基于PLC的变频调速系统

1、摘要能源工业作为国民经济的基础，对于社会、经济的发展和人民生活水平的提高都极为重要。在高速增长的经济环境下，中国能源工业面临经济增长与环境保护的双重压力。目前，国内变频调速系统的研究非常活跃，但是在产业化方面还不是很理想，市场的大部分还是被国外公司所占据。因此，为了加快国内变频调速系统的发展，就需要对国际变频调速技术的发展趋势和国内的市场需求有一个全面的了解，深入研究变频调速系统的发展。设计出系统稳定，调整精度高，调整时间快的变频调速系统，对现今工业设计和工业生产的发展有很大帮助。本次设计介绍了一种基于PLC的变频器调速系统。将现在应用最广泛的PLC和变频器综合起来,主要功能实现了:变压变频调

2、速,电机的正反转，加减速以及快速制动等。该系统必须具备以下三个主体部分：控制运算部分、执行和反馈部分。控制运算主要由PLC和变频器来完成；执行元件为变频器和电机；反馈部分主要为速度反馈。通过设定交流调速系统的转速传输到PLC，PLC根据设定的转速通过模拟量输出模块，输出模拟信号控制变频器的输出频率，控制交流电机调速控制。变频器的转向由正/反转开关进行控制。交流调速系统的转速由测速发电机转换为相应的转速模拟信号,输入模拟量的输入模块，模拟量输入模块产生的数字信号送入PLC。由开环/闭环开关控制系统在开环或闭环状态下运行。当交流调速系统设定为开环运行时，检测到的转速信号PLC不进行处理，直接进行显

3、示；当交流调速系统设定为闭环运行时，光电编码器将检测到的转速信号一方面由PLC与设定转速信号进行运算处理，处理过的信号送去控制变频器，另一方面将数据实时显示。关键词：PLC 变频器 PID控制AbstractEnergy industry as the foundation of the national economy, for the development of society and economy and the improvement of peoples living standard is very important. The rapid development of Chi

4、nese economy environment, the energy industry faced with economic growth and environmental protection dual pressures. At present, the domestic study of variable frequency speed regulation system is very active, but the industrialization is not very ideal, market much still occupied by foreign compan

5、ies. Therefore, in order to accelerate the development of domestic variable frequency speed regulation system, they need to international variable-frequency regulating speed technology development tendency and the domestic market demand have a comprehensive understanding of variable frequency speed

6、regulation system, further study of the development. Design the system stability, high precision, adjust time adjust quickly and speed-adjusting system, on the current industrial design and the development of industrial production has very great help. This design is introduced which is based on PLC

7、speed-regulate system. Will now the most widely used PLC and inverter together, main functions: variable pressure frequency control, motor, the positive &negative deceleration and fast brake etc. This system must meet the following three main parts: control computation section, execution and feedbac

8、k part. Control operations by PLC and inverter to mainly complete; Actuators for converter and motor; Feedback part mainly for speed feedback. Through the setting of ac speed adjustment system speed transmission to PLC, according to the set speed through PLC simulation output module, output analog s

9、ignal control inverter frequency, control the output of induction motor control. Inverter by are/reverse switch to control. The speed of the ac adjustable speed system by tachogenerator converted to speed analog signals, input analog quantities of input module, analogue input module produces digital

10、 signals into PLC. By the open loop/closed-loop switch control system in the open loop or loop by mode. When communication speed regulation system Settings for the open loop runtime, detected speed signal processing, PLC not directly display; When communication closed-loop speed system Settings for

11、running, photoelectric encoder will detect speed signal on the one hand by PLC and setting speed signal treatment, the operations of signal sent to control frequency converter, on the other hand will data real-time display. Key words: PLC Inverter PID control目录摘要IAbstractII1 绪论- 1 -1.1概述- 1 -1.2 变频调

