。它结合他们优点于一身，抵抗外界干扰能力极强、性价比极高、稳定且不易损坏、程序编写简单、容易学习且上手使用方便。成为工业工程操作人员的首选，也因此PLC和变频器已经被各行各业生产与制造广泛应用起来。在调速系统运用极多的现代社会，变频器调速系统已经被认为是最方便、发展方向最广的调速方法之一。利用变频器对交流电机进行调速有两个主要目的；一是生产速度进行提高、质量进行提升、由半自动化设备生产向全自动化生产发展并且将生产所在的环境进行质量上的提升；二是减少能源消耗、降低成本将利益最大化。由于现在市场上的变频器种类繁多，用户可以根据应用场合和环境进行搭配使用。变频调速技术的概述变频调速技术的发展的大概情况起初，直流调速系统一直以来凭借着超强的控制能力、高稳定性、静音效果好等一些优良的性能，在传动范围内具有很高的地位。但由于时代和科技的发展，直流调速的的弊端也越来越明显。直流电机的一大特点就是换向器，它使得电机的维护起来相当困难，并且电机的容量、旋转速度和使用环境都受到了很大的限制。并且现在对电机的控制不仅仅是对它的启动和停止进行控制，现在要求对电机的转速、方向、转矩进行细致精确的控制。运用在自动化机械中能够达到预想的结果。在当今社会下，自动化控制越来越完善，电脑的控制能力越来越强大，集成电路发展的速度飞快，直流调速系统逐渐被交流系统进行取代。数字控制方式逐渐将模拟控制进行取代。所以交流电机的发展范围就越来越广泛，它的优点也越来越明显。例如：构造简单、运行稳定、维护方便、价格亲民等等。但是，交流电机控制起来要比直流电机控制来较为复杂，人们在很久以前就开始研究交流调速系统。在后来很长的一段时间内，电力电子器件的发展越来越新，智能功率集成电路的出现。使交流调速系统的发展速度猛增。交流调速系统的优势也得以体现。在各式各样的工业生产制造中得到了广泛的应用。它的电能节约效果显著，调速精确，适应环境能力强，现如今，交流调速已经逐渐将直流调速取代，已经在自动化控制领域内成为主要生产力。变频调速系统的概念变频调速技术是以改变电机供电电源频率和电压来实现对电机进行调速的一种技术。变频调速就是利用变频器对电机进行调速。变频器又叫做变频变压调速器。变频器的工作原理是运用电力半导体器件的接通和断开的作用，将工频电源转变成其他频率的电能进行控制的一种器件。变频器用的是一些大功率的电子器件作为功率元件，将单片机作为核心控制单元，利用SPWM正弦脉宽调制方式。直到20世纪80年代，因为电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展越来越广泛，才导致变频调速技术的出现。它的优点得到广泛认可，导致其他的调速方式大部分被它取代。变频调速的技术优点首先介绍变频调速系统的三大优点：首先节能效果显著。其次调速精准，响应速度快，产生的声音小，控制范围广。最后适用于各式各样的生产制造企业，适应环境广泛。其次变频调速技术的优良性能有具体以下几点：1.占用空间小，重量少。.2.自我保护功能完善，能够对自身进行故障检测，使得能够具有针对性的进行维护。3.操作起来简单容易上手，学习起来简单。4.内部功能齐全，可以适用于各式各样的行业生产制造需求。5.能够多设备连接，进行自动控制。6.软启动、软停机，拥有电流限定和转差补偿控制。7.功率因数高，节省电容补偿装置。变频调速系统的未来发展方向交流变频调速系统是强弱电混合，机械与电子结合起来的一种综合性较强的技术。不仅仅是对电能的处理转换，还要对进行信号的收集和传输。所以功率和控制是整个系统的两大技术应用。功率技术是要将高电压高电流进行转换和一些电子器件的运用。控制技术是对软件和硬件进行升级与开发。未来的发展方向：将变频器调速系统升级的更智能化，能够通过检测自身所处的环境，进行自主操作，无需认为干预。向全数字化控制方向发展，由于数字化控制方式严谨，不容易出错，对于复杂的操作控制能够精准的完成。向低消耗，高效率方向大力发展。变频调速技术已经在各式各样的产业中都有得到应用，由于这项技术的节能性好，效率高，更应对此技术进行广泛应用。