PLC控制变频器调速系统实训

第一章实训任务、目的及要求实训要求.确定控制方案，选择PLC^变频器。.画出电气控制线路图。.设计程序。.完成PLC控制系统梯形图软件及其语句表的编制任务。.在实验室条件下，通过试验调试初步验证其程序的正确性。实训任务和目的.了解PLC控制变频调速系统。.了解S7-200CPU力口M440变频器参数设置。.了解电气控制系统设计的基本原则、内容与一般步骤。.掌握PLC变频调速控制系统调试基本过程和方法。系统控制要求.变频调速器受0-10v电压控制。输出0Hz对应同步转速为0r/min。输出50Hz对应同步转速为1500r/min。输出100Hz对应同步转速为3000r/min。输入电压与输出频率按线性关系变化。.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。.改变输出转速-时间的变化函数，重复上述过程。PLC简介PLC的基本概念可编程控制器是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController),简称PLC,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(PersonalComputer的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC由于它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小，组装灵活，编程简单，抗干扰能力强及可靠性高等特点，非常适合于在恶劣的工业环境下使用。故自60年代末第一台PLC问世以来，已很快被应用到机械制造、冶金、矿业、轻工等各个领域，大大推进了机电一体化进程。进入80年代，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，使得可编程控制器有了突飞猛进的发展，功能日益增强，已远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，具备模数转换、数模转换、高速计数、速度控制、位置控制、轴定位控制、温度控制、PID控制、远程通讯、高级语言编辑以及各种物理量转换等功能。特别是远程通讯功能的实现，易于实现时柔性加工和制造系统(FMS),使得PLC如虎添翼，被人们称为现代工业控制三大支柱之一。PLC的基本结构PLC的结构有如下组成：①电源PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去②中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU勾成冗余系统，或采用三CPU勺表决式系统。这样，即使某个CPU*现故障，整个系统仍能正常运行。③存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。④输入输出接口电路现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。⑤功能模块如计数、定位等功能模块。⑥通信模块如以太网、RS48sProfibus-DP通讯模块等。PLC的工作原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。(1)输入采样阶段在卒&入采样阶段，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I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，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映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。(2)用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAMfr储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAMfr储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。(3)输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU®照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。第二章总体设计方案控制系统I/O点数分析在控制回路中需要控制电动机启动和停止的开关以及模拟量的输出等。如表为控制系统I/O分配图。S7-200PLCI/O分配表输入输出外接元件地址功能地址功能SB1电机启动AWQ0电机启动SB2电机停止变频器报警SB3电机加速SB4电机减速表控制系统I/O分配选择机型PLC的选择在此次课程设计中PLC对控制要求并不高而且在控制系统中没有大量的输出端子因此选择较为简单和便宜的S7-200系歹PLC。S7-200系列PLC具有开关量输入输出，但是没有模拟量的输入输出，因此需要扩展模拟量输入输出模块。模拟量模块的选择与S7-200配套的扩展模块有EM232,EM235。EM232只有两路模拟量输出但是没有数字量输出。EM235具有四路模拟量输入和一路电压输出和一路电流输出。考虑到实验室设备，并且是控制系统便于PID的扩展选择EM2350EM235是四路AI/一路AO（暂用两路输出地址）,D/A转换器是12位的。其电压输出为0~10V,电流/&出为0~20mA。符合对变频器的控制要求。EM235才莅才以组合4车俞入“福FLU（6贮57235—。KDN2-OXA。）1rF*S11rF*S10O0000000<S>00£50」炉［如中（【，寸77门£50」炉［如中（【，寸77门AA-A—门口日十日-EOOfO-图模拟量模块EM235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。在本系统中，选用了由西门子生产的通用变频器MM4400变频器MM440为我们提供了很好的BOP控制面板具体如下图：

