毕业设计触摸屏 PLC变频器电动机综合控制.doc

姓 名 专 业 班 级 09电气2班 论 文 名 称 触摸屏 PLC变频器电动机综合控制 指 导 教 师 摘 要世界自动化机械总的趋势是提高自动化、提高生产率、提高柔性灵活性，技术含量和先进程度不断提高。由于科学技术的发展，使得一些国产PLC具备一些主流PLC的功能：可靠性高，抗干扰能力强；配套齐全，功能完善，适用性强；易学易用，深受工程技术人员欢迎；系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造；体积小，重量轻，能耗低；使用更加简洁方便。21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将使得工业网络在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。本系统以PLC、变频器、触摸屏为研究对象，通过RS485通讯来实现：（1）两台PLC能够实现数据交换；（2）两台PLC、触摸屏能够控制电动机的运行状态；（3）可以通过人机界面来远距离地实现监视和控制PLC变频器及电动机的运行状态。本控制系统包括对汇川PLC控制器，汇川变频器，三相交流步进电机，汇川触摸屏的使用。目 录第一章 前言41-1 工业控制网络的发展41-2.工业以太网技术的特点5第二章 PLC和变频器通信项目设计82-1系统结构图82-1-1 汇川PLC硬件特点82-2项目要求实现的功能92-3 I/O分配92-4 通讯成功具备的关键点102-4-1 硬件上102-4-2 软件上112-4-3 变频器的使用和设置122-4-3-1 功能指示灯说明142-4-3-2 变频器参数设置142-5 编程流程图142-6 源程序及图片172-6-1 从站172-6-2 主站18第三章 毕业设计、实习感想253-1 实习感想253-2 毕业设计感想25第四章 参考文献26第一章 前言1-1 工业控制网络的发展工业控制网络的发展是伴随着控制系统的变革而发展起来的。控制系统经历了基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统和近几年流行起来的工业以太网控制系统等六个阶段。 对于基地式气动仪表控制系统和电动单元组合式模拟仪表控制系统只是驱动方式的改变，两类控制系统只能对单一回路进行控制，而各个回路之间不能够交换信息，每一个回路是一个独立的信息孤岛，并不属于网络的范畴。 随着计算机技术的发展，计算机被引入控制系统，它不仅能够完成对数据的处理操作，更主要的是可以直接根据输入的给定值、过程变量和过程中其他的测定值，通过PID或其它高级控制算法，得出它的操作变量即输出值送给执行机构完成控制功能。这就是我们所说的计算机集中控制系统（CCS）的控制思想。集中控制系统由于其结构简单，直接面向控制对象，尚未形成网络体系。尽管将计算机引入控制系统使得一些高级控制算法得以实现，然而，随着生产过程的复杂化，软件发面需要很大的开销，并且复杂的软件结构是系统的升级能力较弱；计算机工作是需要集中控制几十个，甚至上百个回路，这就使得系统的实时性、可靠性得不到保证。 真正意义的工业控制网络体系是七十年代出现的第二代计算机控制系统:分散型控制系统DCS(也称集散控制系统)。它是随着网络技术的发展而发展起来的，DCS的特点是“集中管理，分散控制”，这些系统完整地体现了分散化和分层化的思想。目前所使用的DCS有环形、总线形和分级式几种,其中分级式应用最为普遍，如1所示。然而，集散控制系统也有其明显的缺点：首先，结构是多级主从关系，现场设备之间相互通信必须经过主机，使得主机负荷重、效率低，且 主机一旦发生故障，整个系统就会崩溃；其次，它还是用大量的模拟信号，很多现场仪表仍然使用传统的420mA电流模拟信号，传输可靠性差，不易于数字化处理；第三，各系统设计厂家的DCS制定独立的标准，通讯协议不开放，极大的制约了系统的集成与应用，不利于现代跨国公司的进一步发展。 为了克服DCS系统的技术瓶颈,进一步满足工业现场的需要,现场总线技术应运而生,它将系统的控制功能进一步下放，现场总线网络实际上是一种全数字化、全分散、可互操作、开放式的互联网络。他专门用于过程自动化和制造自动化最底层的现场设备或现场仪表互联，是现场通信网络和控制系统的集成，如图1所示。