我国要大力发展和升级这项技术，将这项技术推向一个新的高度，在能源节约的同时提高生产质量和效率，来获得更高的经济效益和社会效益。变频器的概述变频器的分类变频主要分为两个大类，一种是交—交变频器，另一种是交—直—交变频器。图1.1变频器分类图交—交变频器：将频率固定的交流电直接进行变换成可以调节的交流电源，适用于大容量速度低的系统。交—直—交变频器：先将固定的交流电整合成直流电，再由逆变电路，再将直流电逆变成可以调动的三相交流电。变频器的基本结构交—直—交变压变频器基本结构如图1.2。图1.2交—直—交变压变频器基本结构交—交变压器基本结构如图1.3。图1.3交-交变压器结构交—交变压器基本电路结构如图1.4。图1.4交-交变压器基本电路结构本次设计的主要任务首先根据本次设计的要求，需要对PLC、变频器以及交流电机的知识进行具体了解，对不同型号的器件的优缺点以及适应环境进行具体的认识和了解。在PLC、变频器和交流电机的使用基础上，将它们进行组合，组合出一套变频调速系统。本次设计有以下几项任务：任务一：学习PLC的使用方法，根据设计要求对梯形图做出一套合理的设计，学习PLC的工作原理。由于一项功能可以由多种梯形图编程方式表达成功。所以多尝试几种表达方式，将梯形图编程能够灵活运用。任务二：根据题目要求，对欧姆龙变频器需要进行深入地学习和了解，掌握它的使用方法和能够完成的功能。了解它每个参数所代表的功能。对它的优缺点以及适应环境进行全方面的掌握。任务三：对整个变频调速系统进行设计，然后进行组装。组装完成后，将最终设计好的梯形图下载到PLC中，然后按照题目设计八个段速对变频器的参数进行设置。最后将整个系统通电调试，完成最终八段速自动控制的设计成品。任务四：将这次设计成果，应用于一个合理的应用环境，能够最大化的提高工作效率。将其功能最大化的体现出来。设计内容本次研究基于PLCS7-200的OMRONSYSDRIVE3G3JV小型变频器调速系统。将现在应用最广泛的PLCS7-200和OMRONSYSDRIVE3G3JV小型变频器综合起来实施变频调速。首先通过程序设计与编写，将程序下载进PLCS7-200，再通过PLCS7-200控制OMRONSYSDRIVE3G3JV变频器，再经过3G3JV变频器对就收来的信号进行运算处理后再对电机的速度进行调控，随后将电机的转速反馈给变频器，然后转速频率由变频器直观的显示出来。经过对设计频率与实际频率的比较从而对程序以及变频器蚕食进行调试，PLCS7-200和OMRONSYSDRIVE3G3JV变频器作为整个系统的主要控制元器件，来完成主要的控制运算，变频器和交流电机作为整个系统的执行元器件。本章小结本章首先从PLC和变频器的优点以及国内外发展现状为线索，从多方面介绍了PLC和变频器的优点和使用情况。并且介绍了变频调速系统的如今发展情况，变频器调速系统的优点，以及变频调速系统的未来发展方向。详细解读了本次毕业设计所需要完成的任务和学习的知识内容。最后介绍了本次设计的内容，主要包括涉及硬件设备和设计初步内容。PLC选型及功能介绍PLC的结构部分及优质特点PLC的结构有一下部分1.PLC应用的电源在整个系统中PLC的应用电源占很重要的分量。要想整个系统能够顺利正常的工作，在整个系统中必须要拥有一个质量有保障并且稳定的电源。由于交流电压波动一般在百分之十到百分之十五的范围内，所以可以将PLC与交流电网直接连接在一起，不需要任何外界添加器件[1]。2.PLC的核心单元CPU是PLC的核心，是整个系统的主要控制单元。CPU按照PLC系统设计的程序对功能要求进行执行，将程序输入到电脑上并且进行编译和储存；对储存器、电源、I/O映像以及定时器的状态进行检查，并且将程序中带有错误语句的程序进行查找。当PLC完全开始运行开来的时候，第一步它利用扫描的方式将下载到PLC内的每一条程序都进行逐一识别，并且进行储存，第二步通过储存器对程序进行逐一读取，经过命令逐一翻译后，就按照设定的指令进行执行和运算，并且将其结果送入相对应的器件内。当所有的程序都执行过来以后，最后将储存起来的各对应输出状态发送到相对应的输出装置，按照此方式进行一周期一周期的运行，直到运行全部结束。