基于PLC的生产流水线电气控制系统设计

1、基于PLC的生产流水线电气限制系统设计本科毕业设计论文电子信息学院电气工程及其自动化学院专业学生姓名 班级学号 指导教师二零 年六月江苏科技大学本科毕业论文基于PLC生产流水线电气限制系统设计The Design of The Electrical Control System of Production Lines Ba sed on PLC江苏科技大学毕业设计论文任务书学院名称：电子信息学院学生姓名：指导教师：毕业设计论文题目：专 业：电气工程及其自动化学号： 0职称：基于PLC生产流水线电气限制系统设计一、毕业设计论文内容及要求包括原始数据、技术要求、到达指标和应做实验等随着科学技术不断

2、开展,生产工艺不断提出新要求,限制技术从手动控 制到自动限制,从简单限制设备到复杂限制系统,从有触点硬接线限制系 统到以计算机为中央存储限制系统.可编程序限制器PLQ出现给工业控制系统带来重大变革.根据所学PLC设计知识和方法、配合变频器、步进电机等设备实现了 生产线上工作台正向运行、反向运行以及多段速运行.这一限制系统实现 和应用,充分表达了 PLC系统在工业现场应用,亦使其应用范围更加广泛.采用西门子S7系列PLC与变频器而设计生产流水线限制系统方案.二、完成后应交作业包括各种说明书、图纸等1 .毕业设计论文一份不少于1.5万字；2 .外文译文一篇不少于5000英文单词；3 .数据光盘一张

3、.三、完成日期及进度2021年3月13日至2021年6月19日,共12周.进度安排：1. 3.13-3.20 ,查阅资料、调研,完成开题报告;2. 3.21-3.28 , 了解题目要求确定设计方案；3. 3.29-4.15 ,初步完成软硬件电路设计；4. 4.16-5.10 ,完成硬件电路设计及调试；5. 5.11-6.10 ,完善系统调试、交论文；6. 6.11-6.19 ,准备毕业设计辩论；7. 6.19 , 毕业辩论；四、主要参考资料(包括书刊名称、出版年月等)：1邹继斌,无位置传感器无刷直流电机驱动电路研究J,微电机,1999, 32 (2) : 1612 王永.“反电势法无刷直流电机

4、限制系统研究.东南大学硕士论文,2004 : 1-303 Kuang-Yao Cheng,Ying-Tsan Lin,Ying-Yu Tzou,Design of a Sensorless Commutation IC for BL DC Motors,IEEE Transactions on Power Electronics, 2002,15 (4) ： 7447524 Jianbo Gao,Binggang Gao,Wenzhi Chen,Neural Network Control of Electric Vehicle Based on P osition-Sensorless Br

5、ushless DC Motor, 2007,December:15-185 Kuang-Yao Cheng,Chen-Yu Wang,Ying-Yu Tzou.ASIC Implementation of a Programmable Servo Control IC with Digital Phase-Locked Loop.IEEE 33rd Annual Power Electronics Specialists Conf erence, PESC 02,Cairns, Australia,2002: 558-5636 张立科,VHDL应用开发技术与工程实践,人民邮电出版社,2005

6、7 陈伯时,电力拖动自动限制系统,机械工业出版社,2003: 66-908叶金虎.无刷直流电动机设计(XID)J. 微特电机,2006,(01)9辛小南,贺莉.无刷直流电动机限制系统仿真J.微特电机,2021,(02)系教研室主任：签章年月 日学院主管领导：签章年月 日摘要生产流水线是在一定线路上连续输送货物搬运机械,又称输送线或 者输送机.可编程逻辑限制器PLC, 一种数字运算操作电子系统,专 为在工业环境应用而设计,被誉为当代工业自动化主要支柱之一.随着 科学技术开展,以PLC作为根本限制单元电气限制系统在现代化自动生 产流水线及治理中优越性越来越明显.本课题主要是研究利用西门子S7-20

7、0 PLC配合西门子MICROMASTER VECTOR变频器、电机等设备实 现生产流水线某一局部限制电机正向、反向以及多段调速运行,使其具 备启停、调试、单项选择等功能.PLC使用方便、编程简单、现场调试容易、 环境要求低、抗干扰水平和可靠性水平强,结合以上特点,本课题采用 软件与硬件相结合方法,采用相对优越设计思路,探求PLC、变频器、电机之间限制关系,通过仿真实现以及硬件调试验证了可靠性.关键词：PLC;变频器；多段调速；自动化；流水线AbstractThe production line is, in a certain line continuously transporting g

8、 oods and handling machinery, also known as the conveying line or con veyor. Programmable logic controller (PLC), a digital electronic comput ers operating system, designed for applications in industrial environment s , known as one of the main pillars of contemporary industrial automa tion. With th

