PLC课程设计 -基于PLC的交流电机变频调速系统

1、目 录 1 绪 论.1 1.1 课题的背景 .1 1.1.1 电机的起源和发展 .1 1.1.2 变频调速技术的发展和应用 .2 1.2 本文设计的主要内容 .3 2 变频调速系统的方案确定.4 2.1 变频调速系统 .4 2.1.1 三相交流异步电动机的结构和工作原理 .4 2.1.2 变频调速原理 .4 2.1.3 变频调速的基本控制方式 .5 2.2 系统的控制要求 .6 2.3 方案的确定 .6 2.3.1 电动机的选择 .6 2.3.2 开环控制的选择 .7 2.3.3 变频器的选择 .7 4 变频调速系统的硬件设计.8 4.1 S7-200 PLC .8 4.2 MICROMAST

2、ER420 变频器 .8 4.3 外部电路设计 .9 4.3.1 变频开环调速 .9 4.3.2 数字量方式多段速控制 .11 4.3.3 PLC、触摸屏及变频器通信控制 .12 5 变频调速系统的软件设计.14 5.1 编程软件的介绍 .14 5.2 变频调速系统程序设计 .15 6 触摸屏的设计.23 6.1 触摸屏的介绍 .23 6.2 MT500 系列触摸屏.25 6.3 触摸屏的设计过程 .26 6.3.1 计算机和触摸屏的通信 .26 6.3.2 窗口界面的设计 .27 6.3.3 触摸屏工程的下载 .31 7 PLC 系统的抗干扰设计 .33 7.1 变频器的干扰源.33 7.2

3、 干扰信号的传播方式 .33 7.3 主要抗干扰措施.34 7.3.1 电源抗干扰措施 .34 7.3.2 硬件滤波及软件抗干扰措施 .34 7.3.3 接地抗干扰措施 .34 结 论.36 致 谢.37 参考文献.38 绪 论 课题的背景课题的背景 最先制成电动机的人是德国的雅可比，在两个 u 型电磁铁中间，装一六臂轮， 每臂带两根棒型磁铁。通电后，棒型磁铁与 u 型磁铁之间产生相互吸引和排斥作用 ，带动轮轴转动。后来，雅可比做了一具大型的装置安在小艇上，用 320 个丹尼尔 电池供电，1838 年小艇在易北河上首次航行，时速只有 2.2 公里，与此同时，美国 的达文波特也成功地制出了驱动印

4、刷机的电动机，印刷过美国电学期刑电磁和机 械情报 ，但这两种电动机都没有多大商业价值，用电池作电源，成本太大、不实用。 直到第一台实用直流发动机问世 ，电动机被广泛应用。1870 年比利时工程师格 拉姆发明了直流发电机，在设计上，直流发电机和电动机很相似。后来，格拉姆证 明向直流发动机输入电流，其转子会象电动机一样旋转。于是，这种格拉姆型电动 机大量制造出来，效率也不断提高。与此同时，西门子开始着手研究由电动机驱动 的车辆，于是西门子公司制成了世界电车。1879 年，在柏林工业展览会上，西门子 公司不冒烟的电车赢得观众的一片喝彩。西门子电机车当时只有 3 马力，后来美国 发明大王爱迪生试验的电

5、机车已达 1215 马力，但当时的电动机全是直流电机，只 限于驱动电车。 1888 年南斯拉夫出生的美国发明家特斯拉发明了交流电动机。它是根据电磁感 应原理制成，又称感应电动机，这种电动机结构简单，使用交流电，无需整流，无 火花，因此被广泛应用于工业的家庭电器中，交流电动机通常用三相交流供电。 1902 年瑞典工程师丹尼尔森首先提出同步电动机构想。同步电动机工作原理同 感应电动机一样，由定子产生旋转磁场，转速固定不变，不受负载影响。因此同步 电动机特别适用于钟表，电唱机和磁带录音机。 当今世界，电机的发展已成为衡量一个国家现代化程度的标志之一。近二十年 来，科学技术突飞猛进。随着电力电子技术、

6、计算机技术和控制理论发展，电机调 速技术得到迅速发展，使得电机的应用不再局限于工业应用而且在商业及家用设备 等各个领域获得更加广泛的应用；而随着新材料如稀土永磁材料 Nd-Fe-B、磁性复 合材料的出现，更给电机设计插上翅膀，各种新型、高效、特种电机层出不穷。这 些都极大地丰富了电机理论，拓宽了电机的应用领域，同时也给电机设计和制造工 艺提出更高的要求。 变频技术是近年来国际家电领域全面开发和应用的一项高新技术，它采用新型 变频器，将 50Hz 的固定供电频率转换为 30-130Hz 的变化频率，实现电动机运转频 率的自动调节，达到节能和提高效率的目的。 上个世纪 80 年代初，变频器实现了商

