2288 變頻試驗臺直線運動結(jié)構(gòu)及基于S7-200速度示教系統(tǒng)控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

2288 變頻試驗臺直線運動結(jié)構(gòu)及基于S7-200速度示教系統(tǒng)控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計,變頻,試驗臺,直線運動,結(jié)構(gòu),基于,s7,速度,系統(tǒng),控制,節(jié)制,軟件,上位,監(jiān)控,設(shè)計 變頻器試驗臺直線運動結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計11第一章 緒論1．1,變頻器的概述近年來 ,隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展 ,交流傳動與控制技術(shù)成為目前發(fā)展最為迅速的技術(shù)之一 ,電氣傳動技術(shù)面臨著一場歷史革命 ,即交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計算機數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢。電機交流變頻調(diào)速技術(shù)是當今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動性能 ,高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果 ,廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。深入了解交流傳動與控制技術(shù)的走向 ,具有十分積極的意義.變頻器的發(fā)展隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展 ,直流拖動的薄弱環(huán)節(jié)逐步顯露出來。由于換向器的存在 ,直流電機的維護量加大 ,單機容量、最高轉(zhuǎn)速以及使用環(huán)境都受到限制。人們開始轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便、價格低廉的異步電動機。但異步電動機的調(diào)速性能難以滿足生產(chǎn)的需要。于是 ,從 20 世紀 30 年代開始 ,人們致力于交流調(diào)速技術(shù)的研究 ,然而進展緩慢。在相當長的時期內(nèi) ,直流調(diào)速一直以其優(yōu)異的性能統(tǒng)治著電氣傳動領(lǐng)域。20 世紀 60 年代以后 ,特別是 70 年代以來 ,電力電子技術(shù)、控制技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展 ,使得交流調(diào)速性能可以與直流調(diào)速相媲美。目前 , 交流調(diào)速已進入逐步代替直流調(diào)速的時代。在我國變頻器主要用于交流電動機 異步電機或同步電機。轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié) ,是公認的交流電動機最理想、最有前途的調(diào)速方案 ,除了具有卓越的調(diào)速性能之外 ,變頻器還有顯著的節(jié)能作用 ,是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調(diào)速裝置。自上世紀 80 年代被引進中國以來 ,變頻器作為節(jié)能應(yīng)用與速度工藝控制中越來越重要的自動化設(shè)備 ,得到了快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。目前 ,中國的設(shè)備控制水平與發(fā)達國家相比還比較低 ,制造工藝和效率都不高 ,因此提高設(shè)備控制水平至關(guān)重要。由于變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高、動態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點 ,在許多需要精確速度控制的應(yīng)用中 ,變頻器正在發(fā)揮著提升工藝質(zhì)量和生產(chǎn)效率的顯著作用。變頻調(diào)速這一技術(shù)正越來越廣泛的深入到行業(yè)中。它的節(jié)能、省力、易于構(gòu)成自控系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)也是改造挖潛、增加效益的一條有效途徑。尤其是在高能耗、低產(chǎn)出的設(shè)備較多的企業(yè) ,采用變頻調(diào)速裝置將使企業(yè)獲得巨大的經(jīng)濟利益 ,同時這也是國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的需要。變頻器在控制上具體有以下優(yōu)點：（一）控制電機的啟動電流， （二）降低電力線路電壓波動， （三）啟動時需要的功率更低， （四）可控的加速功能， （五）可調(diào)的運行速度，（六）可調(diào)的轉(zhuǎn)矩極限， （七）受控的停止方式， （八）節(jié)能， （九）可逆運行控制， （十）減少機械傳動部件。1．2， 可編程控制器 PLC 的概述PLC 可編程序控制器：PLC 英文全稱 Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/ 輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。DCS 集散系統(tǒng): DCS 英文全稱 DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM ,中文全稱為變頻器試驗臺直線運動結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計22集散型控制系統(tǒng)。DCS 可以解釋為在模擬量回路控制較多的行業(yè)中廣泛使用的，盡量將控制所造成的危險性分散,而將管理和顯示功能集中的一種自動化高技術(shù)產(chǎn)品。DCS 一般由五部份組成：1：控制器 2：I/O 板 3：操作站 4：通訊網(wǎng)絡(luò) 5：圖形及遍程軟件。PLC 是基于電子計算機，且適用于工業(yè)現(xiàn)場工作的電控制器。它源于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過電路的物理過程實現(xiàn)控制，而主要靠運行存儲于 PLC 內(nèi)存中的程序，進行入出信息變換實現(xiàn)控制。PLC 基于電子計算機，但并不等同于普通計算機。普遍計算機進行入出信息變換，多只考慮信息本身，信息的入出，只要人機界面好就可以了。而 PLC 則還要考慮信息入出的可靠性、實時性，以及信息的使用等問題。