基于PLC的变频调速控制系统

课 程 设 计课程名称基于PLC课题名称专 业班 级学 号姓 指导教2013年9月13设计内容与设计要求一．设计内容：1。变频器的选择设计2。PLC的选择设计3。基于PLC的变频器开环调速控制系统的设计4.PLC的变频器模拟量闭环调速控制系统的设计二．设计要求：设计思路清晰，给出整体设计框图；单元电路设计,给出具体设计思路和电路；分析所有单元电路与总电路的工作原理，绘制控制系统原理图，PLC的控制程序设计,写出设计报告；主要设计条件设计依据主要参数西门子变频器一台S7-200PLC一台交流电动机一台可提供实验说明书格式课程设计封面；任务书;说明书目录；PLC、变频器的选择及参数设置与操作基于PLC设计基于PLC系统的设计实验调试，实验数据及分析.总结与体会;附录完整的总电路图；参考文献；10、课程设计成绩评分表进度安排第一周星期一：课题内容介绍和查找资料；星期二:总体电路方案确定星期三:主电路设计星期四:控制电路设计星期五：控制电路设计；第二周星期一：控制电路设计星期二：电路原理及波形分析、实验调试及仿真等星期四~五:写设计报告，打印相关图纸；星期五下午：答辩及资料整理参考文献版社，1998（4版,2000莫正康．电力电子技术应用（3版)．机械工业出版社，2000郑琼林．耿学文．电力电子电路精选．机械工业出版社，1996刘定建朱丹霞．实用晶闸管电路大全．机械工业出版社，1996,1995刘星平．运动控制系统实验指导书．校内,20099。刘星平.THPK-2型工业综合自动化控制装置实训指导书.2009目录第一章系统的功能设计分析和总体思11.1概述 11。2系统功能设计分析 21.3系统设计的总体思路 3第二章PLC和变频器的型号选择 4PLC的型号选择 42。2变频器的选择和参数设置 52.2.1变频器的选择 52。2.2变频调速原理 6。3变频器的工作原理 72。2.4变频器的快速设置 7第三章硬件设计以PLC编程 93.1开环系统硬件设计 93。2开环系PLC程序 9第四章基PLC的变频器模拟量闭环调速控制系统的设144。1闭环系统硬件设计 144.2闭环系PLC程序 15第五章实验调试和数据分析 215。1PID参数整定 215.2运行结果 22第六章总结与体会 23参考文献 24电气与信息工程系课程设计评分表 25PAGEPAGE10第一章系统的功能设计分析和总体思路1。1概述调速系统快速性、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。调速控制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。可编程控制器(PLC）自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。它具有抗干扰能力强，价格便宜，可靠性强，编程简朴，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人PLC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PIDPID不必弄清系统的数学模型。PID60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,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的变频器.组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境,使用灵活的组态方式，为用户提供快速构要实现某一任务，都是通过编写程序来实现的。编写程序不但工作量大、周期系统功能设计分析随着电力电子技术以及控制技术的发展,交流变频调速在工业电机拖动领域PLC作为替代继电器的新型控制装置，简单可靠，操作方便、通用灵活、体积小、使用寿命长且功能强大、容易使用、可靠性高,常常被用于现场数据采集和设备的控制；组态软件技术作为用户可定制功,PC机上可开发友好人机界面,PLC,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.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。系统设计的总体思路PLCPLC,PLCPLC.具体如下图所示:速度给定速度给定+PLC（PID）变频调速系统电机速度反馈信号-速度闭环控制的机构控制图第二章PLC2。1PLC的型号选择PLC系统设计时,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PLC,PLC和设计相应的控制系统.综合了输入输出（I/O）S7-200PLC一台。图2—1S7-200PLC外观图S7—2005CPU612计数器/I/OPID通信协议。价格是它在所有品牌在同一功能区内很有竞争力的。最重要的是它还提供了完善的的网上支持。