PLC控制变频器调速系统设计与调试毕业论文.doc

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1、PLC控制变频器调速系统设计与调试 绪 论可编程控制器（PLC）是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发出来的，现已广泛应用于工业控制的各个领域。它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。如今，PLC在我国各个工业领域中的应用越来越广泛。在就业竞争日益激烈的今天，掌握PLC设计和应用是从事工业控制研发技术人员必须掌握的一门专业技术。任何生产机械电气控制系统的设计，都包括两个基本方面：一个是满足生产机械和工艺的各种控制要求，另一个是满足电气控制系统本身的制造、使用以及维修的需要。因此，电气控制系

2、统设计包括原理设计和工艺设计两个方面。前者决定一台设备使用效能和自动化程度，即决定着生产机械设备的先进性、合理性，而后者决定着电气控制设备生产可行性、经济性、外观和维修等方面的性能。在现代控制设备中，机-电、液-电、气-电配合得越来越密切，虽然生产机械的种类繁多，其电气控制设备也各不相同，但电气控制系统的设计原则和设计方法基本相同。在最大限度满足生产设备和生产工艺对电气控制系统要求的前提下，力求运行安全、可靠，动作准确，结果简单、经济，电动机及电气元件选用合理，操作、安装、调试和维修方便。要完成好电气控制系统的设计系统，除要求我们掌握必要的电气设计基础知识外，还要求我们必须经过反复实践，深入生

3、产现场，将我们所学的理论知识和积累的经验技术应用到设计中来。本次课程设计正是本着这一目的而着手实施的实践性环节，它是一项初步的模拟工程训练。通过这次课程设计，我感到更深地了解一般电气控制系统的设计要求、设计内容和设计方法。目 录课程设计任务书 -1绪论 -2课程设计内容 -5 一. 设计要求 -5二. 设计任务和目的 -5三. 课题要求 -5四. 控制要求 -5五. 总体设计方案 -6六硬件部分设计 -9七软件部分设计 -13八调试过程和结果 -17心得体会 -18参考文献 -19课程设计内容一. 设计要求1.确定控制方案，选择PLC和变频器及电动机型号。2.画出电气控制线路原理图。3.设计程

4、序4.完成PLC控制系统梯形图软件的编制任务。5.在实验室条件下，通过试验调试初步验证其程序的正确性。二. 设计任务和目的1.了解PLC控制变频调速系统。2.了解OMRON-CS系列CPU加CS1W-MAD44模拟量I/0模块和ID模块。3.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控制变频调速系统调试基本过程及方法。三. 课题要求1.按题意要求，画出PLC端子接线图及控制梯形图；2.完成PLC端子接线工作，并利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试；3.完成课程设计说明书电气控制系统设计的基本原则：在最大限度满足生产设备和生产工艺对电气控制系统要求的前提下，力求运行安全、可靠、

5、动作准确、结构简单、经济、电动机及电气元件选用合理，操作、安装、调试和维修方便。四. 控制要求1.变频调速器受010V输入电压控制；0V输出频率为0HZ，对应同步转速为0 r/min；5V输出频率为18HZ，对应同步转速为1500 r/min；10V输出频率为36HZ，对应同步转速为3000 r/min；输入电压与输出频率按线性关系变化。 2.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。3.改变输出转速时间的变化函数，重复上述过程. 五. 总体设计方案本次设计是实现控制变频调速系统，选用PLC和变频器的组合可完成数字量的输入，实现模拟量和数字量的输出控制。可以通过对频率的调节来实

6、现对速度的控制，使得速度变化更加平滑和实现精确调速。1.选择机型本次设计PLC控制变频调速系统设计系统中可以用OMRON-CPM2A PLC加模拟量扩展单元,也可以用OMRON-CS系列CPU加CS1W-MAD44模拟量I/0模块.在这里选用OMRON-CS系列CPU加CS1W-MAD44模拟量I/0模块和ID模块.变频器采用欧姆龙公司的变频器，电机选择380V,3000W，3000r/min。2.确定系统控制结构由PLC和变频器组成的开环控制系统，模拟量输入端由两输入，开始与停止按钮；PLC输出端是从010V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/m

