基于變頻器的多速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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目錄目 錄摘 要IABSTRACTII第一章 緒 論11.1課題研究的背景及意義11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12.3 本課題研究的主要內(nèi)容3第二章 系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)和總體思路52.1系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)分析52.2設(shè)計(jì)要求52.3 設(shè)計(jì)思路6第三章 變頻器設(shè)計(jì)73.1變頻器的工作原理73.2變頻器的綜合技術(shù)特性73.3英威騰變頻器的面板簡介8第四章 控制設(shè)計(jì)114.1變頻器硬件說明114.2變頻器參數(shù)設(shè)置124.3變頻器多段速設(shè)計(jì)134.4 PLC程序編程14第五章 實(shí)驗(yàn)調(diào)試和數(shù)據(jù)分析185.1程序調(diào)試、分析185.2運(yùn)行結(jié)果20第六章 總結(jié)和體會(huì)22附錄1：變頻器控制回路接線圖23附錄2：硬件連接圖242.1變頻器外部接線圖242.1 PLC外部接線圖25附錄3：PLC梯形圖26參考文獻(xiàn)28 摘要基于變頻器的多速系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要 隨著工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)以及電氣技術(shù)的發(fā)展，變頻技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)變頻器多段速的PLC控制。通過PLC的給定數(shù)據(jù)調(diào)整PLC的輸出控制，完成變頻器的給定輸入，最終實(shí)現(xiàn)變頻器的多段速輸出。關(guān)鍵詞 ：變頻器 變頻調(diào)速 PLCI AbstractDesignofmulti-speedsystembasedoninverter.ABSTRACT With the development of industrial automation control technology and electrical technology, converter technique has been widely used in industrial automation control system. ThemaintaskofthisdesignistorealizethePLCcontroloffrequency converter.TheoutputcontrolofPLCisadjustedbythegivendataofPLC,andthegiveninput offrequencyconverteriscompleted,andthemulti-segmentspeedoutputoftheconverterisrealized. Key words: Variable-frequency Drive Frequency control PLCII 第一章 緒論第一章 緒 論1.1課題研究的背景及意義近年來，計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展下，各行各業(yè)的生產(chǎn)力都得到了巨大的提高，其中的提高不得不歸功于PLC和變頻調(diào)速技術(shù)的作用。PLC強(qiáng)大的運(yùn)算速度，完善而強(qiáng)大的功能，方便迅捷的編程，和較高的抗干擾性，使得對(duì)需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采集的設(shè)備更好的控制。其中的組態(tài)軟件技術(shù)可以幫助用戶在電腦端定制出特定功能的控制界面，利用PLC實(shí)現(xiàn)更加方便的設(shè)備控制。由于各行業(yè)對(duì)降低勞動(dòng)力、提高生產(chǎn)工藝，減少生產(chǎn)成本的要求越來越高，生產(chǎn)設(shè)備以及自動(dòng)化系統(tǒng)往往扮演著重要的角色。由于閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)的變頻節(jié)能系統(tǒng)有廣泛的用途，它可以實(shí)現(xiàn)通過消除偏差來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。目前通過PLC控制變頻器，而變頻器控制各種設(shè)備的多層控制方式的應(yīng)用隨處可見。目前另一種常見的方法是利用模擬信號(hào)來控制變頻器，但在傳輸?shù)倪^程中，由于模擬量的信號(hào)比較低，它的抗干擾能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性都不太強(qiáng)，不能應(yīng)用于對(duì)精度要求較高的系統(tǒng)中。