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，抗干擾等問題。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968 年美國 GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱 Programmable Controller（PC） 。個人計算機（簡稱 PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為 Programmable Logic Controller（PLC ） ，現(xiàn)在，仍常常將PLC 簡稱 PC。PLC 的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對 PLC 的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。上世紀 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期， PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC 逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。PLC 具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC 在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出"網(wǎng)絡(luò)就是控制器" 的觀點說法。1．3，可編程控制器和變頻器通訊的概述在傳統(tǒng)的 plc——變頻控制集成系統(tǒng)中，變頻器的啟動/停止與故障監(jiān)控由 PLC 通過開關(guān)量實現(xiàn)端對端控制。變頻器頻率是由 PLC 通過模擬量輸出端口輸出 0～5(10)V 或4～20mA 信號控制，需要 PLC 配置昂貴的模擬量輸出端口模塊。變頻器出現(xiàn)故障時由PLC 讀取變頻器的故障報警觸點，對具體故障原因并不清楚，需查詢變頻器報警信息后再閱讀變頻器說明書才知道。隨著交流變頻控制系統(tǒng)及通訊技術(shù)的發(fā)展，可以利用 PLC 及變頻器的串行通訊的方式來實現(xiàn) PLC 對變頻器的控制。PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、PLC 與上位計算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù) PLC 具有 RS-變頻器試驗臺直線運動結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計33232 接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC 的通信，還未實現(xiàn)互操作性，IEC 規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標準， PLC 各廠家均有采用。對于一個自動化工程(特別是中大規(guī)?？刂葡到y(tǒng) )來講，選擇網(wǎng)絡(luò)非常重要的。首先，網(wǎng)絡(luò)必須是開放的，以方便不同設(shè)備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴展；其次，針對不同網(wǎng)絡(luò)層次的傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡(luò)的形式，這必須在較深入地了解該網(wǎng)絡(luò)標準的協(xié)議、機制的前提下進行；再次綜合考慮系統(tǒng)成本、設(shè)備兼容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網(wǎng)絡(luò)標準。在現(xiàn)代工業(yè) 控制系統(tǒng)中，PLC 和變頻器的綜合應(yīng)用最為普遍。比較傳統(tǒng)的應(yīng)用一般是使用 PLC 的輸出接點驅(qū)動中間繼電器 控制變頻器的啟動、停止或是多段速;更為精確一點的一般采用 PLC 加 D/A 擴展模塊連續(xù) 控制變頻器的運行或是多臺變頻器之間的同步運行。但是對于大規(guī)模自動化生產(chǎn)線，一方面變頻器的數(shù)目較多，另一方面電機分布的距離不一致。采用 D/A 擴展模塊做同步運動控制容易受到模擬量信號的波動和因距離不一致而造成的模擬量信號衰減不一致的影響，使整個系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性降低。而使用 RS-485 通訊控制，僅通過一條通訊電纜連接，就可以完成變頻器的啟動、停止、頻率設(shè)定;并且很容易實現(xiàn)多電機之間的同步運行。該系統(tǒng)成本低、信號傳輸距離遠、抗干擾性強。1．4，人機界面的概述從計算機問世以來，早期用戶是以計算機專業(yè)人員為主，但隨著計算機廣泛進入人們的工作生活領(lǐng)域，計算機用戶發(fā)生了改變，非計算機專業(yè)的普通用戶成了用戶的主體。這一重大轉(zhuǎn)變使計算機的可用性問題變得日益突出起來。人機界面應(yīng)當是什么樣的？如何去建造這樣的界面？人們開始關(guān)注和研究這些問題。這些問題既涉及人也涉及計算機及一些相關(guān)的學(xué)科如：心理學(xué)、人的因素學(xué)（HumanFactors） 、社會學(xué)、語言學(xué)等。八十年代以來，人機界面的研究有了前所未有的發(fā)展，微型計算機的迅速普及為此起了重要的推動作用。研究人機界面的各種理論和方法:(1)分析與評價技術(shù): 用于分析、評價用戶界面有效性的理論和經(jīng)驗方法，如任務(wù)分析、話語分析、內(nèi)容分析及可用性評價等。(２) 設(shè)計方法論:用來產(chǎn)生好的用戶界面設(shè)計的方法與技術(shù)，如：軟件心理學(xué)、環(huán)境因素設(shè)計法、多方參與設(shè)計法以及支持設(shè)計過程的工具和表記法。(３) 開發(fā)工具和方法 :支持用戶界面開發(fā)的工具箱、用戶界面管理系統(tǒng)（UIMS） 、快速原型法和程序設(shè)計輔助工具等。( ４)交互方式與設(shè)備:新的輸入／輸出設(shè)備和設(shè)備運用策略，包括視覺、聲音、觸覺、姿態(tài)等通信模態(tài)及多種模態(tài)的集成。( ５) 關(guān)鍵用戶界面成分：如用戶界面隱喻（metaphor） 、用戶界面風(fēng)格、智能界面技術(shù)、取消、超文本／超媒體以及聯(lián)機幫助。(６) 用戶模型：包括用戶行為模型、關(guān)于系統(tǒng)的用戶內(nèi)心模型、用戶個體差異等。(７) 特定應(yīng)用的用戶界面設(shè)計：滿足某類應(yīng)用問題對人機交互作用的特定限制條件和要求的用戶界面設(shè)計。