PLC控制变频器调速系统实训电气10431班.docx
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PLC控制变频器调速系统实训电气10431班
第一章实训内容及PLC初步了解
1.1实训要求
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及其语句表的编制任务。
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。
1.2实训任务和目的
1.了解PLC控制变频调速系统。
2.了解S7-200系列CPU加MM440变频器参数设置。
3.了解电气控制系统设计的基本原则、内容与一般步骤。
4.掌握PLC控制变频调速系统调试基本过程及方法。
1.3系统控制要求
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50HZ,对应同步转速为1500r/min;
10V输出频率为100HZ,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。
图1-1转速与时间的函数关系
3.改变输出转速~时间的变化函数,重复上述过程.
1.4PLC简介
1.4.1PLC的基本概念
国际电工委员会对PLC做了定义为“可编程序控制器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储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式、模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器机器有关设备,都应该按易于使工业控制系统形成一个整体,易于扩充其能力的原则设计”。
从上述定义可以看出,PLC是一种用于程序来改变控制功能的工业控制计算机,除了能完成各种各样的控制能力外,还有与其他计算机通行联网的功能。
1.4.2PLC的基本结构
PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。
PLC的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。
PLC主要由CPU模块、I/O模块、变成装置和电源组成。
根据硬件结构的不同,可以将PLC分为整体式、模块式和混合式。
整体式PLC又叫做单元式或箱体式,他的体积小、价格低、小型PLC一般采用整体结构。
模块式PLC一般用于大、中型PLC,它由机架和模块组成。
(1)输入部件
输入部件是PLC与工业生产现场被控对象之间的连接部件,是现场信号进入PLC的桥梁。
该部件接收由主令元件、检测元件来的信号。
(2)输出部件
输出部件也是PLC与现场设备之间的连接部件,其功能是控制现场设备进行工作(如电机的启、停、正/反转,阀门的开、关,设备的转动、移动、升降等)。
对于PLC,希望它能直接驱动执行元件,如电磁阀、微电机、接触器、灯和音响等,因此,输出部件中的输出级常是一些大功率器件,如机械触点式继电器、无触点交流开关(如双向可控硅)及直流开关(如晶体三极管)等。
(3)CPU模块
CPU模块主要有微处理器和存储器组成。
在PLC控制系统中CPU模块相当于人的大脑和心脏,他不断的采集输入信号,执行用户程序,刷新系统的输出;存储器用来存储程序和数据。
(4)I/O模块
输入模块和输出模块简称I/O模块,他们相当于人的眼、耳、手、脚,是联系外部设备和CPU模块的桥梁。
输入模块用来接收和采集输入信号,开关量输入模块用来接受从按钮、选择开关、数字拨号开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流电压信号。
(5)编程器
编程器用来生成用户程序,并用它来编辑、检查、修改用户程序,监视用户程序的执行情况。
手持式编程器不能直接接输入和编辑梯形图,只能输入和编辑指令表程序,因此又叫做指令编程器,它的体积小,价格便宜,一般用来给小型PLC编程,或者用于现场调试和维护。
(6)电源
PLC使用AC220V电源或DC24V电源。
内部开关电源为各模块提供不同电压等级的直流电源。
小型PLC可以为输入电路和外部的电子传感器提供DC24V电源,驱动PLC负载的直流电源一般有用户提供。
1.4.3PLC的工作原理
PLC通电后,需要对硬件和软件做一些初始化工作。
为了使PLC的输出及时地响应各种输入信号,初始化后PLC要反复不停地分段处理各种不同的任务,这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。
1、初始化过程:
与其它单片机运行一样,上电运行或复位时进行处理
(1)硬件初始化,复位输出输入模块,清零
(2)清除数据区
(3)输出输入地址分配
2、扫描过程
(1)扫描输入,将输入口状态读入至输入口映像区
(2)时钟处理,特殊寄存器更新
(3)执行用户程序
(4)输出,将输出口映像区输出至输出端口刷新
(5)自诊断检查
3、出错处理
检查PLC内部电路
CPU、电池电压、程序存储器、I/O、通讯异常
致命错误,CPU强制STOP方式,所有扫描停止。
第二章总体设计方案
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现对速度的控制,使得速度变化更加平滑和实现精确调速。
2.1控制系统的I/0点
图2.1控制系统I/0分配图
2.2选择机型
本次设计采用西门子S7-200系列PLC进行控制,从以上分析可以知道,该系统只需开关量输入点2个,模拟量输出点1个。
参照西门子S7-200产品目录及市场实际价格,选用主机为CPU224XP(2个模拟量输入,1个模拟量输出),本系统变频器采用西门子MM440通用变频器。
2.3系统控制结构
由PLC和变频器组成的控制系统,开关量输入端由两输入,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50Hz,对应同步转速为1500r/min;7.5V输出频率为75HZ,对应同步转速为2250r/min;10V输出频率为100Hz,对应同步转速为3000r/min。
第三章硬件部分设计
3.1系统主电路图
图2-1系统主电路图
3.2系统控制电路图
图2-2系统控制电路图
3.3系统外围接线图
图2-3外围接线图
3.6输出规格
图3-1输出规格图
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.