7、品化。在近 20 年的时间内，经历了由模 拟控制到全数字控制和由采用 BJT 到采用 IGBT 两个大发展过程。 80 年代初采用的 BJT 的 PWM 变频器实现了通用化。到了 90 年代初，BJT 通 用变频器的容量达到了 600KVA,400KVA 以下。前几年主开关器件开始采用 IGBT，仅三、四年的时间，IGBT 变频器的单机容量己达 800IVA，随着 IGBT 容量 的扩大，通用变频器的容量也将随之扩大。 变频器主电路中功率电路的模块化，控制电路采用大规模集成电路和全数字控 制技术，结构设计上采用“平面安装技术”等一系列措施，促进了变频电源装置的小 型化。另外，一种混合式功率集成

8、器件，采用厚薄膜混合集成技术，把功率电桥、 驱动电路、检测电路、保护电路等封装在一起，构成了一种“智能电力模块”这种器 件属于绝缘金属基底结构，所以防电磁干扰能力强，保护电路和检测电路与功率开 关间的距离尽可能的小，因而保护迅速且可靠，传感信号也十分迅速。 电力电子器件和控制技术的不断进步，使变频器向多功能化和高性能化方向发 展。特别是微机的应用，为变频器多功能化和高性能化提供了可靠的保证。 人们总结了交流调速电气传动控制的大量实践经验，并不断融入软件功能。日 益丰富的软件功能使通用变频器的多功能化和高性能化为用户提供了一种可能，即 可以把原有生产机械的工艺水平“升级”，达到以往无法达到的境界

9、，使其变成一种 具有高度软件控制功能的新机种。 目前出现了一类“多控制方式”通用变频器。例如安川公司的 VS616G5 变频器 就有:无 PG(速度传感器)V/f 控制:有 PG V/f 控制:无 PG 矢量控制:有 PG 矢量控制等 四种控制方式。通过控制面板，可以控制上述四种控制方式中的一种，以满足用户 的需要。 通用变频器经历了模拟控制、数字控制、数模混合控制，直到全数字控制的演 变，逐步地实现了多功能化和高性能化，进而使之对各类生产机械、各类生产工艺 的适应性不断增强。最初通用变频器仅用于风机、泵类负载的节能调速和化纤工业 中高速缠绕的多机协调运行等，到目前为止，其应用领域得到了相当的

10、扩展。如搬 运机械，从反抗性负载的搬运车辆、带式运输机到位能负载的起重机、提升机、立 体仓库、立体停车厂等都已采用了通用变频器。各类切削机床直到高速磨床乃至数 控机床、加工中心超高速伺服机的精确位置控制都己应用通用变频器。 本系统是通过可编程控制器控制三相交流异步电动机的调速功能。具体内容如 下： 在理论研究的基础上，对变频调速系统进行总体方案的设计。 对变频调速系统进行硬件设计，包括变频器参数的设置、变频开环调速、多 段速控制以及触摸屏通信方式的设计。 在硬件设计的基础上，对变频调速系统进行软件设计，包括程序的编写和分 析。 实现调速系统的触摸屏设计。 采用良好的抗干措施使系统更具稳定性。

11、第一章 变频调速系统的方案确定 1.11.1 变频调速系统变频调速系统 1.1.11.1.1 三相交流异步电动机的结构和工作原理三相交流异步电动机的结构和工作原理 三相交流异步电动机是把电能转换成机械能的设备。一般电动机主要由两部分 组成：固定部分称为定子，旋转部分称为转子。三相交流异步电动机的工作原理是 建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律和电磁力定律等基础上的。当磁极沿 顺时针方向旋转，磁极的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。电动势的 方向由右手定则来确定。因为运动是相对的，假如磁极不动，转子导条沿逆时针方 向旋转，则导条中同样也能感应出电动势来。在电动势的作用下，闭合的导条中

12、就 产生电流。该电流与旋转磁极的磁场相互作用，而使转子导条受到电磁力，电磁力 的方向可用左手定则确定。由电磁力进而产生电磁转矩，转子就转动起来。 1.1.21.1.2 变频调速原理变频调速原理 变频器可以分为四个部分，如图 1.1 所示。 通用变频器由主电路和控制回路组成。给异步电动机提供调压调频电源的电力 变换部分，称为主电路。主电路包括整流器、中间直流环节（又称平波回路） 、逆变 器。 整流器平波电路逆变器M 控制电路 图 1.1 变频器简化结构图 整流器。它的作用是把工频电源变换成直流电源。 平波回路（中间直流环节） 。由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负 载。无论电动机处于电动状态

13、还是发电状态，起始功率因数总不会等于 1。因此， 在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换，这种无功能量要靠中间直流 环节的储能元件电容器或电感器来缓冲，所以中间直流环节实际上是中间储能环 节。 逆变器。与整流器的作用相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交 流功率。逆变器的结构形式是利用 6 个半导体开关器件组成的三相桥式逆变器电路。 通过有规律的控制逆变器中主开关的导通和断开，可以得到任意频率的三相交流输 出波形。 控制回路。控制回路常由运算电路，检测电路，控制信号的输入、输出电路， 驱动电路和制动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制，对整流器的 电压控制，以及完成各种