如：虛擬現(xiàn)實、智能輔導(dǎo)系統(tǒng)、信息檢索、Internet/WWW、 CAD/CAM、專家系統(tǒng)過程控制、決策支持等。 (８)計算機輔助協(xié)同工作（CSCW）：關(guān)于如何使用計算機系統(tǒng)幫助人的群體有效協(xié)同工作的研究，包括現(xiàn)場觀察研究、理論模型、群體用戶界面開發(fā)設(shè)計等。(９)法律與標準：關(guān)于用戶界面的專利和版權(quán)問題、用戶界面的標準化。這些研究方向目前大多處于十分活躍的發(fā)展階段，并且有著較強的分化和相互滲透傾向，有些方向甚至有可能發(fā)展為具有相當規(guī)模的相對對立的研究領(lǐng)域資源參考相關(guān)示例站點鏈接知識回顧疑難解答信息反饋人機界面是人與機器進行交互的操作方式,即用戶與機器互相傳遞信息的媒介,其中包括信息的輸入和輸出。好的人機界面美觀易懂、操作簡單且具有引導(dǎo)功能,使用戶感覺愉快、興趣增強,從而提高使用效率 .狹義的人機界面(Human Computer Interface)是計算機學(xué)科中最年青的分支學(xué)科之一。它是計算機科學(xué)和認知心理學(xué)兩大科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物,它涉及變頻器試驗臺直線運動結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計44當前許多熱門的計算機技術(shù),同時也是吸收了語言學(xué)、工業(yè)設(shè)計、人機工程學(xué)和社會學(xué)的研究成果,是一門交叉性、邊緣性、綜合性的學(xué)科。最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。第二章 方案設(shè)計與準備工作2．1,設(shè)計準備及方案設(shè)計本設(shè)計主要設(shè)計變頻試驗臺直線運動結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教系統(tǒng)控制軟件。需要實現(xiàn)的功能基本上為：（1） 實現(xiàn) PLC 和變頻器的通訊（2） 實現(xiàn)變頻器控制電機的起停，正反轉(zhuǎn)，加減速等（3） 實現(xiàn) PLC 通訊對變頻器的控制，從而間接控制電機（4） 實現(xiàn) PLC 對變頻器的實時數(shù)據(jù)的存儲,管理。（5） 實現(xiàn)操作的在線模擬.根據(jù)這些設(shè)計要求，設(shè)計以下方案：（1 ） ，第一步，先了解 LS 的 GI5 系列變頻器的基本操作，熟悉其參數(shù)，并基本可以利用變頻器的變頻來控制電機的起停，加減速等控制。（2 ） ，第二步，利用外部電源，通過設(shè)計變頻器參數(shù)，使變頻器根據(jù)外部電壓的改變，進而對電機進行調(diào)壓控制。（3 ） ，第三步，利用計算機編寫協(xié)議，通過計算機編寫的協(xié)議對變頻器進行手動發(fā)送。（4 ） ，第四步，將計算編寫完的程序編寫到 PLC 程序中去，再程序編寫完成過后，再用PLC 通過串口發(fā)送接收軟件對計算機進行程序協(xié)議的發(fā)送，核對程序發(fā)送出的協(xié)議正確與否。（5 ） ，第五步，將 PLC 直接與變頻器連接，對變頻器進行協(xié)議發(fā)送，從而控制變頻器。（6 ） ，第六步，試著用 PLC 存儲變頻器的實時數(shù)據(jù)。（7 ） ，第七步，將存儲的實時數(shù)據(jù)再次對計算機進行發(fā)送，觀察串口發(fā)送接收軟件所接收到協(xié)議，計算核對正確與否（8 ） ，第八步，直接將 PLC 存儲的程序發(fā)送到變頻器中去，實現(xiàn) PLC 的模擬控制。（9 ） ，第九步，設(shè)計人機界面，并通過能使在觸摸屏上控制的方式來實現(xiàn)以上各個功能。硬件方案的設(shè)計如下：設(shè)計 PLC 控制變頻器操作，變頻器輸出到電機，控制電機運行。電機連接同步帶傳動，從而使同步帶帶動傳送物件以規(guī)定的速度和方向傳動。設(shè)計同步帶的行程為 1m，設(shè)計限速為 0.2m/s。由于限速要求，故設(shè)計在電機與同步帶之間加上 V 帶和減速器，以便達到減速要求，控制速度。根據(jù)此設(shè)計方案，初步準備以下器材：LG 的 IG5 變頻器一臺，西門子 S7-200PLC 一臺，含有 COM 口的計算機一臺，Eview 觸摸屏一個，二級減速器一個，交流電機一臺，交流繼電器和二級管兩個，V 帶輪和同步帶輪分別兩個，V 帶 n 根和同步帶 1 根，滑塊一個，電線若干，458 轉(zhuǎn) 232 通訊線一個，PPI電纜一根，PPI 轉(zhuǎn) PC 電纜一根及其他待定零件若干。變頻器試驗臺直線運動結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計552．2，電路的設(shè)計根據(jù)設(shè)計原理，畫出電路原理圖。并根據(jù)電路原理圖，參考變頻器電路電路接口圖，連接電路。連接當中，應(yīng)該特別注意通訊線的連接，通訊線是從變頻器的 S+，S-引出兩根線和PLC 相連，PLC 的通訊線為 PORT 口的 3，8 幀，故在連線時，需要做一個公頭的串口線，把3，8 幀用線給引出來，連在 S+ S-上。變頻器電線連接時，還應(yīng)該注意以下幾點：如果電源連接提供到了輸出端子(U,V,W)， 變頻器的內(nèi)部將會損壞。不要將配線碎片遺留在變頻器內(nèi)。 配線碎片可以導(dǎo)致錯誤， 衰減和故障。在配線時， 要檢查是否 LCD 和電源端子的負荷燈處于 OFF。在電源斷開的時候， 電容器仍然充滿高電壓，十分危險， 小心。電源供給必須連接到 R, S, T 端子. 如果連接到端子 U, V, W ，將導(dǎo)致變頻器內(nèi)部的損壞。 安排相序時不需要考慮。. 電機應(yīng)該連接到端子 U, V, W 。如果正轉(zhuǎn)開關(guān)(FX)處于 on，從電機負載的方向看， 電機應(yīng)該按順時針方向轉(zhuǎn)動計數(shù)器。如果電機處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)， 應(yīng)該轉(zhuǎn)換 U 和 V 端子的接線.變頻器的各端子接線如下：變頻器試驗臺直線運動結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計66230/460 V 50/6 Hz U V W G R S T ?? 