PLC在多段調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、可編程控制器技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目PLC在多段調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 二、設(shè)計(jì)主要內(nèi)容在工業(yè)應(yīng)用控制中，經(jīng)常用到多段速度控制實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備，用參數(shù)將多種速度預(yù)先設(shè)定，用輸入端子進(jìn)行轉(zhuǎn)換。如恒壓供水、電梯速度控制等。本課題要求設(shè)計(jì)一個由PLC、變頻器、異步電動機(jī)組成的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，完成PLC接線圖和控制梯形圖的設(shè)計(jì)。學(xué)習(xí)力控組態(tài)組態(tài)軟件，進(jìn)行監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)，利用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備完成PLC端子和變頻器、異步電動機(jī)的接線，并進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試。具體設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：1、掌握FR-S540變頻器的基本工作原理（1）了解變頻器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理；（2）掌握變頻器各參數(shù)的意義及設(shè)置方法；（3）掌握變頻器操作面板的基

2、本操作。2、三相異步電動機(jī)3速系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)用PLC、變頻器設(shè)計(jì)一個電動機(jī)的三速運(yùn)行的控制系統(tǒng)。其控制要求如下：按下起動按鈕，電動機(jī)以30Hz速度運(yùn)行，5s后轉(zhuǎn)為45Hz速度運(yùn)行，再過5s轉(zhuǎn)為20Hz速度運(yùn)行，按停止按鈕，電動機(jī)即停止。FR-S540變頻器的設(shè)定參數(shù)：（1）上限頻率Pr1=50Hz；（2）下限頻率Pr2=0Hz；（3）基底頻率Pr3=50Hz；（4）加速時間Pr7=2s；（5）減速時間Pr8=2s；（6）電子過電流保護(hù)Pr9=電動機(jī)的額定電流；（7）操作模式選擇（組合）Pr79=3；（8）多段速度設(shè)定（1速）Pr4=20Hz；（9）多段速度設(shè)定（2速）Pr5=45Hz；（10）多

3、段速度設(shè)定（3速）Pr6=30Hz。3、三相異步電動機(jī)15段速度運(yùn)行系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)按下啟動按鈕，可選擇工頻/變頻控制， 能實(shí)現(xiàn)自動控制和手動控制（自動轉(zhuǎn)換頻段/手動輸入頻段），并可實(shí)現(xiàn)高、低速轉(zhuǎn)換。4、監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)監(jiān)控界面實(shí)現(xiàn)自動控制和手動控制（自動轉(zhuǎn)換頻段/手動輸入頻段），并可實(shí)現(xiàn)高、低速轉(zhuǎn)換。能夠?qū)υO(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。三、原始資料1、變頻器的基本工作原理交直交變頻器的基本構(gòu)成2、FR-S540變頻器的基本參數(shù)（1）輸出頻率范圍（Pr.1、Pr.2），Pr.1為上限頻率， Pr.2為下限頻率。（2）多段速度運(yùn)行（Pr.4、Pr.5、Pr.6、Pr.24Pr.27），（3）加減速時間（Pr

4、.7、Pr.8、Pr.20），（4）電子過電流保護(hù)（Pr.9），Pr.9用來設(shè)定電子過電流保護(hù)的電流值，以防止電動機(jī)過熱，故一般設(shè)定為電動機(jī)的額定電流值。（5）起動頻率（Pr.13），（6）適用負(fù)荷選擇（Pr.14），（7）點(diǎn)動運(yùn)行（Pr.15、Pr.16），（8）參數(shù)寫入禁止選擇（Pr.77），（9）操作模式選擇（Pr.79）， 3、FR-S540變頻器的各電路的接線端子4、七段速度對應(yīng)的端子5、15段速度對應(yīng)的端子6、課程設(shè)計(jì)使用設(shè)備（1）變頻器1臺（三菱FR-S540）；（2）三相異步電動機(jī)1臺；（3）導(dǎo)線若干；（4）PC機(jī)；（5） 電位器1個（2W/1kW）；（6）PLC實(shí)驗(yàn)控制臺。四

5、、要求的設(shè)計(jì)成果（1）根據(jù)控制要求進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)。（2）完成PLC、變頻器、異步電動機(jī)組成的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。（3）利用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試。（4）編寫可編程控制器技術(shù)課程設(shè)計(jì)報告，課程設(shè)計(jì)報告內(nèi)容包括： 設(shè)計(jì)方案、課程設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)思想、方法、原理。 用A4圖紙繪制PLC控制系統(tǒng)的電氣原理圖（可用繪圖軟件也可手繪）。 PLC控制程序（梯形圖和指令表），有程序說明。 參考資料、參考書及參考手冊。其他需要說明的問題，例如操作說明、程序的調(diào)試過程、遇到的問題及解決方法、對課程設(shè)計(jì)的認(rèn)識和建議等?？删幊炭刂破骷夹g(shù)課程設(shè)計(jì)報告可以手寫，也可以用電腦編排打印，報告格式按照華中科