近年来对大型PLC还运用双中央处理控制单元（CPU）构成冗余系统，或采用三个中央处理控制单元（CPU）的表决式系统。这样，就算是其中一个中央处理控制单元（CPU）出现故障，对整个系统的影响并不是很大，系统依旧能够运行。大大提高了PLC的可靠性与稳定性。储存器将系统软件进行储存的器件叫做：系统程序储存器。应用软件会被储存到用户程序储存器内[7]。4.接口电路介绍输入接口电路是由两种电路互相组合的，一种是光耦电路，另一种是数据输入接口电路，它是将PLC与现场控制的接口界面的数据输入通道进行连接的一种很有效果的方式。输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路的相互组合就建成了现场数据输出接口电路，被执行的元件数据输出的相应控制信号是由作用于PLC通过数据输出接口电路向现场发送的[6]。PLC的各项优点1.反应速度极快，超强的抗干扰性传统继电器由于触点接触不稳定，故障发生的次数和情况都很多。现如今市场上各式各样的PLC软件代替了大量继电器的使用，数据输入与输出使用的单个硬件在大幅度减少，需要使用线连接的接触点的数量更是比继电器使用的少的多，因此因为接触点连接不稳定造成的故障次数也大大减少。PLC由于稳定性极高在自动化设备中得到了广泛应用。PLC之所以稳定性极高，原因是它运用了现代化并且规模庞大的集成电路技术，生产工艺上更是层层严查，并且抗干扰技术在电路内部进行直接运用，所以稳定性极高。按照PLC的外部电路设计，PLC的系统的接线和接点比继电器少的多，就因为接点的大幅度减少使得故障的发生情况进行了很大一部分的降低。不仅如此，PLC还可以对自身系统与故障进行检测，即便是发生故障也可以第一时对系统发出警报进行提醒。在进行程序编写时，还可以将外部器件的自检程序进行写入，使整个系统都具备自我诊断和自我检测能力。这样使整个系统出现故障的概率也变得更低，即便出现故障也能很快解决，可靠性也大有提高。2.硬件配套齐全，功能优良且完善，适用范围广PLC延续发展至今，拥有各式各样的一系列产品，并且可以根据实际需求进行自定义搭配，将硬件进行合理化组合适应实际需求，应用者在各种系统配置中进行选择和搭配，组建成功能不尽相同、规模不尽相同的系统。现如今的PLC的安装接线方式很方便，只要将接线端子与外部进行连接就可以，没有任何相对较复杂的过程。在数字控制方向上适用范围也超级广泛。因为PLC对数据的运算也是非常快并且有效的。近年来PLC对功能的实现那是及其多样化的，在距离控制、温湿度控制、高度控制等各种工业制造生产控制中PLC是都有所应用的。由于PLC通信能力的增强及无线智能系统的发展越来越完善，PLC对于各式各样的系统都能够胜任，并且在操控上的准确特别高。3.学起来简单，用起来方便，受工程技术人员广泛欢迎PLC在自动化工业中运用的及其广泛，是现代化工业中不可获取的元器件。PLC接口连接简单，工程技术人员对程序语言能够读懂并且深入理解，PLC程序图的语言逻辑方式和继电器接线方式有相似之处，所以继电器能够实现的操控动作和功能，PLC只需要要使用少量的开关量与逻辑指令就可以实现。即使从没接触过PLC和语言编程的人也能够很容易将其学习明白，并且在一段时间内可以从事相关工作。系统的设计、安装、调试方便，维护简捷，改造范围广且容易。用PLC和继电器对同一复杂的控制系统进行设计，PLC所需要用的时间和精力都要比继电器少。PLC能够将外部设备接线数量减少的原因是：PLC利用数据储存取代了接线，使得全部系统设计起来变得及其简单，也将建造周期进行了很大一部分的缩减，并且对它维护的方法也变得极其简单。并且使同一设备仅仅对程序进行改变随后它的生产过程也会跟随改变。占用空间小，携带轻便，能量消耗低。PLC的工作性质及其原理PLC一般情况下分三个步骤进行工作，分别是程序的输入、程序扫描并执行和信号输出三个不同的阶段。三个步骤都完成为一周期，在整个运作行情况下，PLC的CPU按照一定的扫描速度对上面三个阶段进行重复扫描并且执行[8]。