9、e development of science and technology, as the basic cont rol unit to the PLC electrical control system in modern production lines and management superiority is increasingly evident. The main subjectof study with Siemens S7-200 PLC, the Siemens MICROMASTER VE CTOR drive, motor and other equipment t

10、o achieve a certain part of th e production line control motor forward, reverse, and multi-speed run, ithas to start and stop,debugging, radio and other functions. PLC easy t o use, simple to program, easy on-site commissioning, low environment al requirements, and strong anti-interference ability a

11、nd reliability capabi lities, combined with the above characteristics, the subject using a com bination of software and hardware, the use of relatively superior designideas, and explore the control relationship between PLC, frequency co nversion and motor. It has been verified the reliability throug

12、h simulatio n and hardware debug.Keywords: PLC; converter; multi-stage speed; automation; pipeline第一章绪论81.1 研究背景81.2 研究目及意义81.3 本文主要内容9第二章生产流水线电气限制系统设计102.1 生产流水线简介102.2 设计目标112.3 设计思路及实现11第三章限制系统硬件设计123.1 西门子 S7-200 PLC 123.1.1 PLC组成及工作原理123.1.2 S7-200 PLC 简介 163.1.3 I/O地址分配173.1.4 S7-200 PLC 接线图 1

13、83.2 西门子 MICROMASTER VECTOR 变频器 183.2.1 变频器工作原理183.2.2 变频调速193.2.3 MMV变频器简介203.2.4 参数设置 213.2.5 多段速限制 213.2.6 变频器接线图22第四章限制系统软件设计234.1 PLC 编程 234.2 编程软件简介244.3 顺序限制继电器SCR指令254.4 程序设计264.5 仿真结果274.6 结论294.7 294.8 314.9 献32第一章绪论1.1 研究背景在可编程逻辑限制器PLC问世之前,继电器在工业限制领域中占 主导地位,继电器限制系统有体积大、功耗多、可靠性差等十清楚显缺 点,尤其

14、当生产工艺发生变化时,就必须重新设计与安装,会造成时间 和资金严重浪费.为了改变这种现状,1969年美国数字设备公司DEC 研制出了世界上第一台PLC.经过40多年开展,可编程逻辑限制器在美 国、德国等工业兴旺国家已成为重要产业之一,生产厂家不断涌现,品 牌不断翻新产值产量大幅度上升而价格那么不断下降.目前,PLC在机械制造、石油化工、轻工业等领域应用得到了长足开展.近年来我国在PLC方面研制、生产和应用开展很快,在应用方面作 用尤为突出.20世纪70年代末80年代初,随着国外成套设备、专用设 备引进,我国引进了不少国外 PLC.此后,在传统设备改造以及新设备 设计中,PLC应用逐年增多,并且

15、取得了显著经济效益.目前, PLC在 国内应用越来越广泛,其在我国工业自动化领域优势及作用越来越明显 1.21世纪,PLC将会有更大开展.计算机技术新成果必将更多地应用 于可编程逻辑限制器设计和制造上,PLC也会有运算速度更快、储存容 量更大、更智能型号和品种出现,品种会更丰富、规模会更齐全.1.2 研究目及意义随着科学技术开展,PLC技术在许多领域得到了广泛应用,尤其是 在现代工业系统限制方面,PLC功能强、可靠性高、编程简单、使用方 便、体积小巧,被誉为当代工业自动化主要支柱之一.随着当今社会越来越快开展步伐,生产流水线限制系统将需要实现 更多更加稳定功能,以PC机作为上位机、以PLC作为

16、根本限制单元集 限制和治理于一身限制系统在现代化生产流水线及治理中越来越显示出 优越性,PLC易学易懂、限制简单,可以提升自动化生产流水线生产效 率.PLC用存储逻辑代替了接线逻辑,这使得限制设备外部接线大大减 少,也使得限制系统设计周期大大缩短,使同一设备经过改变程序从而 改变生产过程成为可能,这也很适合小批量、多品种生产领域.由于 PL C,流水线自动化程度更高、生产效率更高.因此基于PLC生产流水线电气限制系统研究具有非常实用意义,该研究一定会有很大开展和应用 空间.此课题研究目是在掌握一定 PLC知识根底上,培养掌握知识、运用 知识解决问题水平,培养一定工程意识和创新意识,学会和熟悉一

17、定工 程设计方法,为进一步学习和水平培养奠定根底.1.3 本文主要内容本文主要对生产流水线、PLC、变频器进行了相关介绍,对西门子 S 7-200 PLC和MICROMASTER VECTOR (MMV)变频器构成限制系统 做了详细阐述.通过对设计目标、设计思路分析,采用了硬件与软件相 结合并配合仿真方法,利用 PLC、变频器以及电机之间限制关系,研究 设计了生产流水线某一限制电机电气限制系统,其中硬件设计局部有PLC I/O地址分配、S7-200接线图、变频器多段速限制及参数设置、变频 器接线图等；软件设计局部有 SCR指令应用、程序设计编写、仿真结果 等.该限制系统具备启停、调试、单项选择

