PLC控制变频器调速系统实训电气10-43-班

1、第一章 实训内容及PLC初步了解1.1 实训要求1.确定控制方案，选择PLC和变频器。2.画出电气控制线路原理图。3.设计程序4.完成PLC控制系统梯形图软件及其语句表的编制任务。5.在实验室条件下，通过试验调试初步验证其程序的正确性。1.2 实训任务和目的1.了解PLC控制变频调速系统。2.了解S7-200系列CPU加MM440变频器参数设置。3.了解电气控制系统设计的基本原则、内容与一般步骤。4.掌握PLC控制变频调速系统调试基本过程及方法。 1.3 系统控制要求1.变频调速器受010V输入电压控制；0V输出频率为0HZ，对应同步转速为0 r/min；5V输出频率为50HZ，对应同步转速为

2、1500 r/min；10V输出频率为100HZ，对应同步转速为3000 r/min；输入电压与输出频率按线性关系变化。 2.要求输出转速按函数变化，请编写梯形图控制程序，并完成调试。图1-1 转速与时间的函数关系3.改变输出转速时间的变化函数，重复上述过程. 1.4 PLC简介 1.4.1 PLC的基本概念 国际电工委员会对PLC做了定义为“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器机器有

3、关设备，都应该按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其能力的原则设计”。从上述定义可以看出，PLC是一种用于程序来改变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种各样的控制能力外，还有与其他计算机通行联网的功能。1.4.2 PLC的基本结构PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。PLC的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。PLC主要由CPU模块、I/O模块、变成装置和电源组成。根据硬件结构的不同，可以将PLC分为整体式、模块式和混合式。整体式PLC又叫做单元式或箱体式，他的体积小、价格低、小型PLC一般采用整体结构。模块式PLC一般用于大、中型PLC，它由机架和模块组成。 （1

4、）输入部件 输入部件是PLC与工业生产现场被控对象之间的连接部件，是现场信号进入PLC的桥梁。该部件接收由主令元件、检测元件来的信号。 （2）输出部件 输出部件也是PLC与现场设备之间的连接部件，其功能是控制现场设备进行工作(如电机的启、停、正/反转，阀门的开、关，设备的转动、移动、升降等)。对于PLC，希望它能直接驱动执行元件，如电磁阀、微电机、接触器、灯和音响等，因此，输出部件中的输出级常是一些大功率器件，如机械触点式继电器、无触点交流开关(如双向可控硅)及直流开关(如晶体三极管)等。 （3）CPU模块 CPU模块主要有微处理器和存储器组成。在PLC控制系统中CPU模块相当于人的大脑和心脏

5、，他不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来存储程序和数据。 （4）I/O模块 输入模块和输出模块简称I/O模块，他们相当于人的眼、耳、手、脚，是联系外部设备和CPU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号，开关量输入模块用来接受从按钮、选择开关、数字拨号开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流电压信号。 （5）编程器 编程器用来生成用户程序，并用它来编辑、检查、修改用户程序，监视用户程序的执行情况。手持式编程器不能直接接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器，它的体积小，价格便宜，一般用来

6、给小型PLC编程，或者用于现场调试和维护。 （6）电源 PLC使用AC 220V电源或DC 24V电源。内部开关电源为各模块提供不同电压等级的直流电源。小型PLC可以为输入电路和外部的电子传感器提供DC 24V电源，驱动PLC负载的直流电源一般有用户提供。 1.4.3 PLC的工作原理 PLC通电后，需要对硬件和软件做一些初始化工作。为了使PLC的输出及时地响应各种输入信号，初始化后PLC要反复不停地分段处理各种不同的任务，这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。 1、初始化过程：与其它单片机运行一样，上电运行或复位时进行处理 （1）硬件初始化，复位输出输入模块，清零 （2）清除数据区 （

7、3）输出输入地址分配 2、扫描过程 （1）扫描输入，将输入口状态读入至输入口映像区 （2）时钟处理，特殊寄存器更新 （3）执行用户程序 （4）输出，将输出口映像区输出至输出端口刷新 （5）自诊断检查 3、出错处理 检查PLC内部电路 CPU、电池电压、程序存储器、I/O、通讯异常致命错误，CPU强制STOP方式，所有扫描停止。第二章 总体设计方案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。2.1 控制系统的I/0点图2.1 控制系统I/0分配图2.2选择机型