3 MCB FX RX BX RST P1 P3 CM VR V1 I 5G + FM 5G A B C MO G 直 流 電 壓 輸 出 (0~10V pulse) 2 MOTR 頻 率 設(shè) 定 電 位 器 (1 kohm, 1/2W) 速 度 信 號 輸 入 1 正 向 運 行 /停 止 反 向 運 行 /停 止 緊 急 停 止 故 障 復(fù) 位 多 功 能 輸 入 1 多 功 能 輸 入 2 多 功 能 輸 入 3 信 號 公 共 端 子 工 廠 設(shè) 定 ‘速 度 -L’ 速 度 -M’ ‘速 度 -H’ 速 度 信 號 電 源 l: + 1V, 10mA 速 度 信 號 輸 入 0 ~ 10V 速 度 信 號 輸 入 4 ~20mA (250ohm) 公 共 端 子 VR, V1, I故 障 輸 出 繼 電 器 小 于 AC250V, 1A 小 于 D30, 1 多 功 能 輸 出 繼 電 器 1 小 于 AC250V, 1A 小 于 D30, 1 工 廠 設(shè) 定 : ‘運 行 ’ Note) 顯 示 主 要 電 路 端 子 顯 示 控 制 信 號 端 子 1. 模 擬 速 度 命 令 可 以 由 電 壓 ， 電 流 或 者 是 它 們 同 時 設(shè) 定 。 2. DB 電 阻 器 是 可 以 選 擇 的 B2 B1 FM JOG 寸 動 屏 蔽 DB 電 阻 器 2 RS-485 通 訊 S+ - 2．3，機械部分的設(shè)計由于同步帶的限速為 0.2m/s，行程為 1000mm，滑塊為輕負載，日工作時間小于 10 小時。根據(jù)此，基本設(shè)計和計算如下：變頻器試驗臺直線運動結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計77初估滑塊的體積為 2×10 m ,材料為 45 號鋼。3則滑塊的重量 m=7.8×10 ×2×10 3?=15.6kg45 號鋼的摩擦因數(shù)為 μ=0.15則同步帶帶動滑塊時，所需要的拉力 F=μG=0.15×156=2.34N則 W=FV=234×0.2=0。434kw考慮到同步帶兩側(cè)有兩根支架幫助同步帶分擔(dān)大部分壓力。所以初估設(shè)計功率 P=0.3kw由于同步帶的轉(zhuǎn)速限制在 0.2m/s 以內(nèi)，為了滿足速度要求，降低電機轉(zhuǎn)速，所以設(shè)計直線運動機構(gòu)的傳動機構(gòu)為電機連接 V 帶，再連接減速器傳動。根據(jù)設(shè)計要求，選取減速比為 12.5 的二級減速器。選取減速器為河北橋星減速機制造有限公司生產(chǎn)的型號為 ZLY 112-12.5-I ZB J19004 的減速器。電動機的選擇與校核1、 選擇電動機系列同步帶的限速為 0.2m/s，同步帶的傳動比為 12 級預(yù)估同步帶輪的直徑在 100mm 以下，則同步帶輪的轉(zhuǎn)速 n= =2vr?38./minr?則減速器的主動軸的轉(zhuǎn)動速度 n1=n×12=458.60r/min算上 V 帶的傳動比，V 帶傳動比預(yù)估在 2~3 左右所以電機的預(yù)估計轉(zhuǎn)動速度在 1000r/min~1500r/min電動機的功率應(yīng)該大與同步帶功率 0.3KW根據(jù)以上預(yù)算，初步選用 YS 系列三相異步電動機（JB90s） 。2、電動機校核（1） 、同步帶傳動所需有效功率 kWPw3.0?（2） 、傳動裝置總效率 23VBG23ηη.95070.957..864VBG??帶 傳 動 效 率 ： ＝閉 式 齒 輪 傳 動 效 率 ： ＝得 ＝ ＝（3） 、所需電動機功率 KWPWd35.0.η??過載系數(shù) K 取 1， =0.35kwdcdk??所選電機的功率為 370W，轉(zhuǎn)速為 1440r/min所以所選電機符合設(shè)計要求變頻器試驗臺直線運動結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計88電動機型號選擇 YSJB90S,選取電動機的外形及安裝尺寸：總長 L＝310mm，總高 A＝140㎜，軸伸長直徑 D＝20mm，長度 E=50㎜。帶傳動設(shè)計工作情況系數(shù) 1.?AK計算功率 kw03.cP?選帶型號選取 Z 型初選帶傳動的傳動比為 2.5小帶輪直徑選取 mD541?大帶輪直徑 %)ε( 135.20).(-12 ?????取 mi大帶輪轉(zhuǎn)速 min/24.570.14)0.-()ε-(12 rin????驗算傳動比誤差設(shè)計的傳動比 5.012Di實際傳動比 2.).-()ε-(12' ???i傳動比誤差 合適%3105.Δ' ?i計算帶長 m5.94231D21m???.0-5-Δ1初取中心距 3a0?帶長 1957.8maΔ2DπL02??變頻器試驗臺直線運動結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計99基準長度 mLd10?求中心距和包角中心距 2-π(-π)8Δ439.dmdmDa????? 5.1670-180α12???a求帶根數(shù)根據(jù)傳動比為 2.525，計算功率為 0.3KW，取帶的根數(shù)為 2 根求軸上載荷張緊力 q=0.10kg/m，026.1)5.(2??qvkvzPFac軸上載荷 NZFQ72.1αsin0?結(jié)構(gòu)設(shè)計小帶輪 ； 大帶輪 ；mD541?mD352帶輪寬度 B＝（z－1）×e＋2×f＝（2－1 ）×15＋2×10=35mm同步帶的設(shè)計同步帶的主動輪轉(zhuǎn)速 n=1440/（2.525 ×12）=47.52r/min選擇設(shè)計功率 1.*03=.kwdApk?選擇帶型和節(jié)距選取帶型為 H 型 則節(jié)距根據(jù)帶型 H 和小帶輪轉(zhuǎn)速 n1最小齒輪 ，此處取 Z=16min14Z?12.7bpm?變頻器試驗臺直線運動結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計1010小帶輪節(jié)圓直徑 d1162.74.bzpd????則根據(jù)標準選取其外徑 13.am設(shè)計 Z2=Z1=162164.7ad?帶速 v= 1.147.520.6/.2/060nms????定軸間距 =1000mm帶長及其齒數(shù) 21010()2()46.73.9dLaam?????應(yīng)選用帶長代號為 900 的 H 型同步帶，其節(jié)線長 ，節(jié)線上的齒數(shù) Z=180286pLm?實際軸間距 a= 0028603.19[1]4.052pLa?????小帶輪嚙合齒數(shù) 21()]bmzzenta??基本額定功率20()1aTvp??得 02.854/(.0.62)0.11.3aTNkgPkww???所需帶寬 01.420dspbk?變頻器試驗臺直線運動結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計1111則根據(jù)標準取 H 型帶01.476.28762039mzsbskb??所以應(yīng)選擇帶寬代號為 200 的 H 型帶，其 50.8sbm?帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸傳動選用同步帶為 H200帶輪 Z1=Z2=16，d1=d2=64,71mm,da1=da2=63.31mm軸和軸承的設(shè)計設(shè)計同步帶的從動輪，用軸和軸承固定，連接。選取軸的直徑為 24mm，選取其材料為 45 號鋼。軸的最大彎距集中在與齒輪配合的中間處。