6、技大學(xué)武昌分校課程設(shè)計(jì)管理辦法執(zhí)行。課程設(shè)計(jì)報告要求內(nèi)容正確完整，圖表清晰，敘述簡明，語句通順，字?jǐn)?shù)不得少于2000漢字。課程設(shè)計(jì)報告按封面、任務(wù)書、設(shè)計(jì)說明書、圖紙、實(shí)物照片貼頁（實(shí)物照片貼在A4復(fù)印紙上）、成績評定表的順序裝訂。五、進(jìn)程安排內(nèi)容時間下達(dá)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書。講解課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求、進(jìn)度安排、指導(dǎo)時間、注意事項(xiàng)、提供參考資料。學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室熟悉設(shè)備。1天搜集資料、方案論證、初步設(shè)計(jì)。1天系統(tǒng)設(shè)計(jì)、繪制系統(tǒng)控制原理圖、接線圖及軟件編程。2天利用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備完成控制系統(tǒng)的硬件接線工作，運(yùn)行控制程序，進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試。3天方案優(yōu)化、總結(jié)完善、整理資料、撰寫課程設(shè)計(jì)報告2天答辯、課程設(shè)計(jì)總結(jié)。1

7、天共計(jì)10天（2周）六、主要參考資料1 馬小軍.可編程控制器及其應(yīng)用.南京:東南大學(xué)出版社，2007.2 姚錫祿.變頻器技術(shù)應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2009.3 巫莉.電氣控制與PLC應(yīng)用.北京：中國電力出版社，2008.4 曹輝，馬棟萍.組態(tài)軟件技術(shù)及運(yùn)用.北京：電子工業(yè)出版社，2009.指導(dǎo)教師（簽名）： 20 年 月 日目 錄1. 課程設(shè)計(jì)題目及要求 11.1 題目 11.2 控制要求 11.3系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 12. 變頻器工作原理 22.1變頻器的基本工作原理 22.2 FR-S540型變頻器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 22.3 FR-S540型變頻器的參數(shù)及參數(shù)設(shè)置方法 33. PLC工作原理

8、 63.1 PLC工作原理及掃描工作方式 63.1.1 PLC工作原理 63.1.2掃描工作過程 63.2 FX2N-48MR型PLC 74控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 94.1 PLC控制電路圖 94.2 多段轉(zhuǎn)速控制 94.3 PLC（I/O）分配 104.4程序設(shè)計(jì) 115監(jiān)控界面的設(shè)計(jì) 165.1監(jiān)控軟件介紹 165.2監(jiān)控界面的制作過程 175.2.1 本次力控組態(tài)軟件介紹 175.2.2 設(shè)計(jì)流程 176運(yùn)行調(diào)試 227總結(jié) 238.參考文獻(xiàn) 259.附錄1 多段調(diào)速系統(tǒng)硬件接線圖 26 附錄2 多段調(diào)速PLC控制梯形圖 27 附錄3 實(shí)物照片 301 課程設(shè)計(jì)題目及要求1.1題目PLC在多段調(diào)速

9、系統(tǒng)中的應(yīng)用1.2 控制要求按下起動按鈕，電動機(jī)以30Hz速度運(yùn)行，5s后轉(zhuǎn)為45Hz速度運(yùn)行，再過5s轉(zhuǎn)為20Hz速度運(yùn)行，按停止按鈕，電動機(jī)即停止。按下啟動按鈕，可選擇工頻/變頻控制， 能實(shí)現(xiàn)自動控制和手動控制（自動轉(zhuǎn)換頻段/手動輸入頻段），并可實(shí)現(xiàn)高、低速轉(zhuǎn)換。監(jiān)控界面實(shí)現(xiàn)自動控制和手動控制（自動轉(zhuǎn)換頻段/手動輸入頻段），并可實(shí)現(xiàn)高、低速轉(zhuǎn)換。能夠?qū)υO(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。1.3系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)如下圖1-1所示 組態(tài)軟件 PLC 變頻器 電機(jī)圖1-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 如圖所示，我們先要弄清楚變頻器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及如何對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。然后要編寫PLC的控制梯形圖，完成PLC對變頻器的控制。最后要

10、學(xué)會組態(tài)軟件的使用，完成組態(tài)軟件對PLC的控制。2 變頻器工作原理2.1變頻器的基本工作原理變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交直交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。通用變頻器一般都采用交直交的方式組成，其基本工作原理如下圖2-1

11、所示：圖2-1 變頻器基本工作原理2.2 FR-S540型變頻器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 如圖2-2所示圖2-2 FR-S540型變頻器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)變頻器有內(nèi)部模式（pu）和外部模式（exit）。FR-S500沒有通訊模塊，在PU模式可以直接控制電機(jī)高低速轉(zhuǎn)換，這就不需要plc控制。我們采用exit外部模式，所有的信號由plc輸入到變頻器，這樣就可以直接實(shí)現(xiàn)自動與手動的切換，同時從一速到七速的頻率在變頻器外部模式下根據(jù)特定的參數(shù)設(shè)定好。2.3 FR-S540型變頻器的參數(shù)及參數(shù)設(shè)置方法 變頻器的設(shè)定參數(shù)多，每個參數(shù)均有一定的選擇范圍，使用中常常遇到因個別參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，導(dǎo)致變頻器不能正常工作的現(xiàn)象?？刂品绞剑杭?/p>