18、等根本功能,电机带动生产流水 线某一局部工作台能实现正转、反转以及多段速运行.通过仿真验证了 该系统实际性与可靠性.第二章生产流水线电气限制系统设计2.1 生产流水线简介生产流水线是在一定线路上连续输送货物搬运机械,又称输送线或 者输送机.生产流水线大致可以分为以下七类：皮带流水线、板链线、 网带线、倍数链线、插件线、滚筒流水线及悬挂线.常用有：(1)板链式装配流水线特点：其承载产品可以比较重,由于和生产线同步运行,所以可以 实现产品爬坡；由于是以链板面作为承载,所以生产节拍不是很快,可 以实现产品平稳输送.(2)滚筒式流水线特点：其可以承载类型广泛产品,所受限制少；和阻挡器配合使用, 从而可

19、以实现产品连续、积放以及节拍运行功能；采用了顶升平移装置, 能实现产品离线检测以及返修但不影响整个流水线运行.(3)皮带式流水线特点：其能承载产品比较轻,但是在形状方面限制少；由于和生产 线同步运行,所以可以实现产品爬坡转向；其以皮带作为输送载体,可 以实现产品平稳输送并且噪音小；另外还可实现轻型物料或着较长距离 产品输送.(4)差速输送流水线特点：采用倍速链牵引,工装板可自由传送,采用阻挡器定位使工 件自由运动或停止,工件在两端可自动顶升,横移过渡,还可设旋转、 检测设备、机械手等.流水线是加工量到了一定数量后必然选择,其输送水平大,运距长, 可以减少工件搬运,提升加工效率,有利于提升产品质

20、量,减少加工费 用,所以应用十分广泛. A3号电机3V (r/电机口115图2-1罪参照图2-1号、1号；当流 o号.电机启停由2.2设馈I一生产流水线篇考示意图3电机流卿线需要启动时,31电动机启动顺序为：3号、需强出3个西斗停山臂为. 6? 电气限制系统进行限制.11四速流水线当中某1生产流水工作台由电机带动,本课题电气限制系1设计,对生产 电机最终需要实现电机正血 反向以或双i运行, 使其具备启停、调试、单项选择等功能.电机多段速运行情况如以下图所示图2-2电机多段速运行示意图具体目标如下：电机启动,当电机自动运行时将分五档速度连续运 转,正转一档速度300r/min、正转二档速度900

21、r/min、正转三档速 度1500r/min,反转四档速度600r/min、反转五档速度1500r/min; 当电机进行调试时以一档速度300r/min运行,可实现正反转调试；此 外,在单项选择状态下,电机可以以任意一级速度恒速正转运行；需要时电 机可以随时停止.2.3设计思路及实现根据公式f = n P /60可知,对于一台电机,转速n与频率f成对应关系,故可以利用变频器限制频率变化从而来实现电机多段速运行 2.另一方面,通过对变频器工作原理理解可知,限制变频器开关量输 入可以实现多个固定频率输出.所以,合理运用 PLC,其输出信号作为 变频器开关量输入限制信号,变频器限制电机运行于多档转速

22、即可构成PLC配合变频器电气限制系统,通过软件与硬件结合,即可到达设计目标通过对设计目标分析,结合 PLC输入开关元件,该生产流水线某一局部限制电机电气限制系统实现内容如下：按下SB1,电动机启动；按下SB12,电动机自动多段速连续运行,工作台运行；按下 SB2,电动机m按下 SB4,电动机正转；按下SB5,电动机反正转机以任意飞缴单项选择电动机以二速:二速龈机沪I.4Q0.2商街；按下10.6端丁档转速运行；按下SB6,单项选择,电动SB7,电霸机以一速运行；按下B$, * 尸QQ, 3 ,亘行鲁眄J SB9, Em动机以三屋窗管判下SB10电动机以四速运彳帽号*根据雷叶斤统示意图如下:-

23、工I啦4 11?电动机以五速运行- 110 虹 5 由流水线中某一局部可- II 2- COMPLC和变频器组成限制系图2-3 PLC和变频器组成限制系统示意图第三章限制系统硬件设计3.1 西门子 S7-200 PLC3.1.1 PLC组成及工作原理可编程逻辑限制器PLC主要由中央处理单元、存储器、输入输出 模块、电源和外部设备等几局部组成3.1中央处理单元CPU与通用计算机中CPU一样,PLC中CPU是PLC整个系统核心.其主要由运算器、限制器、存放器以及地址总线、数据总线、限制总线 构成,还有外围芯片、接口及有关电路.CPU决定了整个系统限制规模、 工作速度、内存容量等.PLC中所配置CP

