变频器应用与维修维护实训报告Word文档格式.docx

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3）按下SB2电动机快速停止运行；

4）按下SB3变频器故障复位；

5）按下SB4反转。

变频器运行曲线

完成任务：

（1）.确定硬件要求，变量定义及地址分配；

（2）.设计控制系统接线图；

（3）.编制PLC控制程序；

（4）.完成PLC端子接线工作,完成安装调试；

（5）.完成设计说明书。

4、时间安排：

顺序

任务

时间（天）

1

确定硬件要求，变量定义及地址分配；

2

设计控制系统接线图；

3

编制PLC控制程序；

4

完成PLC端子接线工作,完成安装调试；

5

完成设计说明书

合计

10

5、成绩评定：

根据学生独立分析问题和解决问题的能力、理论与实践相结合的能力、实习实训中的工作态度综合给出成绩评定。

评定等级分为优、良、中、及格和不及格五等。

沧州职业技术学院电气系数控教研室

2013年12月2日

摘要

随着我国社会经济的发展，自动化技术发展十分迅速，同时也对基础设施建设提出了更高的要求。

利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计出高性能调速控制装置为我国自动化技术发展提供良好的基础。

变频调速是当今国际上一项效益最高、性能最好、应用最广、最有发展前途的电机调速技术。

因此本文以采用变频器和PLC组合构成系统的方式，以电动机控制系统为对象，逐步阐明如何实现电机调速的。

在本次实训中进行了控制系统的主电路设计，控制电路设计。

根据PLC的选型原则，设备选用了在生产中应用最为广泛的西门子公司生产的S7-200系列的PLC和MM420专用的变频器，利用变频器的本身自有的软启动功能实现电机的启动。

在控制过程中，电控系统由S7-200完成，PID控制由变频器的内置PID控制方式完成，根据控制系统软硬件设计和控制要求，结合变频器的功能参数表预置了相关的参数。

关键词：

PLC、变频器、电机

目录

第1章西门子MM420变频器1

1.1变频器1

1.1.1变频器调速控制的实际应用1

1.1.2变频器调速控制状况介绍1

1.2MM420变频器2

1.3MM420变频器的BOP操作面板3

1.3.1MM420变频器的参数设置5

第2章西门子PLC8

2.1PLC8

2.2西门子S7-200PLC9

2.2.1PLC的选型9

2.2.2SIMATICS7-200Micro9

2.2.3应用领域9

2.2.4优点、特点9

2.2.5PLC的硬件组成与各部分的作用10

第3章USS协议控制13

3.1USS13

3.1.1USS协议13

3.1.2USS指令库14

第4章USS通讯系统16

4.1实训设备16

4.2系统输入输出分析16

4.3S7-200与MM420变频器的连接17

4.4STEP7-Micro/WIN32设定通讯17

4.5USS通信硬件连接17

4.5.1通信注意事项17

4.6接线图18

4.7变频器参数设定18

4.8USS通讯协议程序20

总结22

参考文献23

第1章西门子MM420变频器

1.1变频器

变频器（Variable-frequencyDrive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。

变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。

随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。

变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。

是由主电路和控制带电路组成的。

主电路是给异步电动机提供可控电源的电力转换部分，变频器的主电路分为两类，其中电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波部分是电容。

电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波部分是电感。

它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的整流部分，吸收在转变中产生的电压脉动的平波回路部分，将直流功率变换为交流功率的逆变部分。

控制电路是给主电路提供控制信号的回路，它有决定频率和电压的运算电路，检测主电路数值的电压、电流检测电路，检测电动机速度的的速度检测电路，将运算电路的控制信号放大的驱动电路，以及对逆变器和电动机进行保护的保护电路组成。

现在大多数的变频器基本都采用交直交方式（VVVF变频或矢量控制），将工频交流电源通过整流器转换为直流电源，再把直流电源转换成近似于正弦波可控的交流电以供给电动机。

