菱變頻器與西門子PLC的通及三菱變頻器的運用畢業(yè)設計

1、.畢 業(yè) 設 計 論 文三菱變頻器與西門子PLC的通及三菱變頻器的運用宋莉娣 指導老師姓名： 徐瑾瑜專 業(yè) 名 稱： 電氣自動化班 級 學 號： 08137140論文提交日期： 2010年11月25日論文答辯日期： 2010年11月17日2010年 11月25 日【摘要】主要討論了變頻器的運用，變頻器與可編程控制器PLC的通信原理，介紹變頻器的控制方式，PLC與變頻器遠程通信控制的硬件連接等，以西門子S7-200型PLC及三菱FR-S520變頻器為例，介紹三菱變頻器的運用，串行通信技術在交流變頻調試控制系統中的運用。用RS485通訊來實現西門子PLC與變頻器的聯機控制，用按鈕控制PLC輸出變頻

2、器的運行信號，控制變頻器運行，從而控制電動機的運行并通過相應的部分通信控制程序來說明利用可編程控制器實現串行通信編程設計方法?！娟P鍵詞】變頻器、PLC、通訊協議【Abstract】This paper primarily discusses the use of inverters and the realization of the communication control of inverters and PLC, the control manner of inverters, and hardware connection of inverters and PLC. With the

3、 example of the S7-200 Siemens PLC and FR-S520 inverters, the port communication technology of VVVF are introduced, and by the part of RS-485 the communication control program, the paper explains the method of the port communication program by PLC.【Key words】Inverters、PLC、Communication Protocol目錄緒論1

4、第一章 三菱變頻器的概述21.1三菱變頻器的簡介21.2 FR-S520變頻器的操作板21.3 FR-S520變頻器的接線總圖3第二章 三菱變頻器的運用42.1三菱變頻器面板操作重要參數簡介42.2 三菱(FR-S520SE-1.5K-CH)變頻器的運用情況52.2.1利用面板操作52.2.2利用電位器（1K）操作62.2.3利用三段固定頻率操作7第三章 可編程控制器（PLC）的簡介83.1 PLC的發(fā)展史83.2 PLC的基本組成及工作原理83.3 PLC的特點93.4 PLC的硬件組成93.5 PLC的軟件組成11第四章 三菱變頻器與西門子PLC的通訊124.1通訊協議124.2 PLC

5、與變頻器的通訊格式124.3變頻器的通訊參數設置134.4指令模塊介紹144.5 SMB30自由口控制器154.6數據塊164.7 PLC 的編程174.8應注意的問題20第五章 觸摸屏與PLC的聯機應用215.1用觸摸屏控制電動機的運行215.2設計觸摸屏窗口215.3工程保存及編譯225.4 PLC的編程225.5聯機調試22第六章 系統安裝時的注意事項23結論25致謝26參考文獻27：畢業(yè)設計論文 三菱變頻器與西門子PLC的通訊及三菱變頻器的運用 緒論 三菱,在自動化領域應該是個相當有聲譽的品牌，PLC、人機界面、變頻器、伺服產品以及自動化儀表等等都是三菱公司的優(yōu)勢產品, 在各

6、行業(yè)中也都贏得了良好的口碑。   三菱變頻器以其穩(wěn)定的性能, 豐富的功能, 良好的力矩特性, 以及較高的性價比, 在變頻器市場占據著重要的地位。并以其強大的品牌效應, 在中國的市場份額逐年增長。三菱變頻器經過近20年的發(fā)展，產品質量和功能都相當穩(wěn)定與完善。特別是隨著功率器件以及IC芯片的不斷改進，變頻器產品也是不斷地推陳出新，從早期使用分立元件的K系列、Z系列，到現在使用IPM、PIM模塊的A系列，三菱變頻器應該說又上了一個新臺階。我們應該提到的是在大功率模塊的應用上，三菱變頻器可能更有優(yōu)勢。為了滿足市場的需要，三菱變頻器還