但是FCS也有许多瓶颈问题：首先，现有的现场总线标难种类过多，且各有自己的优势和适用范围，用户如何取舍是比较棘手的问题；其次，控制系统中如果有多种现场总线同时存在，用户希望将工业控制系统与数据信息网络实现无缝集成，真正实现企业级管控一体化，系统功能组态会变得相对复杂；另外在本质安全、系统可靠性、数据传输速度等方面存在一些技术瓶颈或不符合现代企业对信息的要求。 事实上，各种控制系统存在缺点的问题最根本原因在于控制系统德的开放性差或者开放性是有条件的，不彻底的。为了解决该问题而出现了以TCP/IP协议为基础的工业以太网技术，下面对工业以太网技术进行详细介绍。1-2.工业以太网技术的特点以太网具有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面的优势,由于它支持几乎所有流行的网络协议,所以在商业系统中被广泛采用。近些年来,随着网络技术的发展,以太网进入了控制领域,形成了新型的以太网控制网络技术。这主要是由于工业自动化系统向分布化、智能化控制方面发展,开放的、透明的通讯协议是必然的要求。 以太网技术引入工业控制领域，其技术优势非常明显：1Ethernet是全开放、全数字化的网络，遵照网络协议不同厂商的设备可以很容易实现互联；2以太网能实现工业控制网络与企业信息网络的无缝连接，形成企业级管控一体化的全开放网络1，如图2所示；3软硬件成本低廉，由于以太网技术已经非常成熟，支持以太网的软硬件受到厂商的高度重视和广泛支持，有多种软件开发环境和硬件设备供用户选择；4通信速率高，随着企业信息系统规模的扩大和复杂程度的提高，对信息量的需求也越来越大，有时甚至需要音频、视频数据的传输，目前以太网的通信速率为10M、100M的快速以太网开始广泛应用，千兆以太网技术也逐渐成熟，10G以太网也正在研究，其速率比目前的现场总线快很多。5可持续发展潜力大，在这信息瞬息万变的时代，企业的生存与发展将很大程度上依赖于一个快速而有效的通信管理网络，信息技术与通信技术的发展将更加迅速，也更加成熟，由此保证了以太网技术不断地持续向前发展。 以太网进人工业控制领域，同样也存在一些问题，其中主要的是：1实时性问题：以太网采用的CSMACD的介质访问控制方式，其本质上是非实时的。一条总线上挂多个节点平等竞争总线，等待总线空闲。这种方式很难满足工业控制领域对实时性的要求。这也是以太网技术进入工控领域的技术瓶颈；2对工业环境的适应性与可靠性：以太网是按办公环境设计的，需要使抗干扰能力、外观设计等符合工业现场的要求。3适用于工业自动化控制的应用层协议，目前信息网络中定义的应用层协议所定义的数据结构等特性不适合应用于工业过程控制领域现场设备之间的实时通信。因此，还需定义统一的应用层规范。 4本质安全和网络安全：工业以太网如果用在易燃易爆的危险工作场所，必须考虑本质安全问题。另外，工业以太网由于使用了TCP/IP协议，因此可能会受到包括病毒、黑客的非法入侵与非法操作等网络安全威胁。5QOS(Quality of Service)问题:随着技术的进步,在工厂控制底层的信号已不局限在单纯的数字和模拟量上,而是包括Audio及低分辨的Video信号,网络应能根据不同用户需求及不同的内容适度地保证实时性的要求。 随着网络技术的不断发展，以上出现的问题已经完全或部分得到解决。1近些年来出现了快速交换式以太网技术,采用全双工通信,可以完全避免CSMA/CD中的碰撞,并且可以方便地实现优先级机制,保证网络带宽的最大利用率和最好的实时性能。它完全避免了CSMA/CD、主从、令牌等可能的低效率；2对于不同工业环境网络设备生产厂商采取了专门的抗干扰措施，使其更加符合工业需求；3在应用层协议方面用户可以根据需要对TCP/IP协议栈进行增减，另外还需要制定更加符合工业要求的网络协议；4设备生产商提供适应工业环境的器件，使用密封性好，坚固、抗震动的以太网设备与连接件用来解决本质安全问题；采用用户密码、数据加密、防火墙等多种安全机制加强网络的安全管理，但针对工业自动化控制网络安全问题的解决方案还需要认真研究；5随着网络速度的提高和网络协议的进一步完善，QOS问题也得到了解决第二章 PLC和变频器通信项目设计2-1系统结构图：2-1-1汇川PLC硬件特点H2U可编程控制器的主要特点：程序存储空间大，无需外部扩展内存卡即可达24K步；模块内部集成了大容量电源，可直接给传感器、HMI、外部中间继电器等提供电源；提供多通道高频率高速输入输出端口，丰富的运动和定位控制功能；集成两个独立通讯口，提供了丰富的通信协议，提供MODBUS指令，方便系统集成；2-2实训要求实现的功能 （1）该系统设有2个站，其中一个主站PLC1，一个从站PLC2，采用RS-485BD板，通过运用MODBUS进行通信，同时触摸屏还能与变频器进行通信，并且还能监视两台PLC的运行情况及变频器的运行情况.