14、保护功能。控制方式有模拟控制或数字控制。 1.1.31.1.3 变频调速的基本控制方式变频调速的基本控制方式 普通控制型 V/f 通用变频器 普通控制型 V/f 通用变频器是转速开环控制，无需速度传感器，控制电路比 较简单；电动机选择通用标准异步电动机，因此其通用性比较强，性价比比较高， 是目前通用变频器产品中使用较多的一种控制方式。 具有恒定磁通功能的 V/f 通用变频器 为了克服普通控制型的 V/f 通用变频器对 V/f 的值进行调整的困难，如果采用 磁通反馈，让异步电动机所输入的三相正弦电流在空间产生圆形旋转磁场，那么就 会产生恒定的电磁转矩。这样的控制方法叫做磁链跟踪控制。由于磁链的轨

15、迹是靠 电压相加矢量得到的，所以磁链跟踪控制也叫做电压空间矢量控制。 矢量控制方式 矢量控制方式的基本思想是：仿照直流电动机的调速特点，使异步交流电动机 的转速也能通过控制两个互相独立的直流磁场进行调节。矢量控制方式分为无速度 传感器的矢量控制和有速度传感器的转速或转矩闭环矢量控制。 无速度传感器的矢量控制。它是对异步电动机进行单电动机传动的典型模式。 主要性能是：在 1：10 的速度范围内。速度精度小于 0.5%，转速上升时间小于 100ms；在额定功率 10%的范围内，采用电流闭环控制的转速开环控制。工作模式 可采用软件功能选择。当工作频率高于额定频率的 10%时，进入矢量控制状态。转 速

16、的实际值可以利用由微型机支持的对异步电动机进行模拟的仿真模型来计算。 有速度传感器的转速或转矩闭环矢量控制。这种方式的主要特征更是：在速度 设定值的全范围内，转矩上升时间大约为 15ms，速度设定范围大于 1：100；对于 闭环控制而言，转速上升时间不大于 60ms。 1.21.2 系统的控制要求系统的控制要求 本系统的结构如图 1.2 所示。 图 1.2 系统的结构图 由图 1.2 可知，本文通过 PLC 控制变频器达到变频调速的目的，从而实现交流 电机的正反转、起停、加速、减速控制以及速度的调节，并且能够在在触摸屏上进 行操作，控制电机调速。 1.31.3 方案的确定方案的确定 1.3.1

17、1.3.1 电动机的选择电动机的选择 在变频电机中，电动机类型选择的原则是，在满足工作机械对于拖动系统要求 的前提下，所选电动机应尽可能结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉。因此， 在选用电动机种类时，若机械工作对拖动系统无过高要求，应优先选用交流电动机。 在交流电动机中，笼型异步电动机结构简单，运行最可靠，维护最方便，对起 动性能无过高要求的调速系统，应优先考虑。在电机工作中起动、制动比较频繁， 为提高生产率，又要求电动机具有较大的起动、制动转矩以缩短起动制动时间，同 PLC 控制信号 触摸屏 变频器 M - 时还有一定的调速要求，所以本设计采用笼型异步电动机，其参数为： 型号：WDJ26

18、； 电压：380V； 接法：角接； 转速：1430r/min; 功率：40W； 电流：0.2A； 频率：50HZ； 绝缘等级：E。 1.3.21.3.2 开环控制的开环控制的选择选择 开环控制是最简单的一种控制方式，他所具有的特点是，控制量与被控制量之 间只有前向通路而没有反向通路。这种控制方式的特点是控制作用的传递具有单向 性。由于开环控制结构简单，调整方便，成本低。在国民经济各部门均有采用。因 此，本系统采用开环控制系统。 1.3.31.3.3 变频器的选择变频器的选择 随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速己应用到许多领域，由于变频调 速的诸多优点，使得交流变频调速得到广泛应用。其功能

19、较强，使用灵活，但其价 格相对较贵。所以我选用了通用变频器，通过合理的配置、设计和编程，同样可以 达到专用变频器的控制效果。 本设计采用的变频器是西门子公司面向世界推出的 21 世纪通用型变频器 MM420。它可实现平稳操作和精确控制，使电动机达到理想输出，这种变频器不仅 考虑了 V/f 控制，而且还实现了矢量控制，通过其本身的自动调谐功能与无速度传 感器电流矢量控制，很容易得到高起动转矩与较高的调速范围。 MM420 变频器的特点如下： 包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化。 有丰富的内藏与选择功能。 由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、体积小。 保护功能完善、维修性能好。 通

20、过 LCD 操作装置，可提高操作性能。 第二章 变频调速系统的硬件设计 2.12.1 S7-200S7-200 PLCPLC 本系统选用的是西门子公司生产的 SIMATIC S7-200 系列小型 PLC，可用于代 替继电器的简单控制场合，也可用于复杂的自动化控制系统。由于它极强的的通信 功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥其功能。 S7-200 的可靠性高，可以用梯形图语句表功能块图三种语言来编程。它的指 令丰富，指令功能强，易于掌握，操作方便，内置有高速计数器、高速输出、PID 控制器、RS-485 通信/编程接口、PPI 通信协议、MPI 通信协议和自由端口模式通信 功能，最大可以扩展