而采用通信方式作為一種純數(shù)字化的傳輸，是可以完成精確對(duì)變頻器的精確控制的，再配合上FVC變頻電機(jī)，整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力都很強(qiáng)大，并且PLC的操作系統(tǒng)簡單便捷，功能完善，可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的閉環(huán)控制，因而PLC與變頻器的控制系統(tǒng)越來越多的被應(yīng)用到了各個(gè)行業(yè)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1PLC的國內(nèi)外現(xiàn)狀隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，PLC技術(shù)及其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)都在不斷改進(jìn)，功能日益強(qiáng)大，性價(jià)比越來越高。（1） 生產(chǎn)規(guī)模雙向發(fā)展。微型方面正致力發(fā)展反應(yīng)快、性價(jià)比高而體積更小的PLC，來滿足對(duì)小型機(jī)器的控制；大型方面正大力研究超高反應(yīng)速度和存儲(chǔ)器容量龐大的高性能大型PLC。在微機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)水平的飛速提高，PLC對(duì)信息的處理速度以及對(duì)用戶容量的發(fā)展也是越來越快。（2）通信發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化是指將PLC與各種電子設(shè)備形成通訊網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而構(gòu)建成數(shù)據(jù)更通暢的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。許多大型的額PLC生產(chǎn)廠家都已經(jīng)擁有自己的專用通信模塊和軟件，使得PLC的網(wǎng)絡(luò)通信能力更加強(qiáng)大。甚至各大PLC廠商之間也架構(gòu)起通用的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而形成廠商之間更為龐大的通信網(wǎng)絡(luò)。目前，PLC在集散式控制系統(tǒng)中已經(jīng)扮演了不可或缺的角色。（3）系統(tǒng)模塊化、智能化隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也越來越高。為增加PLC的應(yīng)用范圍，加強(qiáng)PLC的功能和提高PLC系統(tǒng)的穩(wěn)定性，許多智能化的模塊被開發(fā)了出來。其中包括智能I/O模塊、溫控模塊和PLC外部故障檢測(cè)模塊等。（4）編程語言和編程工具的多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化多種編程語言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC軟件進(jìn)步的一種趨勢(shì)。 PLC廠家在使硬件及編程工具換代頻繁、豐富多樣、功能提高的同時(shí)，日益向MAP(制造自動(dòng)化協(xié)議)靠攏，使PLC的基本部件，包括輸入輸出模塊、通信協(xié)議、編程語言和編程工具等方面的技術(shù)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化 .曹歷濤.PLC控制三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)D.2014.。1.2.2變頻器的國內(nèi)外現(xiàn)狀國外的工業(yè)自動(dòng)化比較發(fā)達(dá)，變頻器在機(jī)械、化工、紡織、造紙、冶金、食品等各個(gè)行業(yè)以及風(fēng)機(jī)、水泵等的節(jié)能場(chǎng)合都被廣泛的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了很高的經(jīng)濟(jì)效益。目前國外的變頻調(diào)速的現(xiàn)狀有以下幾點(diǎn)：(1)功率等級(jí)高。隨著GTO和IGBT等功率器件對(duì)電壓和電流承受能力的提高以及串聯(lián)并聯(lián)技術(shù)的發(fā)展，電壓等級(jí)高、功率值大的變頻器已經(jīng)在實(shí)際中得到了應(yīng)用；（2）控制技術(shù)領(lǐng)先。近年來，隨著矢量控制和轉(zhuǎn)矩控制等最近控制理論的問世，高性能變頻器已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了應(yīng)用；（3）微電子技術(shù)發(fā)展快。信號(hào)處理器（DSP）、16/32位的高速微處理器以及專用集成電路（ASIC）技術(shù)的發(fā)展，極大的提高了變頻器的性能和相應(yīng)速度，同時(shí)為變頻器的多功能化提供了硬件手段. 韓焦.通過變頻器調(diào)速系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究D.2014.。現(xiàn)在我國已經(jīng)擁有許多自己的變頻器廠商，而且國內(nèi)對(duì)變頻器的理論的認(rèn)知也和世界上的發(fā)達(dá)國家非常接近了，但更加客觀的看待國內(nèi)變頻器的發(fā)展，依然和歐美與日本有不小的差距：（1）變頻器的整體技術(shù)相對(duì)落后。（2）變頻器適用的核心部件技術(shù)空白。目前完全國產(chǎn)化的變頻器還沒有出現(xiàn)，而半導(dǎo)體功率器件的制造業(yè)更是沒有進(jìn)展。（3）主要產(chǎn)品集中在低壓產(chǎn)品和中低端市場(chǎng)。從V/F控制和電壓控制來看，國內(nèi)還處于手工加工的生產(chǎn)階段，質(zhì)量和安全性同國外相比難以保證，因此在國際上，仍是以歐美和日本品牌為主導(dǎo)。2.3 本課題研究的主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要由可編程序控制器PLC、變頻器、電機(jī)幾部分組成。