12、速度控制、轉(zhuǎn)距控制、PID控制或其他方式。采取控制方式后，一般要根據(jù)控制精度，需要進(jìn)行靜態(tài)或動態(tài)辨識。說明：SD-公共端接PLC的COM口，RH-高速輸出（變頻器原始設(shè)置是50HZ）接PLC程序控制的三速輸出Y24RM-中速輸出（變頻器原始設(shè)置是30HZ）接PLC程序控制的二速輸出Y23RL-低速輸出（變頻器原始設(shè)置是20HZ）接PLC程序控制的一速輸出Y22 變頻器四速到七速的輸出有RH,RM,RL組合變頻器多速組合輸出如下圖2-3所示：圖2-3變頻器多速組合輸出由于現(xiàn)在一般的電機(jī)都是按工頻50HZ制造而成，因此頻率設(shè)置參數(shù)如下表2-4：exit（外部）模式頻率Pr.6（低速）10HZPr.

13、5（中速）15HZPr.4（高速）20HZPr.24（四速）25HZPr.25（五速）30HZPr,26（六速）35HZPr.27（七速）40HZ表2-4 頻率設(shè)置參數(shù)在界面上可以直接操作：鼠標(biāo)直接點(diǎn)擊手動或自動，在選擇點(diǎn)擊正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，最后點(diǎn)擊啟動。點(diǎn)擊手動時，在電機(jī)啟動后可以直接用鼠標(biāo)點(diǎn)擊1速到7速，同時變頻器顯示模塊會顯示對應(yīng)的頻率，點(diǎn)擊停止后電機(jī)馬上停下來。點(diǎn)擊自動時，電機(jī)自動從1速運(yùn)行到7速，最后保持在7速，每一次速度變化時，變頻器顯示模塊上頻率相應(yīng)變化，可以明顯看出來。需要點(diǎn)擊自動復(fù)位，電機(jī)才會回到1一速，在慢慢運(yùn)行到7速，點(diǎn)擊停止后，電機(jī)馬上，顯示模塊頻率會馬上降到0。FR-S54

14、0型變頻器參數(shù)設(shè)置見下圖2-5,2-6圖2-5 FR-S540型變頻器參數(shù)設(shè)置圖2-6 FR-S540型變頻器參數(shù)設(shè)置3 PLC工作原理3.1 PLC工作原理及掃描工作方式3.1.1 PLC工作原理 當(dāng)PLC運(yùn)行時，是通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來完成控制任務(wù)的，需要執(zhí)行眾多的操作，但CPU不可能同時去執(zhí)行多個操作，它只能按分時操作（串行工作），每一次執(zhí)行一個操作，按順序逐個執(zhí)行。由于CPU得運(yùn)算處理速度很快，所以從宏觀上來看，PLC外部出現(xiàn)的結(jié)果似乎是同時（并行）完成的。這種串行工作過程稱為PLC的掃描工作方式。用掃描工作方式執(zhí)行用戶程序時，掃描是從第一條程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況

15、下，按程序存儲順序的先后，逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃描執(zhí)行，周而復(fù)始地重復(fù)運(yùn)行。PLC的掃描工作方式與電氣控制的工作原理明顯不同。電氣控制裝置采用硬邏輯的并行工作方式，如果某個繼電器的線圈通電或斷電，那么該繼電器的所有常開和常閉觸點(diǎn)不論處在控制線路的哪個位子上，都會立即同時動作；而PLC采用掃描工作方式（串行工作方式），如果某個軟繼電器的線圈被接通或斷開，其所有的觸點(diǎn)不會立即動作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時才會動作。但由于PLC的掃描速度快，通常PLC與電氣控制裝置在IO的處理結(jié)果上并沒有什么差別。3.1.2掃描工作過程 掃描過程如圖3-1內(nèi)部通信通信服務(wù)輸入采樣執(zhí)行程序輸出刷

16、新STOPRUN圖3-1 掃描過程 PLC的掃描工作過程出除了執(zhí)行用戶程序外，在每次掃描工作過程中還要完成內(nèi)部處理、通信服務(wù)工作。如上圖所示，整個掃描過程包括內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新五個階段。整個過程掃描執(zhí)行一遍所需的時間稱為掃描周期。掃描周期與CPU運(yùn)行速度、PLC的硬件配置及用戶程序長短有關(guān)，典型值為1100ms。在內(nèi)部處理階段，進(jìn)行PLC自檢，檢查內(nèi)部硬件是否正常，對監(jiān)視定時器（WDT）復(fù)位以及完成其他一些內(nèi)部處理工作。在通信服務(wù)階段，PLC與其他智能裝置實(shí)現(xiàn)通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等。當(dāng)PLC處于停止（STOP）狀態(tài)時，只完成內(nèi)部處理和通