24、U随机型不同而不同,一般有 三大类：一类为通用微处理器,如 8086、80286等；一类为单片微处理器,如8051、8096等；还有一类是位处理器,如 AMD2900、AMD2903等.一般情况下,PLC档次越高,CPU位数越多,储存容量也越大.有时,为了提升PLC限制性能,系统采用多个 PLC,其智能模块由单独C PU进行限制.CPU中限制器限制PLC工作,它读取指令、解释指令、执行指令； 运算器用于算术或逻辑运算,由限制器指挥工作；存放器主要储存运算 中间结果,也是由限制器指挥工作.PLC中CPU按系统程序赋予功能,指挥 PLC进行工作,主要有：接收从编程器输入用户程序以及数据.对PLC内

25、部电路工作故障、电源以及编程存在语法错误等问题进 行诊断.通过输入接口来接收现场状态或数据, 并且将其存入到数据存放器 或输入映像存放器中.从存储器中逐条一一读取用户程序,解释然后执行.根据执行结果,更新标志位状态以及输出映象存放器中内容, 通过 输出单元来实现输出限制.2存储器存储器主要用于存储程序以及数据,是 PLC不可缺少组成单元.PLC中存储器一般包括系统程序储存器和用户程序储存器两局部.系统程序储存器存储系统监控程序,一般情况下采用只读存储器ROM, 其具有掉电不丧失信息特性；用户程序存储器用于存储根据工艺要求或 限制功能而设计限制程序,在早期一般采用随机读写存储器RAM ,其 需要

26、后备电池用来在掉电后保存程序.目前倾向于采用电可擦除只读存 储器EEPROM或闪存,从而免去了后备电池麻烦.一般而言,多数 P LC可以扩展存储器容量.系统程序是PLC制造厂家编写,和PLC硬件组成有关,具完成系 统诊断、解释命令、调用治理功能子程序、逻辑运算及参数设定等各种 功能,提供PLC运行平台.系统程序关系到 PLC性能,在PLC使用过 程中不会变动,是由制造厂家直接固化在只读存储器中,用户不能访问 和修改.用户程序是随PLC限制对象而定,是由用户根据对象生产工艺限制 要求而编制应用程序.为方便读出、检查和修改,用户程序一般存于静 态RAM中.为预防干扰对RAM中程序破坏,当用户程序运

27、行正常并且 不需要改变时可将其固化在只读存储器中.现在许多PLC直接采用EEPROM作为用户存储器.在PLC运行过程中经常变化以及存取一些数据叫做工作数据,其存 放在RAM中以适应随机存取要求.在 PLC工作数据存储器中,有存放 输入输出继电器、定时器、辅助继电器等逻辑器件存储区,用户程序初 始设置和运行情况决定了这些器件状态.由于系统程序以及工作数据与用户没有直接联系, 所以在PLC产品 样本或者使用手册中列出存储器形式及容量都是指用户程序存储器. 当P LC用户存储器容量不够用时,许多 PLC还提供存储器扩展功能.(3)输入/输出模块输入模块和输出模块通常也称为I/O模块或I/O单元,是P

28、LC与生 产现场之间连接部件.起着PLC与外部设备之间传递信息作用.PLC提供了具有各种工作电平、驱动水平和连接形式I/O模块可供用户选用,如电气隔离、串/并行变换、电平转换、开关量输入/输出、数/模转换、模 /数转换及其他功能模块等.PLC通过输入模块可以检测被控对象数据, 以这些数据作为PLC进行限制依据,同时,PLC又通过输出模块将处理 结果送给被控对象从而实现限制目.由于外部输入和输出设备所需要信号电平是多样, 而PLC内部CPU 处理信号只能是标准电平,所以要通过I/O模块实现这种转换.I/O模块 一般都有光电隔离和滤波功能来提升抗干扰水平.止匕外,I/O模块上通常 有状态显示,便于

29、维护.I/O模块分为开关量输入、开关量输出、模拟量输入和模拟量输出等 模块.I/O模块上通常还有I/O接线端子排和状态显示,便于用来链接和 监视.开关量模块按电压分有 220V AC、110V AC、24V DC等规格； 根据隔离方式分有晶闸管输出、继电器输出、晶体管输出等类型.模拟量模块根据信号类型分有电流型、电压型等规格；根据精度分有12位、14位等规格.(4)电源PLC中不同电路单元需要不同工作电源,在整个 PLC系统中电源起 着十分重要作用.PLC 一般都配有开关式稳压电源,用来给 PLC内部电 路以及各模块集成电路提供工作电源.有些机型还向外提供24V直流电源,用于给外部输入信号或传