7、in; 5V输出频率为18Hz，对应同步转速为1500r/min; 10V输出频率为36Hz，对应同步转速为3000r/min。当PLC模拟量输出010V变化时，变频器输出频率为36Hz；电机经过20s速度由03000r/min；电机以最大速度运行10s，PLC模拟量输出由10V将到5V，变频器输出频率为18Hz，对应同步转速降为1500 r/min经历10s达到一定值速度运行20s后，PLC模拟量输出由5V降到0V，变频器输出为0Hz，电机转速为0r/ min。 3. 系统流程图4.系统原理接线图5. 设计步骤(1) 使用PLC的OD模块的两个输入点作为系统的启动和停止信号的输入点；(2)

8、使用PLC的ID模块的一个输出点作为使电机正转启动的输出信号，接到变频器的S0端子上；(3) 连接CS1W-MAD44模拟量I/0模块的A1+、A2-至变频器的电压输入端；(4) 调节变频器使其输出频率受模拟量输入电压控制；(5) 然后编制输出按时间函数循环的梯形图程序；(6) 最后调试并运行。六. 硬件部分设计1. CS1W-MAD44模拟量I/0模块图2. CS1W-MAD44模拟量I/0功能块3.模拟量输出回路4. 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:010 V：5. 标度转换输出范围:010V所对应的1

9、6进制数为:0000H0FA0H6. 模拟量输出接线图7. 数据交换概要数据通过特殊I/O单元区域(用来操作单元的数据)和特殊I/O单元DM区域(用来进行初始设置的数据)在CPU单元和CS1W-MAD44模拟量I/O单元之间交换。8. I/O刷新数据模拟输入转换值，模拟输出设置值，和其它用来操作单元的数据根据单元号在CPU单元的特殊I/O单元区域里分配，并在I/O刷新过程中交换.9. 固定数据单元的固定数据，如模拟量输入信号范围和模拟量输出信号范围，根据单元号在CPU单元的特殊I/O单元DM区域里分配，并在电源接通或单元重启动时交换。10. 设置单元号开关每个模拟量I/O单元占据的特殊I/O单

10、元区域和特殊I/O单元DM区域字地址是通过单元前板上的单元号开设置的。在此系统中单元号设置成4.11. 模拟量I/0模块的软件设置过程(1)根据下表，特殊I/0单元域地址CIO2040- CIO2049, 特殊I/0单元DM区域地址D20400-D20499.(2)根据系统原理接线图，A1 A2电压输出1和CIO区中转换可用字表设置2040为: 0001H(3)根据输入使用设置表，设置D20400为: 0001H(4)根据输入信号范围表，设置D20401为: 0001H上面的所有设置在程序的13条完成。七. 软件部分设计系统的软件设计是根据系统给定的时间函数运行的，所以软件的设计主要是以时间原

11、则来设计。1. 程序的主体主要由以下三部分组成(1) 控制字的设置(2) 时间段设计(3) 数据的增减2. I/0分配表3. 系统设计程序 PLC梯形图4. 程序助记符LD 启动按钮LD 停止按钮KEEP(011) 启动保持LD 启动保持MOV(021) #000F 2040 / 转换可用位置1LD 启动保持MOV(021) #000F D20400 / 输出使用位置1LD 启动保持MOV(021) #0055 D20401 / 输出信号范围置0101.0-10VLD 启动保持ANDNOT T0004MOV(021) #0000 D0 / 一个循环开始时置#0000LD 启动保持MOV(021