21、到 248 点数字量 I/O 或 35 路模拟量 I/O，最多有 30 多 KB 的程 序和数据存储空间。 2.22.2 MicroMaster420MicroMaster420 变频器变频器 本系统采用的是通用变频器 MicroMaster420，MicroMaster420 是全新一代模块 化设计的多功能标准变频器。它有强大的通讯能力、精确的控制性能、模块化结构 设计，具有更多的灵活性，操作方便。最新的 IGBT 技术，具有 7 个固定频率，4 个 跳转频率。灵活的斜坡函数发生器带有起始段和结束段的平滑特性，防止运行中不 应有的跳闸，直流制动和复合制动方式提高制动性能。用 BiCo 技术，

22、实现 I/O 端口 自由连接。MICROMASTER420 是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列，从 单相电源电压额定功率 120W 到三相电源电压额定功率 11KW 可供选用，由微处理 器控制，用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为功率输出器件。 因此，具有很高的运行可靠性和功能的多样性。其脉冲宽度调制的开关频率是可选 的，因而降低了电动机运行的噪声，全面完善的保护功能为变频器和电动机提供了 良好的保护。MICROMASTER420 具有缺省的工厂设置参数，它是给数量众多的简 单的电动机控制系统供电的理想变频驱动装置。由于 MICROMASTER420 具有全面 而完

23、善的控制功能，在设置相关参数以后，它也可用于更高级的电动机控制系统。 2.32.3 外部电路设计外部电路设计 本系统主要完成异步电机三种调速，由于变频器参数设置的不同，调速方式也 有所不同，分别为变频开环调速、数字量方式多段速控制和 PLC 触摸屏及变频器通 信控制。 2.3.12.3.1 变频开环调速变频开环调速 变频开环调速根据输入端的控制信号经过程序运算后由通信端口控制变频器运 行。打开启动开关，变频器开始运行。 首先应对变频器的参数进行设置，如表 2.1 所示。 表 2.1 变频器的参数设置 序号序号变频器参数变频器参数出厂值出厂值设定值设定值功能说明功能说明 1P0304230380

24、 电动机的额定电压( 380V ) 2P03053.250.35 电动机的额定电流( 0.35A ) 3P03070.750.06 电动机的额定功率( 60W ) 4P031050.0050.00 电动机的额定频率( 50Hz ) 5P031101430 电动机的额定转速( 1430 r/min ) 6P100023 固定频率设定 7P108000 电动机的最小频率( 0Hz ) 8P10825050.00 电动机的最大频率( 50Hz ) 9P11201010 斜坡上升时间( 10S ) 10P11211010 斜坡下降时间( 10S ) 11P070022 选择命令源（ 由端子排输入 ）

25、12P0701117 固定频率设值（二进制编码选择+ON 命令） 13P07021217 固定频率设值（二进制编码选择+ON 命令） 14P0703917 固定频率设值（二进制编码选择+ON 命令） 15P10010.005.00 固定频率 1 16P10025.0010.00 固定频率 2 17P100310.0020.00 固定频率 3 18P100415.0025.00 固定频率 4 19P100520.0030.0 固定频率 5 20P100625.0040.00 固定频率 6 21P100730.0050.00 固定频率 7 其中：在设置参数前先将变频器参数复位为工厂的缺省设定值；设

26、定 P0003=2 允许访问扩展参数；设定电机参数时先设定 P0010=1(快速调试),电机参数设置完成 设 P0010=0(准备)。 根据系统分析，需要九个输入量，输出端由三-八通信线实现 其 I/O 分配如表 4.2 所示。 表 2.2 系统的 I/O 分配 序号序号PLCPLC 地址（地址（PLCPLC 端子）端子） 电气符号电气符号 （面板端子）（面板端子） 功能说明功能说明 1I0.0 启动开关变频器开始运行 2I0.1 停止开关变频器停止运行 3I0.2 急停开关变频器紧急停止 4I0.3 复位开关变频器错误复位 5I0.4 反转开关变频器反转运行 6I0.5 减速开关变频器减速运

27、行 7I0.6 加速开关变频器加速运行 8I0.7 全速开关变频器全速运行 9I1.0 归零开关变频器频率归零 变频开环调速外部接线如图 2.3 所示。 图 2.3 变频开环调速外部接线图 2.3.22.3.2 数字量方式多段速控制数字量方式多段速控制 在 MM420 变频器通过数字量的输入 DIN1、DIN2、DIN3 不同的组合方式可实 现七种不同的输出频率，从而实现多段速的控制。变频器的参数设置如表 4.4 所示。 表 4.4 变频器的参数设置 序号序号变频器参数变频器参数出厂值出厂值设定值设定值功能说明功能说明 32P070022 选择命令源（ 由端子排输入 ） 33P0701117