30、感器供电,减少了外部连线,为用户提供 了方便.在有些PLC中把CPU与电源合二为一,而有些是分开.在输出 类型上,有110V或者220V交流输入,还有24V直流输入.(5)外部模块编程设备.常见有简易手持编程器、基于 PC编程软件、智能图形 编程器等.编程设备用于输入和编辑用户程序,设定一些系统参数、监 控PLC及其限制系统状态.编程设备是PLC在应用系统设计与调试、监 控运行、检查维护中不可或缺部件,但其不直接地参与现场限制.其他外设.除了编程设备外,PLC还有用来记录程序和信息盒式磁 带机、用来打印程序和报表打印机、用来显示或监视系统中相关局部运 行状态图形监控器等外部设备.当PLC处于停

31、止工作模式时,PLC只进行内部处理和通信效劳等内 容.在运行模式下,PLC通过反复执行反映限制要求用户程序来实现控 制功能,为了使PLC输出及时地响应随时可能变化输入信号,用户程序 不是只执行一次,而是不断地重复执行,直至 PLC停机或切换到STOP 工作模式.PLC这种周而复始工作方式称为循环扫描工作方式.当 PLC 投入运行后,它工作过程一般分为三个阶段,也就是输入采样、用户程 序执行和输出刷新三个阶段4.完成这三个阶段称作一个扫描周期.在 整个运行期间,PLCCPU以一定扫描速度重复执行上述三个阶段.(1)输入采样阶段在此阶段,PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将 它们存入

32、I/O映象区中相应单元内.采样结束后转入用户程序执行和输出 刷新阶段.在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化,I/O映象区 中相应单元状态和数据也不会改变.2用户程序执行阶段在此阶段,PLC总是按由上而下顺序依次扫描梯形图.在扫描每一 条梯形图时,又总是先扫描梯形图左边由各触点构成限制线路,并按先 左后右、先上后下顺序对由触点构成限制线路进行逻辑运算,然后根据 逻辑运算结果,刷新系统RAM存储区中该逻辑线圈对应位状态, 或者刷 新I/O映象区中该输出线圈对应位状态,或者确定是否要执行该梯形图所 规定特殊功能指令.在用户程序执行过程中,只有输入点在I/O映象区内数据和状态不会 发生变化,而输

33、出点和软设备在系统 RAM存储区或者I/O映象区内状态 和数据都可能发生变化,而且排在上面梯形图,其程序执行结果会对排 在下面梯形图起作用,相反,排在下面梯形图,其被刷新状态或数据只 能到下一个扫描周期才能对排在其上面程序起作用.3输出刷新阶段在扫描用户程序结束以后,PLC就会进入输出刷新阶段.在此阶段, CPU根据I/O映象区内对应数据和状态刷新所有输出锁存电路,再经输 出电路驱动相应外部设备.这时才是 PLC真正输出.3.1.2 S7-200 PLC 简介西门子S7系歹U PLC体积小、速度快、标准化,具有网络通信水平, 功能强,可靠性高5.其中,S7-200系列是整体式,CPU模块、I/

34、O模 块和电源模块都在一个模块内,称为 CPU模块.同一机架上模块之间是 通过模块正上方数据接头连接.它编程语言有三种,即语句表STL、梯形图LAD、功能块图FBD.S7-200 PLC开展至今,大致经历了两代：第一代产品,其CPU模块为CPU 21X,主机都可进行扩展,它具有四种不同配置 CPU单元：C PU 212, CPU 214, CPU 215和 CPU 216.第二代产品,其 CPU 模块 为CPU 22X,主机都可进行扩展,具有五种不同配置 CPU单元：CPU 221, CPU 222, CPU 224 和 CPU 226 和 CPU226XM ,除 CPU 221 之外, 其它

35、都可加扩展模块,是目前小型 PLC主流产品.西门子S7-200 PLC 在实时模式速度快,有较高生产力,可以与其他限制器结合使用.S7-200硬件系统由根本单元(CPU)、扩展单元、特殊功能模块、相 关设备组成.S7-200 PLC具有以下特点：(1)集成24V电源.可直接连接到传感器,其中, CPU224输出2 80mA,可用作负载电源.(2)通信口.其中,CPU221、CPU222 以及 CPU224具有 1 个 RS- 485通信口, CPU226具有 2 个 RS-485通信口, S7-200支持 PPI、MPI 通信协议,有自由口通信水平.(3)高速脉冲输出.S7-200具有两路高速

36、脉冲输出端,频率达 20K HZ ,可用于限制步进电机或者伺服电机.(4)中断输入允许以极快速度对过程信号上升沿做出响应.(5)电池模块.用户数据可通过内部超级电容存储大约5天.选用电池模块能延长存储时间到200天.电池模块插在存储器模块卡梢中.(6)数字量输入/输出点.CPU221具有6输入/4输出；CPU222具 有8输入/6输出；CPU224具有14输入/10输出；CPU226具有24输入/ 16输出.(7)高速计数器.具有几个高速计数器,用于捕捉比CPU扫描频率更高脉冲信号.S7-200 PLC应用领域从更换继电器和接触器一直扩展到单机、网络 以及分布式配置更复杂自动化领域.S7-20

