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PLC电机控制
电气控制系统设计
(自动化14级)
电机闭环控制设计
王武江
学生姓名
14137227
机械与电气工程学院
专业班级
自动化141
鲁志康
指导教师
填写日期
2017/11/10
1.PLC简介
1.1PLC特点
1.2PLC的功能与应用•.…
2.EV1000系列通用变频器
2.1变频器安装
2.2概述
2.3主回路输入输出端子
2.4控制回路配置及配线
2.5基本运行参数
3.PLC梯形图
3.1电机正反转控制:
....
3.2转速测量:
4.触摸屏界面控制
4.1工作界面:
4.2参数设置界面:
.......
5.个人体会
6.参考文献
错误!
未定义书签。
1
32
3
....4
10
13
……16
..16
497
....507
508
.20
.....20
21
引言
随着变频调速技术的不断发展,交流传动系统的性能突飞猛进。
交流异步电动机
以其低廉的造价、坚固的结构得到了越来越广泛的应用。
在交流传动的许多应用场合
中,均对电机的调速性能和定位性能提出了较高的要求。
异步电动机以其大功率、高
性价比的独特优势而占有一席之地,但同时其调速性能和定位性能却不甚完美,尚需
完善。
本次实验基于可编程控制器(PLC)硬件平台的异步电动机综合控制系统。
该系统通过可编程逻辑控制器(PLC)来控制变频器,最终实现异步电动机转速的闭环控制。
并通过HMI面板直观的显示出来。
本实训任务如下:
、概况
某专用车床主轴电机(1KW)的旋转运动需要启停、调速、正反转,但需要冷
却泵先启动,冷却泵功率为0.5KW,可单独启动。
系统采用交流电动机拖动,电气
控制可采用人机界面和PLC控制,使控制系统较为先进、简洁。
、控制要求
控制的电机有二台电机:
旋转主电机、冷却泵。
系统有短路保护措施。
主电机
可变频调速,速度在人机界面上可调,实现闭环调速,速度上升和下降时间为3秒;
主电机冷却泵能够在触摸屏上运行控制,实现控制系统的设计。
三、要求完成以下设计内容:
根据控制要求,进行电气控制系统总体设计;
完成控制箱的电气原理图、安装图设计;
完成人机界面;
PLC梯形图设计;
编制元器件目录清单;
编写设计报告,其中包括设计安装说明和使用;
其他需要说明的问题;
附:
参考资料、参考书及参考手册。
1.PLC简介
可编程控制器(PLQ是一种以微处理技术为基础,将控制处理规则存储于存储
器中,应用于以控制开关量为主或包括控制参量在内的逻辑控制、机电运动控制或过程控制等工业控制领域的新型工业控制装置。
1.可靠性高,抗干扰能力强
这往往是用户选择控制装置的首要条件。
可编程控制器生产厂家在硬件方面和软
IEC
件方面上采取了一系列抗干扰措施,使它可以直接安装于工业现场而稳定可靠地工作。
目前各生产厂家生产的可编程控制器,其平均无故障时间都大大地超过了规定的10万小时(折合为4166天,约11年)。
而且为了适应特殊场合的需要,有的可编程控制器生产商还采用了冗余设计和差异设计(如德国Pilz公司的可编程控制器),进一步提高了其可靠性。
2.适应性强,应用灵活
由于可编程控制器产品均成系列化生产,品种齐全,多数采用模块式的硬件结构,组合和扩展方便,用户可根据自己需要灵活选用,以满足系统大小不同及功能繁简各异的控制系统要求。
3.编程方便,易于使用
可编程控制器的编程可采用与继电器电路极为相似的梯形图语言,直观易懂,深受现场电气技术人员的欢迎。
近年来又发展了面向对象的顺控流程图语言,也称功能图,使编程更简单方便。
的基本结构图
1.2PLC的功能与应用
功能:
2.
3.