28、固定频率设值（二进制编码选择+ON 命令） 34P07021217 固定频率设值（二进制编码选择+ON 命令） 35P0703917 固定频率设值（二进制编码选择+ON 命令） 36P10010.005.00 固定频率 1 37P10025.0010.00 固定频率 2 38P100310.0020.00 固定频率 3 39P100415.0025.00 固定频率 4 40P100520.0030.0 固定频率 5 41P100625.0040.00 固定频率 6 42P100730.0050.00 固定频率 7 输入输出分配如表 2.5 所示。 表 2.5 系统的 I/O 分配 序号序号PL

29、CPLC 地址（地址（PLCPLC 端子）端子） 电气符号电气符号 （面板端子）（面板端子） 1I0.0K1 2I0.1K2 3I0.2K3 4I0.3K4 5Q0.0DIN1 6Q0.1DIN2 7Q0.2DIN3 数字量方式多段速控制外部接线如图 2.6 所示。 图 4.6 外部接线图 图 2.6 数字量方式多段速控制外部接线图 由图 2.6 可知通过切断开关的通断来控制 PLC 输出点 Q0.0、Q0.1、Q0.2 的不同 组合来控制变频器的不同的频率。 2.3.32.3.3 PLCPLC、触摸屏及变频器通信控制、触摸屏及变频器通信控制 此部分主要是能够在触摸屏上进行操作，通过通信方式对

30、 PLC 进行控制，实现 电机的速度调节。变频器参数设置如表 4.7 所示 表 2.7 变频器的参数设置 序号序号变频器参数变频器参数出厂值出厂值设定值设定值功能说明功能说明 1P0304230380 电动机的额定电压( 380V ) 2P03053.250.35 电动机的额定电流( 0.35A ) 3P03070.750.06 电动机的额定功率( 60W ) 4P031050.0050.00 电动机的额定频率( 50Hz ) 5P031101430 电动机的额定转速( 1430 r/min ) 6P100023 固定频率设定 7P108000 电动机的最小频率( 0Hz ) 8P108250

31、50.00 电动机的最大频率( 50Hz ) 9P11201010 斜坡上升时间( 10S ) 10P11211010 斜坡下降时间( 10S ) 11P070022 选择命令源（ 由端子排输入 ） 12P0701117 固定频率设值（二进制编码选择+ON 命 令） 13P07021217 固定频率设值（二进制编码选择+ON 命 令） 14P0703917 固定频率设值（二进制编码选择+ON 命 令） 触摸屏及变频器通信控制外部接线如图 4.8 所示 图 2-8 触摸屏及变频器通信控制外部接线图 第三章 变频调速系统的软件设计 3.13.1 编程软件的介绍编程软件的介绍 本系统采用的编程软件是

32、 STEP7 MicroWIN,该编程软件可以方便的在 Windows 环境下对 PLC 编程、调试、监控。使得 PLC 编程更加方便、快捷。 项目的组成 程序块 程序块由可执行的代码和注释组成，可执行的代码由主程序(OB1)、可选的子程 序和中断程序组成。代码被编译并下载到 PLC。 数据块 数据块由数据(变量存储器的初始值)和注释组成。数据被编译并下载到 PLC。 系统块 系统块用来设置系统的参数，例如存储器的断电保持范围密码 STOP 模式时 PLC 的输出状态模拟量与数字量输入滤波值脉冲捕捉位等，系统模块中的信息需要 下载到 PLC。 符号表 符号表允许程序员用符号来代替存储器的地址，

33、符号地址便于记忆，使程序更 容易理解。程序编译下载到 PLC 时，所有符号地址被转换为绝对地址，符号表中的 信息不会下载到 PLC。 状态表 状态表用来观察程序执行时指定的内部变量的状态，状态表并不下载到 PLC， 仅仅是监控用户程序运行情况的一种工具。 交叉引用表 交叉引用表列举出程序中使用的各操作数在哪一个程序块的哪一个网络中出现， 以及使用它们的指令助记符。还可以查看哪些内存区域已经被使用，是作为单位使 用还是作为字节使用。在运行模式下编译程序时，可以查看程序当前正 在使用的跳变触点的编号。交叉引用表并不下载到 PLC，程序编译成功后才能 看到交叉引用表的内容。在交叉引用表中双击某操作数

34、，可以显示出包含该操作数 的那一部分程序。 3.23.2 变频调速系统程序设计变频调速系统程序设计 基于 PLC 数字量方式多段速控制 程序分析 本系统主要是通过 I0.0 控制系统的启动 I0.1、I0.2、I0.3 的通断来控制输出 Q0.0、Q0.1、0.2 的组合方式，经过调试得到以下的控制结果，如表所示。 表表 3.13.1 系统输出指令表系统输出指令表 K1K2K3输出频率 OFFOFFOFFOFF ONOFFOFF固定频率 1 OFFONOFF固定频率 2 ONONOFF固定频率 3 OFFOFFON固定频率 4 ONOFFON固定频率 5 OFFONON固定频率 6 ONONO