BOP操作面板150.00状态显示OI01©起动变频器停止变频器改变电动机的转动方向BOP操作面板150.00状态显示OI01©起动变频器停止变频器改变电动机的转动方向©I电动机点动功能访问参数®IO增加/减小数值图变频器MM440空制面板系统控制结构由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0—10V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;输出频率为75HZ,对应同步转速为2250r/min;10V输出频率为100Hz,对应同步转速为3000r/min。第三章硬件部分设计系统主电路图图系统主电路图系统控制电路图*图系统控制电路图PLC的外围接线断路器线圈rCH变频器图PLC的外围接线。工DOCXX工HXXXDCOCCT：1L(UXM3JL4C^(^.VnJWI.INFJS7-200CPJ224X]M(M)(LI(XZnJCUQSOfinJ^UDLlU13M房M]rroooge：[XX)，，一(XX〕EM235HII工电压输出规格OOOBVDrstRSTCM图电压输出规格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:0~10V.输出范围：0~10V所对应的十进制数为:00000~32000标度变换公式：V=AIWO/3200变频器参数设置表安频器戮戮设置表参数号出厂值设置值说明raoo312谀用尸访问级为标谯级P070022由端于新入P070111ON按逋正转P100021.频率设定值为硬盘(MOP)成定值pioao00电时机运仃的最低频率P1032100100电动机西行的最局频率图变频器参数设置变频器报警装置设定：设定P2828=,P0731=r2829。这样，当有任何一种故障发生时,变频器的1号数字量输出端口即会输出信号“1”。第四章软件部分设计设计步骤.使用PLC#个输入点作为系统的各个输入信号。.使用PLC的一个模拟量输入点AQWO为使电机运转的频率信号，接到变频器M440的AINI+和AINI-端子上。.调节变频器使其输出频率受受模拟量输入电压控制。.然后编制输出按时间函数循环的梯形图程序。.最后调试并运行。系统流程框图图系统流程框图

程序的主体初始化变量及判断按键和锁定相应的状态位LDANNetwork2LDANT37TONT37,650Network3LDAW<=T37,200CALLSBR_0:SBR0Network4LDW>=T37,200AW<=T37,300MOVW24000,AQW0Network5LDW>=T37,300AW<=T37,400CALLSBR_1:SBR1Network6LDW>=T37,400AW<=T37,600MOVW8000,AQW0Network7LDW>=T37,600AW<=T37,650CALLSBR_2:SBR20-25秒上升子程序LDTOC\o"1-5"\h\zANT96TONT32,5RC3,1Network2LDT32TONT96,5Network3LDLDC1LDCTUC1,2000Network4LDMOVD12,VD70DTRVD70,VD70Network5LDITDC1,VD60DTRVD60,VD60MOVRVD60,VD80*RVD70,VD80ROUNDVD80,VD80Network6LDDTIVD80,VW90MOVWVW90,AQW025-35秒平衡子程序LDW>=T37,200AW<=T37,300MOVW24000,AQW035-40秒下降子程序LDTOC\o"1-5"\h\zANT96TONT32,5RC1,1Network2LDT32TONT96,5Network3LDLDC2CTUC2,1000Network4LDMOVD16,VD20DTRVD20,VD20Network5LDITDC2,VD10DTRVD10,VD10MOVRVD10,VD30*RVD20,VD30Network6LDMOVD24000,VD50DTRVD50,VD50*R,VD30+RVD50,VD30ROUNDVD30,VD30Network7LDDTIVD30,VW40MOVWVW40,AQW040-60秒平衡子程序LDW>=T37,400AW<=T37,600MOVW8000,AQW060-65秒下降子程序LDTOC\o"1-5"\h\zANT96TONT32,5RC2,1Network2LDT32TONT96,5Network3LDLDC3CTUC3,500Network4LDMOVD16,VD120DTRVD120,VD120Network5LDITDC3,VD110DTRVD110,VD110MOVRVD110,VD130*RVD120,VD130Network6LDMOVD8000,VD150DTRVD150,VD150*R,VD130+RVD150,VD130ROUNDVD130,VD130Network7LDDTIVD130,VW140MOVWVW140,AQW0电动机按照特定转速执行变频器输出电压（V）电动机转速（r/min）500510001500按钮为加速按钮，按钮为减速按钮程序梯形图<=l—II网给4同菊5按特定曲线控制程序梯形图主程序梯形图Netwaik1NetiwcrkTitleMOOMO.ONetwork2MO.OINTONPT100msT37t-5u-子程序0梯形图:子程序1梯形图:Network4子程序2梯形图:Network3M0.3Netwoik4第五章调试过程及结果调试过程将PLC程序下载到PLC测试系统的电压输出分析是否符合设计要求。(1)线路连接将PLCf变频器的各端子按电品&图连好，然后进行EM235勺扩展，PLC与PC进行通信连接。检查无误后接通电源。(2)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莫拟输出，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。(3)程序仿真将程序载入仿真软件,CPU选才?CPU224扩展模块选择EM235开关、、按钮后观察EM235模块里AQ0勺电压数值变化。误差分析：默认情况下EM235寸应的单级范围为0〜32000,实际又t应为0〜32678,本设计是以32000为单位来计算，仿真结果与要求电压略有不同。调试结果系统波形在0-25秒上升，在25-35秒平衡，在35-40秒下降，在40-60秒平衡，在60-65秒下降。图调试结果第六章元器件清单西门子PLC系列S7-200、西门子变频器M440、西门子模拟量模块EM235指示灯三个（红、绿、黄各一个）,刀开关（