数据采集、存储与处理功能数学运算功能、数据处理、模拟数据处理
输入/输出接口调理功能具有A/D、D/A转换功能,通过I/O模块完成对模拟
量的控制和调节。
位数和精度可以根据用户要求选择。
具有温度测量接口,直接连接
各种热电阻或热电偶。
4.通信、联网功能
5.人机界面功能
6.编程、调试等使用复杂程度不同的手持、便携和桌面式编程器、工作站和操
作屏,进行编程、调试、监视、试验和记录,并通过打印机打印出程序文件。
7.应用:
目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、
机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。
中国市场主要厂商为西门子、欧姆龙、三菱、台达等国际大公司,欧美公司在大、中型PLC领域占有绝对优势,日本公司在小型PLC领域占据十分重要的位置。
系统总体设计:
电机变频调速控制系统原理框图如图所示,计算机下载程序到PLC和触摸屏,通过触摸屏输入指令,PLC将信号传给变频器,由变频器实现三相异步电动机的启停、变频调速、正反转运行。
2.EV1000系列通用变频器
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。
2.1变频器安装
、安装使用环境:
(1)
环境温度—10C~40C;
环境湿度要求不大于90%RH表面无凝露);无强电磁干扰;
无水滴、蒸汽、酸、碱、腐蚀性气体及导电粉尘;
安装位置无强烈振动;远离高温源且无阳光直射;
(7)
禁止直接使用在易燃、易爆环境。
、安装注意事项
(1)安装空间通风良好,与周围相邻物品应保留足够的空间(上下不低于100mm左右不低于50mm。
(2)保持竖直安装,出风口朝上;进、出风流畅。
(3)确保安装于能承受其重量的地方。
(4)确保安装于非可燃材料上。
三、配线
变频器的基本配线如配线部分所示,用户在安装使用时请按此图正确连接。
四、主回路端子
11kW以下(含11kW主回路端子。
15kW以上(含15KW主回路端子。
端子说明应用
R变频器输入端子接三相交流电源(50HZ/60HZ)STU变频器输出
端子接三相异步电机VWP辅助输出端子P、P+外接直流电抗器P+、PR外接制动电
阻(11kW以下含11kWP、N-外接制动单元(15kW以上含15Kw)P+PRN-E接
地端子变频器接地。
五、控制回路接线端子
(1)控制回路接线端子示意图
(2)控制回路接线端子说明端子端子说明应用10V模拟辅助电源固定偏置电压、允许负载不大于20mAVA频率给定输入电压信号,可以选择0~5V或0~10V输
入IA电流信号,可以选择0~20mA或4~20mA输入VFPI反馈输入电压信号,可
以选择0~5V或0~10V输入IF电流信号,可以选择0~20mA或4~20mA输入FMV频
率表输出频率表外接端子,0~5V输出,(频率表内阻要求不小于1kQ)GND模拟
信号地模拟信号输入、输出公共端子FMI保留FOR正转端子控制模式下,正转输入指令REV反转端子控制模式下,反转输入指令JOG点动点动输入指令FRE自由停车自由停车输入指令SP1多段速1~3三个端子组合成1~7段速输入指令其它
控制功能见功能说明SP2SP3RST复位故障后复位输入指令,也可以定义为外部中
断申请ST1加减速时间选择1、2两个端子组合成四个加减速时间选择指令ST2
COM控制信号地控制信号公共端子OT1频率水平检测1开集电极输出,允许负载不大于20mAOT2频率水平检测2OT3故障信号输出24V控制辅助电源辅助电源,
允许负载不大于100mA
六、接线注意事项
(4)变频器U、V、W输出最好与电机直接相连;当装有备用系统而必须跨
接交流接触器时,则必须确保交流接触器先可靠吸合再启动变频器输出。
容吸收装置等。
2.2概述
10cm以上
安装图
变频器配线时,
您需完成电源回路和控制回路的接线。
首先,拧下塑胶外壳上面板的固定螺钉,打开变频器上面板,您就可以看到电源回路和控制回路的接线端子。
如果变频器型号同电源端子位置会略有不同,详见下述。
键盘显示单元安装位置的下方是控制回路端子排CN5CN6及跳线CN16CN17CN10CN5端子排为继电器输出
端口,CN6端子排为模拟、数字输入、输出及通讯接口。
CN16CN17及CN10为跳线
器,可用来选择模拟输出为电压或电流信号。
下文将分别描述各端子的功能。
下图为变频器总接线图。
提示:
基本配线图
3、内含制动单元,使用能耗制动时需在P(+)、PB之间连接制动电阻;
4、控制端子的使用,请参看3.2.3节的内容。
5、必须在每台变频器的输入端加过流保护装置MCCB并固定在电气柜内。
6变频器的连线线径和MCCB勺容量建议满足如下表要求.