35、N固定频率 7 基于 PLC 通信方式变频开环调速 程序分析 由上边的程序可知在实现通信的过程中使用了 USS 指令如图 5.2 所示。 图图 3.23.2 USSUSS 指令图指令图 USS_INIT 指令:被用于启用和初始化或禁止 MicroMaster 驱动器通讯。在使用 任何其他 USS 协议指令之前，必须先执行 USS_INIT 指令，才能继续执行下一条指令。 EN：输入打开时，在每次扫描时执行该指令。仅限为通讯状态的每次改动执行 一次 USS_INIT 指令。使用边缘检测指令，以脉冲方式打开 EN 输入。欲改动初始化 参数，执行一条新 USS_INIT 指令。 MODE（模式）:输

36、入值 1 时将端口 0 分配给 USS 协议，并启用该协议；输入值 0 时将端口 0 分配给 PPI，并禁止 USS 协议。 BAUD（波特率）：将波特率设为 1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600 或。 ACTIVE（激活）表示激活的驱动器。 按启动按扭 I0.0 变频器启动，电机开始运行。变频器在运行的时候按开关 I0.6，变频器提高运行频率电机转速加快。按动减速开关 I0.5，变频器降低运行频 率转速降低。按动反转开关 I0.4，变频器先停止运行，再反方向运行。按停止开关 I0.1，变频器惯性停止。变频器在出现错误时，按复位开关 I0.3，清除错误信号

37、， 变频器重新运行。 PLC 触摸屏及变频器通信控制 第四章 触摸屏的设计 4.14.1 触摸屏的介绍触摸屏的介绍 随着多媒体信息查询的与日俱增，人们越来越多地谈到触摸屏，因为触摸屏作 为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然而且又适用于中国多媒 体信息查询国情的输入设备。触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于 交流等许多优点。利用这种技术，只要用手指轻轻地指碰计算机显示屏上的图符或 文字就能实现对主机操作，从而使人机交互更为直截了当。触摸屏在我国的应用范 围非常广阔，主要有公共信息的查询，如电信局、税务局、银行、电力等部门的业 务查询；城市街头的信息查询；此外还可广泛应用

38、于领导办公、工业控制、军事指 挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。 从技术原理来区别触摸屏，可分为五个基本种类：矢量压力传感技术触摸屏、 电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏。其 中矢量压力传感技术触摸屏已退出历史舞台。触摸屏红外屏价格低廉，但其外框易 碎，容易产生光干扰，曲面情况下失真；电容屏设计理论好，但其图象失真问题很 难得到根本解决；电阻屏的定位准确，但其价格颇高，且怕刮易损。表面声波触摸 屏解决了以往触摸屏的各种缺陷，清晰抗暴，适于各种场合，缺憾是屏表面的水滴、 尘土会使触摸屏变的迟钝，甚至不工作。 触摸屏具有以下几方面的特点： 操作简便

39、:：只需手指清触电脑屏幕上的有关部门按钮，便可进入信息世界， 有关信息可包括文字、动画、音乐、录象、游戏等。 界面友好： 顾客无需了解电脑的专业知识、便可清楚明白电脑屏幕上的所 有信息、提示、指令，其界面适合各层次、各年龄的广大客户。 信息丰富：信息存储量几乎不受限制，任何复杂的数据信息，都可纳入多媒 体系统，而且信息种类丰富，可以达到视听皆备，多变的展示效果令人振奋。 响应迅速：系统采用尖端技术，对大容量数据查询，响应速度也是一指即来， 不用费神等待，真正达到“奔腾”的速度。 安全可靠:长时间连续运行，对系统无任何影响，系统稳定可靠，正常操作 不会出错、死机；维护容易,系统包括一个与演示系统

40、界面完全相同的管理维护系统， 可方便地对数据内容进行增、删、改等管理操作。 扩充性好具有良好的扩充性，可随时增加系统内容和数据，并为今后的联网、 多数据库的操作等提供方便。 动态联网系统可根据用户需要，建立各种网络连接，例如与电信营业网、电 信帐务网联接，动态查询电话受理进程及个人电话帐单，亦可与企业内部 INTEANET、INTERNET 互联网联接。 目前国内在触摸技术发展方面主要是应用在整机技术上。1996 年，太古公司推 出了拥有自主产权的触摸查询一体机 KIOSK，成为国内第一家、全球第 13 家 KIOSK 制造商。随后触摸产品厂商也纷纷推出了各自的触摸查询一体机，各自拥有 造型工