12、速系统发展和现状- 2 -1.2.1 变频调速系统的发展历程- 2 -1.2.2 变频调速系统的技术现状- 4 -1.3 变频调速系统的控制方法及其比较- 5 -1.4 系统的设计构想和主要内容- 5 -2系统的硬件设计- 7 -2.1系统的组成及工作原理- 7 -2.1.1 外部硬件接线图- 8 -2.1.2模拟量输入输出模块FX2n-4AD与FX2n4DA- 9 -2.2 硬件的选型- 11 -2.2.1 控制对象- 11 -2.2.2PLC小型可编程控制器的选型- 11 -2.2.3.变频器及变频器的选型- 12 -2.3变频器的快速设置- 15 -2.4速度反馈设计- 16 -3 系统

13、的软件设计- 17 -3.1设置控制系统流程图- 17 -3.2 FX2n的编程软件介绍- 18 -3.2.1 SWOPC-FXGP/WIN-C软件介绍- 18 -3.2.2 GOT及其设计软件GTdesigner2介绍- 18 -3.3 FX2N的PID功能指令- 19 -3.4程序设计- 21 -3.4.1 程序的梯形图编程- 21 -3.4.2 指令表语句与部分语句说明- 25 -4 实验调试和数据分析- 32 -4.1 系统闭环传递函数- 32 -4.2 PID 参数整定- 32 -4.2 参数调整- 34 -5总结与体会- 36 -致谢- 37 -参考文献- 38 -1 绪论1.1概

14、述在当前全球经济发展过程中，有两条显著的相互交织的主线：能源和环境。能源的紧张不仅制约了相当多发展中国家的经济增长，也为许多发达国家带来了相当大的问题。在今年的政府工作会议上，温家宝总理也提出了要大力发展低碳化经济。能源集中的地方也往往成为全世界所关注的热点地区。而能源的开发与利用又对环境的保护有着重大影响。全球变暖、酸雨等一系列环境灾难都与能源的开发与利用有关。能源工业作为国民经济的基础，对于社会、经济的发展和人民生活水平的提高都极为重要。在高速增长的经济环境下，中国能源工业面临经济增长与环境保护的双重压力。有资料表明，受资金、技术、能源价格的影响，中国能源利用效率比发达国家低很多。90年代

15、中国高耗能产品的耗能量一般比发达国家高12%-55%左右，90%以上的能源在开采、加工转换、储运和终端利用过程中损失和浪费。如果进行单位GNP能耗（吨标准煤/千美元）的国家比较（90年代中期），中国分别是瑞士、意大利、日本、法国、德国、英国、美国、加拿大的14.4倍、11.3倍、10.6倍、8.8倍、8.3倍、7.2倍、4.6倍、和4.2倍。1995年，中国火电厂煤耗为412克标准煤/kWh，是国际先进水平的1.27倍。 由此可见，对能源的有效利用在我国已经非常迫切。作为能源消耗大户之一的电机在节能方面是大有潜力可挖的。我国电机的总装机容量已达4亿千瓦，年耗电量达6000亿千瓦时，约占工业耗电

16、量的80%。我国各类在用电机中，80%以上为0.55-220kW以下的中小型异步电动机。我国在用电机拖动系统的总体装备水平仅相当于发达国家50年代水平。因此，在国家十五计划中，电机系统节能方面的投入将高达500亿元左右，所以变频调速系统在我国将有非常巨大的市场需求。 目前，国内变频调速系统的研究非常活跃，但是在产业化方面还不是很理想，市场的大部分还是被国外公司所占据。因此，为了加快国内变频调速系统的发展，就需要对国际变频调速技术的发展趋势和国内的市场需求有一个全面的了解，深入研究变频调速系统的发展。设计出系统稳定，调整精度高，调整时间快的PLC变频调速系统，对现今工业设计和工业生产的发展有很大

17、帮助3。1.2 变频调速系统发展和现状1.2.1 变频调速系统的发展历程调速系统快速性、稳定性、动态性能好是工业自动化生产中基本要求。在科学研究和生产实践的诸多领域中 调速系统占有着极为重要的地位 特别是在国防、汽车、冶金、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。而目前，我国变频调速系统的发展还处于起步阶段，核心技术缺乏，与发达国家的技术差距较大，而变频调速系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。许多变频调速装置还属于开环控制方式，不能满足有较高精度的控制精度，所以采用计算机控制调速是提高控制精度的不二法门。早期通用变频器如东芝TOSVERT130系列