37、0 PLC具有结构紧凑小巧、大 容量程序和数据存储、实时响应快、操作顺序和过程限制快速和精确、 易于配合STEP7-Micro/WIN32工程软件使用等优点.3.1.3 I/O地址分配此次课题中使用 S7-200 PLC CPU 224XP CN,其具有14个输入点 和10个输出点.结合此设计需要满足功能要求以及开关元件,考虑 PLC 与变频器之间输入输出限制关系,S7-200 I/O地址可按如下分配：表3-1 I/O地址分配表输入输出功能元件地址功能地址启动SB1I0.1DIN3Q0.1停止SB2I0.2DIN4Q0.2调试SB3I0.3DIN5Q0.3正转SB4I0.4DIN1Q0.4反转

38、SB5I0.5DIN2Q0.5单项选择SB6I0.6一速SB7I0.7二速SB8I1.3三速SB9I1.4四速SB10I1.0五速SB11I1.1白动SB12I12EC 24V电源册保变频署端7端号端16端5S7-200 PLC接线图3.1.4图 3-1 邱7-200PLC (CPU 224XP CN) DC 电源/DC 输入/DCf输出 端子接,也 由初&颊心后 由向电您蟋运 演凯如. 5构成第厘1组以 o-1M和12M为分为各缙公噢班lc 124V负极接算J 端1M或者2M,输入开关一端摄oDCp24V底!枷,输入开关另一端接 CP u 224XP 1CN疥输右端为DC施盅和 1ML o1

39、L+i0.0QQ4麻第二组和由2M、 咳 .0端,DC,+、2L+端,0.1Q0.4 输出7、端8、端1一端接CpU 224加|Cn由储凉制匕变血辞端 6、端 5连窗一启：停i调送转二转j选二速 四速五速自劭 二速 三速图3-1 S7-200 PLC接线图3.2 西门子 MICROMASTER VECTOR 变频器3.2.1 变频器工作原理变频技术诞生背景是交流电机无级调速广泛需求.传统直流调速技 术因体积大故障率高而应用受限.变频器是通过整流、斩波、逆变等基本过程以及对电力半导体器件(如IGBT等)PWM限制等,将电压和频 率固定不变工频交流电电源变换为电压或频率可变交流电电源,最终实 现对

40、电机调速运行6.变频器组成单元有整流单元、滤波单元、逆变单 元、制动单元、驱动单元、检测单元、微处理单元等.变频器靠内部IGBT开断来调整输出电源电压和频率, 根据电机实际需要来提供其所需电 源电压,从而到达节能以及调速目,另外,变频器还有很多保护功能, 比方过流保护、过压保护、过载保护等等.变频器具有调速范围宽、调 速精度高、动态响应快、运行速率高、限制灵活、安装调试操作方便且 易于同其他设备连接等一系列优点,随着社会不断进步与开展以及工业 自动化程度不断提升,变频器得到了非常广泛应用.变频器主电路是给异步电动机提供调压调频电源电力变换局部,主 电路大体上可以分为两类：电压型和电流型.电压型

41、是将电压源直流转 换为交流变频器,其直流回路滤波是电容.电流型是将电流源直流转换 为交流变频器,其直流回路滤波是电感.变频器主电路组成有三局部,分别是整流器、平波回路和逆变器. 整流器作用是将工频电源转换为直流功率,即将工作频率固定交流电转 换为直流电；平波回路作用是吸收在变流器和逆变器产生电压脉动；逆 变器,由大功率开关晶体管阵列组成电子开关,其作用是将直流功率转 换为交流功率,即将直流电转化成不同频率、宽度、幅度方波.另外, 给主电路提供限制信号回路叫做限制电路,它是由频率、电压运算电路, 主电路电压、电流检测电路,电动机速度检测电路,放大运算电路限制 信号驱动电路,以及逆变器和电动机保护

42、电路组成.3.2.2 变频调速变频调速是改变电动机定子电源频率,从而来改变其同步转速n调速方法7.提供变频电源变频器是变频调速系统主要设备,变频器可分 成交直交变频器和交交变频器两大类,目前我国国内大都使用是交直交 变频器8.它特点如下：(1)效率高,在调速过程中没有附加损耗.(2)应用范围广泛,可运用于笼型异步电动机.(3)调速范围大,特性硬,精度高.(4)技术复杂,造价高,维护检修困难.(5)变频调速适用于对精度以及调速性能要求较高场合.变频调速技术在国民经济和日常生活中有着很重要地位：(1)应用面广,是工业企业和日常生活中普遍需要新技术.(2)是节约能源高新技术.(3)是国际上技术更新换