按下啟動(dòng)按鈕以后，PLC根據(jù)已經(jīng)寫好的程序進(jìn)行循環(huán)掃描而執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)字量輸出，根據(jù)數(shù)字量輸出的不同組合方式控制變頻器的多段速輸入，然后變頻器再根據(jù)不同的輸出，使電機(jī)在不同的頻率下運(yùn)行。本系統(tǒng)主要是利用PLC對(duì)變頻器進(jìn)行多段速控制，所以采用開環(huán)系統(tǒng)。具體流程圖如下：電機(jī)機(jī)機(jī)器機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)PLC控制 速度給定 圖1.1開環(huán)控制流程圖因此，本課題的研究內(nèi)容的關(guān)鍵技術(shù)就包括：PLC對(duì)變頻器的控制、變頻器的調(diào)速系統(tǒng)。其中PLC常常通過以下方法對(duì)變頻器速率進(jìn)行修改：（1） 模擬量控制，PLC利用模擬量輸入模塊采集變頻器的反饋信號(hào)或者連接在電機(jī)上編碼器的的信號(hào)，通過內(nèi)部運(yùn)算，利用模擬量輸出模塊對(duì)變頻器進(jìn)行模擬信號(hào)控制。（2） 串行總線通訊控制，通過編寫PLC程序，利用Modbus串行通信協(xié)議所定義的串行通信中異步傳輸?shù)膸瑑?nèi)容及使用格式，達(dá)到通訊控制及數(shù)據(jù)采集。該方法有很高的性價(jià)比，操作方便，靜差率小，穩(wěn)定性好，調(diào)速范圍廣而且具有一定的精度，是目前很有前景的控制方法。（3） 開關(guān)量的非線性頻率控制，該方法一般用于要求不是很高的場(chǎng)合，對(duì)于需要精確控制的情況很難控制?？紤]到以上幾種方法，我選擇了第二種性價(jià)比最高的方式，即利用通信控制實(shí)現(xiàn)可編程控制器（PLC）對(duì)變頻器的控制，進(jìn)而完成對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的多段速控制。38 第二章系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)和總體思路第二章 系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)和總體思路2.1系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)分析 隨著工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)和理論的不斷發(fā)展，交流變頻調(diào)速模式已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各種工業(yè)控制領(lǐng)域；可編程序控制器PLC作為新型控制儀器具有優(yōu)良的工業(yè)特性，可靠性高、穩(wěn)定性好，能適合較為惡劣的環(huán)境，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)律、安裝方便、發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)，修改方便，編程語言簡單易學(xué)、體積小、能耗低，PLC通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝于設(shè)備上的儀器、儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析達(dá)到對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的集中自動(dòng)控制。PLC常常通過以下幾種方式對(duì)變頻器頻率進(jìn)行修改：（1）模擬量控制，PLC利用模擬量輸入模塊采集變頻器的反饋信號(hào)或者連接在電機(jī)上編碼器的的信號(hào)，通過內(nèi)部運(yùn)算，利用模擬量輸出模塊對(duì)變頻器進(jìn)行模擬信號(hào)控制。（2）串行總線通訊控制，現(xiàn)在市面上的主流變頻器都已配備通信接口，像西門子的profibus DP；Modbus通訊協(xié)議；匯川、英威騰等品牌的RS485通信等，通過編寫PLC程序，利用Modbus串行通信協(xié)議所定義的串行通信中異步傳輸?shù)膸瑑?nèi)容及使用格式，達(dá)到通訊控制及數(shù)據(jù)采集。其中通訊方式是利用數(shù)字化的信息傳輸方式來控制變頻器的，它的精確度可以達(dá)到很高的水準(zhǔn)，而且系統(tǒng)的穩(wěn)定性、抗干擾能力都很好。（3）開關(guān)量的非線性頻率控制，首先通過變頻器內(nèi)部進(jìn)行頻率多段速設(shè)置，然后通過PLC的數(shù)字量模塊，對(duì)變頻器的開關(guān)量端子進(jìn)行控制及信號(hào)反饋，從而達(dá)到非線性頻率控制。2.2設(shè)計(jì)要求根據(jù)Goodrive100變頻器的參數(shù)說明，我們知道該變頻器最多可以實(shí)現(xiàn)16級(jí)的不同速率的多段速控制，而我們要求做到8段速控制即可，加上初始速度，我們?cè)O(shè)計(jì)成7段固定頻率控制檔。設(shè)定七個(gè)檔位，檔位0，10Hz；檔位1,15Hz；檔位2，24Hz；檔位3,35Hz；檔位4,49Hz；檔位5，40Hz；檔位6,30Hz。 （1）按下啟動(dòng)按鈕后，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，經(jīng)過加速時(shí)間，頻率有0爬升到檔位0的頻率。 （2）20S后，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行檔位1頻率 （3）30S后，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行檔位2頻率 （4）20S后，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行檔位3頻率 （5）40S后，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行檔位4頻率 （6）40S后，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行檔位5頻率 （7）30S后，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行檔位6頻率2.3 設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)系統(tǒng)由可編程序控制器PLC、變頻器、電機(jī)三部分來實(shí)現(xiàn)。按下啟動(dòng)按鈕以后，PLC根據(jù)已經(jīng)寫好的程序進(jìn)行循環(huán)掃描而執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)字量輸出，根據(jù)數(shù)字量輸出的不同組合方式控制變頻器的多段速輸入，然后變頻器再根據(jù)不同的輸出，使電機(jī)在不同的頻率下運(yùn)行。本系統(tǒng)主要是利用PLC對(duì)變頻器進(jìn)行多段速控制，所以采用開環(huán)系統(tǒng)。具體流程圖見圖1.1。 第三章 變頻器設(shè)計(jì)第三章 變頻器設(shè)計(jì)3.1變頻器的工作原理變頻器，英文名是Variable-frequency Drive，簡稱VFD是應(yīng)用變頻技術(shù)和微電子技術(shù)，變換成各種頻率的交換電源，是一種將交流工頻電源轉(zhuǎn)換成電壓、頻率均可變得適合交流電動(dòng)的電力電子變換裝置。主要有以下幾個(gè)部分構(gòu)成整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器和控制4個(gè)部分組成. 英威騰變頻器CHV160 說明書.2013.,. INVT英威騰說明書CHE說明書(1.3版).2012.,. 變頻器使用說明.2012.,. 英威騰IPR200系列工程型變頻器.2016.。整流器就是是把交流電變成直流電的裝置。中間直流環(huán)節(jié)就是為了抑制整流工作過程中產(chǎn)生的電壓波動(dòng)，主要采用電感和電容組合來吸收產(chǎn)生的電壓波動(dòng)。逆變器是把直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能，其實(shí)就是一種電壓逆變的過程?？刂齐娐肥菍⑿盘?hào)傳送同時(shí)并接收給整流器、中間電路和逆變器，它的主要功能就是監(jiān)視變頻器的工作狀態(tài)，提供保護(hù)變頻器正常運(yùn)行的功能。3.2變頻器的綜合技術(shù)特性 （1）輸入輸出特性 輸入電壓范圍：AC 3PH 380V（-15%）440V(+10%). 英威騰IPE200系列工程型變頻器(V2.0).2017. 輸入頻率范圍：50Hz或60Hz 輸出電壓范圍：0額定輸入電壓 輸出頻率范圍：0400Hz （2）外圍接口特性 可編程數(shù)字輸入：7路開關(guān)量輸入，1路高速脈沖輸入，支持PNP、NPN雙極性光耦隔離輸入。 可編程模擬量輸入：AI：-10V10V，AI2：0-10V或4-20mA輸入。 可編程開路集電極輸出：1路輸出（開路集電極輸出或高速脈沖輸出） 繼電器輸出：2路繼電器輸出 模擬量輸出：2路輸出，分別可選0/4-20mA或0-10V （3）技術(shù)性能特性 控制方式：空間電壓矢量控制模式，無PG矢量控制模式 過載能力：150%額定電流 1分鐘；180%額定電流10秒，200%額定電流1秒 調(diào)速比：異步電機(jī)1：100（SVC）. 英威騰變頻器說明書.2016. （4）功能特性 頻率設(shè)定方式：數(shù)字設(shè)定、模擬量設(shè)定、脈沖頻率設(shè)定、Modbus設(shè)定、多段速及簡易PLC設(shè)定、PID設(shè)定等，不同設(shè)定的組合和方式切換。 PID控制功能。 簡易PLC、多段速控制功能。 瞬時(shí)停電不停機(jī)功能7。 穩(wěn)壓功能：當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，能夠自動(dòng)保持穩(wěn)定電壓輸出，不會(huì)因?yàn)殡妷翰▌?dòng)不穩(wěn)，而造成電機(jī)輸出不穩(wěn)。 提供多種故障保護(hù)功能：提供三十多種故障保護(hù)功能。3.3英威騰變頻器的面板簡介鍵盤控制面板Goodrive100變頻器、讀取狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)和調(diào)整參數(shù)。圖3.1 變頻器面板Goodrive100系列鍵盤的顯示狀態(tài)分為停機(jī)參數(shù)顯示、運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)顯示、功能碼參數(shù)編輯狀態(tài)顯示、故障報(bào)警狀態(tài)顯示等。表3.1 變頻器面板說明3序號(hào)名稱說明1狀態(tài)指示燈RUN/TUNE燈滅時(shí)表示變頻器處于停機(jī)狀態(tài)；燈閃爍表示變頻器處于參數(shù)自學(xué)習(xí)狀態(tài)；燈亮?xí)r表示變頻器處于運(yùn)行狀態(tài)FWD/REV正反轉(zhuǎn)指示燈燈滅表示處于變頻器正轉(zhuǎn)狀態(tài)，燈亮?xí)r表示變頻器處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)LOCAL/REMOT鍵盤操作，段子操作與遠(yuǎn)程通訊控制的指示燈。