12、) D0 2041 / 送D0 值至输出通道LD 启动保持 ANDNOT T0004TIM 0000#0200 / 时间变化流程TIM 0001 #000TIM 0002 #0400TIM 0003 #0600TIM 0004 #0650LD 启动保持待添加的隐藏文字内容2AND P_0_02sANDNOT T0000+(400) D0 #0004 D0 / D0值增加,使输出值连续增加LD 启动保持AND P_0_02sAND T0001ANDNOT T0002-(410) D0 #0004 D0 / D0值减小,使输出值连续减小LD 启动保持AND P_0_02sAND T0003ANDN

13、OT T0004-(410) D0 #0008 D0 / D0值减小,使输出值连续减小LD 启动保持OUT 0.00 / 变频器正转启动信号END(001)5. 程序说明第0条：起动和停止信号，用KEEP保持在2100.00中，表示程序启动运行。第1条：程序启动运行过程中，根据接线图A1 A2电压输出1和CIO区中转换可用字表设置2040为: 000FH第2条：程序启动运行过程中，根据输入使用设置表设置D20400为: 000FH第3条：程序启动运行过程中，根据输入信号范围表设置D20401为: 0055H第4条：程序启动时并且每个循环的开始时D0置#0000，所以输出电压每次都是从0V开始第

14、5条：只要是在运行过程中，在程序每次扫描过程中D0中的值置入2040通道中转换成电压输出。第6条：程序启动运行过程中，每次循环中设置成五个时间段T0000T0004，T0004为复位信号。第7条：程序启动运行过程中，从020秒，D0中的数在每个0.02秒脉冲的上升沿时加#0004，则20秒时刚好D0值为#0FA0，即10V。第8条：程序启动运行过程中，从3040秒，D0中的数在每个0.02秒脉冲的上升沿时减#0004，则10秒后刚好D0值为#07D0，即为5V。第9条：程序启动运行过程中，从6065秒，D0中的数在每个0.02秒脉冲的上升沿时减#0008，则5秒时刚好D0值减为#0000，即0

15、V。第10条：程序启动运行过程中电机正转信号保持为ON。第11条：程序结束标志。八. 调试过程及结果调试过程：1.先将PLC程序传入OMRON-CS PLC中，只连接启动与停止开关，先不与变频器相连接，以免输出电压不正确导致变频器出错。2.按下启动按钮，然后用万用表测CS1W-MAD44模拟量I/0模块的A1、A2两点间的电压，看是否按照规定曲线运行，如果运行正确则证明PLC部分调试成功。3.连接PLC的输出点与变频器的输入点，并且调试好变频器的参数设置，最后把变频器的输出与电机接好。4.最后打开启动按钮，电机正常运行，并且按照给定的时间函数循环运行。显示的最大频率是36HZ。调试结果：系统按

16、照给定的时间函数连续循环运行，如图所示，由此说明系统设计合理可靠，此设计完全符合设计要求。心得体会通过本次课程设计，对欧姆龙系列PLC的特点有了更深的理解。利用了欧姆龙系列PLC的特点，对按钮、开关等输入/输出进行控制，实现了变频器在控制作用下的自动化。在本次课程设计的实践环节中，我更深刻地理解和掌握了电器控制及可编程控制器(PLC)的理论知识和动手技能。参阅了大量的电器控制及可编程控制器(PLC)系统设计的书籍资料，查询了大量的图表、程序和数据，使得课程设计的方案和数据更为翔实和准确，力求科学严谨，使本次以变频器为主题的课程设计精益求精。经历一周的方案设计、比较、论证、探讨等步骤，经过不懈的努力和反复的验证，积聚了同组同学的一致讨论并通过，再加上指导老师的细心点拨和教诲，终于成功地完成了本次课程设计。但是，由于学识浅薄和资历肤浅，对待解决问题还不成熟，望老师不吝纠正，深感谢意！参考文献电器控制及可编程控制器 祖龙起 主编 轻工业出版社可编程控制器原理与程序设计 谢客明 主编 电子工业出版社 日本OMRON公司CPM2A编程手册张立科主编 2003