（2）主站输入信号（X0X3）的ON/OFF状态要求从2台PLC的Y0Y3输出 。 （3）从站输入信号（X4X7）的ON/OFF状态要求从2台PLC的Y4Y7输出 。（4）用寄存器D0记录主站PLC的输入信号X10的脉冲个数，当计数小于5时，两台PLC就输出Y10；当大于等于5小于等于10时，两台PLC就输出Y11；当大于10时，两台PLC就输出Y12。（5）通过触摸屏上的正传、反转、停止按钮能够控制电动机的正传、反转、停止（6）每按一次触摸屏上的加频率和减频率按钮，电动机的运行频率能够加或减1HZ（7）当电动机的运行频率为0时，会产生一个报警，并显示“电动机未运行，请按正转或反转按钮”；当电动机的运行频率大于50时，会产生一个报警，并显示“电动机频率过大，请减少频率”；当电动机的运行频率小于或等于50HZ时，报警会自动清除。(8)显示速度趋势图（9）通过主站的X20 、X21、 X22来控制电动机的正传、反转、停止；通过从站的X25 、X26、 X27来控制电动机的正传、反转、停止。（10）通过触摸屏显示变频器的趋势图，通过触摸屏棒图、圆表来显示变频器频率的变化情况2-3 I/O分配：软元件名功能主站输入X0控制两台PLCY0的输出X1控制两台PLCY1的输出X2控制两台PLCY2的输出X3控制两台PLCY3的输出X10计数X20正转X21反转X22停止主站输出主站输出Y0指示灯Y1指示灯Y2指示灯Y3指示灯Y4指示灯Y5指示灯Y6指示灯Y7指示灯Y10计数小于或等于5指示灯Y11计数大于5且小于或等于10指示灯Y12计数大于10指示灯从站输入X4控制两台PLCY4的输出X5控制两台PLCY5的输出X6控制两台PLCY6的输出X7控制两台PLCY7的输出X25正转X26反转X27停止从站输出Y0指示灯Y1指示灯Y2指示灯Y3指示灯Y4指示灯Y5指示灯Y6指示灯Y7指示灯Y10计数小于或等于5指示灯Y11计数大于5且小于或等于10指示灯Y12计数大于10指示灯触摸屏M11正转M12反转M13停止M14频率加一M15频率减一2-4通讯成功具备的关键点：2-4-1硬件上：旧版汇川PLC没有com1端子两台汇川PLC、汇川变频器的通讯端子RS485+通过双绞线中的一根连起来，RS485-通过双绞线中的另一根连起来；编程软件上的波特率要和变频器以及触摸屏的波特率要致，即只需要设置一台PLC为并联协议主站，另一台设置为并联协议从站，两台PLC使用该协议的串口连接起来，不需要用户程序干预，即可实现两台PLC间互相交换数据。2-4-2软件上：从站：设COM1端口通讯波特率为9600设为1号站最多可以连接8台设COM1为MODBUS-RTU通训端口并支持HMI协议设COM1端口通讯波特率为9600主站：设为0即为主站，其他为从站设COM1端口通讯波特率为9600设COM1为MODBUS-RTU通训端口并支持HMI协议2-4-3变频器的使用与设置：2-4-3-1功能指示灯说明：RUN：灯灭时表示变频器处于停机状态，灯亮时表示变频器处于运转状态。LOCAL/REMOT： 键盘操作、端子操作与远程操作（通讯控制）指示灯，灯灭表示键盘操作控制状态,灯亮表示端子操作控制状态，灯闪烁表示处于远程操作控制状态。FWD/DEV：正反转指示灯，灯灭表示处于正转状态，灯亮表示处于反转状态。TUNE/TC：调谐时指示灯闪烁，灯亮表示处于转矩控制状态，灯灭表示处于速度控制状态。