燈滅時(shí)表示鍵盤操作控制狀態(tài)；燈閃爍表示端子操作控制狀態(tài)；燈亮表示處于遠(yuǎn)程操作控制狀態(tài)TRIP故障指示燈當(dāng)變頻器處于故障狀態(tài)下，該燈點(diǎn)亮；正常狀態(tài)下為熄滅；當(dāng)變頻器處于預(yù)報(bào)警狀態(tài)下，該燈閃爍。 2單位指示燈表示鍵盤當(dāng)前顯示的單位。Hz頻率單位RPM轉(zhuǎn)速單位A電流單位%百分?jǐn)?shù)V電壓單位 3數(shù)碼管顯示區(qū)5位LED顯示設(shè)定頻率、輸出頻率等各種監(jiān)視數(shù)據(jù)以報(bào)警代碼。顯示字母對(duì)應(yīng)字母顯示字母對(duì)應(yīng)字母顯示字母對(duì)應(yīng)字母顯示字母對(duì)應(yīng)字母00112233445566778899AABBCCDDEEFFHHIILLNNnnooPPrRSSttUUvV.-4模擬電位器相當(dāng)于AI1（P00.06，P00.07）5按鈕區(qū)編程鍵進(jìn)入或退出菜單確定鍵進(jìn)入不同菜單頁面和設(shè)定參數(shù)UP遞增鍵數(shù)據(jù)或功能碼的遞增DOWN遞減鍵數(shù)據(jù)或功能碼的遞減右移位鍵可以在修改參數(shù)時(shí)，移動(dòng)數(shù)據(jù)位，進(jìn)行快捷操作。運(yùn)行鍵用于變頻器處于鍵盤控制方式下操作停止/復(fù)位鍵變頻器運(yùn)行時(shí)，按此鍵可進(jìn)行停機(jī)操作；該功能碼受P07.04制約。故障時(shí)可以用來進(jìn)行報(bào)警復(fù)位?？旖荻喙δ苕I該鍵功能由功能碼P07.02確定 第四章 控制設(shè)計(jì)第四章 控制設(shè)計(jì)4.1變頻器硬件說明通過對(duì)變頻器Goodriver100的參數(shù)說明，得到了輸入輸出特性： 輸入電壓范圍：AC 3PH 380V（-15%）440V(+10%) 輸入頻率范圍：50Hz或60Hz（2）外圍接口特性 可編程數(shù)字輸入：7路開關(guān)量輸入，1路高速脈沖輸入，支持PNP、NPN雙極性光耦隔離輸入。 可編程模擬量輸入：AI：-10V10V，AI2：0-10V或4-20mA輸入。 可編程開路集電極輸出：1路輸出（開路集電極輸出或高速脈沖輸出） 繼電器輸出：2路繼電器輸出 模擬量輸出：2路輸出，分別可選0/4-20mA或0-10V（3）技術(shù)性能特性 控制方式：空間電壓矢量控制模式，無PG矢量控制模式 過載能力：150%額定電流 1分鐘；180%額定電流10秒，200%額定電流1秒。圖4.1 變頻器控制回路接線圖4.2變頻器參數(shù)設(shè)置變頻器功能參數(shù)見表4.1表4.1變頻器參數(shù)一覽表功能碼名稱參數(shù)詳細(xì)說明出廠值設(shè)定值P00.00速度控制模式0：無PG矢量控制模式0此模式適用于中小功率場(chǎng)合。1：無PG矢量控制模式1適用于控制要求較高的場(chǎng)合，具有轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩精度高且無需安裝編碼器的優(yōu)點(diǎn)。2：空間電壓矢量控制模式適用于對(duì)控制精度要求不高的場(chǎng)合。 1 1P00.01運(yùn)行指令通道選擇變頻器控制指令的通道變頻器控制指令包括：啟/停、正/反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)、復(fù)位等。0：鍵盤運(yùn)行指令通道1：端子運(yùn)行指令通道2：通訊運(yùn)行指令通道 0 1P00.06A頻率指令選擇0：鍵盤數(shù)字設(shè)定1：模擬量AI1設(shè)定2：模擬量AI2設(shè)定3：模擬量AI3設(shè)定4：高速脈沖HDI設(shè)定5：簡易PLC設(shè)定6：多段速運(yùn)行設(shè)定7：PID控制設(shè)定8：MODBUS設(shè)定 2 6P02.01異步電動(dòng)機(jī)額定功率0.13000.0KW機(jī)型確定1.1KWP02.03異步電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速136000rpm機(jī)型確定1480rpmP02.03異步電動(dòng)機(jī)額定電壓01200V機(jī)型確定380VP02.04異步電動(dòng)機(jī)額定電流0.86000.0A機(jī)型確定2.3AP05.01S1端子功能選擇0：無功能1：正轉(zhuǎn)運(yùn)行2：反轉(zhuǎn)運(yùn)行3：三線式運(yùn)動(dòng)控制16：多段速端子117：多段速端子218：多段速端子319：多段速端子4116P05.02S2端子功能選擇417P05.03S3端子功能選擇718P05.04S4端子功能選擇01P05.13端子控制運(yùn)行模式0：兩線制控制，使能和方向合一1：兩線制控制，使能和方向分離004.3變頻器多段速設(shè)計(jì)在第二章中的設(shè)計(jì)要求中，我們看到的是8段不同頻率下變頻器控制電機(jī)的運(yùn)行。因此。我們需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行一些必要的調(diào)整。首先根據(jù)變頻器產(chǎn)品說明書，我們可以知道該變頻器最多可以實(shí)現(xiàn)16級(jí)的不同頻率的多段速控制。而我們要求的為八段速控制，因?yàn)槲覀兊母鶕?jù)產(chǎn)品說明書對(duì)以下參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。