3.2标度变换
输出范围:
0~10V所对应的十进制数为:
00000~32000
标度变换公式:
V=AIWO/3200
3.3变频器参数设置表
图3-2变频器参数设置图
第4章软件部分设计
4.1设计步骤
(1)使用PLC的两个输入点I0.0和I0.1分别作为系统的启动和停止信号的输入点;
(2)使用PLC的一个模拟量输出点AQWO作为使电机正转启动的输出信号,接到MM440变频器的AIN1+,AIN1-端子上;
(3)调节变频器使其输出频率受模拟量输入电压控制;
(4)然后编制输出按时间函数循环的梯形图程序;
(5)最后调试并运行。
4.2系统流程框图
图2-4系统流程框图
4.3程序的主体
(1)初始化变量及判断按键和锁定相应的状态位
(2)0-25秒上升子程序
(3)25-35秒平衡子程序
(4)35-40秒下降子程序
(5)40-60秒平衡子程序
(6)60-65秒下降子程序
(7)有循环位时启动下一次循环子程序
(8)外部电压给定子程序
4.4控制程序
4.4.1初始化变量及判断按键和锁定相应的状态位
网络1每次按键都复位
LDI0.0
OI0.1
OI0.2
OI0.3
MOVW0,VW0
AENO
MOVWVW0,AQW0
网络2每次按键都清除中间状态
LDI0.0
OI0.1
OI0.2
OI0.3
RM0.0,8
RQ0.0,6
RM1.0,8
RM2.0,8
网络3单环电压输出状态锁定
LDI0.0
OM0.0
ANI0.1
ANI0.2
ANI0.3
=M0.0
=Q0.0
网络4循环电压输出状态锁定
LDI0.1
OM0.1
ANI0.0
ANI0.2
ANI0.3
=M0.1
=Q0.1
网络5切断所有状态
LDI0.2
OM0.2
OM1.6
ANI0.1
ANI0.0
ANI0.3
=M0.2
网络6外部电压输出状态锁定
LDI0.3
OM0.3
ANI0.1
ANI0.2
ANI0.0
=M0.3
=Q0.2
网络7单环或循环电压上升锁定
LDI0.0
OI0.1
OM1.6
ANM2.0
ANM2.1
ANM2.2
=M0.5
网络8单环或循环电压平衡锁定
LDM0.5
OM2.0
LDM0.0
OM0.1
ALD
ANM1.7
ANM0.6
ANM0.7
=M2.0
=Q0.3
网络9单环或循环电压下降锁定
LDM0.6
OM2.1//M0.6和M2.1同时触发电路
LDNM2.6//M2.6用于空闲保持电路
AM2.7
OLD
LDM0.0
OM0.1//程序工作条件
ALD
ANM2.6
ANM1.7
ANM0.5
ANM0.7//程序动作的互锁以及用于切除程序工作
=M2.1
=Q0.4//驱动状态显示
网络10
LDM0.7
OM2.2
OM2.6//M0.7,M02.2M2.6用于触发和锁定程序工作。
LDM0.0
OM0.1//程序工作的条件(在M0.0或M0.1有效的情况下工作)
ALD
ANM0.6
ANM1.7
ANM2.7
ANM0.5//程序动作的互锁以及用于切除程序工作
=M2.2
=Q0.5//驱动状态显示
4.4.20-25秒上升子程序
网络11
LDM0.0
OM0.1
ANM1.0
TONT32,1
网络12
LDM0.0
OM0.1
AT32
=M1.0//网络11和网络12程序内部的电压上升频率的设定
网络13
LDM0.0
OM0.1//程序工作条件(电压单环或电压循环输出)
AM2.0//程序工作条件(在电压上升时刻)
AM1.0//引入电压动作频率
+I20,VW0//电压上升每次改变20数字量
AENO//上一步执行正确做下一步
MOVWVW0,AQW0//将电压送给模拟输出口
网络14
LDM0.0
OM0.1//程序工作条件(电压单环或电压循环输出)
AM2.0//程序工作条件(在电压上升时刻)
AW>=VW0,23000//将现在的电压值和设定值比较当电压值大于设定是动作
=M0.6
=M3.7
=M2.4//输出各个控制量
4.4.325-35秒平衡子程序
网络15//第一次电压平衡工作副状态锁定
LDM2.4
OM3.1
ANM3.4
=M3.1//第一次电压平衡工作副状态锁定
网络16//电压平衡时间定时
LDM0.0
OM0.1
AM2.1
AM3.1
TONT38,70
网络17定时时间到后输出各个控制状态
LDM0.0
OM0.1
AT38
=M0.7
=M3.4
网络18切除电压平衡副状态锁定第一次电压下降副装态
LDM3.4
OM3.2
ANM3.6
=M3.2
4.4.435-40秒下降子程序
网络19第一次电压下降
LDM0.0
OM0.1
AM2.2
AM1.0
AM3.2//程序工作条件
-I20,VW0
AENO//电压下降幅度
MOVWVW0,AQW0//电压及时的送给模拟输出端口
网络20电压比较
LDM0.0
OM0.1
ANM2.6
AM2.2
AM3.2程序工作条件