17、信服務(wù)工作。當(dāng)PLC處于運(yùn)行（RUN）狀態(tài)時，除完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作外，還要完成輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新工作。PLC的掃描工作方式簡單直觀，便于程序的設(shè)計(jì)，并為可靠運(yùn)行提供了保障。當(dāng)PLC掃描到得指令被執(zhí)行后，其結(jié)果馬上就被后面將要掃描到的指令所利用，而且還可以通過CPU內(nèi)部設(shè)置的監(jiān)控定時器來監(jiān)視每次掃描是否超過規(guī)定時間，避免由于CPU內(nèi)部故障使程序執(zhí)行進(jìn)入死循環(huán)。3.2 FX2N-48MR型PLCPLC主機(jī)如下圖3-2圖3- 2 PLC主機(jī)FX2N系列PLC外部結(jié)構(gòu)三菱公司的FX系列PLC是比較具有代表性的微型PLC，除具有基本的指令表編程以外，還可以采用梯形圖編程及對應(yīng)機(jī)械動作流

18、程進(jìn)行順序設(shè)計(jì)的SFC(Sequential Function Chart)順序功能圖編程，而且這些程序可以相互轉(zhuǎn)換。在FX系列PLC中設(shè)置了告訴計(jì)數(shù)器擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用領(lǐng)域。FX2N系列PLC的硬件結(jié)構(gòu)可以參考圖中帶擴(kuò)展模塊的PLC，途中表示出主機(jī)如何擴(kuò)展，通信接口位置等。圖3-3為詳細(xì)I/O端子編號。采用繼電器輸出，輸出側(cè)左端4個點(diǎn)公用一個COM端，右邊多輸出點(diǎn)公用一個COM端。輸出的COM比輸入端要多，主要要考慮負(fù)載電源種類較多，而輸入電源的類型相對較少。對于晶體管輸出其公用端子更多，下圖還有FX2N-16MT的輸出端子。 圖3-3 詳細(xì)I/O端子編號FX2N-48MR特點(diǎn)：節(jié)省空間：其

19、體積僅相當(dāng)于以前ANS系列PLC60%。安裝靈活：有多種主基板和擴(kuò)展基板供選擇。高性能模塊：提供有多種特殊功能模塊，功能更為強(qiáng)大。并且有相關(guān)設(shè)置軟件，編程及調(diào)試更加方便。(3)FX2N-48MR表示的意義： FX2N-48 M R 表示PLC系列名稱；表示輸入輸出點(diǎn)數(shù)總和，2N系列的點(diǎn)數(shù)總和時對半分的，故這里表示有24點(diǎn)輸入，24點(diǎn)輸出；表示單元種類：M基本單元，E輸入輸出混合擴(kuò)展單元，EX輸入專用擴(kuò)展模塊，EY輸出專用擴(kuò)展模塊；表示輸出形式：R繼電器輸出，S晶閘管輸出，T晶體管輸出。4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 PLC程序流程圖如圖4-1開始 是否手動 Y 切換到手動 N 速度1 定時5秒速度2

20、定時5秒速度3 定時5秒速度4 定時5秒 速度5 定時5秒速度6 定時5秒 速度7 復(fù)位 停止 圖4-1 PLC程序流程圖4.2 多段轉(zhuǎn)速控制變頻器每個輸出頻率的檔次需要由三個輸入端的狀態(tài)來決定，而操作人員切換轉(zhuǎn)速所用的開關(guān)器件每個檔次只有一個觸點(diǎn)。所以必須解決好轉(zhuǎn)速選擇開關(guān)的狀態(tài)和變頻器各控制端狀態(tài)間的變換問題。變頻器輸出的7檔（或15檔）轉(zhuǎn)速對應(yīng)于變頻器的3個輸入端的狀態(tài)如下圖4-2,4-3所示：圖4-2 變頻器輸出7檔轉(zhuǎn)速圖4-3 變頻器輸出15檔轉(zhuǎn)速4.3 PLC（I/O）分配 設(shè)計(jì)的I/O分配如下表4-4X000啟動X001電機(jī)正轉(zhuǎn)X002電機(jī)反轉(zhuǎn)X003復(fù)位X004停止X005一速

21、X006二速X007三速X010手動控制X011自動控制Y020電機(jī)正轉(zhuǎn)輸出Y021電機(jī)反轉(zhuǎn)輸出Y022一速輸出Y023二速輸出Y024三速輸出Y001四速輸出Y002五速輸出Y003六速輸出Y004七速輸出表4-4 I/O分配4.4程序設(shè)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)組成。下位機(jī)由plc控制變頻器，同時由變頻器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速；上位機(jī)由組態(tài)軟件實(shí)行監(jiān)控。下位機(jī)組成的變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由兩部分組成：手動控制和自動控制。手動控制可以使電機(jī)選擇正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，同時在一速到七速這七個速度之間自由切換。自動控制是首先選擇電機(jī)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，在接著從低速一直慢慢升到高速，通過復(fù)位可以使電動機(jī)自動從高速在降到低速。最