型号
MCCB
断路器
(A)
动力回路
(mm
控制电路线
(mrn)
输入线
制动线
输出线
接地线
EV1000-2S0004G16
1.5
1.0
1.0
2.5
1
EV1000-2S0007G20
2.5
1.0
1.0
2.5
1
EV1000-2S0015G32
4
1.5
2.5
2.5
1
EV1000-2S0022G50
6
1.5
2.5
2.5
1
EV1000-4T0007G10
1.0
1.0
1.0
2.5
1
EV1000-4T0015G16
1.5
1.0
1.5
2.5
1
EV1000-4T0022G16
1.5
1.5
1.5
2.5
1
EV1000-4T0037G25
2.5
1.5
2.5
2.5
1
EV1000-4T0037P25
2.5
1.5
2.5
2.5
1
EV1000-4T0055G32
4
2.5
4
2.5
1
4
2.5
4
2.5
注意:
如果控制电路采用多芯电缆单根电缆线径可以为0.5mm2
2.3主回路输入输出端子
EV1000系列变频器的主回路端子有以下三种形式请根据您选购的变频器型见以
下部分
1.EV1000-2S0004GEV1000-2S0007G,图中各端子含义见下表
L
1N1
U1
V1
W1
P(+)
1PB
主回路端子描述
端子名称
功能说明
L、N
单向交流220V输入端子
P(+)、PB
外接制动电阻端子
P(+)、(-)
直流正负母线输入端子
U、V、W
变频器三相交流输出端子
PE
安全接地端子(在散热器上)
注意:
端子螺钉紧固力矩为14kgf.cm保护地线需接在外壳标有的散热器固定螺钉上
2.EV1000-4T0007GEV1000-4T0015GEV1000-4T0022GEV1000-2S0015G
进绒端子(机器顶部)
P出
出线端子(机器底旨b
r1
1
1
U1V1虫
1
FE1
进线端子(机器顶部)
R
S
T
PB
P什)
(-)
出线端子(机器底部)
U
V
W
PE
主回路端子描述
端子名称
功能说明
R、S、T
三相交流输入端子
P(+)、PB
外接制动电阻端子
P(+)、(-)
直流母线输入端子
U、V、W
变频器三相交流输出端子
PE
安全接地端子
注意:
端子螺钉紧固力矩为17kgf.cm对于EV1000-2S0015G变频器输入接线时电源
线接至输入端子RST中的任意两个.
3.EV1000-4T0037GEV1000-4T0037PEV1000-4T0055GEV1000-4T0055P
EV1000-2S0022G
P什)
PB
R
S
T
U
V
W
主回路端子描述
端子符号
功能说明
R、S、T
三相交流输入端子
P(+)、(-)
外接制动电阻端子
U、V、W
三相交流输出端子
PE
安全接地端子(在散热器上)
注意:
端子螺钉紧固力矩为17kg.cm安全地线需接在外壳标有的散热器固定螺钉上对
于EV1000-2S0022G变频器电源线可连接输入端子RST中的任意两个。
2.4控制回路配置及配线
1控制板端子及跳线器的相对位置及功能简介
变频器控制板上的端子排CN5CN及跳线开关CN10CN16CN的位置如图所示
各端子功能说明请参见表各跳线开关的功能以及设置说明请参见表变频器投入
使用前应正确进行端子配线和设置控制板上的所有跳线开关建议使用1mm2^上的导
线作为端子连接线。
提供给用户使用的端子功能
序号
功能
CN5
继电器输出端子
CN6
模拟输入及输出端口、开关里输入输出端口
提供给用户使用的跳线开关功能
序号
功能及设置
出厂值
CN10
CCI电流/电压输入方式选择
I:
0/4~20mA电流信号
V:
0~10V电压信号
0~10V
CN16
AO1输出电流/电压类型选择
0/4~20mA:
AO1端子输出电流信号
0/2~~10V:
AO1端子输出电压信号
0~10V
CN17
AO2输出电流/电压类型选择
0/4~20mA:
AO2端子输出电流信号
0/2~~10V:
AO2端子输出电压信号
0~10V
2.5基本运行参数(F0组)
F0.00频率给定通道选择范围:
0〜6【6】
0:
数字给定1,LED键盘显示单元▲、▼调节频率设置初值为F0.02,用LED键
盘显示单元▲、▼键来调节。
1:
数字给定2,端子UP/DN调节频率设置初值为F0.02,用端子UP/DN来调节。
2:
数字给定3,串行口给定串行口频率设置初值由F0.02设置,通过串行口
频率设置命令来改变频率。
3:
VCI模拟给定(VCI-GND频率设置由VCI端子模拟电压确定,输入电压范围:
0〜10VDC
4:
CCI模拟给定(CCI-GND频率设置由CCI端子模拟电压/电流确定,输入
范围:
0〜10VDC(CN10跳线选择V侧),0〜20mA(直流,CN10跳线选择I侧)。
5:
端子脉冲(PULSE给定频率设置由端子脉冲频率确定(只能由X4或X5输入,
见F7.03〜F7.04定义),输入脉冲信号规格:
电压范围15〜30V;频率范围0〜50.0kHz。
6:
LED键盘显示单元模拟给定频率设置由LED键盘显示单元电位计确定,电
位计调节频率范围固定为0~最大输出频率(F0.05)。
F0.03运行命令通道选择范围:
0、1、2【0】
EV1000有三种运行命令通道。
0:
LED键盘显示单元运行命令通道用RUNSTOP键控制起停。
1:
端子运行命令通道用外部控制端子FWDREV等进行起停。
2:
串行口运行命令通道通过串行口进行起停。
F0.04运转方向设定范围:
0、1【0】
该功能适合于LED键盘显示单元运行命令通道和串行口运行命令通道,对端子运
行命令通道无效。
0:
正转1:
反转
F0.05
F0.06
最大输出频率范围:
Max{50.00,F0.12上限频率}〜650.00Hz【50.00Hz】
基本运行频率范围:
1.00〜650.00Hz【50.00Hz】
最大输出频率是变频器允许输出的最高频率,如图4中的fmax;基本运行频率
是变频器输出最高电压时对应的最小频率,一般是电机的额定频率。
如图4中的fb;
最大输出电压是变频器输出基本运行频率时,对应的输出电压,一般是电机的额定电
压,如图4所示。
图1特性参数定义示意图
图2加减速时间定义
加速时间是指变频器从零频加速到最大输出频率F0.05所需时间见图5中的t1
减速时间是指变频器从最大输出频率F0.05减至零频所需时间见图5中的t2。
EV1000系列变频器一共定义了四种加减速时间这里仅定义了加减速时
间1加减速时间24在F3.17F3.22中定义。
提示:
加减速时间14均可通过F9.09选择计时单位分秒出厂默认单位为秒。
程序流程图:
3.1电机正反转控制:
3.PLC梯形图
触挾屏
停山
KOOO1002¥301T1
Hl———H——H
¥000—Ih
¥000
10
XOOl1002V»gTO
HI———H——IF
¥001
VOOt
i£T1—
20
其中
X0----正转启动X1----反转启动X2----停止
{YOOO
(TO
0001
K10
Y0----正转运行丫1----反转运行TO----正转停止延时T1----反转停止延
TO和T1是用来保护电机的,就是需要正转停止1秒后再能启动反转。
可以根据
实际情况适当修改这两个时间的长短。
3.2转速测量:
曾1;
0:
W1I
#
TU
■H
'■II
屮:
.宙
■心
rm
GW
un
4.1工作界面:
4.屏幕界面控制
工作界面
欢迎界面
4.2参数设置界面:
参数设置界面
5.个人体会
通过向同学的请教学习,通过在网上查资料学习,使我收获很多,再次加深
了PLC的基础知识,对PLC的应用和原理有了更细致的了解。
通过对软件的使用,对软件更加熟悉,加深了编写梯形图的熟练度。
做工程比较综合,可以接触到一些平时课本上学不到的东西,非常的有意义。
在这次课程设计中我觉得最重要的就是要有自学能力,因为这次实训中有部分知识我们之前还没有接触过,所以自己必须学会查找相关的资料。
另外就是在遇到实际问题的时候,要认真思考,运用所学的知识,一步一步的去探索,是完全可以解决遇到的一般问题的。
而在这次设计程序的过程中,我一开始时走了很多弯路,这也是自己的知识不够扎实的原因。
不过经过自己几天的努力,最后还是做了出来,而且还做得挺不错的。
经过这次的课程设计,让我深深的感受到理论联系实践的重要性,平时在学习中不能够透彻理解的知识,通过动手,会有更好的认知。
本次课程设计虽然不长,但是它给我们带来了很多收获。
它使我意识到自己的操作能力的不足,在理论上还存在很多缺陷。
所以在以后的学习生活中,我会更加努力地加强理论联系实践的学习,在努
力学好专业知识的同时努力加强自己的专业技能方面的能力,使自己的知识在实践中不断增长,在实践中锻炼自己,培养自己各方面的能力,不断提高自己的能力。
6.参考文献
张根宝.工业自动化仪表与过程控制.西北工业大学出版社,2008.
陈建明.电气控制与PLC应用.北京:
电子工业出版社,2010.
陈金化.可编程控制器(PC)应用技术[M].北京:
电子工业出版社,2005.
EV1000使用说明书.
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