程序输入将编程好的程序下载到PLC内，PLC会对程序进行读取，将读取无误的程序PLC会将其进行储存，每个程序会存入到相对应的单元模块。程序输入完成后，后两步将逐一执行。程序扫描并执行程序扫描并执行这一步，PLC扫描的方式是固定的，都是按照由上到下依次进行扫描的。每扫描一条程序都会连同触电连接的线路进行仪一起扫描，扫描方式也是固定的，先扫描左边和上边然后向右和向下依次进行扫描，并且对触点连接的线路进行运算，然后通过结果，刷新储存区域的对应位置的状态；或者刷新映像区域内的对应状态[10]；或者决定是否执行程序给的特殊指令。程序运行的状态内，只对输入点映像区域内的状态和数据不会进行改变，对于输出点映像区域内和储存区域内的状态和数据都有可能会发生改变，然而靠前的程序，其运行程序结果会对后面的所有用到这些线圈或数据的程序有一定的作用；相反，后面的程序，其被刷新的逻辑只能到下一个扫描周期才能对前面的程序起作用[11]。信号输出所有程序扫描结束以后，PLC的核心就会对映像区域内的所有状态和数据进行刷新，这个阶段就是输出刷新阶段，刷新之后再通过输出电路把信号传输给外部设备，这样外部设备就会根据指令要就进行运转。这时候的输出指令，才是PLC的真正输出指令。PLC编程的具体介绍编程的主要步骤顺序输入与输出要求的确定第一步是根据整个系统控制的要求确定输入和输出的数量。第二步是确定控制的先后顺序、各器件之间相对应的关系以及它们之间做出来的各种各样的动作。将大部分器件进行排序。每一个输入和输出，还有所有器件都要有一个与其相对应的唯一的编号，编号之间并且不能重复和混用。编写控制系统所要求的程序。利用可编程控制器的编码将继电器梯形图转换成程序，完成梯形图转换后需要将编辑好的程序供编辑控制器进行识别，程序语言的组成部分有一下部分，分别为：地址、控制语言和数据。地址的作用是储存控制语句和数据的，控制语言是指挥可编辑控制器利用怎样的方式利用数据做出指令的利用编程方式将设计好的程序输入。将输入好的程序进行编译。测试控制程序查找错误并改正错误，反复修改尝试，直至程序无误。将完善好的控制程序进行保存。S7—200的通信方式与通信参数的设置详细介绍西门子PLCS7-200的通信方式西门子PLCS7-200有较强的通信功能，通信方式多种多样，用户可以根据自身需求进行选择。STEP7编程软可安装在运行Windows或WindowsNT操作系统的电脑上。(1)单主站方式单主站会按照自身需求与一个或者多个从站相连，STEP7每次会和一个CPU进行信号传递,但是它可以对网站上的所有CPU进行信号传递[15]。(2）多个主站方式通信网络中有主站并不是单一的和从站也是一个或者多数个。带CP通信卡的电脑和显示器、操作面板作为主站，CPU可以在从站与主站之间进行选择[14]。西门子PLCS7-200对于通信硬件的选择表2.1给出了STEP7支持的通信硬件和波特率，用户可以根据表2.1进行选择。表2.1STEP7-Micro/WIN32支持的硬件配置支持的硬件类型支持的波特率/Kbps支持的协议PC/PPI电缆到PC通信口的电缆联接器9.6，19.2PPI协议CP5511II型，PCMCIA卡9.6，19.2，187.5支持用于笔记本电脑的PPI，MPI和PROFIBUS协议CP5611PCI卡(版本3或更高)支持用于PC的PPI，MPI和PROFIBUS协议MPI集成在编程器中的PCISA卡表2.2PLC与模块的性能连接口支持的波特率/Kbps逻辑连接数支持的协议S7-200CPU口09.6K每个模块4个PPI，MPI和PROFIBUS协议口19.6K，19.2K，187.5KEM277PROFIBUS-DP模块每个CPU最多2块9.6K-12M每个模块6个MPI和PROFIBUS协议网络部件的详细介绍通信口的介绍西门子PLCS7-200CPU上的通信口与RS-485是兼容的，全部都是9针D型连接器，根据欧洲标准EN50170相符合[12]。分配方式如表2.3。