43、代最快领域.(4)是高科技领域综合性技术.(5)是替代进口、节约投资最大领域之一.变频调速以变频器向交流电动机供电,从而构成开环或闭环系统. 变频器是把固定电压、固定频率交流电转换成可调电压、可调频率交流 电变换器,是异步电动机变频调速限制装置9.3.2.3 MMV变频器简介MICROMASTER VECTOR (MMV)是具有免测速机矢量限制功能 通用型变频器用于限制三相电机转速.免测速机矢量限制可以计算出所 需输出电流及频率变化量以维持所期望电机转速,而不受负载条件变化影 响.MMV变频器具有如下特点：(1)安装、设定、调试简便.(2)矢量限制起动转矩高并且速度精度高.(3)单相输入MMV

44、12-MMV300可提供内装RFI滤波器选件.(4)快速电流限幅可以运用于无跳闸应用.3.2.4 0 C到50 C温度范围.(6)内部自带PID限制功能,可以完成闭环过程限制,为用于反响传 感器提供15V、50mA供电.(7)可通过RS-485串口实现远程限制,此外使用USS通讯方式最多可 以限制31台变频器.(8)输出频率(即电机转速)可由以下方法限制：前面板频率给定 外部电位计限制电机转速 高分辨率模拟量给定值电压或电流输入8个固定频率设定.电动电位计功能串行接口3.2.4 参数设置变频器可以通过前面板上薄膜型按键改变和设定参数,以调节出所 需要变频器特性,例如最大和最小频率等.被选定参数

45、号和设定参数值 通过四位LED显示屏显示出来.值得注意是,如果间断性地按键,数值 将一步一步地改变,如果长时间地按住键,数值将快速地改变10.参数能否读取,取决于P009设定.根据生产流水线电气限制系统设计要求,参数设置如下：表3-2 MMV变频器参数设置/P001显示选择00=输出频率HZP006频率设定方式选择22=固定频率P007面板操作限制00=运行P009参数保护设定33=所有参数可被读写P041固定频率HZ10P042固定频率HZ30P043固定频率HZ50P049固定频率HZ20P048固定频率HZ50P051选择限制功能11=运行,1可右转P052选择限制功能22=运行,向左转

46、P053选择限制功能1717=二进制固定频率 限制P054选择限制功能1717=二进制固定频率 限制P055选择限制功能1717=二进制固定频率 限制3.2.5 多段速限制变频器多段速是通过功能端子限制,这些功能端子根据二进制规律 组合接通时,变频器输出各固定频率11.MMV变频器最多可以通过3个端子组合闭合限制生成8种固定频率,根据f = n P /60可知,从而得 到8段速.表3-3中“1表示该端子限制闭合；“0表示该端子限制断 开.由段速表可见,DIN3、DIN4、DIN5功能端子根据表中对应关系进 行闭合时,得到8种固定频率.表3-3 一进制编码固定频率表DIN3 P053)DIN4

47、P054)DIN5 P055FF5 (P046)000FF6 (P047)001FF7 (P048)010FF8 (P049)011FF1 (P041)100FF2 (P042)101FF3 (P043)110FF4 (P044)111因此,为了使PLC与变频器相结合对电机进行限制从而到达生产流PE变频器对应关水线电气限制系统限制要求,S7-200PLC输出点向皿而系应该如表3-4所示.-1C中口修表3-4PLC输出点上匐1褊f应关:：-Q0.1DIN3FF1FF2FF3FF8FF7:1 111100码:4 g S犯g 3DN4T =T;T方Tir1DIN5CPUNUQ0.4DIN1-Q0.一

48、DtNH1D-3.2.6变频器接线图010011V10070铲)01二 1速度频率(r/min)(HZ)300110900301500(506001201500(50C-F参照MMV变频器操作手册,接线图如图所示12.图3-2变频器接线示意图第四章限制系统软件设计4.1 PLC编程随着社会进步与快速开展,微处理器、计算机以及数字通信技术发 展飞速,如今计算机限制几乎已经扩展到了所有工业领域.在这种情况 下,现代社会要求制造业对市场需求作出迅速反响,要求生产出小批量、 多品种、多规格并且低本钱和高质量产品.因此,为了满足这些要求, 生产设备以及自动化生产线限制系统必须具有极高可靠性和灵活性,PL

49、C编程应运而生,它是以微处理器为根底通用工业限制装置.PLC是采用“顺序扫描,不断循环方式进行工作.即在 PLC运行时,CPU根据 按限制要求编制好并储存于用户存储器中程序,根据指令步序号地址号作周期性循环扫描,如果没有跳转指令,那么从第一条指令开始逐条顺序 执行用户程序,直至程序结束,然后再重新返回第一条指令,开始下一 轮新扫描,在每次扫描过程中,还要完成对输入信号采样以及对输出状 态刷新等工作.PLC用户程序,是设计人员根据限制系统工艺限制要求,通过 PLC 编程语言编制标准,根据实际需要使用功能来设计.只要用户能够掌握 某种标准编程语言,就能够使用 PLC在限制系统中,实现各种自动化控