2-4-3-2变频器参数设置：参数功能设置值说明F0-01控制参数设置2设置为V/F控制模式F0-02命令源选择2设置为串行口命令通道，LED会闪烁F0-03主命令源选择9通讯给定F0-10最大频率设置100设置为100HZF0-11上限频率源选择5通讯给定F0-12上限频率100设置为100HZF0-17加速时间设置5设为5sF0-18减速时间设置5设为5sFD-00波特率选择6设为19200bpsFD-02变频器地址选择2变频器地址设为2FD-05通讯协议选择1选择标准的Modbus协议2-5编程流程图：把X0-X3送至从站Y0-Y3通信初始化把X0-X3送至主站Y0-Y3把X4-X7送至主站Y4-Y7读变频器的电流D14读变频器的电压并存入D16写初始频率对X10计数是否小于5点亮Y10是否是点亮Y11是否大于5并小于10是否读从站输入信号和编写报警将频率换算成速度写入启停信号和读母线电压写入频率和读运行频率编写频率加一和减一编写正转条、反转和停止除法运算点亮Y12是否大于102-6源程序及图片：2-6-1从站2-6-2主站：第四章 毕业设计、实习感想：3-1实习感想： 在电子组、装配组以及调试组让我学到了了很多也得到了很多，在工作上：做事情学会了多想想多问问的好习惯，在劳动中锻炼了自己的耐心和毅力的同时，也知道了父母挣钱是多么的难，更是知道了工人们挣的钱是无数汗水换回来的！现在想想每天上班的辛苦，每天都是早上7点钟起来，带着朦胧的睡意，迅速地买了早餐，然后匆匆忙忙地赶去公司上班，才真正意思到上大学是件多么美好的事，可惜时光匆匆地过去了，再也回不到那个美好的大学时代。以后面临的将是如何在社会上生存，如何去实现自己未来的梦想，面临社会、家庭乃至自己的压力，今后的路该怎么走，往哪里走。 现在我发现在公司上班再也不能像在学校里那么随意，毕竟社会也有黑暗的一面。但是，还好，遇到好心的同事，起码在公司里还有依靠和温暖，在这里的同事之间就像是一个大家庭一样，在工作中是自己的上级是自己的同事，在生活上就成了自己的叔叔阿姨，自己的兄弟姐妹，时不时会告诫我们在公司里应该怎么做和做工作的方法，在生活上也会得到关心照顾其中映像最深刻的就是不能表现得太胆小，太老实，不然就会被领导欺负，什么脏的活累的活就吩咐你去干，还动不动就骂人，有时候明明自己不喜欢做的事，但是为了讨好领导，还是忍着老实地去做，不管是对的还是错的，领导说你错了，你就得认错。还有就是在公司里上班，遇到不懂的问题，你可能会想办法去问老员工，但是千万要记住，你先把问题记下来，待到他们有空时再去问，不然哪些老员工会怪罪你的，而且在社会上问别人问题，别人高兴就告诉你，不高兴就不告诉你，他们不愿意让你学到本领。 在公司里实习，有许多知识自己接触得不是很多，或者自己完全陌生，自己的动手能力弱，经验不足，分析问题解决问题的能力还有待于加强和提高，这就需要我们要有自学的能力和模仿的能力和活到老学到老的精神。这就印证了成功的捷径-抄，研究，创造和发明。一切都是从零开始，一点一滴的学习，所以我学会了要从不同角度不同观点去考虑事情去做事情去解决事情，极大的丰富了自己的知识。在今后的工作中我会努力的提高自己的动手能力，参加公司组织的活动 成绩属于过去，未来才属于自己，作为一个青年，我知道我的工作才刚刚开始，我惟有勇于进取，不断创新，才能取得更大的成绩，才能创造美好的辉煌。3-2毕业设计感想：经过几个多月的学习和设计终于完成了变频器实习及项目设计的论文。从开始去公司实习到毕业设计的实现，再到论文的完成，每一个环节对我来说都是一个新的尝试、感慨与挑战。同时在这段时间里我学到了很多知识，在技能上有了质的提升，能熟练运用自动控制基础和基本原理，将三相交流变频电动机的原理和控制接线及变频器原理及参数设置等理论知识运用到实际的工作以及毕业设计上 ，并将电工、电子技术基础知识、自动控制基础和基本原理知识Autoshop编程软件安装和使用知识汇川变频器的设置与使用以及PLC简单梯形图的编程知识融会贯通。从刚开始我对PLC、变频器、触摸屏的使用还不是很了解，有很多技术问题还没掌握，而触摸屏更是从来没碰过，但是通过我不停的学习和尝试以及查看一些相关书籍和资料，经过我不断的试验操作，将之前在脑里只有模糊的技术概念逐渐清晰，并将它用实际验证是正确的，每一次解决问题和编程的改进我都有很大的收获，每一次试验的成功都给我带来前进的动力。此程序经过我长时间的完善，和不断的改进，已基本成熟，当然还存在一些不足的地方。但我可以自豪的说，这里的每一段控制程序，都是我经过努力所获得的劳动成果，都经过长时间的调试来完成的。当看到我的程序能够顺利的运行，自己的各方面能力进步很大，我心里就更加踏实和高兴。这次做论文的经历是我中受益，因为做论文是一个用心学习的过程和钻研的过程，使我有新的发现新的突破！第五章 参考文献：电气控制与PLC实训教程阮友德编著变频器、可编程控制器及触摸屏综合应用技术岳庆来编著PLC、变频器、触摸屏综合应用实训阮友德编著