7、開發(fā)了應用于多種場合的選件卡，主要包括要求精確轉速的PG反饋卡、用于精確定位的定位控制卡、用于壓力控制的PI控制卡以及用于擴展輸出點的繼電器和晶體管輸出卡。變頻器功能的不斷加強和選件卡的開發(fā)，使得三菱變頻器更好地滿足了不同用戶的需要，也成為三菱變頻器能夠迅速壯大的動力。PLC具有可靠性高、靈活性好、開關量控制能力及通信聯網能力強等特點，使其在開關量控制上發(fā)揮了巨大的威力。同時，PLC在模擬量控制上也富有特色，具有配置靈活、通用性好、價格便宜等特點，特別在開關量、模擬量混合控制的系統上更顯出獨特的優(yōu)越性?，F代工業(yè)生廠的很多領域將變頻器與PLC相結合使用對自動化設備進行智能控制。隨著網絡技術的發(fā)展

8、，PLC既可以獨立對自動化設備進行控制，也可以作為工作站與整個工廠網絡系統的各個單元進行信息交換，有利于“無人化”工廠的實現。31畢業(yè)設計論文 三菱變頻器與西門子PLC的通訊及三菱變頻器的運用 第一章 三菱變頻器的概述1.1三菱變頻器的簡介三菱變頻器是以電力電子技術、微電子技術和現代控制理論在交流調速系統中的應用基礎上發(fā)展起來的智能型的調速設備。變頻器不僅調速平滑、范圍大、效率高、啟動電流運行平穩(wěn)，而且節(jié)能效果明顯。變頻器作為一種新型的調速節(jié)能設備，是目前最簡便得一種速節(jié)能方式。三菱變頻器是通過對電力半導體器件的通斷控制將電壓和頻率固定不變的交流電電源變換為電壓或頻率可變交流電的電能控制裝置。

9、在實際應用時，不僅要實現調速，還要求調速系統能滿足機械特性和調速指標。1.2 FR-S520變頻器的操作板如圖1-1 FR-S520SE-1.5K-CH變頻器的操作面板 圖1-1變頻器操作面板1.3 FR-S520變頻器的接線總圖 如圖1-2 FR-S520SE-1.5K-CH變頻器的接線總圖圖1-2 變頻器的接線總圖畢業(yè)設計論文 變頻器與西門子PLC的通訊及三菱變頻器的運用 第二章 三菱變頻器的運用2.1三菱變頻器面板操作重要參數簡介 （1）Pr.79 操作模式選擇 變頻器的操作模式可以用外部信號操作 也可以用PU(旋鈕 RUN 鍵)操作任何一種操作模式都可固定或組合使用（2）參數清零 （3

10、）把Pr.30的設定值從 0 變到 1Pr.30 擴張功能顯示選擇 的設定值為 1 時 擴張功能參數有效。 2.2 三菱(FR-S520SE-1.5K-CH)變頻器的運用情況利用面板操作、電位器（1K）、三段固定頻率這三種方法分別來實現電動機的正反轉。2.2.1利用面板操作(1)電源和電動機的接線 (2)設定面板基本操作參數 參數顯示名稱設定范圍最小設定單位出廠時設定值實際設定值0P 0轉矩提升015%0.1%6%/5%/4%6%1P 1上限頻率0120Hz0.1Hz50Hz50Hz2P 2下限頻率0120Hz0.1Hz0Hz0Hz3P 3基準頻率0120Hz0.1Hz50Hz50Hz7P 7

11、加速時間0999s0.1s5s5s8P 8減速時間0999s0.1s5s5s9P 9電子過電流保護050A0.1A額定輸出電流0.1A17P 17RUN鍵旋轉方向選擇0 正轉1 反轉010,130P 30擴張功能顯示設置0, 110179P 79運行模式選擇04, 7, 8101CLrCLr參數清零0:不實行1:參數清零 10:全部清零000,1,102.2.2利用電位器（1K）操作(1)電源和電動機的接線 （2）電動機正轉：把變頻器的STF端連接PLC，電動機正轉運行，轉速由外接 電位器來控制，旋轉電位器，使模擬信號從0V+10V變化， 對應變頻器的頻率從050Hz變化，通過調節(jié)電位器改變變

12、 頻器的“2”端口模擬輸入電壓信號的大小，可平滑無極地 調節(jié)電動機轉速的大小。 電動機反轉：把變頻器的STR端連接PLC，電動機反轉運行，與電動機正轉相同，轉速由外接電位器來控制，旋轉電位器，使模擬信號從0V+10V變化，對應變頻器的頻率從050Hz變化，通過調節(jié)電位器改變變頻器的“2”端口模擬輸入電壓信號的大小，可平滑無極地調節(jié)電動機轉速的大小。2.2.3利用三段固定頻率操作 (1)電源和電動機的接線 (2)變頻器設定參數如下表，通過操作可以實現變頻器的三段固定頻率。參數顯示名稱設定范圍最小設定單位出廠設定值實際設定值4P 43速設定（高速）0120Hz0.1Hz50Hz50Hz5P 53速

