MM440變頻器控制電動(dòng)機(jī)PLC課程設(shè)計(jì)

1、燕山大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書題目： PLC與變頻器實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制 學(xué)院 (系)： 電氣工程學(xué)院 年級(jí)專業(yè)： 11級(jí)計(jì)算機(jī)控制1班 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 李海濱 劉爽 教師職稱： 目錄目錄4摘要5第一章概述61 1PLC和MM440變頻器控制電動(dòng)機(jī)的發(fā)展前景612變頻器的分類713本課題的意義8第二章應(yīng)用器件的介紹21 PLC的工作原理和結(jié)構(gòu)922 變頻器的工作原理及其組成結(jié)構(gòu)112. 3 A/D轉(zhuǎn)換器工作原理12第三章 相關(guān)參數(shù)的設(shè)置 13 31 MM440快速調(diào)制參數(shù)設(shè)置13 3. 2 MM440數(shù)字輸入控制端口參數(shù)15 3. 3 PLC數(shù)字量模擬量的輸入輸出約定20

2、3. 4 恢復(fù)出廠設(shè)置20第四章硬件電路和軟件電路的設(shè)計(jì) 154.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖164.2外部設(shè)備的接線圖194.3軟件編程設(shè)計(jì)2020342 21第四章總結(jié)26附錄27參考文獻(xiàn)30 摘要 隨著電力電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的日益發(fā)展，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速已經(jīng)從繼電器控制時(shí)代發(fā)展到今天的由變頻器控制調(diào)速。且在工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域中得到了極為廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)在的在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，最為常見(jiàn)的是由PLC控制變頻器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。該方法主要通過(guò)程序來(lái)控制了電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。PLC通過(guò)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，順序運(yùn)算，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)，和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入輸出，控制各種類型的

3、機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程的工業(yè)計(jì)算機(jī)的啟停。變頻器的使用加入了模擬量，使用PLC自帶的A/D轉(zhuǎn)換模塊，通過(guò)頻率的變化，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)任意轉(zhuǎn)速。通過(guò)設(shè)計(jì)能使我們掌握PLC的工程設(shè)計(jì)方法，同時(shí)又能深入了解PLC與變頻器控制電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的夠成和在工業(yè)生活中的用處，為我的將來(lái)的工作學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。關(guān)鍵字：PLC MM440變頻器 控制電機(jī) 數(shù)字模擬輸入 第一章概述1.1 PLC和mm440變頻器控制電機(jī)的前景如今，PLC已是工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用技術(shù)的三大支柱之一，自從它誕生以來(lái)得到了廣泛的使用。在工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，速度調(diào)節(jié)和控制是經(jīng)常用到的環(huán)節(jié)。而變頻器具有高效的驅(qū)動(dòng)性能和良好的控制特性，在提高控制質(zhì)量、減少

4、維護(hù)費(fèi)用和節(jié)能等方面都取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。在這些場(chǎng)合，變頻器所發(fā)揮的作用是其他任何控制設(shè)備和裝置都不能取代的。雖然變頻器可以單獨(dú)使用，但大多數(shù)情況還是作為一個(gè)組成部分在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中使用。所以，作為主控制器的PLC和作為執(zhí)行及檢測(cè)器件（設(shè)備和裝置）的變頻器之間就必須相互配合，共同完成控制任務(wù)。 PLC可以控制變頻器的頻率給定信號(hào)，以使變頻器輸出相應(yīng)的速度控制曲線，控制工藝指標(biāo)：變頻器上的檢測(cè)信號(hào)和其他智能信號(hào)也可以接入PLC，完成系統(tǒng)的報(bào)警和速度控制，比如通過(guò)變頻器控制電機(jī)的啟動(dòng)，停止及正、反轉(zhuǎn)，也可以使用一個(gè)變頻器去控制若干臺(tái)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行?，F(xiàn)在的PLC控制電動(dòng)機(jī)已經(jīng)離不開(kāi)變頻器了，工