18、、FUJI FVRG5P5系列，SANKEN SVF系列等大多数为开环恒压比（VF=常数）的控制方式其优点是控制结构简单、成本较低，缺点是系统性能不高，比较适合应用在风机、水泵调这场合。具体来说，其控制曲线会随着负载的变化而变化；转矩响应慢，电视转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降稳定性变差等。对变频器UF控制系统的改造主要经历了三个阶段；第一阶段：1. 八十年代初日本学者提出了基本磁通轨迹的电压空间矢量（或称磁通轨迹法）。该方法以三相波形的整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成二相调制波形。这种方法被称为电压空间矢量控制。典型机种

19、如1989年前后进入中国市场的FUJI（富士）FRN5OOOG5/P5、SANKEN（三垦）MF系列等。引人频率补偿控制，以消除速度控制的稳态误差基于电机的稳态模型，用直流电流信号重建相电流，如西门子MicroMaster系列,由此估算出磁链幅值，并通过反馈控制来消除低速时定子电阻对性能的影响。将输出电压、电流进行闭环控制，以提高动态负载下的电压控制精度和稳定度，同时也一定程度上求得电流波形的改善。这种控制方法的另一个好处是对再生引起的过电压、过电流抑制较为明显，从而可以实现快速的加减速。 之后，1991年由富士电机推出大家熟知的FVR与 FRNG7P7系列的设计中，不同程度融入了3项技术，因

20、此很具有代表性。三菱日立，东芝也都有类似的产品。然而，在上述四种方法中，由于未引入转矩的调节，系统性能没有得到根本性的改善.第二阶段：矢量控制。也称磁场定向控制。它是七十年代初由西德 F.Blasschke等人首先提出，以直流电动机和交流电动机比较的方法分析阐述了这一原理，由此开创了交流电动机等效直流电动机控制的先河。它使人们看到交流电动机尽管控制复杂，但同样可以实现转矩、磁场独立控制的内在本质。 矢量控制的基本点是控制转子磁链，以转子磁通定向，然后分解定子电流，使之成为转矩和磁场两个分量，经过坐标变换实现正交或解耦控制。但是，由于转子磁链难以准确观测，以及矢量变换的复杂性，使得实际控制效果往

21、往难以达到理论分析的效果，这是矢量控制技术在实践上的不足。此外它必须直接或间接地得到转子磁链在空间上的位置才能实现定子电流解耦控制，在这种矢量控制系统中需要配留转子位置或速度传感器，这显然给许多应用场合带来不便。仅管如此，矢量控制技术仍然在努力融入通用型变频器中，1992年开始，德国西门子开发了6SE70通用型系列，通过FC、VC、SC板可以分别实现频率控制、矢量控制、伺服控制。1994年将该系列扩展至315KW以上。目前，6SE70系列除了200KW以下价格较高，在200KW以上有很高的性价比。第三阶段： 1985年德国鲁尔大学Depenbrock教授首先提出直接转矩控制理论（Direct

22、Torque Control简称DTC）。直接转矩控制与矢量控制不同，它不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量来控制。 转矩控制的优越性在于：转矩控制是控制定子磁链，在本质上并不需要转速信息；控制上对除定子电阻外的所有电机参数变化鲁棒性良好；所引入的定子磁键观测器能很容易估算出同步速度信息。因而能方便地实现无速度传感器化。这种控制方法被应用于通用变频器的设计之中，是很自然的事，这种控制被称为无速度传感器直接转矩控制。然而，这种控制依赖于精确的电机数学模型和对电机参数的自动识别（Identification向你ID),通过ID运行自动确立电机实际的定子阻抗互感、饱和因

23、素、电动机惯量等重要参数，然后根据精确的电动机模型估算出电动机的实际转矩、定子碰链和转子速度，并由磁链和转矩的BandBand控制产生PWM信号对逆变器的开关状态进行控制。这种系统可以实现很快的转矩响应速度和很高的速度、转矩控制精度2。 1995年ABB公司首先推出的ACS600直接转矩控制系列，已达到2ms的转矩响应速度在带PG时的静态速度精度达土O.01%，在不带PG的情况下即使受到输入电压的变化或负载突变的影响，向样可以达到正负0.1的速度控制精度。其他公司也以直接转矩控制为努力目标，如安川VS676H5高性能无速度传感器矢量控制系列，虽与直接转矩控制还有差别，但它也已做到了100ms的