表2.3S7-200CPU通信口引脚分配针PROFIBUS名称端口0/端口11屏蔽逻辑地224V返回逻辑地3RS-485信号BRS-485信号B4发送申请RTS(TTL)55V返回逻辑地6+5V+5V，100Ω串联电阻7+24V+24V8RS-485信号ARS-485信号A9不用10位协议选择连接器外壳屏蔽屏蔽选用合适的网络连接器如果设备足够多，西门子还专门设计出两种网络连接器，而且使用起来也是非常的简单这两种网络连接器的端子的共同特点就是都是可以进行拆卸的，两者的不同点就是在于端口的接口不同，一种只有与PLC连接的接口，另一种还有一个可以进行编程的接口。这两种网络连接器可以在网络偏置和终端偏置上进行合理选择，开关打开属于内部接线图，开关关闭属于未接终端电阻，接在网络端部的连接器上的开关应处于打开状态[9]。电缆的使用PC/PPI电缆可以将PLC的CPU和RS-232的标准设备进行通信，PC/PPI电缆有两种类型：隔离型与非隔离型表2.4是PC/PPI电缆各个引脚的定义。表2.4RS-485至RS-232DTE连接器引脚RS-485连接器引脚RS-232DTE连接器引脚引脚号信号说明引脚号信号说明1地(RS-485逻辑地)1数据载波检测(DCD）(不用)224V(RS-485逻辑地)2接收数据(RD，输入到PC/PPI电缆)3信号B(RxD/TxD+)3发送数据(TD，从PC/PPI电缆输出)4RTS(TTL电平)4数据终端就绪(DTR，不用)5地(RS-485逻辑地)5地(RS-232逻辑地)6+5V(带100Ω串联电阻)6数据设置就绪(DSR，不用)724V电源7申请发送(RTS，PC/PPI电缆输出)8信号A(RxD/TxD-)8清除发送(CTS，不用)9协议选择9振铃指示器(RI，不用)对电脑所需要的通讯所用的接口进行设置打开“设置PG/PC接口”窗口，电脑上会出现新的窗口。一种电缆电缆只能选择运用相对应的一种协议：通信协议选择完成以后，鼠标单击对话框中的“属性”按钮，就会弹出新的窗口，在新窗口内完成参数的设置。对于设置电缆的PPI参数：在使用电缆的情况下，在窗口内鼠标单击“属性”，这时电缆的属性窗口就会打开。在进行通信的情况下，多主站PPI协议是STEP7的默认设置。此协议允许STEP7与其他主站在网络中共同做为主站。在属性窗口内选择多主站网络，就可以对这部分模块进行启动，默认情况下为单主站协议。本章总结通过本章节对西门子PLCS7-200的了解和STEP7的使用方法的认识，基本上对该设计的程序有所掌握，根据要求对程序的初步设计已经有所发展，也对STEP7软件的适用环境及使用方法有初步的认识。也对STEP7如何将程序下载到PLC当中有所掌握。欧姆龙3G3JV变频器欧姆龙3G3JV产品介绍3G3JV系列小型变频器是由欧姆龙公司制作的，具有独特的设计结构，操作简单快捷，实现功能齐全。由于3G3JV变频器一般在低功率环境下工作，所以在很多机械设备都有被应用到，例如：产品包装、自动换电子机械、产品制造机械等多种工业机械设备，3G3JV变频器由于传入传出接点的功能性特别多，为了使操控方式更加简单便捷，利用这些优点是最好的办法。此外3G3JV变频器的输入输出点的多种功能不仅仅只有这点用途，还有很多别的用途，在实现远程控制时间的方面上，它的操控方式是特别简单的。只需要将具有智能功能的端口设置成上下键命令，就可以对远处电机的转速或者方向进行控制调节。具体应用时，将智能输入端子S4、S5设定为上下键输入端，利用触点信号将其闭合，这样就可以利用变频器实现对电机的增速或者减速进行控制，利用PLC或按钮来控制增速或者减速[2]。这个变频器还在保护功能和使用寿命时长上采取了一些有效措施。过电流保护、过电压保护、失速保护等这些方式都是变频器的普遍保护功能[4]，将保护电路制作在控制线路板上是大部分变频器的一贯做法，然而欧姆龙3G3JV变频器是将过电流保护，过电压保护控制在功率驱动模块放置在一起[3]，将会缩短一大部分信号所需要传输的距离，这样保护电路反映的速度得到增长，使得变频器的使用寿命大大增长。在维护变频器的方面上，元器件老化是变频器损坏的主要原因之一，其中最令人感到可惜的一项原因是，由于变频器的散热风扇寿命比较短造成的，变频器在上电的时候散热风扇就跟随开始运作，风扇的使用寿命到达期限的时候，风扇严重损坏无法再进行后期工作，使得其余的主要工作元器件温度高于其正常工作的温度状态，使其由于高温被烧毁，并且由于修复起来麻烦修复费用过高，修复的意义价值不高。