8、本次设计采用西门子S7-200系列PLC进行控制，从以上分析可以知道，该系统只需开关量输入点2个，模拟量输出点1个。参照西门子S7-200产品目录及市场实际价格，选用主机为CPU224XP(2个模拟量输入，1个模拟量输出)，本系统变频器采用西门子MM440通用变频器。2.3系统控制结构 由PLC和变频器组成的控制系统，开关量输入端由两输入，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0Hz，对应同步转速为0r/min; 5V输出频率为50Hz，对应同步转速为1500r/min; 7.5V输出频率为75HZ,对应同步转速为2250r/min;10

9、V输出频率为100Hz，对应同步转速为3000r/min。 第三章 硬件部分设计3.1 系统主电路图图2-1系统主电路图3.2 系统控制电路图图2-2系统控制电路图3.3 系统外围接线图图2-3外围接线图3.6 输出规格图3-1输出规格图如果设置值超过下面提供的规定，将发生输出设置错误，并将输出有输出保持功能规定的输出量。根据设计要求选取输出范围:010 V.3.2 标度变换输出范围:010V所对应的十进制数为:0000032000标度变换公式：V=AIWO/32003.3 变频器参数设置表 图3-2变频器参数设置图第4章 软件部分设计4.1 设计步骤(1) 使用PLC的两个输入点I0.0和I

10、0.1分别作为系统的启动和停止信号的输入点；(2) 使用PLC的一个模拟量输出点AQWO作为使电机正转启动的输出信号，接到MM440变频器的AIN1+，AIN1-端子上；(3) 调节变频器使其输出频率受模拟量输入电压控制；(4) 然后编制输出按时间函数循环的梯形图程序；(5) 最后调试并运行。4.2 系统流程框图图2-4系统流程框图4.3程序的主体（1） 初始化变量及判断按键和锁定相应的状态位（2） 0-25秒上升子程序（3） 25-35秒平衡子程序（4） 35-40秒下降子程序（5） 40-60秒平衡子程序（6） 60-65秒下降子程序（7） 有循环位时启动下一次循环子程序（8） 外部电压给

11、定子程序4.4控制程序4.4.1初始化变量及判断按键和锁定相应的状态位网络1每次按键都复位LD I0.0O I0.1O I0.2O I0.3MOVW 0, VW0AENOMOVW VW0, AQW0网络2 每次按键都清除中间状态LD I0.0O I0.1O I0.2O I0.3R M0.0, 8R Q0.0, 6R M1.0, 8R M2.0, 8网络3单环电压输出状态锁定LD I0.0O M0.0AN I0.1AN I0.2AN I0.3= M0.0= Q0.0网络4循环电压输出状态锁定LD I0.1O M0.1AN I0.0AN I0.2AN I0.3= M0.1= Q0.1网络5切断所有

12、状态LD I0.2O M0.2O M1.6AN I0.1AN I0.0AN I0.3= M0.2网络6外部电压输出状态锁定LD I0.3O M0.3AN I0.1AN I0.2AN I0.0= M0.3= Q0.2网络7 单环或循环电压上升锁定LD I0.0O I0.1O M1.6AN M2.0AN M2.1AN M2.2= M0.5网络8单环或循环电压平衡锁定LD M0.5O M2.0LD M0.0O M0.1ALDAN M1.7AN M0.6AN M0.7= M2.0= Q0.3网络9单环或循环电压下降锁定LD M0.6O M2.1 /M0.6和M2.1同时触发电路LDN M2.6 /M2

13、.6用于空闲保持电路A M2.7OLDLD M0.0O M0.1 /程序工作条件ALDAN M2.6AN M1.7AN M0.5AN M0.7 /程序动作的互锁以及用于切除程序工作= M2.1= Q0.4 / 驱动状态显示网络10LD M0.7O M2.2O M2.6 /M0.7，M02.2 M2.6用于触发和锁定程序工作。LD M0.0O M0.1 /程序工作的条件（在M0.0或M0.1有效的情况下工作）ALDAN M0.6AN M1.7AN M2.7AN M0.5 /程序动作的互锁以及用于切除程序工作= M2.2= Q0.5 / 驱动状态显示4.4.2 0-25秒上升子程序网络11LD M

14、0.0O M0.1AN M1.0TON T32, 1网络12LD M0.0O M0.1A T32= M1.0 /网络11和网络12程序内部的电压上升频率的设定网络13LD M0.0O M0.1 /程序工作条件（电压单环或电压循环输出）A M2.0 /程序工作条件（在电压上升时刻）A M1.0 / 引入电压动作频率+I 20, VW0 /电压上升每次改变20数字量AENO /上一步执行正确做下一步MOVW VW0, AQW0 /将电压送给模拟输出口网络14LD M0.0O M0.1 /程序工作条件（电压单环或电压循环输出）A M2.0 /程序工作条件（在电压上升时刻）AW= VW0, 23000

