基于PLC的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[共31頁(yè)]

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1、 《電氣控制與PLC》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 基于PLC的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) The variable frequency speed regulation system based on PLC design 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 學(xué)院名稱 專業(yè)名稱 電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 2013年 12月 1日 摘要 本文主要介紹了研究和設(shè)計(jì)的基于可編程控制器的變頻調(diào)速系統(tǒng)的成果，在本次的設(shè)計(jì)中，我的設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、電動(dòng)機(jī)等幾部分組成。經(jīng)過(guò)本次設(shè)計(jì)和研究，使我對(duì)所有器件有了新的認(rèn)識(shí)，

2、尤其對(duì)PLC有了更多的了解：PLC是能進(jìn)行行邏輯運(yùn)算，順序運(yùn)算，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)，和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程的工業(yè)計(jì)算機(jī)。首先我們查閱各個(gè)器件的資料，先對(duì)其有個(gè)明確的認(rèn)識(shí)，然后通過(guò)老師的指點(diǎn)明白了整個(gè)系統(tǒng)的大概工作原理框圖后，通過(guò)學(xué)習(xí)資料與老師指點(diǎn)將硬件設(shè)備連接成功。本文綜合應(yīng)用電子學(xué)與機(jī)械學(xué)知識(shí)去解決基于可編程控制器的變頻調(diào)速系統(tǒng)，本次設(shè)計(jì)選用三相異步交流電機(jī)，而 PLC和 交流電機(jī)無(wú)論在工業(yè)還是生活中都是應(yīng)用最廣，因此本次設(shè)計(jì)具有相當(dāng)?shù)膶?shí)用價(jià)值。 關(guān)鍵詞 PLC；變頻器；電動(dòng)機(jī)；調(diào)速

3、 目 錄 1 引言 1 1.1 概述 1 1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容 1 2 系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)分析和總體思路 2 2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)分析 2 2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路 2 3 PLC和變頻器的選擇 3 3.1PLC的概述 3 3.1.1 PLC的基本結(jié)構(gòu) 3 3.1.2 PLC的工作原理 5 3.1.3PLC的型號(hào)選擇 6 3.2變頻器的選擇和參數(shù)設(shè)置 6 3.2.1 變頻器的選擇 6 3.2.2 變頻調(diào)速原理 7 3.2.3 變頻器的工作原理 8 3.2.4 變頻器的快速設(shè)置 8 4 開(kāi)環(huán)

4、控制設(shè)計(jì)及PLC編程 9 4.1 硬件設(shè)計(jì) 9 4.2 PLC軟件編程 10 4.2.1設(shè)計(jì)步驟 10 4.2.2系統(tǒng)流程框圖 10 4.2.3 程序的主體 11 4.2.4 控制程序T形圖 11 5 PLC系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì) 17 5.1變頻器的干擾源 17 5.2 干擾信號(hào)的傳播方式 17 5.3主要抗干擾措施 18 5.3.1 電源抗干擾措施 18 5.3.2 硬件濾波及軟件抗干擾措施 18 5.3.3 接地抗干擾措施 18 結(jié)論與心得 19 參考文獻(xiàn) 20 附錄 21 1 引言 1.1 概述 調(diào)速系統(tǒng)快速性、穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)性

5、能好是工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中基本要求。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐的諸多領(lǐng)域中 調(diào)速系統(tǒng)占有著極為重要的地位 特別是在國(guó)防、汽車、冶金、機(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足輕重的作用。調(diào)速控制系統(tǒng)的工藝過(guò)程復(fù)雜多變，具有不確定性，因此對(duì)系統(tǒng)要求更為先進(jìn)的控制技術(shù)和控制理論。 可編程控制器（PLC）可編程控制器是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是繼續(xù)計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)裝置。它具有抗干擾能力強(qiáng)，價(jià)格便宜，可靠性強(qiáng)，編程簡(jiǎn)樸，易學(xué)易用等特點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域中深受工程操作人員的喜歡，因此PLC已在工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域中被廣泛地使用。 1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容 （1）利用西門子S7-200PLC、EM235、西

6、門子MM420變頻器等硬件設(shè)計(jì)一個(gè)變頻系統(tǒng)，可以控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)和停止，另外能夠平滑地調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速； (2)用MCGS上位機(jī)軟件界面給出頻率設(shè)定值。 2 系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)分析和總體思路 2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)分析 隨著電力電子技術(shù)以及控制技術(shù)的發(fā)展，交流變頻調(diào)速在工業(yè)電機(jī)拖動(dòng)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用；可編程控制器PLC作為替代繼電器的新型控制裝置，簡(jiǎn)單可靠，操作方便、通用靈活、體積小、使用壽命長(zhǎng)且功能強(qiáng)大、容易使用、可靠性高，常常被用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和設(shè)備的控制；組態(tài)軟件技術(shù)作為用戶可定制功能的軟件