根据上面描述可知，决定一个变频寿命长短，大部分取决于散热风扇寿命的长短。然而欧姆龙3G3JV变频器在设计生产过程中特别注重了这个问题，设计成了将变频器驱动电机运转时散热风扇才开始转动，这样可以使得散热风扇的寿命大大增长，也就使得变频器的寿命也就跟随变长。欧姆龙变频器3G3JV的基本结构图3.1变频器基本结构欧姆龙3G3JV外部标准接线图图3.2变频器标准外部接线图变频器参数的设置方式1.格式化设定方式（1）将参数写入禁止选择和参数初始化(n01)设定为“1”使得n01至n79均可以设定[5]。（2）电机额定电流(n32)，设定为电机上所写的额定电流值。2.参数的写入禁止选择和参数初始化n01的设定为了使变频的参数全部都可以设定，需要将n01设为“1”，这样n01至n79全部能够设定。表3.1变频器初始化设定设定值内 容0可设定和参数n01。n02～n79只可做参照1可设定和参照n01～n096只可清除异常内容的记忆82线式控制的初始化（恢复到出厂设定）93线式控制的初始化设定n32（电机的额定电流）设定电机的额定电流，做为电机过载检出的基准电流表3.2电机的额定电流设定常数NO名称设计范围设定单位出厂设定n32电机额定电流0.0～变频器额定输出电流的120％0.1A视容量不同出厂设定值设定是根据每个变频器的最大适应电机容量的一般额定电流时设定[13]V/F模式的参数设定以及设定范围表3.3V/F模式(n09－n15）的设定常数NO名称设定范围设定单位出厂设定n09最高频率（FMAX）50～400(Hz)0.1(HZ)60n10最大电压（VMAX）1～255［1～510V1V200［400］n11最大电压频率（FA）0．2～400(Hz)0.1Hz60.0n12中间输出频率（FB）0．1～399(Hz)0.1Hz1.5n13中间输出频率电压（VC）1～255［1～510V1V12n14最低输出频率（FMIN）0．1～10.0(Hz)0.1Hz1.5n15最低输出频率电压(VMIN）1～50［1～100V］1V12现场远程模式的选择3G3JV变频器模式有两种运行模式，分别是远程和现场表3.4变频器两种运行模式运行模式基本考虑内容远程控制需要接受上一级的控制信号，并按其要求运转时采用本地模式运行指令：可以通过运转指令n02来设定频率指令：可以通过频率指令n03来设定本地控制为方便与变频器相连部分进行排查，要求变频器可独立运转时采用本模式运行指令：通过控制台RUNSTOP/RESET控制频率指令：通过控制台数据设定或频率按钮来设定设定频率表3.5频率指令和微调指令的设定（n21～n28，n29）常数NO名称设定范围单位设置出厂设定n21频率指令10.0-最高频率0.1（HZ）6.0n21频率指令20n23频率指令30n24频率指令40n25频率指令50n26频率指令60n27频率指令70n28频率指令80n29微调频率指令96.0表3.6多段速指令与关系频率频率指令1×××频率指令2○××频率指令3×○×频率指令4○○×频率指令5××○频率指令6○×○频率指令7×○○频率指令8○○○多段速指令1（设定值：6）多段速指令2（设定值：7）多段速指令3（设定值：8）如果只需要使用指令1到指令4的话，那么指令3就可以不去设定．像对于不去设定的指令，那么这段指令就是处于关闭状态。变频器的参数设定设定变频器基本运行参数表3.7变频器基本运行参数设定参数名称参数号设定值最高频率PMAXn0950.0（HZ）最低频率PMINn141.5（HZ）加速时间1n1610.0（0.1s）减速时间1n1710.0（0.1s）频率指令1n215（HZ）频率指令2n2210（HZ）频率指令3n2315（HZ）频率指令4n2420（HZ）频率指令5n2550（HZ）频率指令6n2640（HZ）频率指令7n2730（HZ）频率指令8n282（HZ）多段速指令2（输入端子s3）n377多段速指令3（输入端子s4）n388多段速指令1（输入端子s5）n399多段速指令和频率指令的关系表3.8频率和指令关系多段速指令123输入端子频率指令s5s3s410002100301041105001610170118111本章小结通过本章对欧姆龙3G3JV变频器的认识与了解，能过对其适用的环境有所认识。