24、转矩响应和正负0.2%（无PG）,正负0.01（带 PG）的速度控制精度，转矩控制精度在正负3左右。其他公司如日本富士电机推出的FRN 5000G9P9以及最新的 FRN5000GllP11系列出采取了类似无速度传感器控制的设计，性能有了进一步提高，然而变频器的价格并不比以前的机型昂贵多少。1.2.2 变频调速系统的技术现状 控制技术的发展完全得益于微处理机技术的发展，自从1991年INTEL公司推出8X196MC系列以来，专门用于电动机控制的芯片在品种、速度、功能、性价比等方面都有很大的发展。如日本三菱电机开发用于电动机控制的M37705、M7906单片机和美国德州仪器的TMS320C240

25、DSP等都是颇具代表性的产品。 就计算机技术在工业现场应用情况而言，可编程控制器(PLC)是目前作为工业控制最理想的机型，它是采用计算机技术、按照事先编好并储存在计算机内部一段程序来完成设备的操作控制。采用PLC控制，硬件简洁、软件灵活性强、调试方便、维护量小，PLC技术己经广泛应用于各种电机控制。目前在控制领域中，虽然逐步采用了电子计算机这个先进技术工具，特别是石油化工企业普遍采用了分散控制系统（DCS）。但就其控制策略而言，占统治地位的仍旧是常规的PID控制。PID结构简朴、稳定性好、工作可靠、使用中不必弄清系统的数学模型。基于PLC的变频调速已被公认为是最理想、最有发展前景的调速方式之一

26、，采用变频器构成变频调速传动系统的主要目的，一是为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求；二是为了节约能源、降低生产成本。用户根据自己的实际工艺要求和运用场合选择不同类型控制方式和变频器。1.3 变频调速系统的控制方法及其比较a.传统的利用开环恒压比（VF=常数）的控制方式优势：控制结构简单、成本较低缺点：具体来说，其控制曲线会随着负载的变化而变化；转矩响应慢，电视转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降稳定性变差等。比较适合应用在风机、水泵调这种场合。b.单片机控制优势：成本较低，在国内的应用广泛缺点：设计要求考虑的问

27、题和对待问题所要采用的措施相当复杂，对设计人员的要求非常高，与PLC相比稳定性略差。c.PLC控制优势：硬件简洁、抗干扰性能强，软件灵活性强、调试方便、维护量小，对设计人员的要求相对较低缺点：设备成本较高，不适合大批量采用 1.4 系统的设计构想和主要内容本次设计就是基于PLC的变频器调速系统。将现在应用最广泛的PLC和变频器综合起来主要功能实现了变压变频调速。电机的正反转，加减速以及快速制动等。因此，该系统必须具备以下三个主体部分：控制运算部分、执行和反馈部分。控制运算主要由PLC和变频器来完成；执行元件为变频器和电机；反馈部分主要为速度反馈。通过设定交流调速系统的转速传输到PLC，PLC根

28、据设定的转速通过模拟量输出模块，输出模拟信号控制变频器的输出频率，变频器的输出控制交流电机调速控制。变频器的转向由正/反转开关进行控制。交流调速系统的转速由测速发电机转换为相应的转速模拟信号输入模拟量的输入模块，模拟量输入模块产生的数字信号送入PLC。由开环/闭环开关控制系统在开环或闭环状态下运行。当交流调速系统设定为开环运行时，检测到的转速信号PLC不进行处理，直接进行显示；当交流调速系统设定为闭环运行时，光电编码器将检测到的转速信号一方面由PLC与设定转速信号进行运算处理，处理过的信号送去控制变频器，另一方面将数据实时显示。本文内容安排如下：第一章 绪论 介绍了本课题的研究目的和意义，还有