22、后自動控制停止后可以直接切換到手動控制。 根據(jù)要求將整個系統(tǒng)分為各個模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)介紹。（1） 手動控制設(shè)計(jì)根據(jù)所學(xué)對手動與自動切換采用主控指令MC N0 M20MCR N0 與MC N0 M1MCR N0將兩者分開執(zhí)行。對于手動程序此處采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法：經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法也叫試湊法，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法需要設(shè)計(jì)者熟練掌握一些常見的典型電路，在此基礎(chǔ)上再根據(jù)被控對象對控制的要求，將實(shí)際問題分解成典型控制，不斷地修改和完善梯形圖，直到滿足要求為止。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法對于一些比較簡單的或與某些典型程序相類似的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是比較奏效的，可收到很好的效果。但由于該方法主要靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，沒有普遍的規(guī)律可循，設(shè)計(jì)用的時間

23、、設(shè)計(jì)的質(zhì)量與編程者的經(jīng)驗(yàn)有較大關(guān)系，故對設(shè)計(jì)人員的要求較高，最好有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、對工業(yè)控制系統(tǒng)和工業(yè)上常用的各種典型環(huán)節(jié)比較熟悉，對于完成本系統(tǒng)的要求用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法顯得簡單、易懂。手動程序如下： 梯形圖分析如下：當(dāng)按下X010,通過主控線圈指令MC N0 M20進(jìn)入手動程序，當(dāng)按下X000啟動,當(dāng)X001或X002得電時選擇電機(jī)正轉(zhuǎn)輸出（Y20）或反轉(zhuǎn)輸出（Y21），并正反轉(zhuǎn)閉鎖。當(dāng)正轉(zhuǎn)輸出（Y20）或反轉(zhuǎn)輸出（Y21）得電時，X005,X006,X007可以選擇一速（Y22），二速（Y23），三速(Y24)輸出。對于四速（Y001）,五速（Y002），六速（Y003）,七速（Y004）輸出

24、由一速，二速，三速這個三種速度的輸出線圈得電狀態(tài)組合而完成，通過控制X005,X006,X007三個輸入開關(guān)的閉合并進(jìn)行組合，可以隨便選擇七個速度中任意一個速度。其組合如下表4-5：0表示斷開，1表示合上 。最后是主控復(fù)位線圈指令MCR。以下自動控制也有如下得電組合狀態(tài)。輸出 輸入X005X006X007一速（Y022）100二速（Y023）010三速（Y024）001四速（Y001）110五速（Y002）101六速 (Y003)011七速（Y004）111表4-5 得電組合狀態(tài)(2)自動控制設(shè)計(jì) 自動控制設(shè)計(jì)是讓電機(jī)由一速運(yùn)行一段時間（通過延時繼電器完成）后過渡到二速再延時一段過渡到三速，按

25、這種思路逐步運(yùn)行下去直到七速，并由復(fù)位開關(guān)實(shí)現(xiàn)停轉(zhuǎn)。這部分采用順控步進(jìn)程序完成設(shè)計(jì)。順序控制就是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的順序，使生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動而有序地進(jìn)行工作。順序控制法亦稱步進(jìn)控制設(shè)計(jì)法，同時作為一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，易被初學(xué)者接受，對于有經(jīng)驗(yàn)的工程師，也會提高設(shè)計(jì)效率，方便程序的調(diào)試、修改和閱讀。采用順序控制設(shè)計(jì)法進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的基本步驟及內(nèi)容包括劃分“步”、確定轉(zhuǎn)換條件、繪制順序功能圖、編寫梯形圖程序四個部分。設(shè)計(jì)程序如下：當(dāng)按下X011,通過主控指令進(jìn)入自動程序，并使S0成為活動步，在這時按下X000(啟動)后選擇的按下X001(

26、正轉(zhuǎn))或X0002(反轉(zhuǎn))，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。再通過Y020或Y021得電，使S20成為活動步。在此處設(shè)定一個時間繼電器T20，延時0.1S后使S0失電保證不使S0始終活動，使自動程序準(zhǔn)確運(yùn)行。同樣分析當(dāng)S20成為活動步，按下X001或X002,電機(jī)有正或反轉(zhuǎn)輸出同時進(jìn)入一速運(yùn)行（由于M8000:運(yùn)行監(jiān)控，常開接點(diǎn)，PLC在運(yùn)行RUN時接點(diǎn)閉合，以下出現(xiàn)M8000均是如此分析。），并在此時使延時繼電器T0得電。通過T0得電延時0.1S后使S21成為活動步，電機(jī)有正或反轉(zhuǎn)輸出并進(jìn)入二速運(yùn)行，在此時使延時繼電器T1得電。延時0.1S后延時繼電器T1閉合使S22成為活動步，電機(jī)有正或反轉(zhuǎn)輸出，并進(jìn)

