PLC课程设计.docx
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PLC课程设计.docx
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PLC课程设计
PLC课程设计
-----plc变频调速控制器设计
专业名称:
电气工程及其自动化
导师姓名:
彭焕荣
姓名:
许新
学号:
200706050209
班级:
07级电气2班
plc变频调速控制器设计
前言
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。
背景:
通过plc与变频器控制电机来实现电机变频调速的技术是近年来新兴的一门技术,它是在国内外经济不景气,竞争压力加大,节能减排成为全球主题的情况下出现的。
由于这种技术能很好提高电机的效率,大大减低了成本价,提高了利润,一出现就得到企业的青睐。
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。
国内外现状:
目前国内外主要大公司都在这一领域投入了大量的人力物力,来研究,应用。
国外技术发展较快,但由于我国也意识到节能减排的重要性,近年来我国技术发展很快。
主要研究内容:
电机在基频以下,基频以上的不同情况来调速,基频以下时进行恒磁通恒压频比控制,通过进行电压补偿来保持磁通不变来调速,基频以上是输出功率不变,频率提高而电压不变,转矩减弱小,转速却升高了,从而实现了节能的要求。
预期成果:
通过;plc加变频器控制使系统节能20%--40%左右。
从而实现了节能的要求。
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。
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。
2.画出电气控制线路原理图。
3.设计程序
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;
四.控制要求
1.变频调速器受0~10V输入电压控制;
0V输出频率为0HZ,对应同步转速为0r/min;
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;
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.
指标:
西门子Plc:
s7-200,西门子变频器:
MicroMaster440西门子,d/a模块:
SM326频率变化范围0-36HZ,电机转速范围0-3600r/min
△nop=120r/min,D=15
Un通过光栅转动次数确定转速数字量,模出电压0-10V,输出通道数16
五.总体设计方案
其它方案比较:
一.直接用变频器带电机
效果不好,不能实现智能化控制,变频范围有限,电机运行不稳定,节能效果不好。
二.不用变频器,直接让电机转动
不能实现节能的目的。
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s7-200PLC,西门子变频器:
MicroMaster440西门子d/a模块:
SM326
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0—10V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/min;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0—10V变化时,变频器输出频率为36Hz;电机经过20s速度由0—3000r/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1500r/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)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SM326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.硬件部分仿真
1.sm326d/a模块图
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:
0~10V:
5.标度转换
输出范围:
0~10V所对应的16进制数为:
0000H~0FA0H
6.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,A1A2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1~3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)#000F2040 // 转换可用位置1
LD 启动保持
MOV(021)#000FD20400 // 输出使用位置1
LD 启动保持
MOV(021)#0055D20401//输出信号范围置0101.0-10V
LD 启动保持
ANDNOTT0004
@MOV(021)#0000D0 // 一个循环开始时置#0000
LD 启动保持
MOV(021)D02041 // 送D0值至输出通道
LD 启动保持
ANDNOTT0004
TIM0000#0200 // 时间变化流程
TIM0001#000
TIM0002#0400
TIM0003#0600
TIM0004#0650
LD 启动保持
ANDP_0_02s
ANDNOTT0000
@+(400)D0#0004D0 //D0值增加,使输出值连续增加
LD 启动保持
ANDP_0_02s
ANDT0001
ANDNOTT0002
@-(410)D0#0004D0 //D0值减小,使输出值连续减小
LD 启动保持
ANDP_0_02s
ANDT0003
ANDNOTT0004
@-(410)D0#0008D0 //D0值减小,使输出值连续减小
LD 启动保持
OUT0.00 // 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A1A2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T0000—T0004,T0004为复位信号。
第7条:
程序启动运行过程中,从0—20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30—40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60—65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0V。
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S7-200,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SM329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,对西门子的特点有了更深的理解。
利用了西门子系列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
- 配套讲稿:
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