29、变频调速系统的发展与现状。还对各种变频调速的控制方法做了简单的阐述和比较。第二章 系统的硬件设计 介绍了系统的组成及其工作原理 ，对其外部硬件的接线和内部模拟量数字量转换模块的主要参数进行了说明，论证了本系统对于PLC和变频器的选型，介绍了变频器的快速设置方法。第三章 系统的软件设计 介绍了系统上位机编程软件SWOPC-FXGP/WIN-C及其GOT编程软件GTdesigner2，说明了FX2n的PID控制指令，对PLC控制程序及其部分控制内容做了简单的介绍。第四章 系统的调试及其数据分析 对设计的系统进行了现场的运行和调试，并利用现场得到的结果进行修正，说明了闭环反馈参数的计算方法及其误差产

30、生的原因。2系统的硬件设计2.1系统的组成及工作原理系统主要由四个部分构成，即速度给定，可编程逻辑控制器件PLC、变频器，电机和测速发电机，其中速度给定由GOT完成，控制器由PLC负责，数模转换模块和变频器，电机组成了系统的被控对象，而测速发电机（光电编码器）和模数转换模块构成了系统的反馈。首先通过设置给定输入给PLC，确定选择的是开环工作模式或闭环工作模式，再通过PLC控制变频器，经由变频器来控制电机，随后将电机的转速反馈给PLC，经比较后输出给变频器从而实现无静差调速。系统框图如图2-1所示。可编程控制器PLC接收420mA的转速给定信号和转速反馈信号，A/D转换变成12位数字信号，然后在

31、PLC主机内完成PI运算，经D/A转换器输出020mA电流信号，在逆变器内部，把该信号对映变成不同频率，不同电压的交流信号控制交流电机的转速，最后用测速发电机完成速度反馈，形成闭环控制系统。图2-1变频调速系统的系统框图2.1.1 外部硬件接线图图2-2外部硬件接线图2.1.2模拟量输入输出模块FX2n-4AD与FX2n4DAFX2n-4AD模拟量输入模块是一种高精度的模拟量输入模块，只要选择合适的传感器及前置放大器，就可以用于温度，压力，流量，电压和电流等模拟信号的监视与控制，FX4AD模拟量输入模块有4个输入通道，通道号分别为CH1，CH2，CH3，CH4。输入通道用于将外部输入的模拟量信

32、号，转换成数字量信号，即称为A/D转换，其分辨率为12位。输入的模拟量信号可以是电压也可以是电流，输入电压或电流的选择是由用户通过不同的接线来完成的。模拟量电压值范围是10V10V，分辨率为5mv.如果为电流输入，则电流输入范围为420mA或-20mA+20Ma,分辨率为20uA。特点： 1）提供12位高精度分辨率（包括符号位） 2）4通道电压输入（-10+10V）或电流输入（-20+20mA）。 3) 每一通道都可以分别指定为电压输入或电流输入。 4）FX2N型PLC最多可连接8台。性能指标： 1）电源：模拟电路：24V10%V，电流为55mA(源于基本单元的外部电源)。 数字电路：5V D

33、C 30mA (源于基本单元的内部电源)。 2）环境：与PLC基本单元一致，耐压绝缘电压:AC 5000V, 1 分钟（在所有端子和地之间）FX2n-4DA模拟量输出模块用于将可编程控制器中的12位数字量转换成模拟量输出到外部，控制外部电气设备。FX4DA有四个输出通道，可以输出-10V到10V直流电压（分辨率：5mV）或020mA(分辨率：20uA)的模拟量输出。FX2n-4DA和FX2n主单元之间通过缓冲器交换数据，FX2n4DA共有32个缓冲器，每个缓冲器16位。FX2n4DA占用FX2n扩展总线的8个点。这8个点可以分配成输入或输出。FX2n4DA消耗FX2n主单元或有源扩展单元5V电

34、源槽的30mA电源。扩展模拟量输入模块接线图(如图2-3所示）图2-3扩展模拟量输入模块接线图扩展模拟量输出模块及其变频器接线图（如图2-4所示）图2-4扩展模拟量输出模块及其变频器接线图2.2 硬件的选型在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程