從動輪的轉(zhuǎn)距M＜ F×R=234×31.6=7.4N.m，根據(jù)類比法，此軸的強度符合設(shè)計。滾動軸承在類型選擇時，應(yīng)該考慮多種因素的影響。如軸承所受載荷的大小，方向及性質(zhì)；軸向固定型式；調(diào)心性能要求；剛度要求；轉(zhuǎn)速與工作環(huán)境；經(jīng)濟性等。由于本設(shè)計中和軸承配合的軸的轉(zhuǎn)速較低，載荷較小，軸承需要受到徑向和軸向雙向的力，所以選用深溝球軸承。深溝球軸承的價格較低，經(jīng)濟性好。并且軸向和徑向均可以受力，精度較高，噪聲較低，摩擦性能好，使用壽命長。根據(jù)軸承所需內(nèi)徑 d=20mm,選擇 16004 型號的深溝球軸承。此深溝球軸承外徑 D=42mm,厚度 B=8mm，軸向載荷=4.45KN，徑向載荷=7.9KN 遠遠大于設(shè)計載荷。極限轉(zhuǎn)速 15000r/min＞45.72r/min 。故此軸承符合設(shè)計要求。變頻器試驗臺直線運動結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計1212第三章 通訊協(xié)議的編寫與計算3.1 變頻器的參數(shù)設(shè)置運用到的參數(shù)如下編碼 說明 顯示鍵 設(shè)定范圍 單位 出廠值DRV-00 運行中：輸出頻率,停止時：顯示給定頻率 0.00 0 –最高頻率. (FU1-20) 0.01 0.00 [Hz]DRV-01 加速時間 ACC 0 to 6000 秒 0.1 10.0 秒DRV-02 減速時間 DEC 0 to 6000 秒 0.1 20.0 秒DRV-03 運行模式(Run/Stop 方式) Drv 0 (操作面板) - Fx/Rx-111 (Fx/Rx-1)2 (Fx/Rx-2)3 (RS485)DRV-04 頻率模式(Freq. 設(shè)定方式 ) Frq 0 [操作面板-1] -操作面板-101 (操作面板-2)2 (V1)3 (V2)4 (V1+I)5 (RS485)DRV-13 顯示旋轉(zhuǎn)方向 drc F (正向運行) - Fr (反向運行)變頻器的控制面板的主要按鍵和顯示燈如下：區(qū)分 顯示 名稱 說明FUNC 設(shè)定值 數(shù)據(jù)設(shè)定模式開始/結(jié)束▲ (Up) Up key 使用于移動代碼或增加設(shè)定值時.▼ (Down) Down key 使用于移動代碼或減少設(shè)定值時RUN 運行 key 用于運行變頻器鍵STOP/RESET 停止/復(fù)位鍵 運行中暫停指令鍵故障發(fā)生時，解除故障REV 反向顯示 反向運行時點燈FWD 正向顯示 正向運行時點燈SET 設(shè)定值 使用 FUNC 鍵，設(shè)置參數(shù)時點燈 LEDRUN 運行 定速時點燈，加減速度中時閃亮變頻器試驗臺直線運動結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計1313變頻器的參數(shù)設(shè)置方法：變頻器內(nèi)存很多參數(shù)。使用 LCD 運行時可以設(shè)必要的參數(shù)或可以根據(jù)負荷和運行輸入適當?shù)闹怠Ｊ紫纫苿佑兏木幋a按下 FUNC 鍵 LCD 的 LED（SET）會點燈。 按下 ▲ 或 ▼ 鍵移動到想得到的參數(shù)代碼，再按下 FUNC 鍵數(shù)據(jù)顯示閃亮及設(shè)定設(shè)定數(shù)據(jù)不變更時在變頻器運行期間不能調(diào)整參數(shù)。在 FU2-94[參數(shù)閉鎖]中啟動參數(shù)閉鎖功能 。 （1 ） 變頻器變頻調(diào)速時的參數(shù)設(shè)計先將運行模式設(shè)定為 0，即操作面板模式，再將頻率模式設(shè)定為 0，即操作面板 1 模式。最后將顯示鍵的 0.00 鍵調(diào)到需要的頻率即可（2 ） 變頻器外部電壓控制調(diào)速先將運行模式設(shè)定為 1，即 Fx/Rx-1 模式，再將頻率模式設(shè)定為 0，即操作面板 1 模式。（3 ） 加減速，正反轉(zhuǎn)的設(shè)定設(shè)定如上表格所示 3.2 變頻器調(diào)頻調(diào)速通過變頻器面板的頻率控制，來直接控制電機的轉(zhuǎn)速。這種方法為最直接的控制電機轉(zhuǎn)速的方法。優(yōu)點：調(diào)控比較準確。缺點：調(diào)控不方便，效率低，實時性較差。3.3 變頻器外部電壓控制調(diào)速按電路圖將外部調(diào)壓的電路線給接上，設(shè)置完參數(shù)后，旋轉(zhuǎn)電壓調(diào)控按鈕即可調(diào)控變頻器頻率，從而控制電機的轉(zhuǎn)速，起停。優(yōu)點：調(diào)控方便，快捷。缺點：調(diào)控不準確。3.4 協(xié)議的撰寫（1 ） 計算機的串口調(diào)試用一根含兩 232 串口的數(shù)據(jù)線連接計算機，進行 16 進制數(shù)的對發(fā)，測試串口的好壞，并熟悉串口數(shù)據(jù)發(fā)送軟件。（2 ） 協(xié)議的計算與編寫LG 變頻器版本 5.0C 以上可以選擇兩種通訊方式。一個是 LG 變頻器專用協(xié)議另外是 MODBUS-RTU 方式。這里選用專用協(xié)議進行計算與編寫。通訊架構(gòu)是 iG5 變頻器作為從機，計算機作為主機。協(xié)議的基本格式：請求: 變頻器試驗臺直線運動結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計1414ENQ Drive No. CMD Data SUM EOT1 byte 2 bytes 1 byte n bytes 2 bytes 1 byte應(yīng)答回復(fù):ACK Drive No. CMD Data SUM EOT1 byte 2 bytes 1 byte n * 4 bytes 2 bytes 1 byte拒絕應(yīng)答回復(fù):NAK Drive No. CMD Error Code SUM EOT1 byte 2 bytes 1 byte 2 bytes 2 bytes 1 byte說明:以頭碼 ‘ENQ’尾碼 ‘EOT’發(fā)送請求 .應(yīng)答回復(fù)頭碼是‘ACK’，尾碼是 ‘EOT’.拒絕回復(fù)應(yīng)答頭碼為 ‘NAK’，尾碼為 ‘EOT’.變頻器編號（‘Drive No.’）是 ‘I/O 48’中的設(shè)定值，該編號是兩位 ASCII-HEX. (ASCII-HEX: hexadecimal consists of ‘0’ - ‘9’, ‘A’ - ‘F’)‘CMD’:特征字符Character ASCII-HEX Command‘R’ 52h 讀取‘W’ 57h 寫入‘X’ 58h 監(jiān)控請求‘Y’ 59h 監(jiān)控作用‘Data’: ASCII-HEX （例如. 當數(shù)據(jù)值是 3000 時: 先十進制的 3000 轉(zhuǎn)換成十六進制的‘0’’B’’B’’8’h 再將其轉(zhuǎn)換成 ASCII 碼 30h 42h 43h 38h‘Error Code’: ASCII(20h - 7Fh)接收/發(fā)送緩沖區(qū)大?。