如4.2多段速控制參數(shù)一覽表。表4.2多段速控制參數(shù)一覽表功能碼名稱參數(shù)詳細(xì)說明出廠值設(shè)定值P10.02多段速0Goodrive100變頻器可設(shè)定16段速度，由多段速端子1-4的組合編碼選擇，對(duì)應(yīng)多段速0至多段速15。當(dāng)S1=S2=S3=S4=OFF時(shí)，頻率的輸入方式由代碼P00.06或P00.07選擇。0.0%20%P10.04多段速10.0%30%P10.06多段速20.0%48%P10.08多段速30.0%70%P10.10多段速40.0%98%P10.12多段速50.0%80%P10.14多段速60.0%60%P10.340-7段的加減速時(shí)間選擇0x00000根據(jù)產(chǎn)品說明書的16段速度由端子1-4的組合編碼選擇，而我們的設(shè)計(jì)要求為8段速，因此我們只需要用到其中的三個(gè)端子即可完成設(shè)計(jì)要求，而這也就確定了PLC的輸出端子。S1、S2、S3端子與多段速的關(guān)系如4.3表。表4.3端子與多段速的關(guān)系輸入端子轉(zhuǎn)速檔次頻率（Hz）S1（Q0.0）S2(Q0.1)S3(Q0.2)00001000100101150012251103351014500115401116304.4 PLC程序編程4.4.1 PLC硬件選型及說明目前市面上主流的品牌PLC廠家有西門子、ABB、三菱、歐姆龍、信捷、微控等。PLC的種類繁多，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等各有不同，適用的場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選擇PLC，對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。下面從PLC的機(jī)型選擇、容量選擇、I/O模塊選擇、電源模塊選擇等方面中和考慮，我選擇了西門子小型PLC Smart200系列下的ST20（輸入電源DC24V），12點(diǎn)輸入、8點(diǎn)輸出。輸出采用繼電器輸出：（1）PLC機(jī)型要做到在滿足對(duì)控制變頻器功能的要求情況下，系統(tǒng)的可靠性、維護(hù)方便性的性價(jià)比也要盡量達(dá)到最佳。（2）PLC的I/O容量選擇：根據(jù)之前變頻器的設(shè)計(jì)，可以知道系統(tǒng)需要2個(gè)輸入端口來實(shí)現(xiàn)開關(guān)和6個(gè)端子輸出來完成變頻器的7個(gè)段速控制。而ST20擁有12個(gè)輸入和8點(diǎn)輸出，可以在有一定余量的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的控制。（3）I/O模塊的選擇：開關(guān)量輸入模塊的選擇：常用的開關(guān)量輸入模塊有三種：直流輸入、交流輸入和交流/直流輸入。其中交流輸入模塊接觸可靠，適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用；直流輸入模塊的延遲時(shí)間較短，還可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)等電子輸入設(shè)備鏈接。由于本設(shè)計(jì)的工作環(huán)境比較簡單，而且對(duì)控制的即時(shí)性要求較高，選擇了直流輸入模塊。輸入接線方式選擇：按輸入電路接線方式的不同，開關(guān)量輸入模塊可分為匯點(diǎn)式輸入和分組式輸入兩種。由于本設(shè)計(jì)只有開關(guān)兩個(gè)輸入點(diǎn)，因此采用最簡單的匯點(diǎn)式輸入接線。考慮到同時(shí)接通的輸入點(diǎn)數(shù)量一般不要超過輸入點(diǎn)數(shù)的60%，而ST20有12個(gè)輸入端，完全滿足設(shè)計(jì)要求。（4）開關(guān)量輸出模塊的選擇：輸出方式的選擇：開關(guān)量輸出方式有三種：繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出。由于繼電器輸出的價(jià)格便宜，可以完成交流負(fù)載和直流負(fù)載，而且適用的電壓大小范圍較寬，同時(shí)承受瞬時(shí)過的電壓和電流能力較強(qiáng)，雖然其缺點(diǎn)是觸點(diǎn)反應(yīng)較慢而且可靠性不強(qiáng)，但是本系統(tǒng)不用頻繁通斷，選擇了繼電器輸出. 許翏.王淑英.電器控制與PLC控制技術(shù)J.機(jī)械工業(yè)出版社.2005.11. 崔堅(jiān).西門子S7可編程控制器STEP7編程指南 M機(jī)械工業(yè)出版社，2007.412. 龔運(yùn)新.PLC技術(shù)及應(yīng)用基于西門子S7-200M清華大學(xué)出版社，2009.913. 龔仲華.S7-200/300/400PLC應(yīng)用技術(shù)通用篇M電子工業(yè)出版社，2006.414.鄭鳳翼.圖解PLC控制系統(tǒng)梯形圖和語句表M.人民郵電出版社.2010-0615. 孫亞峰等.PLC與變頻調(diào)速在橋式起重機(jī)中的應(yīng)用J.江蘇冶金，(2007).16.孫敏等.基于PLC控制技術(shù)在橋式起重機(jī)檢測(cè)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)J.江西冶金，(2006).17.肖桃李.淺談西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與應(yīng)用J.內(nèi)燃機(jī)與配件. 2016(10) 18.劉天菊.西門子PLC技術(shù)在現(xiàn)代冶金工業(yè)上的應(yīng)用J.電子技術(shù)與軟件工程. 2017(09) 19.呂偉. 