5、業(yè)生產(chǎn) ，科研， 石油開(kāi)采，幾乎所有的現(xiàn)代化都需要變頻調(diào)速機(jī)的工作 因此 其意義是深遠(yuǎn)的。第二章 應(yīng)用器件的介紹2.1 PLC的工作原理和結(jié)構(gòu)可編程控制器的工作原理與計(jì)算機(jī)的工作原理基本上是一致的。但PLC裝入了專用程序后成為一種專用機(jī)，它采用循環(huán)掃描的方式，系統(tǒng)工作任務(wù)管理，及應(yīng)用程序執(zhí)行都是循環(huán)掃描方式來(lái)完成的。PLC系統(tǒng)正常工作所要完成的任務(wù)如下：1 計(jì)算機(jī)內(nèi)部各個(gè)工作單元的調(diào)度，監(jiān)控；2 計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備間的通訊；3 用戶程序所要完成的工作；PLC采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”作為編程語(yǔ)言。梯形圖、語(yǔ)句表和控制系統(tǒng)流程圖等是PLC常用的編程語(yǔ)言。有些PLC還嘗試使用高級(jí)語(yǔ)言編

6、程。在使用PLC進(jìn)行順序控制時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)控制動(dòng)作的順序，畫出梯形圖，然后將其翻譯成相應(yīng)的PLC指令，用編程器將程序?qū)懭隤LC的內(nèi)存RAM中，對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤可用變成器進(jìn)行修改，直到程序調(diào)試正確無(wú)誤為止。最后將程序?qū)懙絇LC的只讀存儲(chǔ)器EEPROM中。PLC投入運(yùn)行后，便進(jìn)入程序執(zhí)行過(guò)程。在一個(gè)掃描周期內(nèi)，程序執(zhí)行過(guò)程分3個(gè)階段：輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新。在輸入采樣階段，PLC以掃描方式將所有輸入端的輸入信號(hào)讀到輸入映像寄存器中存起來(lái)，接著轉(zhuǎn)人程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行階段，PLC 按照順序進(jìn)行掃描，如果程序是用梯形圖來(lái)表示，則掃描順序總是先上后下，先做后右。每掃描到一條指令，所需的

7、狀態(tài)分別從輸入映像寄存器中讀出，而將執(zhí)行結(jié)果寫入元素影響寄存器中當(dāng)程序執(zhí)行完后，進(jìn)入最后一個(gè)階段-輸出刷新。將元素映像寄存器中的所有輸出繼電器的狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出瑣存電路，驅(qū)動(dòng)用戶設(shè)備（或負(fù)載）工作。PLC寄存器EEPROM的程序隨時(shí)可以擦除和修改。如果改變程序外部端口接線，有可以重新組成一個(gè)新的系統(tǒng)。PLC是在 繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的，并逐步發(fā)展成以微處理器為核心的，把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)容為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。早期的PLC只能進(jìn)行邏輯控制、還能完成模擬量的控制、數(shù)值控制、過(guò)程監(jiān)控和通信聯(lián)網(wǎng)等功能。PLC因具有程序可變、可靠性高、功能強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)性好、抗干擾

8、能力強(qiáng)、體積小和重量輕等特點(diǎn)而在機(jī)電一體化系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 圖一 PLC硬件組成2.2變頻器的工作原理和組成變頻器是指可以用于改變電源頻率，同時(shí)也能改變電源電壓的電能轉(zhuǎn)換的裝置。它是由電力電子器件（例如整流模塊、IGBT）、電子器件（集成電路、開(kāi)關(guān)電源、電阻、電容器等）和微處理器等組成。變頻器使用時(shí)串聯(lián)接在輸出端（R、S、T）和電動(dòng)機(jī)輸出端（U、V、W）之間，通常變頻器的功率范圍為0.75-500KW（大于此功率值建議選用中壓電動(dòng)機(jī)及中壓變頻器）。交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制變頻器的最早形式是用旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)組作為可變頻率的電源，供給交流發(fā)電機(jī)。隨著電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展，靜止式的變頻電源以成為了變頻器