这些都为实现本系统的设计提供很好的条件和方便.例如，高速计数器可以用来测速从而实现速度反馈。2。2变频器的选择和参数设置变频器的选择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。MM420.MM420BOP控制面板。2-2变频器MM420BOP2。2。2变频调速原理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。n=60f(1-s)/pps变化不大,nf进而达到异步电机的调试目的。2。2.3变频器的工作原理变频器的工作原理是把市电50Hz）后利用半导体器件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。2。2.4变频器的快速设置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.序号变频器参数出厂值设定值功能说明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(1430r/min)6P100021用操作面板(BOP）控制频率的升降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）12P0701110正向点动13P07021211反向点动14P10585.0030正向点动频率(30Hz)15P10595。0020反向点动频率（20Hz)16P106010。0010点动斜坡上升时间（10S）17P106110。005点动斜坡下降时间(5S）注:(1）设置参数前先将变频器参数复位为工厂的缺省设定值（2）设定P0003=2允许访问扩展参数（3)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定P0010=0(准备）图2-2变频器的快速设置第三章硬件设计以及PLC编程3。1开环系统硬件设计没有反馈信息的比较,通过直接给定控制信息的控制调速系统称之为开环调速系统。其控制思想的结构框图如下图所示：图3—1开环调速控制系统依据开环调速控制系统框图，连接PLC和变频器。图3-2开环调速控制系统硬件连接图3.2开环系统PLC程序系统采用开环控制方式来控制电机的调速，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：PID控制的参数主程序11中断程序PAGEPAGE21子程序图3—3开环调速控制系统PLC程序第四章基于PLC统的设计闭环系统硬件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PLC来实现.PLC,PID制部分，从而调节速度使其能达到设定要求。图4-1闭环调速控制系统依据闭环调速控制系统框图，连接PLC和变频器.图4-2闭环调速控制系统硬件连接图EM235A+,A-端连接到直流可调电源的输出端,RMAIN+,AIN-010001PLCQ0。0DN1端。完成闭环调速控制系统的硬件连接。PLC主程序中断程序子程序图4-3闭环调速控制系统PLC程序第五章实验调试和数据分析5。1PID参数整定PIDPTiTd,,但误差太大。目前，应用最多的还是工程整定法：如经验法、衰减曲线法、临界比例带法和反应曲线法。被控变量 规律的选择比例度积分时间（分钟）微分时被控变量 规律的选择比例度积分时间（分钟）微分时（分钟）速度滞后较大20~603~100。5~3实验凑试法的整定步骤为"先比例，再积分，最后微分"。整定比例控制将比例控制作用由小变到大，观察各次响应,直至得到反应快、超调小的响应曲线。整定积分环节1）50～80％,个较大值，观测响应曲线。然后减小积分时间，加大积分作用,并相应调整比例系数，反复试凑至得到较满意的响应，确定比例和积分的参数。3）整定微分环节环节先置微分时间TD=0，逐渐加大TD，同时相应地改变比例系数和积分时间，反复试凑至获得满意的控制效果和PID控制参数。225。2运行结果PID控制，速度反馈具有比较严重的滞后性，所以一般为了PID0.01时,系统能得到比较满意的控制效果.给定电压和速度反馈电压之间相差在+0.02V以内，达到预期要求。PAGEPAGE25第六章总结与体会经过近两个星期的努力，我的运动控制课程设计终于完成了。在这两周的课程设计中，我有过不知所措的茫然，有过废寝忘食的专注,有过无从下手的苦恼，也有过豁然开朗的喜悦。在课程设计期间通过与同学们之间的交流和老师S7-200PID首先经过这次的运动控制课程设计我感觉以前学过的知识得到了实践的强化与应用，这样那些知识在我脑子中就更加影响深刻了。然后因为是设计类的活动,使得我意识到必须要有非常清晰的思维与谨慎的态度才能做好,还有就是对知识的掌握要扎实到位，如果不了解，根本就无法成功。还有要跟同学很好的合作才能更快的完成任务,回头去看，通过这次运动控制课程设计,我掌握了设计这门课程的基本步骤和方法,应该会为将来更高阶的设计打基础.通过这次课程设计,我深刻的