基于PLC的电机调速控制系统

限制系统课程设计项目名称：以西门子S7-200为核心的电机速度监控系统学生姓名/学号：卢泽涛1307300108吴钟森1307300105夏杰东1307300107指导老师：黄峥班级电气133专业名称电气工程及其自动化提交日期2016年12月15日答辩日期2016年12月15日系统整体功能说明及软硬件选型 1、通过PLC限制变频器，实现远程方式限制限制鼠笼式异步电动机的正反转及速度。2、将编码器中与转速相对应的输出电压采集到PLC中。3、通过PLC编写PID限制程序，限制电机的转速。4、应用触摸屏组态软件设计限制系统的界面，与PLC进行动态连接，可在界面中限制电机的转速，显示变频器的频率、电机的正反转状态、实际转速等。5、设置电机的正常转速范围（上、下限），当电机转速超出正常范围时，停机并报警，并可复位报警信号。6、软硬件选型说明表如下：序号名称数量备注1西门子PLC编程软件STEP7

软件2MCGS组态软件软件3PLC1台S7-200PLC4变频器1台欧姆龙变频器3G3JV5电机1台鼠笼式电动机6下载电缆1根7通信电缆1根PC/PPI+I/O点与输入输出设备对应关系表PLC与变频器对应接线表PLC端口变频器端口备注Q0.0S1限制电机正转Q0.1S2限制电机反转1LSC供应频率指令电源VFRV为PLC模拟电压输出端，FR为变频器模拟电压接收端（0--10V）MFC公共端互连组态软件与PLC通信关系表组态参数PLC各寄存器备注正转按钮写M0.0限制电机正转反转按钮写M0.1限制电机反转电机转速输入写VD0同步输入修改电机转速电机频率读VD2实时显示电机频率电机转速读VD4实时显示电机当前转速另外，变频器U、V、W端口分别接电机A、B、C三相，如图：系统的原理图，包括主电路和限制电路。PCPC组态软件运行窗口西门子S西门子S7-200PLC欧姆龙变频器欧姆龙变频器3G3JV鼠笼式鼠笼式异步电动机带有电压带有电压模拟输出的测速表软硬件相关设置的说明软件相关设置：MCGS组态软件与西门子s7-200PLC连接相关设置如下：欧姆龙变频器参数设置：n01=08；n02=01；n03=02；n32=0.4程序功能的具体说明1、MCGS组态设计，设计的界面以及功能如下：（1）电机运转前必需先输入转速（例如800r/min）然后点击正转或反转按钮，为了平安，在电机转向切换时，先按停止，待电机停下再进行转向变换。（2）该组态设置了电机转速报警，大于上限值（例如|1200|r/min）时停机报警。（3）该组态可精准转换编码器转速对应频率。（4）PID限制参数于PLC程序中编好，采纳效果最好的一组。（5）各参数设置详见上文第四硬件设置部分。2、西门子s7-200PLC原程序具体说明如下：（见下页）（1）主程序详解：//调用子程序SBR_0，初始化PID模块//限制电机正转//限制电机反转（2）子程序SBR_2详解//将输入转速转化为0—1的大小，并保存至AC1（3）子程序SBR_0详解（PID模块初始化）：//过程变量值PVn=0.75//比例项增益Kc=50.0//采样周期Ts=0.1s//积分时间常数T1=10.0min//微分时间常数Td=0.0//将SMB35定时器设置为100ms//使能、调用中断程序（4）中断程序INIT_0详解：//将模拟量输入值AIW0转换为双整数//将AC0双整数转换为实数//AC0/285.0=实际频率保存至VD2//AC0/10.81=实际转速保存至VD4//AC0/32000=“-1--1”//推断AC0＜0若小于，则乘以-1，变正数//将AC0的值传送到VD100过程变量值PVn处//调用子程序SBR_2//将AC1的值传送到VD104给定值SPn处调试过程：调试阶段的问题分析，解决措施，测试记录以及结果分析。运用变频器干脆限制转速，测得的一组试验数据如下表：转速V(r/min)模拟电压输入U(v)VIW0（AD转换值）VIW0/V(倍数)3061330010.786022650010.798933965010.80119041286010.81148351609010.8417285.831873010.84分析数据可得：AD转换值与实际转速倍数大约在10.81；1728r/min为最大转速，对应VIW0为18730；输入转速V/最大转速Vmax->“0-1”；“0-18730”*1.7084->“0-32000”。2、由数据分析换算关系，可用于程序编写设计运用，使调速、速度监控更加精确。小组成员收获体会、系统存在的问题和进一步的改进看法1、小组成员分工：（1）卢泽涛主要负责PLC程序设计编写；（2）吴钟森主要负责MCGS组态界面设计；（3）夏杰东主要负责硬件接线，变频器参数设置；（4）三人合作一起完成调试阶段，数据记录，问题分析，解决措施，改进建议，报告撰写等。系统存在的问题及进一步改进：目前电机转速波动较大，在±50r/min左右。改进看法：可以在采样时进行滤波，即提中学断采样速度，每10才采样值相加，再去平均值，可较好的抑制波动。3、成员收获体会：（1）卢泽涛：本次课程设计我主要负责PLC程序编写，设计系统整体原理思路，撰写报告等。从本次限制系统的课程设计中，我对西门子s7-200的编程指令，功能模块（PID指令），系统原理设计等更加熟识了，对变频器的基本参数设定、对MCGS组态界面设计，搭建与PLC的通信也有了肯定的了解。基本驾驭了运用组态—PLC—变频器的闭环PID系统限制。总的来说，本次课程设计的编程技术，参数设定，通信技术以及报告的撰写我有学习到东西，收获颇丰！（2）吴钟森：随着老师验收结束，课程设计也告一段落。在课程设计过程中，我体会颇多、收获颇多。这次限制系统课程设计内容是用西门子PLC做一个闭环调速的的电机限制系统，并运用组态软件实时操控电机。在确定课题后，当天晚上就翻查变频器说明书和PLC课本，自学PLC模拟量的运用以及组态软件的运用，确定大致的进度表，因为我觉得对待设计项目，必需树立一个严谨的看法，仔细对待。次日先进行了变频器测试，干脆用变频器限制鼠笼式电机，用旋钮调速。测试完就和组员探讨具体接线，我们之所以先确定接线，是为了便利同步进行组态软件的通信设置，这点细微环节也就成为了我们组进度较快的确定性因素。在完成基本编程任务后，我就主要负责组态搭建任务了。在自学组态的过程中，我遇到了许多困难，通信失败，实时数据库理解有误。于是我请教老师，在老师的解说下渐渐摸索到要领，最终担起演示限制系统的任务。本次课设不仅巩固了了PLC的学问，还学习了组态的运用，驾驭了欧