7、開(kāi)發(fā)平臺(tái)工具，可實(shí)現(xiàn)顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)速控制，在PC機(jī)上可開(kāi)發(fā)友好人機(jī)界面，通過(guò)PLC可以對(duì)自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行“智能”控制。在此，本次設(shè)計(jì)就是基于PLC的變頻器調(diào)速系統(tǒng)。將現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的PLC和變頻器綜合起來(lái)主要功能實(shí)現(xiàn)了變壓變頻調(diào)速。電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，加減速以及快速制動(dòng)等。因此，該系統(tǒng)必須具備以下三個(gè)主體部分：控制運(yùn)算部分、執(zhí)行和反饋部分。控制運(yùn)算主要由PLC和變頻器來(lái)完成；執(zhí)行元件為變頻器和電機(jī)；反饋部分主要為速度反饋。 2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路 系統(tǒng)主要由三個(gè)部分構(gòu)成，即可編程邏輯控制器件PLC、變頻器和電機(jī)。首先通過(guò)設(shè)置給定輸入給PLC，再通過(guò)PLC控制變頻器，再經(jīng)由變頻器來(lái)

8、控制電機(jī)，隨后將電機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋給PLC，經(jīng)比較后輸出給變頻器從而實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速。具體如下圖所示： - 速度給定 速度反饋信號(hào) + PLC（PID） 變頻調(diào)速系統(tǒng) 電機(jī) 圖2-1速度閉環(huán)控制的機(jī)構(gòu)控制圖 3 PLC和變頻器的選擇 3.1PLC的概述 3.1.1 PLC的基本結(jié)構(gòu) 可編程序控制器簡(jiǎn)稱為PLC（Programmable Logic Controller）主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。（如下圖3-1所示） 圖3-1 PLC控制系統(tǒng)示意圖 可編程序控制器實(shí)際上是一種

9、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機(jī)控制系統(tǒng)相似，甚至與之無(wú)異?？删幊绦蚩刂破髦饕蒀PU（中央處理單元）、存儲(chǔ)器（RAM和EPROM）、輸入/輸出模塊（簡(jiǎn)稱I/O模塊）、編程器和電源五大部分組成。 1） CPU模塊 CPU模塊又叫中央處理單元或控制器，它主要由微機(jī)處理器（CPU）和存儲(chǔ)器組成。CPU的作用類似于人類的大腦和心臟。它采用掃描方式工作，每一次掃描要完成以下工作： （1）輸入處理：將現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)和數(shù)據(jù)分別讀入輸入映像寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。 （2）程序執(zhí)行：逐條讀入和解釋用戶程序，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)去控制有關(guān)的電路，完成數(shù)據(jù)的存取、傳送和處理工作，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果更新

10、各有關(guān)寄存器的內(nèi)容。 （3）輸出處理：將輸出映像寄存器的內(nèi)容送給輸出模塊，去控制外部負(fù)載。 2） I/O模塊 I/O模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來(lái)接收和采集輸入信號(hào)。輸入信號(hào)有兩類：一類是從按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、數(shù)字開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、接收開(kāi)關(guān)、關(guān)電開(kāi)關(guān)、壓力繼電器等來(lái)的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)；另一類是由電位器、熱電偶、測(cè)速發(fā)電機(jī)、各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入信號(hào)。 可編程序控制器通過(guò)輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等執(zhí)行器，可編程序控制器控制的另一類外部負(fù)載是指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等。 CPU模塊的工作電壓一般是5V，而

11、可編程序控制器的輸入/輸出信號(hào)電壓一般較高，如直流24V和交流220V。從外部引入的尖蜂電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊中的元器件，或使可編程序控制器不能正常工作，所以CPU模塊不能直接與外部輸入/輸出裝置相連。I/O模塊除了傳遞信號(hào)外，還有電平轉(zhuǎn)換與噪聲隔離的作用。 3） 編程器 編程器除了用來(lái)輸入和編輯程序外，還可以用來(lái)監(jiān)視可編程序控制器運(yùn)行時(shí)梯形圖中各種編程元件的工作狀態(tài)。 編程器可以永久地連續(xù)在可編程序控制器上，將它取下來(lái)后可編程序控制器也可以運(yùn)行。一般只在程序輸入、調(diào)試階段和檢修時(shí)使用，一臺(tái)編程器可供多臺(tái)可編程序控制器公用。 4）開(kāi)關(guān)量I/O模塊 開(kāi)關(guān)量模塊的輸入輸出信號(hào)僅

12、有接通和斷開(kāi)兩種狀態(tài)。電壓等級(jí)有直流5V，12V，24V，48V和交流110V，220V等。輸入輸出電壓的允許范圍很寬，如某交流220V輸入模塊的允許低電壓為0~70V，高電壓為70~256V，頻率為47~63HZ。 各I/O點(diǎn)的通/斷狀態(tài)用發(fā)光二極管或其它元件顯示在面板上，外部I/O接線一般接在模塊的接線端子上，某些模塊使用可拆除的插座型端子板，在不拆去端子的外部連線的情況下，可以迅速地更換模。開(kāi)關(guān)量I/O模塊可能4，8，16，32，64點(diǎn)。 圖3-2 直流輸入電路 3.1.2 PLC的工作原理 PLC通電

13、后，需要對(duì)硬件和軟件做一些初始化工作。為了使PLC的輸出及時(shí)地響應(yīng)各種輸入信號(hào)，初始化后PLC要反復(fù)不停地分段處理各種不同的任務(wù)，這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。 1、初始化過(guò)程：與其它單片機(jī)運(yùn)行一樣，上電運(yùn)行或復(fù)位時(shí)進(jìn)行處理 （1）硬件初始化，復(fù)位輸出輸入模塊，清零 （2）清除數(shù)據(jù)區(qū) （3）輸出輸入地址分配 2、掃描過(guò)程 （1）掃描輸入，將輸入口狀態(tài)讀入至輸入口映像區(qū) （2）時(shí)鐘處理，特殊寄存器更新 （3）執(zhí)行用戶程序 （4）輸出，將輸出口映像區(qū)輸出至輸出端口刷新 （5）自診斷檢