并且对本次设计要求需要进行的参数设置基本上有初步的设计。通过图与表格的结合，对变频器的使用方法以及参数指令之间的关系基本有所掌握。PLC与变频器接线及PLC程序设计PLC与变频器的连接PLC与变频器连接图图4.1PLC与变频器连接图PLC端口与变频器的连接1.对于PLC的端口对变频器有影响的只有Q3,Q4,Q5。2.启动按钮SB1摁下，Q3,Q4,Q5输出信号为0,0,0，这时电动机处于第一阶段速度。根据PLC程序的设置经过10秒后，Q3,Q4,Q5输出信号改变为0,0,1，这时电动机处于第二阶段速度。一次类推0,1,0为第三段速度；0,1,1为第四段速；1,0,0为第五段速；1,0,1为第六段速；1,1,0为第七段速；1,1,1为第八段速。3.摁下SB1，电机停止转动。PLC的I/O口分配按照设计要求进行I/O口分配，I/O口分配如表4.1所示。表4.1PLCI/O分配类别元件端子作用输入SB1I0.0启动按钮SB2I0.1停止按钮输出变频器输入端子S1Q4.0正转变频器输入端子S2Q4.1反转变频器输入端子S3Q4.2多段速指令2变频器输入端子S4Q4.3多段速指令3变频器输入端子S5Q4.4多段速指令1PLC程序设计按照本次要求设计的PLC程序图图4.1程序图本章小结按照图所示的接线方式，将PLC，变频器和电机进行实体连接，通过对实物的认识，使对整个系统的认识更加直观。对各个接线点的输入与输出更加了解。将PLC初步程序输入进STEP7软件中，对其进行编译，编译无误后将其进行下载到PLC，这个过程能让我们更加熟悉对软件的使用方式。组态王软件的介绍组态软件组态是随着集散型控制系统的出现才开始被广泛应用，也渐渐被自动化技术的人员所运用。在自动化工业不断的发展更新的情况下，电脑比以前的传统系统的优势更加突出，由于电脑技术的发展速度越来越快，各式各样的技术也越来越成熟，用电脑制作工业系统需要用的成本比较低；电脑的软件和硬件资源都比较丰富，软件之间的互相操作的联系性都比较强；利用电脑的控制系统进行学习和使用都比较容易。组态在电脑向自动化工业控制方向发展中具有很高的地位建立组态的过程绘制硬件图形和连接对设备进行确定建造新的数据库动画效果的构建与建造对构建好的组态系统运行并且调试新组态工程的构建新组态王工程的构建，第一步先将工程目录进行选择。启动组态王软件，单击“新建”弹出图5.1图5.1新建工程单击“下一步”，弹出“新建工程二”图5.2。图5.2新建工程项目二在工程路径文本框中输入一个能用的工程路径，或单击“浏览”按钮，在弹出的路径选择窗口中选择一个能用的路径。单击“下一步”继续。弹出“新建工程三”如图5.3所示。图5.3新建工程项目三在工程名称栏里输入工程名称，并填写工程描述。单击“完成”弹出下一个窗口。图5.4.图5.4新对话框单击“是”，新建的工程就成为了组态王的当前工程。用组态王绘制仿真图打开组态王软件，可以在软件上进行各种各样硬件绘制，和实现动态效果。绘制组态系统的步骤：步骤一：建立一个新的文件夹建立一个新的工程，单击“新建”。弹出窗口如图5.5。图5.5新建工程对画面名称进行创建，然后单击“确定”，弹出图5.6。图5.6组态王开发系统步骤二：在系统中的工具箱中选择图形形状，绘制系统图5.7。图5.7绘制图形画面步骤三：将画面进行保存。定义PLC本次设计运用PLC和组态王通信，PLC连接在电脑的COM1口。选择工程浏览器左侧大纲项“设备\COM1”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，运行“设备配置向一导”，如图5.8图5.8设备配置向导一寻找并且选择“PPI”然后点击下一步，弹出窗口“设备配置向二导”，如图5.9图5.9设备配置向导二外部设备名称设为PLC。