喊l(fā)送= 39 byte, 接收=44 byte監(jiān)控器注冊緩沖區(qū)： 8 Word‘SUM’: 用以檢測通訊錯誤.SUM= (Drive NO. + CMD + DATA) ASCII-HEX 格式時的低 8 位例如.) 請求讀取地址 ‘3000’ENQ Drive No. CMD AddressThe Number of Addressto readSUM EOT05h “01” “R” “3000” “1” “A7” 04h1 byte 2 bytes 1 byte 4 bytes 1 byte 2 bytes 1 byteSUM = ‘0’ + ‘1’ + ’R’ + ‘3’ + ‘0’ + ‘0’ + ‘0’ + ‘1’ = 30h + 31h + 52h + 33h + 30h + 30h + 30h + 31h= 1A7h 變頻器試驗臺直線運動結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計1515詳細請求寫入的通訊協(xié)議請求寫入ENQ Drive No. CMD AddressThe number of Addressto WriteData SUM EOT05h “01” - “1F” “W” “XXXX” “1” - “8” = n “XXXX…” “XX” 04h1 byte 2 bytes 1 byte 4 bytes 1 byte n * 4 bytes 2 bytes 1 byte總共的字節(jié) = 12 + n * 4 =最大 44 bytes應(yīng)答回復(fù) (寫入請求時)ACK Drive No. CMD Data SUM EOT06h “01” - “1F” “W” “XXXX…” “XX” 04h1 byte 2 bytes 1 byte n * 4 bytes 2 bytes 1 byte總共的字節(jié) = 7 + n * 4 = 最大. 39 bytes拒絕應(yīng)答回復(fù) (寫入請求時 )NAK Drive No. CMD Error Code SUM EOT15h “01” - “1F” “W” “**” “XX” 04h1 byte 2 bytes 1 byte 2 bytes 2 bytes 1 byte總共的字節(jié) = 9 bytes對請求寫入的通用協(xié)議的詳細說明：開頭請求寫入，以十六進制數(shù) 05h 開頭，Drive No 是變頻器的編號，變頻器的默認值是1，若只有 1 臺變頻器，或無須改動變頻器編號，則在 Drive No 里面填上 01，CMD 為特征字符，這里為寫指令故寫上 W，Address 參考參數(shù)地址表，并從中選出所需要的。The numberof Address to Write 是需要寫入?yún)⒖嫉刂返臄?shù)目，最大為 8，Data 為需要寫入的數(shù)據(jù)，SUM 用以檢測通訊錯誤，這里 SUM=(Drive NO. + CMD + Address + The numberof Address to Write+DATA)算出來之后的 ASCII-HEX 格式時的低 8 位。最后以 05 結(jié)尾。注：發(fā)送協(xié)議時，都是以 ASCII-HEX 格式發(fā)送，開頭結(jié)尾各一字節(jié)，Drive No 為 2 字節(jié)，01 的發(fā)送碼即為 30 31，CMD 為 W，發(fā)送碼即為 57，Address 為 4 個字節(jié)，例如：Address0005，則其發(fā)送碼為 30 30 30 35。The numberof Address to Write 為 1 字節(jié)，DATA 為 4 個字節(jié)的倍數(shù)。SUM 為校驗碼，Drive NO. + CMD + Address + The numberof Address to Write+DATA 相加為 ASCII-HEX 當成十六進制相加，加完以后，取出最后兩位，再轉(zhuǎn)為 ASCII-HEX，例如：SUM 算出來以后是 1A7h，取最后兩位，則其發(fā)送碼為 40 37。具體編寫與計算：計算中所用到的參數(shù)地址：0004 允許參數(shù)寫入 - R/W 0: 禁止寫入(出廠值 )1: 允許寫入變頻器試驗臺直線運動結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計16160005 給定頻率 0.01 Hz R/W0006 運行指令 - R/WBit 0: 停止(R/W)Bit 1: 正向運行(R/W)Bit 2: 反向運行(R/W)Bit 3: 故障重啟(W)Bit 4: 故障停止(W)0007 加速時間 0.1 sec R/W0008 減速時間 0.1 sec R/Wa) 允許參數(shù)寫入的編寫與計算：按照格式ENQ Drive No. CMD AddressThe number of Addressto WriteData SUM EOT05h “01” - “1F” “W” “XXXX” “1” - “8” = n “XXXX…” “XX” 04h1 byte 2 bytes 1 byte 4 bytes 1 byte n * 4 bytes 2 bytes 1 byte編寫得出：05h 01 W 0004 1 0001 SUM 04hSUM=30+31+57+30+30+30+34+31+30+30+30+31=26Eh即 SUM 值為 6Eh則其發(fā)送碼為 05 30 31 57 30 30 30 34 31 30 30 30 31 36 45 04b) 給定頻率的編寫與計算編寫得出：05h 01 W 0005 1 03E8 SUM 04h這里輸入的頻率值為 10，由于頻率的單價為 0.01，所以輸入頻率的十進制數(shù)就應(yīng)該是 1000，轉(zhuǎn)換成十六進制，則是 03E8。SUM=30+31+57+30+30+30+35+31+30+33+45+38=28Eh即 SUM 值為 87h則其發(fā)送碼為 05 30 31 57 30 30 30 35 31 30 33 45 38 38 45 04c) 運行指令的編寫與計算編寫停止運行指令得出：05h 01 W 0006 1 0000 SUM 04h這里特別注意 DATA 的編寫，在計算機里，一個字節(jié)有 8 位，這里若只有 0 位有數(shù)的話，則表示停止，例如：二進制 00 01 都代表停止，轉(zhuǎn)換成 4 個字節(jié)的 16 進制，就是 0000h0001h 若 1 位上有數(shù)，但 1 位以上的位沒數(shù)的話，則表示正向，如：二進制 10 11 都是表示正向，轉(zhuǎn)換成個字節(jié)的 16 進制，就是 0002h 0003h。