14、查 3、出錯(cuò)處理 檢查PLC內(nèi)部電路 CPU、電池電壓、程序存儲(chǔ)器、I/O、通訊異常致命錯(cuò)誤，CPU強(qiáng)制STOP方式，所有掃描停止。圖3-1所示為一小型PLC的典型工作過(guò)程 圖3-3 小型PLC的典型工作過(guò)程 3.1.3PLC的型號(hào)選擇 在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則選型所選用PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績(jī)、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模

15、和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語(yǔ)言有利于縮短編程時(shí)間，因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 綜合了輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)、存儲(chǔ)器容量、各項(xiàng)控制功能和機(jī)型的考慮以及性價(jià)比等各方面的因素，在此我為該系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇了S7-200 PLC一臺(tái)。 圖3-4 S7-200 PLC CPU的外形模型圖 S7-200有5種

16、CPU模塊、6個(gè)有12種工作方式的高速計(jì)數(shù)器和兩點(diǎn)高速計(jì)數(shù)器/和脈沖寬度調(diào)制器、直接讀寫的模擬量I/O模塊、先進(jìn)的程序結(jié)構(gòu)、靈活方便的尋址方式以及程序化的PID編程控制。強(qiáng)大的通訊功能，它支持多種通信協(xié)議。價(jià)格是它在所有品牌在同一功能區(qū)內(nèi)很有競(jìng)爭(zhēng)力的。最重要的是它還提供了完善的的網(wǎng)上支持。這些都為實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供很好的條件和方便。例如，高速計(jì)數(shù)器可以用來(lái)測(cè)速?gòu)亩鴮?shí)現(xiàn)速度反饋。 3.2變頻器的選擇和參數(shù)設(shè)置 3.2.1 變頻器的選擇 正確選擇通用型變頻器對(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行時(shí)至關(guān)重要的，首先要明確使用通用變頻器的目的，按照生產(chǎn)機(jī)械的類型、調(diào)速范圍、速度響應(yīng)和控制精度、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩等要

17、求，充分了解變頻器所驅(qū)動(dòng)負(fù)載特性，決定采用什么功能的通用變頻器構(gòu)成控制系統(tǒng)，然后決定選用哪種控制方式最合適。所選用的通用變頻器應(yīng)是既滿足生產(chǎn)工藝要求，又要在技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上合理。若對(duì)通用變頻器選型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及使用不當(dāng)，往往會(huì)使通用變頻器不能正常的運(yùn)行、達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，甚至引發(fā)設(shè)備故障，造成不必要的損失。另外，為了確保通用變頻器長(zhǎng)期可靠的運(yùn)行，變頻器的地線的連接也是非常重要的。 變頻器在調(diào)速系統(tǒng)中的優(yōu)點(diǎn)： 1. 控制電機(jī)的啟動(dòng)電流； 2. 降低電力線路的電壓波動(dòng)； 3. 啟動(dòng)時(shí)需要的功率更低； 4. 可控的加速功能； 5. 可調(diào)的運(yùn)行速度； 6. 可調(diào)的轉(zhuǎn)矩極限； 7. 受控的停止

18、方式； 8. 節(jié)能； 9. 可逆運(yùn)行控制； 10. 減少機(jī)械傳動(dòng)部件。 在本系統(tǒng)中，選用了由西門子生產(chǎn)的通用變頻器MM420。 MicroMaster420是全新一代模塊化設(shè)計(jì)的多功能標(biāo)準(zhǔn)變頻器。它有強(qiáng)大的通訊能力、精確的控制性能、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有更多的靈活性，操作方便。最新的IGBT技術(shù)，具有7個(gè)固定頻率，4個(gè)跳轉(zhuǎn)頻率。靈活的斜坡函數(shù)發(fā)生器帶有起始段和結(jié)束段的平滑特性，防止運(yùn)行中不應(yīng)有的跳閘，直流制動(dòng)和復(fù)合制動(dòng)方式提高制動(dòng)性能。用BiCo技術(shù)，實(shí)現(xiàn)I/O端口自由連接。MICROMASTER420是用于控制三相交流電動(dòng)機(jī)速度的變頻器系列，從單相電源電壓額定功率120W到三相電源電

19、壓額定功率11KW可供選用，由微處理器控制，用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)作為功率輸出器件。因此，具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度調(diào)制的開(kāi)關(guān)頻率是可選的，因而降低了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪聲，全面完善的保護(hù)功能為變頻器和電動(dòng)機(jī)提供了良好的保護(hù)。MICROMASTER420具有缺省的工廠設(shè)置參數(shù)，它是給數(shù)量眾多的簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)供電的理想變頻驅(qū)動(dòng)裝置。由于MICROMASTER420具有全面而完善的控制功能，在設(shè)置相關(guān)參數(shù)以后，它也可用于更高級(jí)的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。 3.2.2 變頻調(diào)速原理 變頻調(diào)速是通過(guò)改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的。