9、的主要形式。 變頻器的內(nèi)部框圖如圖所示為MM440變頻器的內(nèi)部功能方框圖.其控制電路CPU、模擬輸入/輸出、數(shù)字輸入/輸出、操作面板等部分組成。分為4類：輸入信號(hào)端子、頻率模擬設(shè)定輸入端子、監(jiān)視信號(hào)輸出端子和通信端子。下圖則表示各個(gè)控制端子的功能： 表一 MM440控制端子2.3 A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理A/D轉(zhuǎn)換器的作用是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。在A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中，輸入的是時(shí)間上、幅值上都是連續(xù)的模擬量，而輸出的則是時(shí)間上，幅值上均離散的數(shù)字量，因此，要把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字時(shí)需經(jīng)采樣，保持，量化，編碼：數(shù)字量編碼量化保持采樣模擬量 圖二A/D轉(zhuǎn)換原理圖A/D模塊選用FX1N-2AD-BDFX1N-

10、2AD-BD的特點(diǎn)：可以通過(guò)切換專用的輔助繼電器來(lái)設(shè)置數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換是電壓輸入（010V）還是電流輸入（420MA）。而且，如下圖所示，各個(gè)通道的轉(zhuǎn)換后的數(shù)字值被存儲(chǔ)在專用的特殊數(shù)字寄存器中。元件說(shuō)明M8112輸入模式CH1切換標(biāo)志M8113輸入模式CH2切換標(biāo)志D8112CH1的數(shù)字值D8113CH2的數(shù)字值對(duì)CH1通道而言，M8112為ON,是電流輸入模式，對(duì)應(yīng)端子為I1+,I2+; M8112為OFF,是電壓輸入模式，對(duì)應(yīng)端子為V1+,V2+;對(duì)CH2通道而言，M8113為ON,是電流輸入模式，對(duì)應(yīng)端子為I1+,I2+; M8113為OFF,是電壓輸入模式，對(duì)應(yīng)端子為V1+,V2+;各通道

11、的公共端子為VI-。第3章 相關(guān)參數(shù)設(shè)置31 MM440快速調(diào)制參數(shù)設(shè)置快速調(diào)制的參數(shù)設(shè)置是根據(jù)電機(jī)銘牌上的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置，這樣做使變頻器明確了自己要控制什么樣的電機(jī)，明確了輸入輸出的關(guān)系。參數(shù)號(hào)設(shè)置號(hào) 說(shuō)明P0032設(shè)置用戶訪問(wèn)級(jí)為擴(kuò)展級(jí)P00101激活快速調(diào)試P01000功率用KW表示，頻率為50HZP0304380電動(dòng)機(jī)額定電壓P03051.05電動(dòng)機(jī)額定電流P03075.5電動(dòng)機(jī)額定功率P031050電動(dòng)機(jī)額定頻率P03111400電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速P03080.88電動(dòng)機(jī)額定功率因數(shù)P03090.93電動(dòng)機(jī)額定效率P07002命令源選擇由“數(shù)字輸入端子”輸入P10001頻率設(shè)置值由BOP輸

12、入P10800電動(dòng)機(jī)運(yùn)行最低頻率P108250電動(dòng)機(jī)運(yùn)行最高頻率P11207斜坡上升時(shí)間P11217斜坡下降時(shí)間3.2 MM440數(shù)字輸入控制端口參數(shù)MM440有6個(gè)數(shù)字量輸入口，分別是DIN1-DIN6，它們可通過(guò)參數(shù)P0701P0708 直接賦以功能，當(dāng)相應(yīng)端子被觸發(fā)時(shí)，變頻器變執(zhí)行相應(yīng)功能。各個(gè)參數(shù)設(shè)置值所代表不同的功能，如下圖所示：由此，我們可進(jìn)行如下定義：參數(shù)號(hào)設(shè)置值 說(shuō)明P00032設(shè)置用戶訪問(wèn)級(jí)為擴(kuò)展級(jí)P00047命令，二進(jìn)制I/OP07011ON為接通正轉(zhuǎn)，OFF為停止P07022ON為接通反轉(zhuǎn)，OFF為停止3.3 MM440模擬輸入控制端口參數(shù)MM440有2個(gè)模擬輸入，利用合

