PLC对变频器的Modbus通讯控制毕业设计方案.docx
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PLC对变频器的Modbus通讯控制毕业设计方案.docx
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PLC对变频器的Modbus通讯控制毕业设计方案
南阳理工学院
本科生毕业设计(论文)
学院(系):
电子和电气工程院
专业:
自动化
学生:
指导老师:
完成日期年5月
南阳理工学院本科生毕业设计(论文)
PLC对变频器Modbus通讯控制
FrequencyconverterwithModbuscommunicationcontrol
basedonPLC
总计:
25页
表格:
3个
插图:
20幅
南阳理工学院本科毕业设计(论文)
PLC对变频器Modbus通讯控制
FrequencyconverterwithModbuscommunicationcontrol
basedonPLC
学院(系):
电子和电气工程系
专业:
自动化
学生姓名:
学号:
10409102
指导教师(职称):
评阅教师:
完成日期:
年月日
PLC对变频器Modbus通讯控制
自动化
[摘要]本设计关键内容为设计和制作运动控制试验台。
以伺服电机及配套驱动器、PLC和变频器为关键设备,实现多种控制要求,方便以后学习伺服及相关传动知识。
关键完成以DVP系列PLC作为主机,经过其自带RS485接口,使用MODBUS协议实现对内嵌有RS485接口台达VFD-M变频器进行控制,旋转编码器采集三相异步电机速度反馈给PLC等控制任务。
[关键字]PLC;变频器;MODBUS;控制
FrequencyconverterwithModbuscommunicationcontrolbasedonPLC
AutomatinSpecialtyYAOYi-bin
Abstract:
Thedesignisaimedtomakedesigningservoexperimentstable.Basedonthedevices,thesystemregardstheservomotorandmatchingdrive.PLC.inverterasthecorecomponentsandachievingmanykindsofcontrolrequirement,ithelpstolearntheknowledgeofservoandtransmission.FrequencyconverterwithModbuscommunicationcontrolbasedonDELTADVP40EHPLC.Encoderfeedbackspeedofthree-phaseasynchronousmotortoPLC.Comprehensiveusetheexperimentequipment.
Keyword:
ProgrammableLogicController;converter;Modbus;control
1引言
1.1课题研究意义
伴随工业自动化技术不停发展,在工业控制中,交流电机拖动越来越多地采取变频器完成,而变频器也不仅仅作为一个单独实施机构,而是伴随其不停智能化,能够同主机之间经过一定通信方法结合成一个有机整体。
采取RS485通信接口对交流电机拖动进行控制,这是一个低成本联接方案,能够极大地降低线路联接复杂性,避免现场可能多种电磁干扰对控制设备影响。
本设计介绍以DVP系列PLC作为主机,经过其自带RS485接口,使用MODBUS协议实现对内嵌有RS485接口台达VFD-M变频器进行控制,VFD-M变频器控制异步电机运行,用旋转编码器测试电机转速反馈给台达PLC,台达PLC控制ASDA-AB伺服电机跟踪异步电机运行,同时在试验台上实现DOP-AE系列人机界面监控。
现在变频器调速已经上升为以电气调速传动为主流,变频器调速已经从最初只能用于风机、泵类调速过渡到针对各类高精度、快响应高性能调速控制。
中小容量变频器采取了自关断器件全数字控制PWM,已经实现了通用化,变频器调速已经优于直流调速装置。
变频器快速发展,使传统电气传动观念得到了转变。
伴随智能化发展和普及,使用PLC和变频器结合来实现变频器远程控制,是现在电气传动远程控制中主流。
我们国家伺服控制系统研究较国外晚部分,不过台达企业也推出了部分比很好变频器。
但跟国外还是有差距,关键表现在控制精度上,伴随中国经济发展,中国设备对控制精度要求越来越高,现成控制系统仍有很多需要改善和完善地方,所以要不停地改善和技术革新。
1.2课题研究目标
完成试验台设计和制作,关键以PLC对变频器MUBDUS通讯控制为目标。
设计目标是能使我们掌握自动化控制工程设计能力和安装调试能力,熟悉台达PLC、变频器、伺服驱动器和伺服电机等硬件,掌握WPLsofl软件编程。
为我们毕业后进入自动化行业打下坚固基础。
2硬件介绍
2.1VFD-M变频器
变频器是利用电力半导体器件通断作用将工频电源变换为另一频率电能控制装置,能实现对交流异步电机软起动、变频调速、提升运转精度、改变功率原因、过流/过压/过载保护等功效。
毕业设计中使用是台达VFD-M变频器。
台达变频器VFD系列是一款高功效低噪音迷你型变频器。
含有体积小、低速力矩大、性能完善、使用方便等特点。
使用型号为VFD015M21A-Z(VFD-M系列;2HP;最大适用马达1.5KW;输入电压:
220V)变频器。
2.2Delta伺服驱动器和伺服电机
伴随微处理器技术日新月异,大功率、高性能半导体功率器和伺服电机所需永磁材料制造工艺发展及其性价比不停提升,交流伺服电机和交流伺服控制系统已经成为目前工业领域中,实现自动化基础技术。
台达ASDA交流伺服驱动器以其掌握关键电子技术为基础,针对不一样生产机械需求,研发了全方位伺服驱动器及伺服系统。
台达伺服驱动器产品控制回路均采取高速数字信号处理器,配合增益自动调整、指令平滑功效设计和软件分析和监控,可达成高速位移、正确定位等运动控制需求。