20、 n=60f(1-s)/p （式3.1） 對(duì)于成品電機(jī)，其磁極對(duì)數(shù)p已經(jīng)確定，轉(zhuǎn)差率s變化不大，故電機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源的頻率f成正比，因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到異步電機(jī)的調(diào)試目的。 3.2.3 變頻器的工作原理 變頻器的工作原理是把市電（380V 、50Hz）通過(guò)整流器變成平滑直流，然后利用半導(dǎo)體器件（GTO、GTR或IGBT）組成的三相逆變器，將直流電變成可變電壓和可變頻率的交流電。 3.2.4 變頻器的快速設(shè)置 如果所用的變頻器剛

21、剛出廠的變頻器，則需對(duì)它進(jìn)行快速調(diào)試，試驗(yàn)中用到的變頻器都已經(jīng)完成了快速調(diào)試。 表3-1 變頻器的參數(shù)說(shuō)明 序號(hào) 變頻器參數(shù) 出廠值 設(shè)定值 功能說(shuō)明 1 P0304 230 380 電動(dòng)機(jī)的額定電壓( 380V ) 2 P0305 3.25 0.35 電動(dòng)機(jī)的額定電流( 0.35A ) 3 P0307 0.75 0.06 電動(dòng)機(jī)的額定功率( 60W ) 4 P0310 50.00 50.00 電動(dòng)機(jī)的額定頻率( 50Hz ) 5 P0311 0 1430 電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速( 1430 r/min ) 6 P1000 2

22、 1 用操作面板（BOP）控制頻率的升降 7 P1080 0 0 電動(dòng)機(jī)的最小頻率( 0Hz ) 8 P1082 50 50.00 電動(dòng)機(jī)的最大頻率( 50Hz ) 9 P1120 10 10 斜坡上升時(shí)間( 10S ) 10 P1121 10 10 斜坡下降時(shí)間( 10S ) 11 P0700 2 2 選擇命令源（ 由端子排輸入 ） 12 P0701 1 10 正向點(diǎn)動(dòng) 13 P0702 12 11 反向點(diǎn)動(dòng) 14 P1058 5.00 30 正向點(diǎn)動(dòng)頻率（30Hz） 15 P1059 5.00 20

23、 反向點(diǎn)動(dòng)頻率（20Hz） 16 P1060 10.00 10 點(diǎn)動(dòng)斜坡上升時(shí)間（10S） 17 P1061 10.00 5 點(diǎn)動(dòng)斜坡下降時(shí)間（5S） 注:（1）設(shè)置參數(shù)前先將變頻器參數(shù)復(fù)位為工廠的缺省設(shè)定值；（2）設(shè)定P0003=2 允許訪問(wèn)擴(kuò)展參數(shù)；（3）設(shè)定電機(jī)參數(shù)時(shí)先設(shè)定P0010=1(快速調(diào)試),電機(jī)參數(shù)設(shè)置完成設(shè)定P0010=0(準(zhǔn)備) 改變參數(shù)數(shù)值的一個(gè)數(shù)字。為了快速修改參數(shù)的數(shù)值，可以單獨(dú)修改顯示出的每個(gè)數(shù)字，操作步驟如下： 1.按 （功能鍵），最右邊的一個(gè)數(shù)字閃爍。 2.按 / ，修改這位數(shù)字的數(shù)值。

24、 3.再按 （功能鍵），相鄰的下一位數(shù)字閃爍。 4.執(zhí)行2至4步，直到顯示出所要求的數(shù)值。 5.按 ， 退出參數(shù)數(shù)值的訪問(wèn)級(jí)。 4 開(kāi)環(huán)控制設(shè)計(jì)及PLC編程 4.1 硬件設(shè)計(jì) 在沒(méi)有反饋信息的比較，通過(guò)直接給定控制信息的控制調(diào)速系統(tǒng)稱之為開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。其控制思想的結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示： 速度給定 圖4-1速度開(kāi)環(huán)控制的結(jié)構(gòu)控制圖 PLC 變頻調(diào)速系統(tǒng) 開(kāi)環(huán)控制的外部硬件連接圖： 圖4-2 硬件連接圖 4.2 PLC軟件編程 4.2.1設(shè)計(jì)步驟 (1) 使用PLC的各個(gè)輸入

25、點(diǎn)作為系統(tǒng)的各個(gè)控制信號(hào)； (2) 使用PLC的一個(gè)模擬量輸出點(diǎn)AQWO作為使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率給定信號(hào)，接到MM440變頻器的AIN1+，AIN1-端子上； (3) 調(diào)節(jié)變頻器使其輸出頻率受模擬量輸入電壓控制； (4) 然后編制輸出按時(shí)間函數(shù)循環(huán)的梯形圖程序； (5) 最后調(diào)試并運(yùn)行。 4.2.2系統(tǒng)流程框圖 啟動(dòng)和中間切換狀態(tài)數(shù)據(jù)清除和初始化 Y 根據(jù)不同的按鍵顯示不同的狀態(tài)并且鎖定相應(yīng)的程序通行位，并進(jìn)行互鎖狀態(tài)和通行位 有I0.2按下。停止運(yùn)行 有I0.3按下。讀AIW0并將數(shù)據(jù)送給AQW0 Y Y I0.0按下。點(diǎn)