13、設定（中速）0120Hz0.1Hz30Hz30Hz6P 63速設定（低速）0120Hz0.1Hz10Hz10Hz79P 79運行模式選擇04, 7, 8102 第三章 可編程控制器（PLC）的簡介3.1 PLC的發(fā)展史 在可編程序控制器問世之前，繼電器接觸器控制在工業(yè)控制領域中占有主導地位。繼電器接觸器控制系統是采用固定接線的硬件實現控制邏輯。如果生產工藝發(fā)生變化，就必須重新設計，改變硬件機構，這樣造成時間和金錢的浪費。另外，大型控制系統用繼電器接觸器控制，使用的繼電器多，控制系統的體積大，耗電多，工作頻率低等缺點，為了解決這些問題，早在1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GM公司）

14、，為了適應汽車型號的不斷翻新，提出要用一種新型的控制裝置取代它，為此，特定以下10項公開招標的技術要求，即：（1）編程簡單方便，可在現場修改程序。（2）硬件維護方便，采用插件式結構。（3）可靠性高于繼電器接觸器控制裝置。（4）體積小于繼電器控制裝置。（5）可將數據直接送入計算機。（6）用戶程序存儲器容量至少可以擴展到4KB。（7）輸入可以是交流115V。（8）輸出為交流115V，能直接驅動電磁閥，交流接觸器等。（9）通用性強，擴展方便。（10）成本上要有競爭力。美國數字設備公司根據GM公司招標的技術要求，于1969年研制出世界上第一臺可編程序控制器，并在GM公司汽車自動裝配線上試用，獲得成功。

15、80年代以后，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術的迅猛發(fā)展，以16位和32位微處理器為核心的可編程序控制器得到迅速發(fā)展。這時的PLC具有了高速計數、中斷技術、PID調節(jié)和數據通信功能，從而使PLC的應用范圍和應用領域不斷擴大。3.2 PLC的基本組成及工作原理 PLC是以微處理器為核心的結構，其功能的實現不僅基于硬件的作用，更要靠軟件的支持。FX系列PLC是由基本單元、擴展單元及特殊功能單元構成?；締卧–PU、存儲器、I/O接口部件和電源，是PLC的主要部分。擴展單元是擴展I/O點數的裝置，內部有電源；擴展模塊用于增加I/O點數和改變I/O口點數比例，內部電源，由基本單元和擴展單元供給。擴

16、展單元和擴展模塊內無CPU，必須與基本單元一起使用。特殊功能單元是一些特殊用途的裝置，如進行模擬量控制的A/D、D/A轉換模塊，高速計數器模塊（HC），過程控制模塊（PID）等特殊功能單元。PLC的工作原理與計算機相比有較大的不同，PLC從0000號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉的情況下，按存儲地址號遞增的方向順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到END指令結束。然后再從頭開始執(zhí)行，并周而復始地重復，直到停機或運行（RUN）切換到停止（STOP）工作狀態(tài)。PLC對輸入、輸出信號的處理與微型計算機不同：微型計算機對輸入、輸出信號實時處理，而PLC對輸入、輸出信號是集中批處理。3.3 PL

17、C的特點PLC是綜合繼電器接觸控制的有點及計算機靈活、方便的優(yōu)點而設計制造和發(fā)展 的，這就使PLC具有許多其他控制器所無法相比的特點： （1）可靠性高，抗干擾能力強。 （2）配套齊全，功能完善，適用性強。 （3）易學易用，深受工程技術人員歡迎。 （4）系統設計、建造工作量小，維護方便。 （5）體積小，重量輕，能耗低。3.4 PLC的硬件組成主要由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口電源等部分組成。其中CPU是PLC的核心，輸入單元與輸出單元式連接現場輸入/輸出設備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計算機的外設連接。對于整體式PLC，所有部件都裝在