27、入三速運(yùn)行，在此時使延時繼電器T2得電使S23成為活動步。當(dāng)S23成為活動步后，電機(jī)有正或反轉(zhuǎn)輸出，并通過Y022和Y023同時得電而Y024不得電配合來控制變頻器狀態(tài)（見得電狀態(tài)表4-4）進(jìn)而使電機(jī)進(jìn)入四速運(yùn)行狀態(tài)。并通過延時繼電器T3使S24成為活動步。當(dāng)S24成為活動步后，電機(jī)有正或反轉(zhuǎn)輸出，并通過Y022和Y024得電而Y023不得電根據(jù)此時得電狀態(tài)控制變頻器狀態(tài)（見得電狀態(tài)表4-4）進(jìn)而使電機(jī)進(jìn)入五速運(yùn)行狀態(tài)。并通過延時繼電器T4使S25成為活動步。當(dāng)S25成為活動步后，電機(jī)有正或反轉(zhuǎn)輸出，并通過Y023和Y024而Y022不得電，根據(jù)得電狀態(tài)控制變頻器狀態(tài)進(jìn)而使電機(jī)進(jìn)入六速運(yùn)行狀態(tài)

28、（見得電狀態(tài)表4-4）。并通過延時繼電器T5使S26成為活動步。 當(dāng)S26成為活動步后，電機(jī)有正或反轉(zhuǎn)輸出，并并通過Y022、Y023和Y024得電通過得電狀態(tài)控制變頻器輸出狀態(tài)（見表4-4）進(jìn)而控制電機(jī)進(jìn)入七速運(yùn)行。當(dāng)按下X003使S0成為活動步返回起始運(yùn)行狀態(tài)。并注意在步進(jìn)結(jié)束時加RET。當(dāng)按下X004后，S0到S26全部復(fù)位失電，電機(jī)停轉(zhuǎn)。在程序末尾加上END結(jié)束。5 監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)5.1監(jiān)控軟件介紹 組態(tài)軟件，又稱組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件。譯自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制)。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過程

29、控制的專用軟件。它們處在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。在電力系統(tǒng)以及電氣化鐵道上又稱遠(yuǎn)動系統(tǒng)(RTU System,Remote Terminal Unit)。 組態(tài)軟件在國內(nèi)是一個約定俗成的概念，并沒有明確的定義，它可以理解為“組態(tài)式監(jiān)控軟件”。 “組態(tài)(Configure)”的含義是“配置”、“設(shè)定”、“設(shè)置”等意思，是指用戶通過類似“搭積木”的簡單方式來完成自己所需要的軟件功能

30、，而不需要編寫計(jì)算機(jī)程序，也就是所謂的“組態(tài)”。它有時候也稱為“二次開發(fā)”，組態(tài)軟件就稱為“二次開發(fā)平臺”。 “監(jiān)控（Supervisory Control）”，即“監(jiān)視和控制”，是指通過計(jì)算機(jī)信號對自動化設(shè)備或過程進(jìn)行監(jiān)視、控制和管理 組態(tài)軟件是有專業(yè)性的。一種組態(tài)軟件只能適合某種領(lǐng)域的應(yīng)用。組態(tài)的概念最早出現(xiàn)在工業(yè)計(jì)算機(jī)控制中。如DCS(集散控制系統(tǒng))組態(tài)，PLC（可編程控制器）梯形圖組態(tài)。人機(jī)界面生成軟件就叫工控組態(tài)軟件。在其他行業(yè)也有組態(tài)的概念，如AutoCAD，PhotoShop等。不同之處在于，工業(yè)控制中形成的組態(tài)結(jié)果是用在實(shí)時監(jiān)控的。從表面上看，組態(tài)工具的運(yùn)行程序就是執(zhí)行自己特定

31、的任務(wù)。 工控組態(tài)軟件也提供了編程手段，一般都是內(nèi)置編譯系統(tǒng)，提供類BASIC語言，有的支持VB，現(xiàn)在有的組態(tài)軟件甚至支持C#高級語言。組態(tài)軟件大都支持各種主流工控設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。對應(yīng)于原有的HMI（人機(jī)接口軟件，Human Machine Interface）的概念，組態(tài)軟件還是一個使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫HMI應(yīng)用，開發(fā)時間長，效率低，可靠性差；或者購買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級和增加功能都受到嚴(yán)重