13、適的模擬量輸入可將模擬量給定值、實(shí)際值和控制信號(hào)讀入傳動(dòng)變頻器中，并且利用ADC變換器變換成數(shù)字信號(hào)/值。利用在I/O 板上的2 個(gè)開(kāi)關(guān)DIP1(1，2)和利用參數(shù)P0756 可將設(shè)定選擇為電壓輸入為10V 的模擬量輸入或電流輸入為20mA 的模擬量輸入。所以做如下定義：P0756=0，即通過(guò)電壓0-10V的變化對(duì)應(yīng)頻率0-50HZ的變化。3. 3 PLC數(shù)字量模擬量的輸入輸出約定該步驟即定義PLC的I/O接線和變頻器的接線。PLC的輸入接按鈕控制，通過(guò)編程控制輸出，其輸出接MM440的數(shù)字量輸入端口，變頻器與電機(jī)相連，從而實(shí)現(xiàn)之前定義的功能。輸出地址控制功能連接MM440端子Y000電機(jī)正轉(zhuǎn)

14、5Y001電機(jī)反轉(zhuǎn)6V1+,V1-電動(dòng)機(jī)調(diào)速3,4 數(shù)字量模擬量輸出約定操作按鈕控制功能輸入地址SB1電機(jī)正向啟動(dòng)X000SB2電機(jī)停止XOO1SB3電機(jī)反向啟動(dòng)X002RP0-10V可調(diào)電壓程序設(shè)置 數(shù)字量模擬量輸入約定3. 4 恢復(fù)出廠設(shè)置當(dāng)有合適的連接和合適的電動(dòng)機(jī)-變頻器組合時(shí)，當(dāng)從工廠運(yùn)出且不需任何附加參數(shù)設(shè)置時(shí)，MM440變頻器已準(zhǔn)備好投入運(yùn)轉(zhuǎn)。你可以隨時(shí)執(zhí)行一個(gè)參數(shù)復(fù)位到工廠設(shè)定來(lái)再一次建立初始狀態(tài)。這樣取消傳動(dòng)變頻器在供貨以后所作的參數(shù)變更。參數(shù)號(hào)設(shè)置號(hào) 說(shuō)明P00031用戶訪問(wèn)級(jí)別：標(biāo)準(zhǔn)P00040參數(shù)過(guò)濾：所有參數(shù)P001030調(diào)試參數(shù)：工廠設(shè)置P09701工廠復(fù)位：參數(shù)復(fù)

15、位列缺省值第四章硬件電路和軟件電路的設(shè)計(jì)4.1總體結(jié)構(gòu)控制設(shè)計(jì)圖本設(shè)計(jì)采用啟停按鈕進(jìn)行操作，采用PLC進(jìn)行控制啟/停按鈕操作PLCMM440調(diào)節(jié)RP改變頻率，改變轉(zhuǎn)速4.2外部設(shè)備接線圖4.3軟件編程設(shè)計(jì) 4系統(tǒng)控制功能及控制方案。 41 本設(shè)計(jì)采用啟停按鈕進(jìn)行操作，采用PLC進(jìn)行控制，系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖如圖4-1所示： ，圖5-3控制電路接線圖5.2 PLC程序設(shè)計(jì)按照電動(dòng)機(jī)的控制要求及MM440變頻器數(shù)字輸入接口、PLC數(shù)字輸入/輸出接口所做的變量約定，PLC應(yīng)實(shí)現(xiàn)下列控制：5.4.1 輸出狀態(tài)當(dāng)按下正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB1時(shí)，PLC數(shù)字輸出端Q0.4為邏輯“1”，MM440變頻器“16”接口為“O

16、N”，允許電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。PLC輸出接口狀態(tài)、變頻器輸出頻率、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化如表所示。 設(shè)置15段固定頻率控制狀態(tài)表表 5-4-1當(dāng)按下停止按鈕SB2時(shí),PLC數(shù)字輸出端Q0.4為邏輯“0”，MM440變頻器“16”接口為“OFF”。電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。5.4.2 I/0 表 表 5-4-25.4.3 梯形圖 電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)評(píng)審意見(jiàn)表指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：平時(shí)成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 2014年 6 月 22 日?qǐng)D面及其它成績(jī)：答辯小組評(píng)語(yǔ)：答辯成績(jī)： 組長(zhǎng)簽字： 2014年6 月 22 日課程設(shè)計(jì)綜合成績(jī)：答辯小組成員簽字： 2014年 6 月 22日 6 參考文獻(xiàn)01 李道霖，電氣控制與PLC 原理及