35、时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。2.2.1 控制对象本次设计的被控对象是一台实验室用鼠笼式三相交流异步电动机。额定值为AC 380 V、 0. 4 kW、 极对数P= 4、 转速1 500 r/ min, Y 型连接, 中间一台是直流发电机,该机为并励直流机,其额定值为DC 250 V、0. 5 kW、 2 000 r/ min。 在系统中作为可变负载用。 本文以空载形式介绍。

36、最后一台为测速发电机, 额定值为DC 110 V、 200 mW、转速2 200 r / min。在系统中作为反馈装置。2.2.2PLC小型可编程控制器的选型FX2N-32MR型小型可编程控制器 是三菱电机小型PLC的强功能机，FX2n系列PLC由基本单元，扩展单元，扩展模块，特殊功能模块和编程器等构成。基本单元（主机）中包含CPU，储存器，I/O电路和电源，是PLC的主要部分；扩展单元是用于增加I/O点数，内部没有电源；扩展模块用于增加I/O点数和改变I/O比例，模块内部无电源，由基本单元或扩展单元供电。扩展单元和扩展模块都无CPU，必须与基本单元一起使用。特殊功能模块是为了获得某些特殊功能

37、，满足控制要求的特殊装置。编程器用于程序的输入，运行监视和故障分析等。所以在这里我选择了课程中学习过的三菱公司FX2N-32MR型PLCFX2n-32MR的各部分构成和说明如图2-5所示注图片引用自三菱FX2N使用手册图2-5 FX2n-32MR的各部分构成和说明2.2.3.变频器及变频器的选型正确选择通用型变频器对于传动系统能够正常运行时至关重要的，首先要明确使用通用变频器的目的，按照生产机械的类型、调速范围、速度响应和控制精度、启动转矩等要求，充分了解变频器所驱动负载特性，决定采用什么功能的通用变频器构成控制系统，然后决定选用哪种控制方式最合适。所选用的通用变频器应是既满足生产工艺要求，又

38、要在技术经济指标上合理。若对通用变频器选型、系统设计及使用不当，往往会使通用变频器不能正常的运行、达不到预期目标，甚至引发设备故障，造成不必要的损失。另外，为了确保通用变频器长期可靠的运行，变频器的地线的连接也是非常重要的。在本系统中我采用了VS mini变频器VS mini 变频器的外形结构如图2-6所示图2-6 VS mini 变频器的外形结构VS mini 变频器控制端控制运行模式时的基本连线图如图2-7所示U、 V、 W 是变频器输出, 当电机在基频以下转动时为恒转矩区, 其输出为电压与频率呈恒比值的交流信号,控制三相交流异步电动机的转速 。当电机在基频以上转动时,为恒功率区,其输出为

39、电压不变频率变化的交流信号, 控制三相交流异步电动机的转速,并且U、 V、 W 的相序任意调换两相, 则电机的转动方向改变一次。图2-7 VS mini 变频器控制端控制运行模式时的基本连线图变频器VS mini 为我们提供了很好的BOP控制面板具体如图2-8所示。图2-8变频器VS mini BOP控制面板2.3变频器的快速设置变频器的工作原理是把市电（380V 、50Hz）通过整流器变成平滑直流，然后利用半导体器件（GTO、GTR或IGBT）组成的三相逆变器，将直流电变成可变电压和可变频率的交流电变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。 （2-1）对于成品电机，其磁极对数

40、p已经确定，转差率s变化不大，故电机的转速n与电源的频率f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，进而达到异步电机的调试目的。变频器有两种工作模式a.数字操作盘模式b.控制端工作模式如果所用的变频器刚刚出厂的变频器，则需对它进行快速调试，试验中用到的变频器都已经完成了快速调试要实现快速预置，首先按下【MENU】键多次，直至切换到快速编程模式（LCD显示屏左上方显示QUICK）为止(1) 按下【DATA/ENTER】键，立即切换到快速编程模式下的第一个功能码“A1-02”.(2) 按【】，【】键，找到所需修改的功能码“C1-02”.(3) 按【DATA/ENTER】键，读出该功能