1.1.1变频器调速控制的实际应用

目前在控制领域中，虽然逐步采用了电子计算机这个先进技术工具，特别是石油化工企业普遍采用了分散控制系统（DCS）。

但就其控制策略而言，占统治地位的仍旧是常规的PID控制。

PID结构简朴、稳定性好、工作可靠、使用中不必弄清系统的数学模型。

PID的使用已经有60多年了，有人称赞它是控制领域的常青树。

变频调速已被公认为是最理想、最有发展前景的调速方式之一，采用变频器构成变频调速传动系统的主要目的，一是为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求；

二是为了节约能源、降低生产成本。

用户根据自己的实际工艺要求和运用场合选择不同类型的变频器。

1.1.2变频器调速控制状况介绍

变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。

20世纪60年代以后，电力电子器件经历了SCR（晶闸管）、GTO、BJT、MOSFET（金属氧化物场效应管）、SIT、SITH、MGT（MOS控制晶体管）、MCT（MOS控制晶闸管）、IGBT、HVIGBT（耐高压绝缘栅双极型晶闸管）的发展过程，器件的更新促进了电力电子变换技术的不断发展。

20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频（PWM－VVVF）调速研究引起了人们的高度重视。

20世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。

20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并获得了广泛应用。

我国变频调速技术的应用经历了一个由单机应用试验到成套装置系统实用化、由辅助机械到生产主机应用、由局部应用到大面积推广、由低压中小容量到高压大容量应用、由以节能为目的的应用到生产过程控制应用的发展过程。