26、亮Q0.0并把單環(huán)運(yùn)行狀態(tài)通行位標(biāo)記并判斷是否與其他按鍵 I0.1按下。點(diǎn)亮Q0.1并把循環(huán)運(yùn)行狀態(tài)通行位標(biāo)記并判斷是否與其他按鍵 Y Y 電壓上升環(huán)，點(diǎn)亮Q0.3表狀態(tài)，用定時(shí)器設(shè)定上升速度，用加法器設(shè)定上升幅度并判斷電壓值是否到達(dá)設(shè)定值，并置第一次電壓平衡副狀態(tài)位鎖定并判斷是否與其他按鍵 Y 電壓保持環(huán)節(jié)。點(diǎn)亮Q0.4熄滅Q0.3表狀態(tài)，用定時(shí)器計(jì)算平衡時(shí)間，等待定時(shí)器動(dòng)作，并置第一次電壓下降副狀態(tài)位鎖定。并判斷是否與其他按鍵 Y 電壓下降環(huán)，點(diǎn)亮Q0.5熄滅Q0.4表狀態(tài)，用定時(shí)器設(shè)定下降速度，用減法器設(shè)定下降幅

27、度并判斷電壓值是否到達(dá)設(shè)定值，并置第二次電壓平衡副狀態(tài)位鎖定解除第一次電壓下降副狀態(tài)鎖定位并判斷是否與其他按鍵 Y 電壓保持環(huán)節(jié)。點(diǎn)亮Q0.4熄滅Q0.3表狀態(tài)，用定時(shí)器計(jì)算平衡時(shí)間，等待定時(shí)器動(dòng)作，并置第二次電壓下降副狀態(tài)位鎖定，解除第二次電壓平衡副狀態(tài)鎖定位并判斷是否與其他按鍵 Y 電壓下降環(huán)，點(diǎn)亮Q0.5熄滅Q0.4表狀態(tài)，用定時(shí)器設(shè)定下降速度，用減法器設(shè)定下降幅度并判斷電壓值是否到達(dá)設(shè)定值，解除第二次電壓下降副狀態(tài)鎖定位并判斷是否與其他按鍵 Y 有循環(huán)狀態(tài)鎖定位 Y 結(jié)束并等

28、待并判斷是否與其他按鍵 圖4-3 系統(tǒng)流程框圖 （1） 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是根據(jù)系統(tǒng)給定的時(shí)間函數(shù)運(yùn)行的，所以軟件的設(shè)計(jì)主要是以時(shí)間原則來(lái)設(shè)計(jì)。 4.2.3 程序的主體 （2） 初始化變量及判斷按鍵和鎖定相應(yīng)的狀態(tài)位 （3） 0-25秒上升子程序 （4） 25-35秒平衡子程序 （5） 35-40秒下降子程序 （6） 40-60秒平衡子程序 （7） 60-65秒下降子程序 （8） 有循環(huán)位時(shí)啟動(dòng)下一次循環(huán)子程序 （9） 外部電壓給定子程序 4.2.4 控制程序T形圖

29、 5 PLC系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì) 5.1變頻器的干擾源 在變頻器的輸入輸出電路中，除較低次的諧波成分外，還有許多頻率很高的諧波電流，這些電流除了增加輸入側(cè)的無(wú)功功率，降低功率因數(shù)以外，還將以各種方式把自己的能量傳播出去，形成對(duì)其他設(shè)備的干擾信號(hào)，嚴(yán)重的甚至使某些設(shè)備無(wú)法正常工作。 變頻器干擾其他設(shè)備的根本原因是因?yàn)檩斎牒洼敵鲭娏髦芯哂懈叽沃C波成分。變頻器的輸入電流中具有很大的高次諧波成分，這些高次諧波電流除了影響功率因數(shù)外，也可能對(duì)其他設(shè)備進(jìn)行干擾。由于絕大多數(shù)逆變橋都采用SPWM調(diào)制方式，其輸出電壓

30、為輸出占空比按正弦規(guī)律分布的系列矩形波。又由于電動(dòng)機(jī)定子繞組的電感性質(zhì)，其定子電流十分接近正弦波，但其中與載波頻率相等的諧波分量仍較大。 5.2 干擾信號(hào)的傳播方式 ⑴ 電路傳導(dǎo)方式 ① 通過(guò)電源網(wǎng)絡(luò)傳播。這時(shí)變頻器輸入電流干擾信號(hào)的主要傳播方式。 ② 通過(guò)漏電流傳播。這是變頻器輸出側(cè)干擾信號(hào)的主要傳播方式。 ⑵ 感應(yīng)耦合方式 ① 電磁感應(yīng)方式。這是電流干擾信號(hào)的主要傳播方式。由于變頻器的輸入電流與輸出電流中的高頻成分要產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)的高頻磁力線穿過(guò)其他設(shè)備的控制線路而產(chǎn)生感應(yīng)干擾電源。 ② 靜電感應(yīng)方式。這是電壓干擾信號(hào)的主要傳播方式。是變頻器輸出的高頻電壓波通過(guò)線路的分