41、码中的原油数据码“0005.0Sec”。(4) 按【向右】键，使光标移至修改位。(5) 按【】，【】键，将数据码调整为“0020.0Sec”。(6) 按【DATA/ENTER】键，写入新数据码，此时，显示屏显示“Entry Accepted”(新数据已被接受)；1s后显示当前的功能码及数据码。(7) 预置工作尚未结束，则按【ESC】键，返回至本功能组的起始位置，重复第（2）步以后的流程。(8) 如全部功能的预置工作都已结束，则反复按【MENU】键，直至变频器转为运行模式为止。2.4速度反馈设计 构成闭环系统就要把速度信息反馈给输入。速度的测量可以通过光电编码器和PLC来实现。 速度采集：FX2

42、N-32MR具有高速脉冲采集功能，采集频率可以达到30KHz，共有6个高速计数器（HSC0HSC5）工作模式有12种。在固定时间间隔内采集脉冲差值，通过计算既可以获得电动机的当前转速。例如： 设采样周期为100ms 即是每隔100ms采集脉冲一次，光电开关每转发出8个脉冲，那么就可以得到速度为 （2-2） 其中 为采样周期内接受到的脉冲数。转速的单位为 。闭环控制就是将速度信号反馈给PLC，再通过与给定量比较，输出给PID控制部分，从而调节速度使其能达到设定要求。3 系统的软件设计3.1设置控制系统流程图图3-1 控制系统流程图3.2 FX2n的编程软件介绍 本次设计拟通过使用上位机，触摸屏（

43、G0T）,变频器，可编程控制器组成闭环调速系统，设计闭环调速系统的主回路和控制回路，完成一个恒速控制系统。将控制程序由上位机下载到可编程控制器后，通过触摸屏控制可编程控制器的程序运行，在触摸屏中改变设定，通过控制今儿改变变频器的频率，从而实现对电机转速的控制。3.2.1 SWOPC-FXGP/WIN-C软件介绍本次设计对上位机采用的编程软件为三菱公司针对FX系列PLC推出的名称为SWOPC-FXGP/WIN-C的上位机软件，它的运行环境为window95以上的版本，可对FX0/FX0S，FX0N,FX1，FX2/FX2C，FX1S,FX1N和FX2N/FX2NC系列PLC进行程序输入及其监控P

44、LC中各软元件的实时状态。3.2.2 GOT及其设计软件GTdesigner2介绍GOT（Graphic Operation Terminal-人机介面）是电子操作面板，在其监视屏幕上可进行开关操作、指示灯、数据显示、信息显示和其他一些在原有由操作面板执行的操作。显示在 GOT 上的监视屏幕数据是在个人电脑上用专用软件(GT Designer)创建的。 为了执行 GOT 的各种功能，首先在 GT Designer 上通过粘贴一些开关图形，指示灯图形，数值显示等被称为对象的框图来创建屏幕；然后通过设置 PLC CPU 中的元件（位，字）规定屏幕中的这些对象的动作；最后通过 RS-232C 电缆或

45、 PC 卡（存储卡）将创建的监视屏幕数据传送到 GOT。本次设计使用的为三菱公司为其GT1000操作面板开发的设计软件GT designer2。设计开关按钮窗口，使电源总开关软元件为M0，开关控制整个系统的电源的接入和切断，编辑开闭环软元件为M1，控制系统的开环/闭环状态，设计变频器启动开关软元件为M3，控制变频器是否接通，设计电机正反转的软元件选择为M2，控制电机的正/反转状态，放置数值输入窗口，转速设定软元件为D200，用于转速的输入，同时放置数值显示窗口，设定为软元件D10，用于实时将测速发电机反馈回的数据经模数转换将其显示。整个GOT的界面设计如图3-2所示。 图3-2 GOT基于PL

46、C的变频调速的界面设计3.3 FX2N的PID功能指令控制量输入PID控制运算控制值输出故在编写程序的时候可以分为三部分：主程序、中断程序和子程序。 主程序： 主要是用来启动中断程序以及控制量的输入和输出。 中断程序：调用PID指令进行运算以及数据类型的转换。子程序：设置PID控制的参数PID回路运算指令的功能指令编号为FNC88，源操作数S1,S2,S3和目标操作数均为D，16位运算占9个程序步。S1，S2分别用来存放给定值SV和当前测量到的反馈值PV，S3S3+6用来存放控制参数的值，运算结果MV存放在D中。源操作数S3占用从S3开始的25个数据寄存器。如图3-3所示。PID指令用于闭环模