同理：100，101，110 ，111 都代表反向，所以轉(zhuǎn)換成十六進制以后就是 0004h 0005h 0006h 0007hSUM=30+31+57+30+30+30+36+31+30+30+30+30變頻器試驗臺直線運動結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計1717=26Fh即 SUM 值為 6Fh則其發(fā)送碼為 05 30 31 57 30 30 30 36 31 30 30 30 30 36 46 04同理編寫出正向與反向的發(fā)送碼分別為：05 30 31 57 30 30 30 36 31 30 30 30 32 37 31 0405 30 31 57 30 30 30 36 31 30 30 30 34 37 33 044，加減速運行指令的編寫與計算編寫得出：05h 01 W 0007 1 0032 SUM 04h加速時間的單價為 0.1 加速時間設(shè)置為 5 秒，則十進制數(shù)為 50，轉(zhuǎn)換十六進制就是0032SUM=30+31+57+30+30+30+37+31+30+30+33+32=275h即 SUM 值為 75h則其發(fā)送碼為 05 30 31 57 30 30 30 37 31 30 30 33 32 37 35 04同理寫出反向的發(fā)送碼為：05 30 31 57 30 30 30 38 31 30 30 33 32 37 36 04ASCII參考如下：ASCII 編碼目錄特性 Hex 特性 Hex 特性 Hex變頻器試驗臺直線運動結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計1919ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnop4142434445464748494A4B4C4D4E4F505152535455565758595A6162636465666768696A6B6C6D6E6F70qrstuvwxyz0123456789space!"#$%&'()*+,-./:;?7172737475767778797A30313233343536373839202122232425262728292A2B2C2D2E2F3A3B3C3D3E3F@[\]{|}-BELBSCANCRDC1DC2DC3DC4DELDLEEMACKENQEOTESCETBETXFFFSGSHTLFNAKNULRSS1SOSOHSTXSUBSYNUSVT405B5C5D5E5F607B7C7D7E0708180D111213147F10190605041B17030C1C1D090A15001E0F0E01021A161F0B變頻器試驗臺直線運動結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計2020（4 ） 協(xié)議對變頻器進行控制之前的硬件設(shè)置- 連接 RS485 通訊線至變頻器控制端子排的(S+),(S-).- 再次確認連接正確與否后, 接通變頻器電源.- 如正確連接, 把相關(guān)通訊參數(shù)設(shè)置如下- DriveView 運行時在 DriveView 上設(shè)置, 其他情況時在操作面板上設(shè)置.運行組 [Drive mode] : 3(RS485)運行組 [Freq. mode] : 5(RS485)I/O-46 [Inv. Number] :1-32 (多于一臺 變頻器時，不要重復(fù)變頻器號碼) 這里設(shè)置為 1I/O-47 [Baud-rate] 9,600 bps (出廠值) 0:1200, 1:2400, 2:4800, 3:9600, 4:19200 這里波特率取 9600bps，故選 3I/O-48 [Lost Mode] 0 - No action (出廠值) I/O-49 [Time-Out] 10 – 1.0sec (出廠值) I/O-50 [Comm.Prot] 0 – LG 專用通訊協(xié)議, 7 - Modbus-RTU,由于對于 Modbus 協(xié)議，PLC 和 LG 變頻器都只能支持從站，故通訊無法進行，所以這里應(yīng)該選專用通訊協(xié)議，故選 0運行步驟- 檢查電腦, 變頻器是否正確連接- 變頻器上電, 確認 電腦和通訊穩(wěn)定與否之前, 不要在變頻器里連接負載.- 開始在電腦上啟動變頻器運行程序.按照變頻器操作程序操作變頻器（5 ） 電腦串口發(fā)送協(xié)議對變頻器的控制用計算機通過串口控制對變頻器進行協(xié)議發(fā)送，觀察串口從變頻器收到回復(fù)信息，檢測協(xié)議正確與否。出現(xiàn)以下格式回復(fù)ACK Drive No. CMD Data SUM EOT06h “01” - “1F” “W” “XXXX…” “XX” 04h1 byte 2 bytes 1 byte n * 4 bytes 2 bytes 1 byte表明，協(xié)議發(fā)送成功，無錯誤。當出現(xiàn)下列格式回復(fù)時NAK Drive No. CMD Error Code SUM EOT15h “01” - “1F” “W” “**” “XX” 04h1 byte 2 bytes 1 byte 2 bytes 2 bytes 1 byte表明，協(xié)議發(fā)送未成功，協(xié)議有錯誤。錯誤代碼 Error Code DescriptionSE Sum ErrorFE Frame ErrorFC Frame Error (Command): Not in use變頻器試驗臺直線運動結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計2121FS Frame Error (Size)EE Parameter EEP Access Error當出現(xiàn)錯誤時，根據(jù)上列錯誤代碼檢查錯誤，重新編寫，再次調(diào)試。第四章 可編程控制器的編程及通訊4.1 可編程控制器 plc 編程對變頻器的控制（1 ） plc 的通訊設(shè)置在本設(shè)計中，我們用的是串行數(shù)據(jù)通信。串行數(shù)據(jù)通信是以二進制的位為單位的數(shù)據(jù)傳輸方式，每次只傳送一位，除了公共線外，在一個數(shù)據(jù)傳輸方向上只需要一個數(shù)據(jù)線，這根線既作為數(shù)據(jù)線又作為通信聯(lián)絡(luò)控制線，數(shù)據(jù)信號和聯(lián)絡(luò)信號在這根線上按位 傳送。串行通信需要的信號線少，最少的只需要兩根線。計算機和 PLC 都有通用的串行通信接口。這里，我們的 PLC 是 RS-485 接口，計算機是 RS-232 接口。在連接的時候，我們用一根 PPI 轉(zhuǎn) PC 線將 PLC 和計算機相連，再在 PLC 另一個 PORT 口上引出一根 3 號線和一根 8 號線，和變頻器的 S+，S-相連。這樣就完成了計算機，PLC 和變頻器的通信硬件設(shè)置。下圖是 PLC 和計算機的通訊設(shè)置。變頻器試驗臺直線運動結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計2222在 PLC 的通訊協(xié)議上，我們選擇自由端口模式的通訊，即通過使用接受中斷、發(fā)送中斷、字符中斷、發(fā)送指令、和接受指令來控制 S7-200CPU 的通信口的操作。