31、布電容傳播給主電路。 ⑶ 空中輻射方式。頻率很高的諧波分量具有向空中輻射電磁波的能力，從而多其他設(shè)備形成干擾。 5.3主要抗干擾措施 5.3.1 電源抗干擾措施 在PLC控制系統(tǒng)中，電源占有極重要的地位。電網(wǎng)干擾串入PLC控制系統(tǒng)主要通過(guò)PLC系統(tǒng)的供電電源（如CPU電源、I/O電源等）、變送器供電電源與PLC系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表供電電源等耦合進(jìn)入的。現(xiàn)在，對(duì)于PLC系統(tǒng)供電的電源，一般都采用隔離性能較好電源，而對(duì)于變送器供電的電源和PLC系統(tǒng)有直接電氣連接的儀表的供電電源，并沒(méi)受到足夠的重視，雖然采取了一定的隔離措施，但普遍還不夠，主要是使用的隔離變壓器分布參數(shù)大，抑制干

32、擾能力差，經(jīng)電源耦合而串入共模干擾、差模干擾。所以，對(duì)于變送器和共用信號(hào)儀表供電應(yīng)選擇分布電容小、抑制帶大（如采用多次隔離和屏蔽及漏感技術(shù)）的配電器，以減少PLC系統(tǒng)的干擾。此外，為保證電網(wǎng)饋點(diǎn)不中斷，可采用在線式不間斷供電電源供電，提高供電的安全可靠性。并且UPS還具有較強(qiáng)的干擾隔離性能，是一種PLC控制系統(tǒng)的理想電源。 5.3.2 硬件濾波及軟件抗干擾措施 信號(hào)在接入計(jì)算機(jī)前，在信號(hào)線與地間并接電容，以減少共模干擾；在信號(hào)兩極間加裝濾波器可減少差模干擾。由于電磁干擾的復(fù)雜性，要根本消除迎接干擾影響是不可能的，因此在PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和組態(tài)時(shí)，還應(yīng)在軟件方面進(jìn)行抗干擾處理，進(jìn)一步

33、提高系統(tǒng)的可靠性。常用的一些措施：數(shù)字濾波和工頻整形采樣，可有效消除周期性干擾；定時(shí)校正參考點(diǎn)電位，并采用動(dòng)態(tài)零點(diǎn)，可有效防止電位漂移；采用信息冗余技術(shù)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件標(biāo)志位；采用間接跳轉(zhuǎn)，設(shè)置軟件陷阱等提高軟件結(jié)構(gòu)可靠性。 5.3.3 接地抗干擾措施 接地的目的通常有兩個(gè)，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。 系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對(duì)PLC控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應(yīng)采用直接接地方式。由于信號(hào)電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號(hào)交換頻率一般都低于1MHz，所以PLC控制

34、系統(tǒng)接地線采用一點(diǎn)接地和串聯(lián)一點(diǎn)接地方式。集中布置的PLC系統(tǒng)適于并聯(lián)一點(diǎn)接地方式，各裝置的柜體中心接地點(diǎn)以單獨(dú)的接地線引向接地極。如果裝置間距較大，應(yīng)采用串聯(lián)一點(diǎn)接地方式。用一根大截面銅母線（或絕緣電纜）連接各裝置的柜體中心接地點(diǎn)，然后將接地母線直接連接接地極。接地線采用截面大于22的銅導(dǎo)線，總母線使用截面大于60的銅排。接地極的接地電阻小于2Ω，接地極最好埋在距建筑物10—15m遠(yuǎn)處，而且PLC系統(tǒng)接地點(diǎn)必須與強(qiáng)電設(shè)備接地點(diǎn)相距10m以上。信號(hào)源接地時(shí)，屏蔽層應(yīng)在信號(hào)側(cè)接地；不接地時(shí)，應(yīng)在PLC側(cè)接地；信號(hào)線中間有接頭時(shí)，屏蔽層應(yīng)牢固連接并進(jìn)行絕緣處理，一定要避免多點(diǎn)接地；多個(gè)測(cè)點(diǎn)信號(hào)的屏

35、蔽雙絞線與多芯對(duì)絞總屏電纜連接時(shí)，各屏蔽層應(yīng)相互連接好，并經(jīng)絕緣處理。選擇適當(dāng)?shù)慕拥靥巻吸c(diǎn)接點(diǎn)。 結(jié)論與心得 在這次課程設(shè)計(jì)中我覺(jué)得最重要的就是要有自學(xué)能力，因?yàn)檫@次實(shí)訓(xùn)中有部分知識(shí)我們之前還沒(méi)有接觸過(guò)，所以自己必須學(xué)會(huì)查找相關(guān)的資料。另外就是在遇到實(shí)際問(wèn)題的時(shí)候，要認(rèn)真思考，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，一步一步的去探索，是完全可以解決遇到的一般問(wèn)題的。而在這次設(shè)計(jì)程序的過(guò)程中，我一開(kāi)始時(shí)走了很多彎路，這也是自己的知識(shí)不夠扎實(shí)的原因。不過(guò)經(jīng)過(guò)自己幾天的努力，最后還是做了出來(lái)，而且還做得挺不錯(cuò)的。 雖然我們?cè)O(shè)計(jì)的東西并不難，但是在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我學(xué)到了書(shū)本