15、 / 将现在的电压值和设定值比较当电压值大于设定是动作= M0.6= M3.7= M2.4 /输出各个控制量4.4.3 25-35秒平衡子程序网络15/第一次电压平衡工作副状态锁定LD M2.4O M3.1AN M3.4= M3.1 /第一次电压平衡工作副状态锁定网络16/电压平衡时间定时LD M0.0O M0.1A M2.1A M3.1TON T38, 70网络17定时时间到后输出各个控制状态LD M0.0O M0.1A T38= M0.7= M3.4网络18 切除电压平衡副状态锁定第一次电压下降副装态LD M3.4O M3.2AN M3.6= M3.24.4.4 35-40秒下降子程序网络

16、19 第一次电压下降LD M0.0O M0.1A M2.2A M1.0A M3.2 /程序工作条件-I 20, VW0AENO /电压下降幅度MOVW VW0, AQW0 /电压及时的送给模拟输出端口网络20 电压比较LD M0.0O M0.1AN M2.6A M2.2A M3.2 程序工作条件AW VW0, 7750 /电压最低值比较= M2.7= M3.6= M2.5 /状态输出4.4.5 40-60 秒平衡子程序网络21 切除电压下降副状态锁定第二次电压平衡副装态LD M2.5O M3.0AN M3.5= M3.0网络22 电压平衡定时LD M0.0O M0.1A M2.1A M3.0T

17、ON T39, 70网络23 定时时间到后输出各个控制状态LD M0.0O M0.1A M2.1A T39= M2.6= M3.5./用于启动负状态锁定4.4.6 60-65秒下降子程序网络24 切除电压平衡副状态锁定第二次电压下降副装态LD M3.5O M3.3AN M2.4= M3.3网络25 ，电压下降幅度控制LD M0.0O M0.1A M2.2A M3.3A M1.0 /程序工作条件-I 10, VW0AENO /电压下降幅度MOVW VW0, AQW0 /电压及时送给模拟输出端口网络26 /电压比较LD M0.0O M0.1A M2.2A M3.3AW VW0, 0 /电压与0比较

18、输出状态= M1.7 /用于切断电压单环工作的各个状态，用于启动电压循环工作的下一次循环4.4.7 有循环位时启动下一次循环子程序网络27LD M1.7O M1.6A M0.1AN M0.5= M1.6 、/启动二次循环的条件4.4.8 外部电压给定子程序网络28LD M0.3A SM0.6 /数据传送频率MOVW AIW0, AQW04.5 控制程序T形图 第五章 调试过程及结果5.1 调试过程1. 先将PLC程序传入S7PLC中，连接外部连线和按键以及各个状态指示灯。2. 按下启动按钮，然后用万用表测模拟量I/0模块的两点间的电压，看是否按照规定曲线运行，如果运行正确则证明PLC部分调试成

19、功。3. 在各个时刻切换各种状态观察状态指示灯以及电压输出情况。（1）程序调试输入系统程序编译无误后下载到 PLC。 运行系统观察系统是否正常运行， 修改程序使系统能正常运行。运行后用万用表和秒表记录 PLC 模拟输出，修改程序参数使系统达到控制要求。运行整个系统观察变频器的频率输出。由于多种误差的存在程序的计算参数和实际的输出有误差， 表 5-1 为调试后系统程序的参数。该参数是电压精度提高，时间精度要求降低的条件下得到的。表 5-1 系统调试后所得程序参数波形阶段增量运算器时间长度T0-T125ADD19400msT1-T2无无10000msT2-T333ADD10000msT3-T4无无

20、20000msT4-T516SUB10000ms（2） 实验数据。表 5-2 为调试过程中对图 1-1 中所标各点电压和时间数据的记录。表 5-2 各转折点电压和时间的数据转折点T0T1T2T3T4T5时间 S0194OO30000400006000070000电压 V07.57.52.52.50（3） 修改参数观察波形将程序中的参数改为表 5-3 中的参数，记录和分析输出的数据。表 5-3 程序参数波形阶段增量运算器时间长度T0-T13ADD200sT1-T2无无100sT2-T34ADD100sT3-T4无无200sT4-T52SUB200s将程序修改后通过数据记录发现， 电压在增加或减小的过程中比未修改前要缓慢，即电压时间曲线的斜率减小了。5.2 调试结果系统按照给定的时间函数连续循环运行，如图所示，由此说明系统设计合理可靠，此设计完全符合设计要求。图5-1调试结果第6章 元件清单元件名称CPU224按钮开关EM2