目前我国变频调速技术的应用范围已发展到各个领域。

但对于世界变频器的发展还有很大差距。

未来的变频调速技术将会有更大发展：

主要体现在功率变换器的高频低损耗化、自关断化、模块化、高耐压、大容量化；

矩阵变频器的出现和推广；

变频器在同步电动机的应用；

控制技术的数字化、矢量控制化、直接转矩控制化；

无速度传感器矢量控制；

操作系统的网络化；

硬件通用化、调试维护软件化；

变频装置无谐波化，采用多电平、多重化、带就地补偿；

工作负荷参数的模型化；

新理论新机理新材料的出现将会带来新概念功率变换器件、新概念变频装置等。

1.2MM420变频器

西门子MM420是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列。

该系列有多种型号，从单相电源电压，额定功率120W到三相电源电压，额定功率11KW可供用户选用。

额定参数为：

电源电压：

220V～230V，单相交流

额定输出功率：

0.75KW

额定输入电流：

9.9A

额定输出电流：

3.9A

外形尺寸：

A型

操作面板：

基本操作板（BOP）

MM420变频器电路方框图如图1-1所示。

进行主电路接线时，变频器模块面板上的L1、L2插孔接单相电源，接地插孔接保护地线；

三个电动机插孔U、V、W连接到三相电动机（千万不能接错电源，否则会损坏变频器）。

MM420变频器模块面板上引出了MM420的数字输入点：

DIN1（端子⑤）；

DIN2（端子⑥）；

DIN3（端子⑦）；

内部电源+24V（端子⑧）；

内部电源0V（端子⑨）。

数字输入量端子可连接到PLC的输出点（端子⑧接一个输出公共端，例如2L）。

当变频器命令参数P0700=2（外部端子控制）时，可由PLC控制变频器的启动/停止以及变速运行等。

1.3MM420变频器的BOP操作面板

1、基本操作面板（BOP）的功能概述

图1-2是基本操作面板（BOP）的外形。

利用BOP可以改变变频器的各个参数。

BOP具有7段显示的五位数字，可以显示参数的序号和数值，报警和故障信息，以及设定值和实际值。

参数的信息不能用BOP存储。

图1-2BOP操作面

图1-1MM420变频器方框图

基本操作面板（BOP）上的按钮及其功能如图1-3所示：

显示/按钮

功能

功能的说明

状态显示

LCD显示变频器当前的设定值

启动变频器

按此键起动变频器。

缺省值运行时此键是被封锁的。

为了使此键的操作有效，应设定P0700=1

停止变频器

OFF1：

按此键，变频器将按选定的斜坡下降速率减速停车，缺省值运行时此键被封锁；

为了允许此键操作，应设定P0700=1。

OFF2：

按此键两次（或一次，但时间较长）电动机将在惯性作用下自由停车。

此功能总是“使能”的。

改变电动机的转动方向

按此键可以改变电动机的转动方向，电动机的反向时，用负号表示或用闪烁的小数点表示。

缺省值运行时此键是被封锁的，为了使此键的操作有效应设定P0700=1

电动机点动

在变频器无输出的情况下按此键，将使电动机起动，并按预设定的点动频率运行。

释放此键时，变频器停车。

如果变频器/电动机正在运行，按此键将不起作用。

此键用于浏览辅助信息。

变频器运行过程中，在显示任何一个参数时按下此键并保持不动2秒钟，将显示以下参数值（在变频器运行中从任何一个参数开始）：

1.直流回路电压（用d表示–单位：

V）

2.输出电流A

3.输出频率（Hz）

4.输出电压（用o表示–单位V）

5.由P0005选定的数值（如果P0005选择显示上述参数中的任何一个（3，4或5），这里将不再显示）。

连续多次按下此键将轮流显示以上参数。

跳转功能

在显示任何一个参数（rXXXX或PXXXX）时短时间按下此键，将立即跳转到r0000,如果需要的话，您可以接着修改其它的参数。

跳转到r0000后，按此键将返回原来的显示点。

访问参数

按此键即可访问参数。

增加数值

按此键即可增加面板上显示的参数数值。

减少数值

按此键即可减少面板上显示的参数数值。

图1—3BOP上的按钮及其功能

1.3.1MM420变频器的参数设置

1、参数号和参数名称

参数号是指该参数的编号。

参数号用0000到9999的4位数字表示。

在参数号的前面冠以一个小写字母“r”时，表示该参数是“只读”的参数。

其它所有参数号的前面都冠以一个大写字母“P”。

这些参数的设定值可以直接在标题栏的“最小值”和“最大值”范围内进行修改。

[下标]表示该参数是一个带下标的参数，并且指定了下标的有效序号。

2、更改参数的数值的例子

用BOP可以修改和设定系统参数，使变频器具有期望的特性，例如，斜坡时间，最小和最大频率等。

选择的参数号和设定的参数值在五位数字的LCD上显示。

更改参数的数值的步骤可大致归纳为①查找所选定的参数号；

②进入参数值访问级，修改参数值；

③确认并存储修改好的参数值。

图2-4说明如何改变参数P0004的数值。

按照图中说明的类似方法，可以用‘BOP’设定常用的参数。

参数P0004（参数过滤器）的作用是根据所选定的一组功能，对参数进行过滤（或筛选），并集中对过滤出的一组参数进行访问，从而可以更方便地进行调试。

P0004可能的设定值如表1-1所示，缺省的设定值=0。

表1-1参数P0004的设定值

设定值

所指定参数组意义

全部参数

12

驱动装置的特征

变频器参数

13

电动机的控制

电动机参数

20

通讯

7

命令，二进制I/O

21

报警/警告/监控

8

模-数转换和数-模转换

22

工艺参量控制器（例如PID）

设定值通道/RFG（斜坡函数发生器）

假设参数P0004设定值=0，需要把设定值改变为7。

改变设定数值的步骤如下：

图1-4改变参数P0004数值的步骤

1、常用参数的设置

表1-2给出了SRS-ME05上常用到的变频器参数设置值，如果希望设置更多的参数，请参考MM420用户手册。

表1-2SRS-ME05上常用参数设置值

序号

参数号

设置值

说明

P0010

30

P0970

恢复出厂值

P0003

P0004

快速调试

6

P0304

230

电动机的额定电压

P0305

0.22

电动机的额定电流

P0307

0.11

电动机的额定功率

9

P0310

50

电动机的额定频率

P0311

1500

电动机的额定速度

11

P1000

选择频率设定值

P1080

电动机最小频率

P1082

50.00

电动机最大频率

14

P1120

斜坡上升时间

15

P1121

斜坡下降时间

16

P3900

结束快速调试

17

2、部分常用参数设置说明（更详细的参数设置说明请参考MM420用户手册）

⑴参数P0003用于定义用户访问参数组的等级，设置范围为0～4，其中：

1标准级：

可以访问最经常使用的参数。

2扩展级：

允许扩展访问参数的范围，例如变频器的I/O功能。

3专家级：

只供专家使用。

4维修级：

只供授权的维修人员使用—具有密码保护。

该参数缺省设置为等级1（标准级），SRS-ME05装备中预设置为等级3（专家级），目的是允许用户可访问1、2级的参数及参数范围和定义用户参数，并对复杂的功能进行编程。