41、艺。 技术的发展也包括应用软件技术的成熟。触摸查询离不开触摸查询软件，太古 公司开发出国内第一个触摸浏览软件 TouchWeb，这使得国内的触摸行业不再仅仅 停留在搬箱子的角色上。而且随着应用软件方面的进步，相继推出了公共信息查询 系统和金融、邮政、城市信息港摸信息终端 KIOSK 应用系统等，也使得触摸产品的 应用范围从简单的查询扩大到集查询业务上网于一体，行业范围从公共事业、政府 到事业单位、一般企业，甚至个人的掌上电脑，都是触摸产品的天地。 在价格方面的进步主要来自于触摸屏技术和触摸软件的发展。由于目前各类屏 各具优缺点，应用范围、应用规模俱受制约，用户可能只考虑使用的方便及寿命， 生产

42、商们却必须不断推陈出新，将更高性能更低价格的产品供应给用户。新的技术 产生需要大量的积累，改造原有技术是目前的主流。就象红外屏的新生一样，声波 屏的改进已经有了一个可喜景象，由于声波屏能产生对压力的感受，无形中增加了 控制手段，对屏功能的扩展十分有利，应用范围因此大大拓展。成熟的软件会使用 户享受到两种优点：功能完善和低廉价格。随着产品在各行业应用市场的推进，对 行业应用的理解不断强化，系统将越来越合体，而价格由于投入的递减将下降。 4.24.2 MT500MT500 系列触摸屏系列触摸屏 MT500系列触摸屏是专门面向PLC应用的，它不同于一些简单的仪表式或其它 的一些简单的控制PLC的设备

43、，其功能非常强大，使用非常方便，非常适合现代工 业越来越庞大的工作量及功能的需求。日益成为现代工业必不可少的设备之一。 MT500系列触摸屏继承一般的人机所拥有的功能： 指示灯(PLC I/O显示、内部节点显示、多段指示灯等) 开关 (位状态型开关、多段开关、切换窗口开关等) 各种动态图表 (棒图、仪表、移动元件、趋势图等) 数据显示 (数值显示、ASCII显示、文字显示等) 数据输入 (数值输入、ASCII输入、文字输入等) 异常报警 (报警显示、跑马灯显示、事件显示等) 静态显示 (直线、圆、矩形、文字等) MT500系列还提供了许多如下特有的功能： 可以同时开启6个弹出窗口。 可以拥有和

44、WINDOWS系列操作系统一样的任务栏和快选窗口工作按钮。 利用工作按钮可以呼叫快选窗口，可在快选窗口放置要经常显示的元件或直 接切换窗口的开关。也可定义其它窗口(窗口101999均可)为快选窗口，然后利用切 换快选窗口功能键来切换快选窗口。 可在弹出窗口中放置窗口控制功能键，使弹出窗口可以最小(大)化，及任意 移动窗口。 新增留言板功能，可更改笔的粗细，颜色，并可使用橡皮擦功能等。 方便易用而又强大的在线模拟和离线模拟功能，使繁杂的程序设计变的轻松 有效，并可节约大量的工程调试时间。 256色显示方式使触摸屏的表达更加丰富多彩，效果胜人一筹。 方便快捷的主从连接方式使多台触摸屏的互连通信简单

45、易行，稳定可靠而又 效率出众。 强大的32位RISC处理器的应用使MT500拥有更快的处理速度。 和绝大多数主流PLC的直接连接使MT500拥有更广阔的市场和应用。 简但单易用而又功能强大的EasyBuilder500组态软件使用户能以最快的速度 掌握其设计方法，并设计出一流的作品。 4.34.3 触摸屏的触摸屏的设计过程设计过程 4.3.14.3.1 计算机和触摸屏的通信计算机和触摸屏的通信 触摸屏、计算机及 PLC 通信 本系统采用触摸屏实现电机速度调节，需要对其参数的设置，如图 4.1 所示。 图 4.1 系统通信图 由图6.1可知，MT500上的PCRS-232口连接到计算机，由于PC

46、RS-232和 PLCRS-485共用一个COM口，在调试过程中使用MT5_PC电缆连接线，该连接线把 共用的COM口分成两个独立的COM口使用.。MT500上的PCRS-485或PLCRS-232 口可连接到PLC，同时要确保指拨开关全拨到“OFF”位置。 参数设置 本系统触摸屏软件选用的MT500，应需对软件进行参数设置。其参数设置如图6.2 所示 图4.2 触摸屏参数设置框图 由图4.2可知参数设置如下： 通信口选择：通信口是指计算机和触摸屏相连接的计算机的串口。本系统选择 COM1。 通信口速率选择：在下载或上传时决定计算机和触摸屏之间的数据传输速率， 本系统选择bps。其它参数设置为

47、默认。 4.3.24.3.2 窗口界面的设计窗口界面的设计 窗口属性的设置 在创建窗口前首先对窗口属性进行设置，本系统的如图 6.3 所示。 图 4.3 窗口属性的设置 由图 4.3 可知本系统参数设置为： 窗口名称：变频电机调速 窗口编号：10 大小：宽度 640，高度 480 安全等级：Lowest 背景 颜色 黑，模板样式 黑，模板颜色 蓝 弹出窗口类型：跟随 登陆界面 本系统的登陆界面设置如图 4.4 所示。 图 4.4 登陆界面图 在登陆界面中点击“三相交流异步电动机变频调速系统”可进入主界面。 主界面 在主界面中设置了系统介绍、帮助、返回一系列功能键，便于对系统的操作。 主界面设置