32、的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)使用戶可以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時數(shù)據(jù)庫、實(shí)時控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對I/O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容監(jiān)控組態(tài)軟件將會不斷被賦予新的內(nèi)容。5.2監(jiān)控界面的制作過程5.2.1 本次力控組態(tài)軟件介紹上位機(jī)監(jiān)控由組態(tài)軟件完成。力控組態(tài)軟件是完成數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件。我們使用的組態(tài)軟件為力控6.1。這款軟件功能強(qiáng)大，使用方便，效率很高。5.2.2 設(shè)計(jì)流程（1）力控6.1中直接新建工程項(xiàng)目，然后進(jìn)入開發(fā)。在開發(fā)畫面中直接新建窗口，在窗口中設(shè)置自己進(jìn)入畫面設(shè)置包括畫面在內(nèi)各種要素，通過各種設(shè)置滿足

33、控制要求。（2）下一步是在變量中選擇I/O設(shè)備組態(tài)和數(shù)據(jù)庫組態(tài)。我們使用的是三菱的FX2n系列，因此選擇三菱FX2n編程口。然后，我們設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫組態(tài)。這必需要我們把總控制梯形圖結(jié)合起來根據(jù)梯形圖設(shè)計(jì)得輸入開關(guān)進(jìn)行力控組態(tài)設(shè)計(jì)的變量設(shè)置。總控制中有多少開關(guān)，在數(shù)據(jù)庫組態(tài)中必須都建立起來。例如在下位機(jī)控制中有啟動X000，在數(shù)據(jù)庫組態(tài)中選擇數(shù)字I/O點(diǎn)，點(diǎn)名說明可以設(shè)置為啟動。在I/O連接中選中之前在I/O設(shè)備組態(tài)中設(shè)定好的PLC，在連接項(xiàng)中選擇輔助繼電器(M)，數(shù)據(jù)格式-位讀寫，讀寫屬性-讀寫。具體顯示如下圖5-1和5-2圖5-1 變量設(shè)置框圖 5-2 點(diǎn)對話框注意：在下位機(jī)控制中開關(guān)量在組態(tài)中

34、要全部換成輔助繼電器，以為開關(guān)量只能是只讀，不能被寫入組態(tài)控制中，同時采用輔助繼電器讀寫屬性也必須是“讀寫”，負(fù)責(zé)在組態(tài)與PLC通訊時，輔助繼電器會讀寫失敗。(3)設(shè)置完I/O設(shè)備組態(tài)和數(shù)據(jù)庫組態(tài)，就可以開始做監(jiān)視畫面。啟動和停止可以選擇開關(guān)也可以選擇增強(qiáng)型按鈕。我選擇開關(guān)，雙擊開關(guān)為開關(guān)選擇變量進(jìn)行連接。設(shè)置如下圖5-3：圖 5-3 開關(guān)設(shè)置變量（4）自動和手動制作 對于自動和手動，選擇增強(qiáng)型按鈕兩個，然后修改屬性，逐一雙擊對應(yīng)增強(qiáng)型按鈕，選擇左鍵進(jìn)行變量設(shè)置圖5-4所示：圖 5-4 自動和手動設(shè)置圖中對應(yīng)的為自動按鈕腳本設(shè)置，同理，手動按鈕shoudong.PV=1;zidong.PV=0

35、（5）正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)設(shè)置 正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)設(shè)置，采用開關(guān)按鈕制作，雙擊所選開關(guān)對其變量設(shè)置，進(jìn)行鏈接，具體設(shè)置圖如下圖5-5所示：圖 5-5 正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)設(shè)置（6）七段速度設(shè)置速度控制制作，選擇增強(qiáng)型按鈕七個。然后修改屬性，使之為一速到七速，然后逐一雙擊對應(yīng)增強(qiáng)型按鈕，選擇左鍵進(jìn)行變量設(shè)置，特別是五速到七速是通過一速，二速，三速配合控制完成變量設(shè)置的，例如七速設(shè)定一速，二速，三速均為1來控制，具體如下圖5-6所示:圖 5-6 速度變量設(shè)置（7）整體界面說明PLC與變頻器直接連有六根線，分別是公共端相連，正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，一速，二速，三速。整體界面如下圖5-7所示：圖 5-7 整體界面其中上位機(jī)控制由輔助繼電器完

36、成，具體I/O分配如下表5-8所示：M000啟動M001正轉(zhuǎn)M002反轉(zhuǎn)M003復(fù)位M004停止M005一速M(fèi)006二速M(fèi)007三速M(fèi)010手動控制M011自動控制表5-8 I/O分配控制界面上4速，5速，6速，7速的輸出有高中低三速組合而成，組合如下表5-9所示：輸出 輸入M005M006M007四速110五速101六速011七速111表 5-9 高中低三速組合表運(yùn)行時需要用鼠標(biāo)在總控制界面上，點(diǎn)擊相應(yīng)的圖標(biāo)操作。具體操作如下： 選擇手動還是自動； 啟動電機(jī)； 選擇正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)； 如果選擇手動，就可以在一速到七速之間自由選擇電機(jī)運(yùn)行速度； 如果選擇自動，不用再點(diǎn)擊圖標(biāo)直接等電機(jī)從一速自動運(yùn)行