50、制功能.根据国际电工委员会制定工业限制编程语言标准IEC1131-3, PL C有五种标准编程语言：梯形图语言LD、指令表语言IL、功能模 块语言FBD、顺序功能流程图语言SFC、结构文化本语言ST. 其中,梯形图语言是PLC程序设计中最常用编程语言13.它是与继电 器线路类似一种编程语言.它在形式上沿袭了传统继电器一接触器限制 图,是在原继电接触器限制系统梯形图根底上演变而来一种图形语言. 它将PLC内部各种编程元件和各种具有特定功能命令用专用图形符号、 标号表示,并且根据逻辑要求及连接规律组合和排列,从而构成了表示P LC输入、输出之间限制关系图形.由于它在原继电接触器根底上加进了 许多功

51、能强大、使用灵活指令并且将计算机特点结合了进去,使得其逻 辑关系清楚直观、编程容易、可读性强,可以实现功能大大超过了传统 继电接触限制电路,所以得到了广泛欢迎和应用.梯形图编程语言特点 是：与电气操作原理图相对应,具有直观性和对应性；与原有继电器控 制相一致,电气设计人员易于掌握.梯形图设计应注意到以下三点：1梯形图按从左到右、自上而下地顺序排列.每一逻辑行或称 梯级起始于左母线,然后是触点串、并连接,最后是线圈.2梯形图中每个梯级流过不是物理电流,而是概念电流,从左流 向右,其两端没有电源.这个概念电流只是用来形象地描述用户程序执 行过程中应该满足线圈接通条件.3输入存放器用来接收外部输入信

52、号,而不能由PLC内部其它继 电器触点驱动.因此,梯形图中只出现输入存放器触点,而不出现其线 圈.输出存放器那么输出程序执行结果给外部输出设备,当梯形图中输出 存放器线圈得电时,就有信号输出,但不是直接驱动输出设备,而是要 通过输出接口继电器、晶体管或者晶闸管才能实现.输出存放器触点也 可供内部编程使用.4.2 编程软件简介STEP7-Micro/WIN32是运行在计算机Windows系统环境下西门子S 7-200系列PLC编程软件,其界面简单、实用,功能强大,易于操作人 员掌握和使用.具通过PC/PPI编程电缆连接计算机 RS-232串口和S7-2 00 PLCRS-485通信接口后,编程软

53、件就可以向 PLC下载或从PLC上载 所编写应用程序.程序运行过程中还可以对 PLC运行情况进行监控,或 通过强制命令对PLC进行调试.STEP7-Micro/WIN32主界面中,系统菜单和工具栏提供各种功能, 指令树结构列出了编辑资源,包括程序块、符号表、状态图、数据块、 通信块等,还有所有可用指令.在编辑区,可进行程序编辑.这种编程 结构使用了模块化编程体系,程序结构简单、组织方便、层次清楚,有 利于编写规模较大程序.编程软件有如下具体功能：(1)可以用梯形图、语句表和功能块图编程.(2)可以进行符号编程,通过符号表来分配符号和绝对地址,也就 是对编程元件定义符号名称,增加程序可读性,使之

54、易于理解,并可打 印输出.(3)具有易于使用组态向导,用于PID限制器、CPU间数据传输通 信功能和高速计数器功能.(4)支持三角函数、对数运算功能.(5)可用于CPU硬件设置,如输入延时、实时时钟设置、通信系 统网络地址和CPU最近错误状态.(6)可通过调制解调器支持 S7-200远程编程.(7)可进行故障检测和诊断、执行单次扫描、强制输出等.(8)可以同时翻开多个窗口显示状态表和信号状态.(9)有可编辑变量状态表,易于程序调试.(10)可导入和导出STEP7-Micro/DOS格式文件.4.3顺序限制继电器(SCR)指令在工业限制工程中,用梯形图或语句表一般指令编程,程序简洁但 需要一定编程技巧,特别是对于一个工艺过程比较复杂限制系统,如一 些顺序限制过程,各过程之间逻辑关系、内部连锁关系复杂,其梯形图 冗长,通常要有熟练电气工程师才能编制出限制程序.此时利用 SCR指 令编制,顺序限制程序清楚明了,统一性强,适合初学者和不熟悉继电器限制系统人员运用.其中,所谓顺序限制,是使生产过程按工艺要求 事先安排顺序自动进行限制.各种型号PLC编程软件,一般都为用户提供了一些顺序限制指令.S7-200系列PLC编程软件有三条顺序限制继电器指令,包括 LSCR 程 序段开始、SCRT 程序段转换、S