36、上所沒(méi)有學(xué)到的東西。只有理論，沒(méi)有結(jié)合實(shí)際是很難做出東西的。比如在調(diào)試的過(guò)程中，遇到問(wèn)題往往是書(shū)本上的知識(shí)不能直接的解決的，只要在扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)的前提下，我們才能把東西做好。 經(jīng)過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，讓我深深的感受到理論聯(lián)系實(shí)踐的重要性，平時(shí)在學(xué)習(xí)中不能夠透徹理解的知識(shí)，通過(guò)動(dòng)手，會(huì)有更好的認(rèn)知。本次課程設(shè)計(jì)雖然不長(zhǎng)，但是它給我們帶來(lái)了很多收獲。它使我意識(shí)到自己的操作能力的不足，在理論上還存在很多缺陷。所以在以后的學(xué)習(xí)生活中，我會(huì)更加努力地加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)踐的學(xué)習(xí)，在努力學(xué)好專業(yè)知識(shí)的同時(shí)努力加強(qiáng)自己的專業(yè)技能方面的能力，使自己的知識(shí)在實(shí)踐中不斷增長(zhǎng)，在實(shí)踐中鍛煉自己，培養(yǎng)自己各方面的能力，不斷提

37、高自己的能力。 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，對(duì)S7-200系列PLC的特點(diǎn)有了更深的理解。利用了S7-200系列PLC的特點(diǎn)，對(duì)按鈕、開(kāi)關(guān)等輸入/輸出，模擬量輸入/輸出進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了變頻器在控制作用下的變頻調(diào)速。 在本次課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐環(huán)節(jié)中，我更深刻地理解和掌握了電器控制及可編程控制器(PLC)的理論知識(shí)和動(dòng)手技能。參閱了大量的電器控制及可編程控制器(PLC)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的書(shū)籍資料，查詢了大量的圖表、程序和數(shù)據(jù)，使得課程設(shè)計(jì)的方案和數(shù)據(jù)更為翔實(shí)和準(zhǔn)確，力求科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，使本次以變頻器為主題的課程設(shè)計(jì)精益求精。 經(jīng)歷自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和查閱資料，讓我了解了更多關(guān)于西門子S7-200和變頻器方面的資料，讓

38、我了解了大概的選型和注意事項(xiàng)，并自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，參照一些編程試著去編一個(gè)程序，資料上查到的是歐姆龍或者是三菱的編程語(yǔ)句，但是通過(guò)他們的編程思路，我們可以借鑒到自己的S7-200程序中，編程序的過(guò)程中遇到了很多問(wèn)題，通過(guò)不斷的問(wèn)同學(xué)，反復(fù)的思考，調(diào)試，終于編出了調(diào)用子程序來(lái)達(dá)到控制的目的，此次課程設(shè)計(jì)讓我收獲頗多，在這個(gè)課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，既讓我與同學(xué)加深了溝通，又讓我學(xué)到關(guān)于西門子的一些知識(shí)，我知道這知識(shí)很少的一點(diǎn)，但我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)中了解更多。由于本人資歷有限，可能還有一些沒(méi)有注意到的問(wèn)題，還請(qǐng)老師賜教，深表感謝！ 參考文獻(xiàn) [1] 王永華. 現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)（第二版

39、），北京航空航天大學(xué)出版社 [2] 廖常初. PLC編程及應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社 [3] MCGS組態(tài)軟件教程，北京昆侖通態(tài)軟件公司 [4] 陳建明. 電氣控制與PLC應(yīng)用（第二版），電子工業(yè)出版社 附錄 控制程序語(yǔ)句表 網(wǎng)絡(luò)1每次按鍵都復(fù)位 LD I0.0 O I0.1 O I0.2 O I0.3 MOVW 0, VW0 AENO MOVW VW0, AQW0 網(wǎng)絡(luò)2 每次按鍵都清除中間狀態(tài) LD

40、 I0.0 O I0.1 O I0.2 O I0.3 R M0.0, 8 R Q0.0, 6 R M1.0, 8 R M2.0, 8 網(wǎng)絡(luò)3單環(huán)電壓輸出狀態(tài)鎖定 LD I0.0 O M0.0 AN I0.1 AN I0.2 AN I0.3 = M0.0 = Q0.0 網(wǎng)絡(luò)4循環(huán)電壓輸出狀態(tài)鎖定 LD I0.1 O M0.1 AN I0.0 AN I0.2 AN I0.3 =

41、 M0.1 = Q0.1 網(wǎng)絡(luò)5切斷所有狀態(tài) LD I0.2 O M0.2 O M1.6 AN I0.1 AN I0.0 AN I0.3 = M0.2 網(wǎng)絡(luò)6外部電壓輸出狀態(tài)鎖定 LD I0.3 O M0.3 AN I0.1 AN I0.2 AN I0.0 = M0.3 = Q0.2 網(wǎng)絡(luò)7 單環(huán)或循環(huán)電壓上升鎖定 LD I0.0 O I0.1 O M1.6 AN M2.0

42、 AN M2.1 AN M2.2 = M0.5 網(wǎng)絡(luò)8單環(huán)或循環(huán)電壓平衡鎖定 LD M0.5 O M2.0 LD M0.0 O M0.1 ALD AN M1.7 AN M0.6 AN M0.7 = M2.0 = Q0.3 網(wǎng)絡(luò)9單環(huán)或循環(huán)電壓下降鎖定 LD M0.6 O M2.1 //M0.6和M2.1同時(shí)觸發(fā)電路 LDN M2.6 //M2.6用于空閑保持電路 A M2.7 OLD LD M0.