西門子PLC自動(dòng)化的控制網(wǎng)絡(luò)配置J.電子技術(shù)與軟件工程. 2017(12) 20. 祝玉勇.西門子PLC組網(wǎng)技術(shù)的研究與應(yīng)用J.中國設(shè)備工程. 2017(20) 21 朱潔.西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與應(yīng)用J.山東工業(yè)技術(shù). 2015(24) 22.丁超.西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與應(yīng)用探析J. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用. 2017(03)23. 帥旗.基于西門子840D系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床PLC應(yīng)用J.機(jī)械制造與自動(dòng)化. 2014(05) 24.商丹丹. 西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與應(yīng)用J. 科技展望. 2016(15) 25.劉界武.西門子PLC在化工行業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展J. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用. 2016(30)26.施啟迪;宋宏;劉釗.酸、堿廢水電氣自動(dòng)控制中和處理技術(shù)的應(yīng)用J. 熱電技術(shù). 2017.。4.4.2 PLC程序設(shè)計(jì)（1）PLC輸入/輸出地址分配變頻器Goodrive100的數(shù)字輸入S1、S2、S3、S4端口通過P05.01、P05.02、P05.03、P05.04參數(shù)設(shè)置為七段速固定頻率控制端。每一段頻率由S1、S2、S3組合設(shè)置決定。PLC的輸入/輸出分配地址見表4.3.3。表4.3.3PLC入輸出分配表輸入輸出電路符號(hào)地址功能地址功能說明SB0I0.0停止按鈕Q0.1S1多段速控制信號(hào)SB1I0.1啟動(dòng)按鈕Q0.2S2Q0.3S3Q0.4S4變頻器啟停信號(hào)（2）PLC程序設(shè)計(jì)思路根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以計(jì)算出整個(gè)系統(tǒng)八個(gè)段速循環(huán)一次的時(shí)間為180S，而SMart-200 PLC內(nèi)部的時(shí)間繼電器T37T63的計(jì)數(shù)單位為100mS，因此整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的時(shí)間應(yīng)該為1800mS。圖4.2 PLC接線圖當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后，變頻器開始運(yùn)行，同時(shí)M0.0得電，此時(shí)變頻器的運(yùn)行頻率為10Hz，檔位0；繼續(xù)運(yùn)行20S以后，M0.1得電，M0.0斷電，此時(shí)變頻器 的運(yùn)行頻率為15H，檔位1；繼續(xù)運(yùn)行30S（即整個(gè)周期運(yùn)行50S）以后M0.2得電，M0.1斷電，此時(shí)變頻器運(yùn)行頻率為24Hz，檔位2；繼續(xù)運(yùn)行20S后（即整個(gè)周期運(yùn)行70S）后，M0.3得電，M0.2斷電，此時(shí)變頻器運(yùn)行頻率為35Hz，檔位3；繼續(xù)運(yùn)行40S（即系統(tǒng)運(yùn)行110S）后，M0.4得電，M0.3斷電，此時(shí)變頻器運(yùn)行頻率為49Hz，檔位4；繼續(xù)運(yùn)行40S（即系統(tǒng)運(yùn)行150S）后，M0.5得電，M0.4斷電，此時(shí)變頻器運(yùn)行頻率為40Hz，檔位5；繼續(xù)運(yùn)行30S（即系統(tǒng)運(yùn)行180S）后，M0.6得電，M0.5斷電，此時(shí)變頻器運(yùn)行頻率為30Hz，檔位6。當(dāng)按下停機(jī)按鈕后，整個(gè)系統(tǒng)繼電器回復(fù)初始狀態(tài)，變頻器自由停車。此次設(shè)計(jì)思路忽略變頻器的加減速時(shí)間。如果計(jì)算上變頻器的加減速時(shí)間，那么相應(yīng)的運(yùn)行時(shí)間會(huì)縮短。當(dāng)然也可以通過改變變頻器的相關(guān)代碼，計(jì)算出加減速時(shí)間，從而重新計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)循環(huán)的周期以及各個(gè)段速階段的運(yùn)行時(shí)間。圖4.3 程序流程圖PLC梯形圖見附錄3。 第六章 總結(jié)和體會(huì)第五章 實(shí)驗(yàn)調(diào)試和數(shù)據(jù)分析5.1程序調(diào)試、分析由于Smart-200沒有西門子公司開發(fā)的官方仿真軟件，而S7-200的仿真軟件對(duì)于Smart-200程序和S7-200程序可以通用，所以利用S7-200的仿真軟件對(duì)Smart的程序進(jìn)行仿真。不過首先在程序編程界面將程序?qū)С?.awl格式，然后將軟件打開進(jìn)行仿真運(yùn)行，點(diǎn)擊菜單欄的程序，然后 裝載導(dǎo)出的程序文件即可。圖5.1 未啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行圖此時(shí)PLC處于運(yùn)行狀態(tài)，但是并沒有按下啟動(dòng)按鈕，這個(gè)時(shí)候可以看到PLC的并沒有輸出。