48、如图 4.5 所示。 图 4.5 主界面 由图 4.5 可知主界面由三部分组成：运行界面、帮助界面、系统介绍界面。其 具体设置如下： 运行界面 运行界面如图 4.6 所示。 图 4.6 运行界面图 此界面是系统的核心部分，可通过此界面能够实现对电机的正反转及速度控制 的要求。在触摸屏上点击启动按键，变频器开始启动运行。点击加速按键，变频器 开始加速运行。点击减速按键，变频器开始减速运行。点击停止按键，变频器停止 运行。 在运行界面中需要对元件进行地址的设置，以便实现 PLC 与触摸屏的通信， 其地址参数设置如图 4.7 所示。 图 4.7 功能键的地址分配图 系统介绍界面 系统介绍界面如图 4

49、.8 所示。 图 4.8 系统介绍图 帮助界面如图 4.9 所示。 图 4.9 帮助界面图 在每个界面中都设置返回键以便回到控制界面。 4.3.34.3.3 触摸屏工程的下载触摸屏工程的下载 设计好变频调速系统的界面以后，经过编译对系统进行下载，如图 4.10 所示。 下载完毕以后将触摸屏重新复位，切换到变频调速系统的登陆界面。整个变频调速 系统就可以在触摸屏上运行了。 图 4.10 触摸屏下载图 第五章 PLC 系统的抗干扰设计 5.15.1 变频器的干扰变频器的干扰源源 在变频器的输入输出电路中，除较低次的谐波成分外，还有许多频率很高的谐 波电流，这些电流除了增加输入侧的无功功率，降低功率

50、因数以外，还将以各种方 式把自己的能量传播出去，形成对其他设备的干扰信号，严重的甚至使某些设备无 法正常工作。 变频器干扰其他设备的根本原因是因为输入和输出电流中具有高次谐波成分。 变频器的输入电流中具有很大的高次谐波成分，这些高次谐波电流除了影响功率因 数外，也可能对其他设备进行干扰。由于绝大多数逆变桥都采用 SPWM 调制方式， 其输出电压为输出占空比按正弦规律分布的系列矩形波。又由于电动机定子绕组的 电感性质，其定子电流十分接近正弦波，但其中与载波频率相等的谐波分量仍较大。 5.25.2 干扰信号的传播方式干扰信号的传播方式 电路传导方式 通过电源网络传播。这时变频器输入电流干扰信号的主

51、要传播方式。 通过漏电流传播。这是变频器输出侧干扰信号的主要传播方式。 感应耦合方式 电磁感应方式。这是电流干扰信号的主要传播方式。由于变频器的输入电流 与输出电流中的高频成分要产生高频磁场，该磁场的高频磁力线穿过其他设备的控 制线路而产生感应干扰电源。 静电感应方式。这是电压干扰信号的主要传播方式。是变频器输出的高频电 压波通过线路的分布电容传播给主电路。 空中辐射方式 频率很高的谐波分量具有向空中辐射电磁波的能力，从而多其他设备形成干扰。 5.35.3 主要抗干扰措施主要抗干扰措施 5.3.15.3.1 电源抗干扰措施电源抗干扰措施 在 PLC 控制系统中，电源占有极重要的地位。电网干扰串

52、入 PLC 控制系统主 要通过 PLC 系统的供电电源（如 CPU 电源、I/O 电源等）、变送器供电电源与 PLC 系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。现在，对于 PLC 系统供 电的电源，一般都采用隔离性能较好电源，而对于变送器供电的电源和 PLC 系统有 直接电气连接的仪表的供电电源，并没受到足够的重视，虽然采取了一定的隔离措 施，但普遍还不够，主要是使用的隔离变压器分布参数大，抑制干扰能力差，经电 源耦合而串入共模干扰、差模干扰。所以，对于变送器和共用信号仪表供电应选择 分布电容小、抑制带大（如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术）的配电器，以减少 PLC 系统的干扰。此外，为保证

53、电网馈点不中断，可采用在线式不间断供电电源供 电，提高供电的安全可靠性。并且 UPS 还具有较强的干扰隔离性能，是一种 PLC 控制系统的理想电源。 5.3.25.3.2 硬件滤波及软件抗干扰措施硬件滤波及软件抗干扰措施 信号在接入计算机前，在信号线与地间并接电容，以减少共模干扰；在信号两 极间加装滤波器可减少差模干扰。由于电磁干扰的复杂性，要根本消除迎接干扰影 响是不可能的，因此在 PLC 控制系统的软件设计和组态时，还应在软件方面进行抗 干扰处理，进一步提高系统的可靠性。常用的一些措施：数字滤波和工频整形采样， 可有效消除周期性干扰；定时校正参考点电位，并采用动态零点，可有效防止电位 漂移；