這種通信協(xié)議可以連接多種智能設(shè)備。在 plc 程序的設(shè)置上，我們得設(shè)置 plc 的通訊初始化。plc 中有一些特殊儲存器。在本程序的通訊初始化中，需要用到以下特殊儲存器:SM130.2~SM130.4: bbb:自由端口的波特率 000=38400，001=19200，010=9600，011=4800 ，100=2400 ，101=1200 ，110=115.2k,111=57.6k根據(jù)變頻器的波特率設(shè)置為 9600，古 plc 的也選成 9600，所以 SM130.2~SM130.4 為010SM130.0 和 SM130.1:mm:協(xié)議選擇，00=PPI/從站模式，01= 自由口模式，10=PPI/主站模式，11=保留（默認設(shè)置為 PPI/從站模式） 。因為設(shè)計選擇的是自由口模式通訊，故選擇 01所以在通訊初始化中，將十六進制的 09 放到 SM130 中去。SM187.7 有 0 和 1 兩種狀態(tài)。0=禁止報文接收，1=允許報文接收，每次執(zhí)行 RCV指令時檢查允許/禁止接收報文位。在每次發(fā)送時，需要將 SM187.7 復(fù)位，即禁止報文接收。SM194 為接收的最大字符數(shù)（1~255 字節(jié)） ，即使不用字符計數(shù)來終止報文，這個值也應(yīng)該按希望的最大緩沖區(qū)來設(shè)置。所以在初始化時將 255 放入 SM194 即可。（2 ） plc 手動發(fā)送協(xié)議程序的編寫在上一章中，對變頻器的控制協(xié)議，已經(jīng)編寫計算成型，總結(jié)，基本如下：05 30 31 57 30 30 30 34 31 30 30 30 31 36 45 04 允許通訊05 30 31 57 30 30 30 35 31 30 33 45 38 38 45 04 給定頻率05 30 31 57 30 30 30 36 31 30 30 30 32 37 31 04 正向05 30 31 57 30 30 30 36 31 30 30 30 34 37 33 04 反向05 30 31 57 30 30 30 36 31 30 30 30 30 36 46 04 停止05 30 31 57 30 30 30 37 31 30 30 33 32 37 35 04 加速05 30 31 57 30 30 30 38 31 30 30 33 32 37 36 04 減速要實現(xiàn) PLC 對變頻器的手動控制，就必須先把這些 ASCII 碼送到 PLC 的緩存區(qū)，在將這些數(shù)據(jù)通過手動控制給發(fā)送出去。變頻器對與協(xié)議的響應(yīng)只能一次響應(yīng)一個，所以對于協(xié)議的發(fā)送只能一次發(fā)送一個，發(fā)送完之后必須立馬將對應(yīng)的發(fā)送開關(guān)復(fù)位，清除緩存區(qū)。這里需要將這些數(shù)據(jù)當成十六進制數(shù)給發(fā)送出去。在將數(shù)字寸入緩存區(qū)時，需要在前面加 16#，以便表明是發(fā)送的十六進制數(shù)據(jù)。當把協(xié)議寫入存儲區(qū)的緩存區(qū)后，需要將存儲區(qū)的緩存區(qū)復(fù)位，清零。本程序中，所用到的緩存區(qū)為 VB100~VB116，因為 VB100 到 VB104 中存儲的數(shù)據(jù)在各個協(xié)議中均一樣，所以只需將 VB105~VB116 復(fù)位即可。把數(shù)據(jù)存入存儲區(qū)的緩存區(qū)后，需要把緩存區(qū)里的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，引入 XMT 指令即可。在發(fā)送完成后，需要將發(fā)送按鈕復(fù)位。否則，程序?qū)o限發(fā)送，導(dǎo)致發(fā)送過快，而無法發(fā)送。注：每次只能發(fā)送一個協(xié)議，否則，變頻器將會只能認得最后一個協(xié)議。變頻器試驗臺直線運動結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計2323發(fā)送的子程序如下：LD SM0.0R SM187.7, 1S M11.0, 1LD SM4.6XMT VB100, 1R 允許寫入 _1, 8程序中，先檢查允許或禁止接受報文位，因為為發(fā)送指令，所以給 SM187.7 復(fù)位,禁止報文的接受。而后列入發(fā)送前提，由于我們選擇的端口 1 發(fā)送，所以，我們在發(fā)送前串聯(lián)一個 SM4.6，即當端口 1 發(fā)送器空閑時，該位置 1。（3 ） plc 和計算機進行程序試發(fā)在所有協(xié)議子程序都完成的情況下，在主程序里通過按鈕對子程序進行調(diào)用，從而發(fā)送協(xié)議。因為設(shè)置的 plc 發(fā)送端口為 1 端口，故將 plc 的端口 1 和計算機串口連接，再連接plc 的 PPI 電纜。打開串口調(diào)試軟件，選擇相應(yīng)的計算機端口和波特率。在程序編譯無誤后，下載程序，運行，通過各協(xié)議按鈕，挨個發(fā)送協(xié)議，并在串口調(diào)試器中，接收，得到協(xié)議，和自己編寫的協(xié)議對照，檢測有無錯誤。在接收和 plc 程序運行均無錯誤的情況下，即可進行下一步。4.2 可編程控制器對變頻器的數(shù)據(jù)的實時存儲在工程實際應(yīng)用中，需要將人工的手動操作記錄下來，并通過 plc 把人工的手動操作演示出來，這樣便可以節(jié)省人力，方便工程操作。安全性，誤差也比人工操作好很多。本設(shè)計中，主要通過人工調(diào)控變頻器的外部電壓和操控變頻器的的開關(guān)量，來進行示教。而后，再通過可編程控制器對示教進行模擬，達到要求。要實現(xiàn)這一步，首先就得進行變頻器的頻率和方向的采集。在前面，我們是通過將十六進制常數(shù)直接放入發(fā)送緩存區(qū)，發(fā)送出去。但現(xiàn)在需要存儲的是實時的數(shù)據(jù)，故需要發(fā)送的數(shù)據(jù)并不確定，因而不能直接把十六進制常數(shù)送入發(fā)送緩存區(qū)。所以這里，我們運用變量存儲區(qū) V。變量儲存區(qū)在程序執(zhí)行的過程中存放中間變量，或用來保存與工序或任務(wù)有關(guān)的其他數(shù)據(jù)。Plc 數(shù)據(jù)存儲的具體實現(xiàn)：本程序中，設(shè)計 VB1000 到 VB1005 為變量存儲緩存區(qū)。其中，VB1000 到 VB1004 為頻率的存儲緩存區(qū)，VB1005 為方向值的存儲緩存區(qū)。設(shè)定完存儲緩存區(qū)以后，需要將響應(yīng)的數(shù)據(jù)送入對應(yīng)的緩存區(qū)。首先，我們將頻率值送入，但變頻器的頻率值無法直接讀入，所以，我們需要通過可編程控制器的模擬量輸入來讀取變頻器的電壓值，來間接的得