43、0 O M0.1 //程序工作條件 ALD AN M2.6 AN M1.7 AN M0.5 AN M0.7 //程序動(dòng)作的互鎖以及用于切除程序工作 = M2.1 = Q0.4 // 驅(qū)動(dòng)狀態(tài)顯示 網(wǎng)絡(luò)10 LD M0.7 O M2.2 O M2.6 //M0.7，M02.2 M2.6用于觸發(fā)和鎖定程序工作。 LD M0.0 O M0.1 //程序工作的條件（在M0.0或M0.1有效的情況下工作） ALD AN M0.6 A

44、N M1.7 AN M2.7 AN M0.5 //程序動(dòng)作的互鎖以及用于切除程序工作 = M2.2 = Q0.5 // 驅(qū)動(dòng)狀態(tài)顯示 0-25秒上升子程序 網(wǎng)絡(luò)11 LD M0.0 O M0.1 AN M1.0 TON T32, 1 網(wǎng)絡(luò)12 LD M0.0 O M0.1 A T32 = M1.0 //網(wǎng)絡(luò)11和網(wǎng)絡(luò)12程序內(nèi)部的電壓上升頻率的設(shè)定 網(wǎng)絡(luò)13 LD M0.0 O M0.1 //程序工作條件

45、（電壓?jiǎn)苇h(huán)或電壓循環(huán)輸出） A M2.0 //程序工作條件（在電壓上升時(shí)刻） A M1.0 // 引入電壓動(dòng)作頻率 +I 20, VW0 //電壓上升每次改變20數(shù)字量 AENO //上一步執(zhí)行正確做下一步 MOVW VW0, AQW0 //將電壓送給模擬輸出口 網(wǎng)絡(luò)14 LD M0.0 O M0.1 //程序工作條件（電壓?jiǎn)苇h(huán)或電壓循環(huán)輸出） A M2.0 //程序工作條件（在電壓上升時(shí)刻） AW>= VW0, 23000 // 將現(xiàn)在的電壓值和設(shè)定值比較當(dāng)電

46、壓值大于設(shè)定是動(dòng)作 = M0.6 = M3.7 = M2.4 //輸出各個(gè)控制量 25-35秒平衡子程序 網(wǎng)絡(luò)15//第一次電壓平衡工作副狀態(tài)鎖定 LD M2.4 O M3.1 AN M3.4 = M3.1 //第一次電壓平衡工作副狀態(tài)鎖定 網(wǎng)絡(luò)16//電壓平衡時(shí)間定時(shí) LD M0.0 O M0.1 A M2.1 A M3.1 TON T38, 70 網(wǎng)絡(luò)17 定時(shí)時(shí)間到后輸出各個(gè)控制狀態(tài) LD M0.0 O M0.

47、1 A T38 = M0.7 = M3.4 網(wǎng)絡(luò)18 切除電壓平衡副狀態(tài)鎖定第一次電壓下降副裝態(tài) LD M3.4 O M3.2 AN M3.6 = M3.2 35-40秒下降子程序 網(wǎng)絡(luò)19 第一次電壓下降 LD M0.0 O M0.1 A M2.2 A M1.0 A M3.2 //程序工作條件 -I 20, VW0 AENO //電壓下降幅度 MOVW VW0, AQW0 //電壓及時(shí)的送給模擬輸

48、出端口 網(wǎng)絡(luò)20 電壓比較 LD M0.0 O M0.1 AN M2.6 A M2.2 A M3.2 程序工作條件 AW< VW0, 7750 //電壓最低值比較 = M2.7 = M3.6 = M2.5 //狀態(tài)輸出 40-60 秒平衡子程序 網(wǎng)絡(luò)21 切除電壓下降副狀態(tài)鎖定第二次電壓平衡副裝態(tài) LD M2.5 O M3.0 AN M3.5 = M3.0 網(wǎng)絡(luò)22 電壓平衡定時(shí) LD M0.0

49、O M0.1 A M2.1 A M3.0 TON T39, 70 網(wǎng)絡(luò)23 定時(shí)時(shí)間到后輸出各個(gè)控制狀態(tài) LD M0.0 O M0.1 A M2.1 A T39 = M2.6 = M3.5.//用于啟動(dòng)負(fù)狀態(tài)鎖定 60-65秒下降子程序 網(wǎng)絡(luò)24 切除電壓平衡副狀態(tài)鎖定第二次電壓下降副裝態(tài) LD M3.5 O M3.3 AN M2.4 = M3.3 網(wǎng)絡(luò)25 電壓下降幅度控制 LD M0.0 O M0.

50、1 A M2.2 A M3.3 A M1.0 //程序工作條件 -I 10, VW0 AENO //電壓下降幅度 MOVW VW0, AQW0 //電壓及時(shí)送給模擬輸出端口 網(wǎng)絡(luò)26 電壓比較 LD M0.0 O M0.1 A M2.2 A M3.3 AW< VW0, 0 //電壓與0比較輸出狀態(tài) = M1.7 //用于切斷電壓?jiǎn)苇h(huán)工作的各個(gè)狀態(tài)，用于啟動(dòng)電壓循環(huán)工作的下一次循環(huán) 網(wǎng)絡(luò)27 有循環(huán)位時(shí)啟動(dòng)下一次循環(huán)子程序 LD M1.7 O M1.6 A M0.1 AN M0.5 = M1.6 //啟動(dòng)二次循環(huán)的條件 網(wǎng)絡(luò)28 外部電壓給定子程序 LD M0.3 A SM0.6 //數(shù)據(jù)傳送頻率 MOVW AIW0, AQW0