圖5.2 0段速模式運(yùn)行圖當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕之后，可以看到Q0.0（0段速模式）和Q0.4（變頻器運(yùn)行）同時(shí)運(yùn)行，此時(shí)變頻器處于運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行頻率為10Hz，檔位為0。此運(yùn)行結(jié)果與設(shè)計(jì)結(jié)果一致。圖5.3 檔位3運(yùn)行圖通過仿真軟件，當(dāng)T37=859時(shí)，M0.3得電，PLC輸出Q0.0、Q0.1得電，Q0.4保持通電，通過端子與多段速的關(guān)系表，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)前正處于檔位3，頻率為35Hz。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果和理論設(shè)計(jì)相同。圖5.4 檔位4運(yùn)行圖通過仿真軟件，當(dāng)T37=1180時(shí)，M0.4得電，PLC輸出Q0.0、Q0.3得電，Q0.4保持通電，通過端子與多段速的關(guān)系表，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)前正處于檔位4，變頻器運(yùn)行頻率為50Hz。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果和理論設(shè)計(jì)相同。圖5.4 檔位7運(yùn)行圖通過仿真畫面可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)間繼電器T37=8540時(shí)，PLC輸出Q0.0、Q0.1、Q0.2得電，Q0.4保持運(yùn)行。變頻器處于檔位7，運(yùn)行頻率為30Hz。通過對(duì)比端子與多段速理論數(shù)值相比較，完全符合。因?yàn)槔碚撏ㄟ^實(shí)際數(shù)據(jù)驗(yàn)證。圖5.4 停止后繼電器復(fù)位運(yùn)行圖點(diǎn)擊停止按鈕I0.0，可以看到變頻器運(yùn)行繼電器Q0.4復(fù)位，其他繼電器全部復(fù)位。變頻器停止運(yùn)行，時(shí)間繼電器計(jì)數(shù)復(fù)位。5.2運(yùn)行結(jié)果通過仿真軟件所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和通過理論所得數(shù)據(jù)相比較，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)完全一樣。這樣就可以論證，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)完全符合從理論到實(shí)驗(yàn)再到現(xiàn)實(shí)中的運(yùn)用，并且可以得到完美的體現(xiàn)。再根據(jù)變頻器的產(chǎn)品說明書，仔細(xì)調(diào)整變頻器的參數(shù)設(shè)置，通過PLC為基礎(chǔ)的調(diào)整變頻器的多段速運(yùn)行得到完美實(shí)現(xiàn)。第六章 總結(jié)和體會(huì)本設(shè)計(jì)以PLC和變頻器為核心，通過PLC控制變頻器帶動(dòng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的詳細(xì)分析和仿真實(shí)驗(yàn)，完成了對(duì)硬件和軟件系統(tǒng)的驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)的電氣控制。主要的工作內(nèi)容有通過Smart-200編程軟件對(duì)PLC程序進(jìn)行編寫、同AutoCAD-2015對(duì)電氣圖紙進(jìn)行繪制，調(diào)出程序文件POU，然后在S7-200仿真軟件上進(jìn)行程序的模擬仿真，并且得到了較好的結(jié)果。PLC是利用傳統(tǒng)控制理論在微處理器上研發(fā)出來的一種控制裝置，它融合了傳統(tǒng)繼電器電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)。雖然PLC出現(xiàn)的時(shí)間不長，但是在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域取得的效果是空前，大大的節(jié)省了人力、物力，并提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，有力的推動(dòng)了工業(yè)自動(dòng)化及社會(huì)的發(fā)展。隨著工業(yè)領(lǐng)域的要求不斷提高，工藝水平的不斷改進(jìn)，相信PLC在自動(dòng)控制發(fā)展中會(huì)越來越好。針對(duì)本次設(shè)計(jì)中，還有很多功能沒有做到位，在以后的工作中會(huì)繼續(xù)的學(xué)習(xí)和討論，以提高自己的技術(shù)水平。在進(jìn)行這一次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，發(fā)現(xiàn)需要了解的知識(shí)和資料還有很多，對(duì)自己知識(shí)的儲(chǔ)備有了清醒的認(rèn)識(shí)，并且對(duì)自己的實(shí)際動(dòng)手能力有了進(jìn)一步的提高。由于第一次做這種大型的設(shè)計(jì)，其中難免有一些不足和需要改進(jìn)的地方，還望老師批評(píng)指正。 附錄1附錄1：變頻器控制回路接線圖 附錄3附錄2：硬件連接圖2.1變頻器外部接線圖2.1 PLC外部接線圖附錄3：PLC梯形圖參考文獻(xiàn)