AW =M2.7 =M3.6 =M2.5//状态输出 4.4.540-60秒平衡子程序 网络21切除电压下降副状态锁定第二次电压平衡副装态 LDM2.5 OM3.0 ANM3.5 =M3.0 网络22电压平衡定时 LDM0.0 OM0.1 AM2.1 AM3.0 TONT39,70 网络23定时时间到后输出各个控制状态 LDM0.0 OM0.1 AM2.1 AT39 =M2.6 =M3.5.//用于启动负状态锁定 4.4.660-65秒下降子程序 网络24切除电压平衡副状态锁定第二次电压下降副装态 LDM3.5 OM3.3 ANM2.4 =M3.3 网络25,电压下降幅度控制 LDM0.0 OM0.1 AM2.2 AM3.3 AM1.0//程序工作条件 -I10,VW0 AENO//电压下降幅度 MOVWVW0,AQW0//电压及时送给模拟输出端口 网络26//电压比较 LDM0.0 OM0.1 AM2.2 AM3.3 AW =M1.7//用于切断电压单环工作的各个状态, 用于启动电压循环工作的下一次循环 4.4.7有循环位时启动下一次循环子程序 网络27 LDM1.7 OM1.6 AM0.1 ANM0.5 =M1.6、//启动二次循环的条件 4.4.8外部电压给定子程序 网络28 LDM0.3 ASM0.6//数据传送频率 MOVWAIW0,AQW0 4.5控制程序T形图 第五章调试过程及结果 5.1调试过程 1.先将PLC程序传入S7PLC中,连接外部连线和按键以及各个状态指示灯。 2.按下启动按钮,然后用万用表测模拟量I/0模块的两点间的电压,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.在各个时刻切换各种状态观察状态指示灯以及电压输出情况。 (1)程序调试 输入系统程序编译无误后下载到PLC。 运行系统观察系统是否正常运行,修 改程序使系统能正常运行。 运行后用万用表和秒表记录PLC模拟输出,修改程 序参数使系统达到控制要求。 运行整个系统观察变频器的频率输出。 由于多种误差的存在程序的计算参数和实际的输出有误差,表5-1为调试后 系统程序的参数。 该参数是电压精度提高,时间精度要求降低的条件下得到的。 表5-1系统调试后所得程序参数 波形阶段 增量 运算器 时间长度 T0-T1 25 ADD 19400ms T1-T2 无 无 10000ms T2-T3 33 ADD 10000ms T3-T4 无 无 20000ms T4-T5 16 SUB 10000ms (2)实验数据。 表5-2为调试过程中对图1-1中所标各点电压和时间数据的记录。 表5-2各转折点电压和时间的数据 转折点 T0 T1 T2 T3 T4 T5 时间S 0 194OO 30000 40000 60000 70000 电压V 0 7.5 7.5 2.5 2.5 0 (3)修改参数观察波形 将程序中的参数改为表5-3中的参数,记录和分析输出的数据。 表5-3程序参数 波形阶段 增量 运算器 时间长度 T0-T1 3 ADD 200s T1-T2 无 无 100s T2-T3 4 ADD 100s T3-T4 无 无 200s T4-T5 2 SUB 200s 将程序修改后通过数据记录发现,电压在增加或减小的过程中比未修改前要 缓慢,即电压时间曲线的斜率减小了。 5.2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。 图5-1调试结果 第6章元件清单 元件名称 CPU224 按钮开关 EM235 电机 变频器M440 热继电器 刀开关 熔断器 第七章心得体会 通过本次课程设计,对S7-200系列PLC的特点有了更深的理解。 利用了S7-200系列PLC的特点,对按钮、开关等输入/输出,模拟量输入/输出进行控制,实现了变频器在控制作用下的变频调速。 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。 经历自己设计实验和查阅资料,让我了解了更多关于西门子S7-200和变频器方面的资料,让我了解了大概的选型和注意事项,并自己动手实验,参照一些编程试着去编一个程序,我们可以借鉴到自己的S7-200程序中,编程序的过程中遇到了很多问题,通过不断的问同学,反复的思考,调试,终于编出了调用子程序来达到控制的目的,此次课程设计让我收获颇多,在这个课程设计的过程中,既让我与同学加深了沟通,又让我学到关于西门子的一些知识,我知道这知识很少的一点,但我会在以后的学习中了解更多。 由于本人资历有限,可能还有一些没有注意到的问题,还请老师赐教,深表感谢! 参考文献 [1]徐德.孙同景.可编程控制器PLC应用技术[M].济南.山东科学技术出版 [2]王永华.现代电气控制及PLC应用技术北京航空航天大学出版社 [3]谢克明等主编.可编程控制器原理与程序设计[M].电子工业出版社.2002.8.28 [4]肖清.王忠锋.西门子PLC课程设计指导书江西理工大学应用科学学院
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- PLC 控制 变频器 调速 系统 电气 10431