用户可以修改设置值，但建议不要设置为等级4（维修级）。

⑵参数P0010是调试参数过滤器，对与调试相关的参数进行过滤，只筛选出那些与特定功能组有关的参数。

P0010的可能设定值为：

0（准备），1（快速调试），2（变频器），29（下载），30（工厂的缺省设定值）；

缺省设定值为0。

当选择P0010=1时，进行快速调试；

若选择P0010=30，则进行把所有参数复位为工厂的缺省设定值的操作。

应注意的是，在变频器投入运行之前应将本参数复位为0。

⑶将变频器复位为工厂的缺省设定值的步骤：

为了把变频器的全部参数复位为工厂的缺省设定值，应按照下面的数值设定参数：

①设定P0010=30，②设定P0970=1。

这时便开始参数的复位。

变频器将自动地把它的所有参数都复位为它们各自的缺省设置值。

如果用户在参数调试过程中遇到问题，并且希望重新开始调试，实践证明这种复位操作方法是非常有用的。

复位为工厂缺省设置值的时间大约要60秒钟。

3、现有的“运动控制卡”I/O扩展板的输出端子接线中，分配D37给变频器的5号控制端子。

若要求电动机转速可分级调整，则应调整变频器的P701参数，而参数P1001则按转速要求设定固有频率值。

与此同时，应编制相应的运动控制卡的输出点。

例：

要求电动机能实现高、中、低三种转速的调整，高速时运行频率为40Hz,中速时运行频率为25Hz,低速时运行频率为15Hz。

则步骤如下：

⑴调整变频器参数

①在BOP操作板上修改P0004，使P0004=7,选择命令组。

②修改P0701（数字输入1的功能），使P0701=16，设定为固定频率设定值（直接选择+ON）。

③再修改P0004，使P0004=10,选择设定值通道。

④修改P1001（固定频率1），使P1001=15/25/40。

第2章西门子PLC

2.1PLC

现代化生产的水平,产品质量和经济效益等各项指标在很大程度上取决于生产设备的先进性和电气化程度。

随着大规模集成电路及微型计算机技术的发展，给电气控制技术开辟了新的前景。

可编程控制器是近几十年发展起来的一种新兴工业控制器，由于它将计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广等优点与继电器系统的控制简单、使用方便、抗干扰力强、价格便宜等优点结合起来，而其本身又具有体积小、重量轻、耗电省等特点，因此在工业生产过程控制中的应用越来越广泛。

在实际生产中，由于大量存在一些用开关量控制的简单的程序控制过程，而实际生产工艺和流程又是经常变化的，因而传统的继电接触控制系统常不能满足这种要求。

电子计算机控制系统的出现，提高了电气控制的灵活性和通用性，其控制功能和控制精度都得到很大的提高。

然而在其初期，存在着系统复杂,使用不便,抗干扰能力差,成本高等缺陷,尤其对上述简单的过程控制有大材小用和不经济等问题。

因而,在20世纪60年代出现了一种能够根据生产需要,方便地改变控制程序，而又远比电子计算机结构简单,价格低廉的自动化装置——顺序控制器，它是通过组合逻辑元件插接或编程来实现继电器接触控制线路功能的装置。