37、到七速，點(diǎn)擊復(fù)位可以使電機(jī)從七速直接降到一速，在從一速自動升到七速； 點(diǎn)擊停止按鈕，無論電機(jī)在什么速度，無論是手動還是自動，電機(jī)會馬上停下來。6 運(yùn)行調(diào)試在調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，我們首先調(diào)試的是手動程序。手動程序中存在著二次輸出，即4速、5速、6速、7速的輸出。可是在PLC可編程控制器中卻沒有與之相對應(yīng)的輸出接線，理論上的可行性遭到了質(zhì)疑。但在調(diào)試中卻發(fā)現(xiàn)4速、5速、6速、7速都能正常輸出，明白了二次輸出是虛擬輸出。在手動程序和自動程序結(jié)合起來整體調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)有一個輸出控制兩個線圈得電的情況。我們使用的跳轉(zhuǎn)指令不能滿足要求，而后改用主控線圈指令使這一問題得到了解決。在進(jìn)行手動程序和自動程序切換

38、時，又發(fā)現(xiàn)手動可以切換為自動，而自動切換為手動時出現(xiàn)同時運(yùn)行的故障。在手動自動的啟動處加入了互鎖后再進(jìn)行調(diào)試，現(xiàn)象得到改觀。后來又發(fā)現(xiàn)自動程序多個程序段同時輸出，通過控制自動程序的啟動端，使自動程序啟動延遲斷開，解決了自動程序如浪涌一般重復(fù)開啟的問題。對力控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)中的問題：由于第一次接觸這個軟件因此出現(xiàn)不少問題當(dāng)摸擬成功后力控組態(tài)設(shè)計(jì)后，運(yùn)行時并沒反應(yīng)，開始對這個問題不得其解。在詢問老師后，老師給予幫助發(fā)現(xiàn)問題：我們在PLC上設(shè)計(jì)時繼電開關(guān)采用開關(guān)量輸入X,而我們所用力控軟件6.1版本并不支持它，必須把所有X換成輔助繼電器M這樣才能執(zhí)行。當(dāng)我們改T型圖程序中的X的時候又發(fā)現(xiàn)有的輔助繼電器

39、已經(jīng)被占用了，我們又把已經(jīng)占用的輔助繼電器改成了其他的。最后運(yùn)行時發(fā)現(xiàn)自動狀態(tài)下可以運(yùn)行當(dāng)變成手動狀態(tài)時就無法正常運(yùn)行。我們一直都在查找是不是手動按鈕或者速度調(diào)節(jié)的腳步設(shè)置有問題，但是經(jīng)過反復(fù)的檢查都檢查不出來問題。后來查閱了相關(guān)的一些資料，發(fā)現(xiàn)有的工程設(shè)置里面講輸出Y也寫入數(shù)據(jù)庫組態(tài)中，我也類似的講輸出Y寫入了數(shù)據(jù)庫中，發(fā)現(xiàn)手動依然不行。這時老師過來了，經(jīng)過她的檢查，發(fā)現(xiàn)一些設(shè)置都沒什么問題。這時她建議我們先斷開全部連接然后再運(yùn)行一遍，重新運(yùn)行之后我們高興地發(fā)現(xiàn)手動調(diào)速也可以用了。原來我們多次的點(diǎn)擊按鈕，使組態(tài)軟件不斷的下置數(shù)據(jù)，可能造成通訊連接超時，這時就需要斷開所有的連接重新運(yùn)行，就可以

40、解決連接超時的問題。7 總結(jié) 在這兩個星期的課程設(shè)計(jì)中，我對此次課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容“PLC在多段調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用”有了較為深入的了解。變頻調(diào)速系統(tǒng)的PLC控制的設(shè)計(jì)分為上位機(jī)設(shè)計(jì)和下位機(jī)設(shè)計(jì)兩個方面。上位機(jī)設(shè)計(jì)是指組態(tài)控制界面的設(shè)計(jì)與PLC可編程控制器的設(shè)置和通信連接，以內(nèi)部軟件編輯為主，其中包括I/O設(shè)備組態(tài)，數(shù)據(jù)庫組態(tài)的設(shè)置，窗口設(shè)計(jì)即計(jì)算機(jī)控制界面的設(shè)計(jì)和虛擬器件的腳本編輯。下位機(jī)設(shè)計(jì)是指PLC可編程控制器與變頻器的連接，變頻器與電動機(jī)的連接，以外部硬件連接為主。由于上位機(jī)的設(shè)計(jì)取決于下位機(jī)的設(shè)計(jì)，所以下位機(jī)的設(shè)計(jì)必須放在首位。畫出硬件連接圖是硬件連接的前提條件，由于對變頻器的了解有限，我們的的硬件連接圖是參照所查的資料并結(jié)合課程設(shè)計(jì)的要求所畫。然后我們查閱相關(guān)的資料，弄清楚變頻器的相關(guān)參數(shù)設(shè)置以及我們所使用的變頻器的一些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。我們所采用變頻器為三菱FR