ECMA系列伺服马达支持低、中、高三种惯量,可处理在不一样扭力应用上需求。
支持标准Modbus通讯读写,可和台达PLC,HMI组成通讯控制架构。
本系列可适适用于多种机械加工行业或产业机械。
多用于机械加工中心刀库控制,分度装配系统、封口机、剪床机、送料机、雕刻机、车床、高速卷绕机、检测机、切割机、PCB点胶机、成型机等。
使用ASDA-AB伺服驱动,其参数以下表1:
表1ASDA-AB伺服驱动参数设置
额定输出功率
400W
输入电压及相数
220V
编码器分辨率
2500ppr
是否支持ECMA电机机种
是
2.2.4伺服电机工作原理
交流伺服电动机定子结构基础上和电容分相式单相异步电动机相同。
其定子上装有两个位置互差90°绕组,一个是励磁绕组Rf,它一直接在交流电压Uf上;另一个是控制绕组L,联接控制信号电压Uc。
所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。
交流伺服电动机转子通常做成鼠笼式,但为了使伺服电动机含有较宽调速范围、线性机械特征,无“自转”现象和快速响应性能,它和一般电动机相比,应含有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。
现在应用较多转子结构有两种形式:
一个是采取高电阻率导电材料做成高电阻率导条鼠笼转子,为了减小转子转动惯量,转子做得细长;另一个是采取铝合金制成空心杯形转子,杯壁很薄,仅0.2-0.3mm,为了减小磁路磁阻,要在空心杯形转子内放置固定内定子。
空心杯形转子转动惯量很小,反应快速,而且运转平稳,所以被广泛采取。
交流伺服电机工作原理和分相式单项异步电动机即使相同,但前者转子电阻比后者大多,所以伺服电机和单相异步电机相比有三个显著特点:
(1)开启转矩大
因为转子电阻大,它可使临界转差率SO>1,这么不仅使其机械特征更靠近于线性,而且含有较大开启转矩。
所以,当定子一有控制电压,转子立即转动,即含有开启快,灵敏度高特点。
(2)运行范围广
(3)无自转现象
正常运转伺服电机,只要失去控制电压,电机立即停止运转。
伺服关键靠脉冲来定位,基础上能够这么了解,伺服电机接收到1个脉冲,就会旋转1个脉冲对应角度,从而实现位移,因为,伺服电机本身含有发出脉冲功效,所以伺服电机每旋转一个角度,全部会发出对应数量脉冲,这么,和伺服电机接收脉冲形成了呼应,或叫闭环,如此一来,系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机,同时又收了多少脉冲回来,这么,就能够很正确控制电机转动,从而实现正确定位,可达成0.001mm。
直流伺服电机分为有刷和无刷电机。
有刷电机成本低,结构简单,开启转矩大,调速范围宽,控制轻易,需要维护,但维护方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。
所以它能够用于对成本敏感一般工业和民用场所。
交流伺服电动机在没有控制电压时,定子内只有励磁绕组产生脉动磁场,转子静止不动。
当有控制电压时,定子内便产生一个旋转磁场,转子沿旋转磁场方向旋转,在负载恒定情况下,电动机转速随控制电压大小而改变,当控制电压相位相反时,伺服电动机将反转。
2.3人机界面
工业人机界面(IndustrialHuman-machineInterface或简称IndustrialHMI)是一个带微处理器智能终端,通常见于工业场所,实现人和机器之间信息交互,包含文字或图形显示和输入等功效。
现在也有大量工业人机界面因其成熟人机界面技术和高可靠性而被广泛用于智能楼宇、智能家居、城市信息管理、医院信息管理等非工业领域,所以,工业人机界面正在向应用范围更广高可靠性智能化信息终端发展
毕业设计采取是台达DOP系列人机界面产品,该人机界面支持Delta、Omron、Siemens、Mitsubishi等不一样种牌子PLC,支持任意字体画面编辑器,操作方便,利用宏功效能够有效帮助PLC处理复杂运算功效及分担PLC控制器工作量,还能够配合通讯宏指令自行撰写通讯协议,并透过串行口和特定系统或控制连接。
DOP系列人机界面需要安装ScreenEditor编辑软件。
3试验台组建和各器件连接
3.1电源模块
设计试验台使用是DVP-40EHPLC、VFD-M变频器、ASD-AB伺服驱动器、ECMA系列伺服马达、三相异步电动机等。
依据上述设备PLC、变频器和伺服驱动需要单相220V电源,能够由空气开关直接提供,而三相异步电机需要是三相330V交流电,能够由变频器提供。
220V交流电经过直流稳压电源给编码器等设备提供24V直流电源。
空气开关选择也至关关键,现在空气开关不仅仅是一个开关,同时还含有漏电保护功效、失压、过电路保护等作用。
试验台上我们选择是含有漏电保护作用断路器。
空气开关选择其额定电流应该大于或等于线路额定电路,试验台上安装断路器型号分别为DZ47LE-16和DZ47LE-13两种型号。
图1空气开关
图2直流稳压电源
3.2变频器安装和设置
3.2.1VFD-M变频器安装
台达VFD-M变频器是用螺钉固定在铁架台上,因为变频器在运行时候会产生大量热量,所以在其左右留有大量空间方便其散热。
变频器底部装有冷却风扇,且底部需要接线,所以在变频器底部也留有大量空间,为了接线方便把变频器向里面缩进了一点。
图3变频器所表示。
因为变频器四面留有大量散热孔,在安装时候一定要注意不能将杂物木屑等物掉入变频器里,很可能会引发火灾等事故。
图3变频器
3.2.2VFD-M变频器配线
台达VFD-M变频器选择是220V交流电源,由空气开关C20连接到变频器R/L1,S/L2,T/L3端。
给变频器提供电源。
三相异步电动机接变频器U/T1,V/T2,W/T3端。
给三相异
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