它能满足程序经常改变的控制要求，使控制系统具有较大的灵活性和通用性,但它还是使用硬件手段，装置体积大，功能也受到一定限制。

随着大规模集成电路和微处理技术的发展和应用，上述控制技术也发生了根本的变化。

在20世纪70年代出现了用软件手段来实现各种控制功能以微处理器为核心的新型工业控制器——可编程控制器，这种器件完全能够适应恶劣的工业环境。

由于它兼备了计算机控制和继电器控制系统两方面的优点，故目前在世界各国以作为一种标准化通用设备普遍应用于工业控制。

PC出现后就受到普遍的重视,其应用发展也十分的迅速，原因在于现有的各种控制方式相比，它有一系列受用户欢迎的特点,主要是：

1）可靠性高,抗干扰能力强。

在恶劣的工业环境下工业生产对控制设备的可靠性提出很高的要求。

PC是专为工业控制而设计,由于采取了一系列措施，使PC控制系统的平均无故障间隔时间一般能达到4～5万h，远远超过传统继电器控制和计算机控制系统。

可以说,到目前为止尚无任何一种工业控制系统的可靠性能达到和超过PC。

保证PC工作的可靠性高、抗干扰能力强的主要措施是：

（1）采用循环扫描、集中采样,集中输出的工作方式。

（2）硬件设计采用模块式结构并采取屏蔽、滤波、隔离、联锁等一系列抗干扰技术,同时增加输出联锁、环境检测与故障诊断等提高可靠性电路。

（3）软件设计中设置实时监控、自诊断、信息保护与恢复等程序与硬件电路配合实现各种故障的诊断、处理、报警显示及保护功能。

因此PC优于微机控制的首要特点是它能适应恶劣的工业环境。

2）编程简单、易于掌握这是PC优于微机的另一个特点。

梯形图编程方式是PC最常用的编程语言。

它与继电器控制原理图类似，具有直观、清晰、修改方便、易掌握等优点。

3）组合灵活使用方便由于它采用标准化得到通用模块结构，能灵活方便地组合成各种不同规模、不同功能的控制系统。

4）功能强，通用性好现代PC具备很强的信息处理功能和输出控制能力，它既可以对开关量进行控制又可以对模拟量进行控制。

5）开发周期短，功率高

6）体积小，重量轻，工耗低

随着电子技术的发展和应用领域日益扩大，PC技术及其产品仍在继续发展，其结构不断改进，功能日益增强，性价比越

2.2西门子S7-200PLC

2.2.1PLC的选型

根据设计要求可知，PLC点数的选择，不管是输入点数还是输出点数都要留有10%的余量，根据I/O口分配情况可知：

输入信号有5个，输出信号有5个，根据I/O点数可选择西门子S7-200PLC系列可编程控制器，以满足控制要求，而且输入输出都留有一定的余量。

2.2.2SIMATICS7-200Micro

SIMATICS7-200Micro自成一体：

别紧凑但是具有惊人的能力－特别是有关它的实时性能－它速度快，功能强大的通讯方案，并且具有操作简便的硬件和软件。

但是还有更多特点：

SIMATICS7-200MicroPLC具有统一的模块化设计－目前不是很大，但是未来不可限量的定制解决方案。

这一切都使得SIMATICS7-200MicroPLC在一个紧凑的性能范围内为自动化控制提供一个非常有效和经济的解决方案。

2.2.3应用领域

SIMATICS7-200的应用领域从更换继电器和接触器一直扩展到在单机、网络以及分布式配置中更复杂的自动化任务。

S7-200也越来越多地提供了对以前曾由于经济原因而开发的特殊电子设备的地区的进入。

2.2.4优点、特点

SIMATICS7-200发挥统一而经济的解决方案。

整个系统的系列特点：

强大的性能，

最优模块化和开放式通讯。

结构紧凑小巧－狭小空间处任何应用的理想选择

在所有CPU型号中的基本和高级功能，

大容量程序和数据存储器

杰出的实时响应－在任何时候均可对整个过程进行完全控制，从而提高了质量、效率和安全性

易于使用STEP7-Micro/WIN工程软件－初学者和专家的理想选择

集成的R-S485接口或者作为系统总线使用

极其快速和精确的操作顺序和过程控制

通过时间中断完整控制对时间要求严格的流程

2.2.5PLC的硬件组成与各部分的作用

可编程控制器（PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

如图2-1所示为PLC的基本组成，具体组成及作用说明：

基本单元

S7-200系列PLC中可提供4种不同的基本型号的8种CPU供选择使用.

CPU：

CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围