47、拟量控制，在PID控制开始之前，应使用MOV指令将参数设定值预先写入数据寄存器中。如果使用有断电保持功能的数据寄存器，不需要重复写入，如果目标操作数D有断电保持功能，应使用初始化脉冲M8002d的常开触点将它复位。S3S3+6分别用来存放采样周期Ts，动作方向，输入滤波常数L（099%），比例增益Kp，积分时间Ti,微分增益D(0100%)和微分时间Td。S3+7S3+19被PID指令占用，S3+20S3+23用于输入，输出变化量增加，减少的报警设定值。S3+24的03位用于报警输出。PID指令可以再在定时中断，子程序，步进梯形指令区和转移指令中使用，但是在执行PID指令之前应使用脉冲执行的M

48、OV指令将S3+7清零。控制参数的设定和PID运算中的数据出现错误时，“运算错误”标志M8067为ON，错误代码存放在D8067中。Ts扫描周期S3的首地址元件是放置采样时间Ts取值范围13276ms 20msS3+1为动作方向 ACT Bit 0 为正动作 1为逆动作 D102：输入滤波参数，取值为00.99 K70 D103: 比例增益Kp，取值范围：0.01327.67 （自动移位） K5 D104: 积分时间Ti，取值范围：03276.7S K2 越短则调整越快，系统越不稳定 D107D109 不可使用S3+22 D122 输出变化量报警设定值（增侧） D123 输出变化量报警设定值（

49、减侧）S3+24 报警输出图3-3 FX2n的PID指令3.4程序设计3.4.1 程序的梯形图编程以下程序中，M0为系统的电源开关，为1时输出Y0接通，为变频器接通电源，为0时输出Y0断开。M1 为开环/闭环 控制开关，为1时 选择闭环控制，为0时选择开环控制。M2为电机的 正/反转 控制开关，为1时选择正传，为0选择反转。M3为 电机的启动/停止选择开关，为1是启动，为0是停止。图3-4 PLC的梯形图编程3.4.2 指令表语句与部分语句说明0 LD M0 1 OUT Y000 2 LD Y000 “M0接通，Y0输出，系统电源接通3 OUT M10 且M10输出”4 LD M35 AND

50、Y0006 MPS7 LD M2 “M3接通，电机启动，当M2为接通8 OR Y004 状态时，Y4输出，电机正转;当M29 ANB 为关断状态时，Y6输出，电机反转。10 ANI Y006 ”11 OUT Y004 12 MPP13 LDI M214 OR Y00618 LD M1 “M1选择接通，则跳入开环控制子19 CJ P1 程序;当M1关断时，则跳入闭环22 LD Y006 控制子程序”23 ANI M124 CJ P227 LDI M128 AND Y00429 DMUL D200 K1210 D210 “调用设定的开环反馈参数”42 DDIV D210 K1000 D21055

51、LDI M156 AND Y00457 T0 K0 K0 H3330 K166 T0 K0 K1 K40 K175 FROM K0 K5 D215 K184 DMUL D214 K1090 D24097 DDIV D240 K1000 D242110 DMUL D242 K1000 D222123 DDIV D222 K1210 D220136 LD M8000137 ANI M1138 AND Y004139 TO K1 K0 H0000 K1148 TO K1 K1 D210 K1157 MOV D220 D226162 LDI M1163 AND M2164 CJ P3 167 LD Y006 “闭环控制子程序，调用闭环控制 168 ANI M1 参数进行运算”169 DMUL D200 K1210 D210182 DDIV D210 K1000 D210195 LDI M1196 AND Y006197 TO K0 K0 H3330 K1206 TO K0 K1 K40 K1215 FROM K0 K5 D214 K1224 MOV D214 D216 “将计算出的数据放入数据储229 NEG D216 存器