单击“下一步”，弹出窗口5.10图5.10向导三将COM1设为设备连接串口，单击“下一步”，弹出“向导四”，如窗口5.11.图5.11向导四设PLC地址为2，单击“下一步”，弹出“向五导”，如图5.12。图5.12向导五单击“下一步”，弹出“向导六”窗口，如图5.13。图5.13向导六确认无误后单击“完成”。设备定义完成后，就可以对设置好的页面进行操控观察。观察结果与预想结果是否一致。然后进行调试。系统的调试与修改前面几章对各个器件都有详细的介绍，本章将对PLC程序进行检测和变频器参数是否准确进行排查，确保整个系统能够达到预期的要求。最后将会对整个系统进行整体调试。使本次设计能够完美实现预期设计结果。PLC程序的调试将初步设计的程序输入进STEP7。将输入好的程序进行编译，并且查看错误。如果编译有误，对错误程序进行查找并进行改正，直至编译无误。图6.1最终程序图Fig.6.1finalprocedurechart变频器的参数设置将变频器进行初始化设置。按照电机的规格，设置单机参数并进行储存。根据设计要求进行八个段速设置，根据表6.2进行设置。表6.2转速参数设置参数名称参数号设定值最高频率PMAXn0950.0（HZ）最低频率PMINn141.5（HZ）加速时间1n1610.0（0.1s）减速时间1n1710.0（0.1s）频率指令1n215（HZ）频率指令2n2210（HZ）频率指令3n2315（HZ）频率指令4n2420（HZ）频率指令5n2550（HZ）频率指令6n2640（HZ）频率指令7n2730（HZ）频率指令8n282（HZ）多段速指令2（输入端子s3）n377多段速指令3（输入端子s4）n388多段速指令1（输入端子s5）n399系统调试运行调试步骤1.将设计好的电路图检查无误后，进行连接。2.将变频器设置在PRGM模式，然后将各项参数进行准确无误的设定。3.在计算机上利用STEP7将软件进行编程，编译无误后，将程序下载到PLC中。4.确认一切无误后，按下SB1,观察电动机运行速度的改变与预计是否一致，按下SB2，电机是否停止运动。5.运行结束后，将数据进行整理。调试过程中的问题与改正方式摁下SB1时电机并没有像预期那样顺利的转动起来，首先我们对连接的线路进行检查，发现线路连接正确，端口连接无误。然后对变频器模式和参数进行检查，发现变频器的最高频率设置没有保存，为了在改的途中再有错误，我们将变频器进行初始化，将所有参数一步步进行重新设置，确保无误后进行保存。再次打开电源进行运行。发现电机可以正常运行，但是发现电机变速的时间跟预期设计的时间不对应，因为时间控制是通过PLC改变的，所以需要对PLC的程序进行检查，发现定时器里的时间设置有问题，因为单位问题，我们要将预计时间与计时器单位进行换算。经过再次改正以后，对系统进行第三次运行，这次发现系统能够运行并且达到预期效果。但是由于设备过于老旧，整个系统的误差还是存在的。不过误差都在预期范围以内。本章小结本章对整个设计的软硬件分别进行了调试，调试时发现了很多没有想到的问题，通过查阅相关资料、询问导师与学长，经过调试基本了所有问题。最终电动机能够准确地自动在八个段速之间转变，与预期效果基本相同。展望与总结设计展望这次的设计，在工业中的应用范围特别广泛，通过实际考虑，在工业的复杂环境中，尤其像高温，需要远距离操控的环境。本次设计依旧对这些环境有着相应的不适用。在高温或者需要远距离操控的话，外部接线就需要具有高耐温性和抗腐蚀性，但是由于外部接线的承受能力有限，并且承受能力越高的造价就越高，如果接线有损坏的话对于维修和更换都是一项难题。对于这个问题本人有一些不成熟的设计概念，由于现在无线技术的发展情况趋于成熟，而且5G时代的到来，我们可以将这些器件的实线连接利用无线模块之间的信号传输方式进行连接，或者采用现代的5G网络进行云操控。由于5G网络具有高稳定性、高速度性和使用寿命长等优良性质。并且很大一部分的减少了维修所需要用的时间。即便是有故障也能对其进行第一时间的警报和排除。维修起来也是简单方便只需要对有所损害的模块进行更换