17、應(yīng)用,電子工業(yè)出版社，200602 楊興瑤編著.電動(dòng)機(jī)調(diào)速的原理及系統(tǒng).M 水利電力出版社出版，1979.803 陳伯時(shí)，陳敏遜編著.交流調(diào)速系統(tǒng).M 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.404 王子文， 電梯PLC 控制策略及其程序設(shè)計(jì)起重運(yùn)輸機(jī)械2006.705 葉安麗.電梯技術(shù)基礎(chǔ)(第1版)M.北京: 中國(guó)電力出版社,2004.06 童夢(mèng)菊,陳景和.淺談電梯制動(dòng)器電氣控制及其檢驗(yàn)J.福建質(zhì)量信息,2007。07 姚玉剛.電梯智能控制系統(tǒng)研究D.長(zhǎng)春理工大學(xué)碩士學(xué)位論文,2008.08 陳恒亮.電梯結(jié)構(gòu)與原理M.北京:中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2005.09 張福恩等編著.交流調(diào)速電梯原理、設(shè)計(jì)

18、及安裝維修.M 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.610 張漢達(dá)，王錫仲，朱學(xué)莉編著.現(xiàn)代電梯控制技術(shù).M 哈爾賓工業(yè)大學(xué)出版社發(fā)行，2001.311 錢平主編.交直流傳動(dòng)系統(tǒng).M 高等教育出版社，2001.712 呂宋元主編.半導(dǎo)體變流技術(shù).M 天津大學(xué)出版社出版13 顧戰(zhàn)松，陳鐵年編著.可編程控制器原理與應(yīng)用.M 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，199614 楊寧主編.微機(jī)控制技術(shù).M 北京：高等教育出版社，2001.815 周良全權(quán)主編；傅恩錫等編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).M 北京：高等教育出版社，1993.1016 丁樹模主編.機(jī)械工程學(xué).M 北京：機(jī)械工業(yè)出版社17 吳中俊等編著.可編程序控制器原理及

19、應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.200418 肖軍,孟令軍編著.可編程序控制器原理及應(yīng)用.北京:清華大學(xué)出版社.200819 賀哲榮,曾龍飛編著.流行可編程序控制器梯形圖識(shí)圖入門.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.200820 陳金華等編著.可編程序控制器(PC)應(yīng)用技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社.199521 王整風(fēng)，謝云敏.可編程控制器原理與實(shí)踐教程.上海：上海交通大學(xué)出版社，2007.22 郁漢琪.電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù).南京：東南大學(xué)出版社，2003.23 常曉玲.電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.24 嚴(yán)盈富，羅海平，屋海勤.監(jiān)控組態(tài)軟件與PLC入門.北京：人民郵電出

20、版社，2006.25 張運(yùn)剛，宋小春.從入門到精通西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)戰(zhàn).北京：人民郵電出版2007.26 西門子公司.SIMATIC S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊(cè).27 崔堅(jiān) 西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南. 機(jī)械工業(yè)出版社， 2005.5 總結(jié) 隨著暑假的到來(lái)，課程設(shè)計(jì)也接近了尾聲。經(jīng)過(guò)兩周的奮戰(zhàn)我的課程設(shè)計(jì)終于完成了。在沒(méi)有做課程設(shè)計(jì)以前覺(jué)得課程設(shè)計(jì)只是對(duì)這學(xué)期來(lái)所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過(guò)這次做課程設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺(jué)得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。 在這次課程設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽(tīng)聽(tīng)不同的看法對(duì)我們更好的理解知識(shí)，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我還懂得了一個(gè)道理：做什么事情，都要對(duì)認(rèn)真，既然是該你做的事，肯定是你應(yīng)該有這個(gè)能力，即使能力不夠，也是應(yīng)該借這個(gè)機(jī)會(huì)來(lái)培養(yǎng)。所以放心大膽地做，對(duì)自己有信心，就有動(dòng)力。有人說(shuō)，世上的事就怕認(rèn)真二字。