18、同一機殼內，其組成框圖如圖3-1所示 ；對于模塊式PLC，各部件獨立封裝成模塊，各模塊通過總線連接，安裝在機架或導軌上，其組成框圖如圖3-2所示。無論是哪種結構類型的 PLC，都可根據用戶 需要進行配置與組合。圖3-1整體式PLC組成框圖圖3-2模塊式PLC組成框圖3.5 PLC的軟件組成PLC的軟件由系統程序和用戶程序組成。 系統程序由PLC制造產商設計編寫的，并存入PLC的系統存儲器中，用戶不能直接改寫與更改。系統程序一般包括系統診斷程序、輸入處理程序、編譯程序、消息傳送程序、監(jiān)控程序等。 PLC用戶程序是用戶利用PLC的編程語言，根據控制要求編制的程序。在PLC應用中，最重要的是用PLC

19、的編程語言來編寫用戶程序，以實現控制的目的。由于PLC是專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是廣大電氣技術人員，為了滿足他們的傳統習慣和掌握能力，PLC的主要編程語言采用比計算機語言相對簡單、易懂、形象的專業(yè)語言。 第四章 三菱變頻器與西門子PLC的通訊4.1通訊協議 計算機與變頻器之間的數據通信執(zhí)行過程如圖4-1所示圖4-1通訊過程 (1) 通信過程中，如果發(fā)現數據錯誤，變頻器將要求進行再試，從用戶程序執(zhí)行再試操作。如果連續(xù)再試次數超過參數設定值，變頻器將進入到報警停止狀態(tài)。 (2) 通信過程中，發(fā)生接收一個錯誤數據時，變頻器給計算機返回再試數據。如果連續(xù)數據錯誤次數達到或超過參數設定值

20、，變頻器進入到報警停止狀態(tài)。4.2 PLC 與變頻器的通訊格式變頻器的通訊格式中的字符方式是 ASCII 碼，PLC 與變頻器進行數據傳輸時采用十六進制, 數據在PLC 可編程控制器與變頻器之間自動使用 ASCII 碼傳輸。變頻器控制的 PLC 指令規(guī)格，為正確建立通訊, 必須在變頻器中設置有關的參數,由操作面板進行。4.3變頻器的通訊參數設置表4-3 變頻器的通訊參數設置參數號名稱設定值n1通訊站號2n2通訊頻率9600bpsn3停止位長/數據長0n4有無奇偶校驗0n5通訊再試次數5n6通訊校驗時間間隔2.0n7等待時間設定-n8運行指令權0n9速度指令權0n10通訊啟動模式選擇1n11CR

21、·LF有無選擇1n12選擇寫入有無1n13PU表示言語切替1n14PU蜂鳴器音控制1n15PU對比度調整 58n16PU主顯示畫面數據選擇 0n17PU脫落檢測/PU設定自鎖 0p30擴張功能顯示設置1P79通訊參數04.4指令模塊介紹表4-4 指令模塊介紹 LADSTL操作數及數據類型功能 數據傳送指令MOVB （輸入）IN,（輸出）OUTIN： VB,IB,QB,MB, SB,SMB,LB,AC,常量OUT：VB,IB,QB,MB,SB,SMB，LB,AC數據類型：字節(jié)使能輸入有效時，即EN=1時，將一個輸入IN的字節(jié)送到OUT指定的存儲器輸出。在傳送過程中不改變數據的大小。傳送

22、后，輸入寄存器IN中的內容不變。 信號發(fā)送指令XMT（輸入）TABLE（輸出）PORT TBL：VB,IB,QB,MB,SB,SMB，PORT：0數據類型：字節(jié)指令在自由端口模式中只用，通過通訊端口傳送數據。4.5 SMB30自由口控制器端口0描述SMB30格式位格式MSBLSB70ppdbbbmmSM30.6和SMB30.7PP 奇偶選擇 00 = 無奇偶校驗01 = 偶校驗 10 = 無奇偶校驗11 = 奇校驗SM30.5d 每個字符的數據位 0 = 每個字符8位 1 = 每個字符7位SM30.2到SM30.4bbb 自由口波特率 000 = 38,400 波特 001 = 19,200

23、波特 010 = 9,600 波特 011 = 4,800 波特 100 = 2,400 波特 101 = 1,200 波特 110 = 600 波特 111 = 300 波特SM30.0和SM30.1mm 協議選擇 00 = 點到點接口協議 (PPI/ 從站模式) 01 = 自由口協議 10 = PPI/ 主站模式 11 = 保留 (缺省設置為 PPI/ 從站模式) 表4-5 SMB30自由口輸出器 4.6數據塊 VB 119 11 VB 120 16#05, 16#30, 16#32, 16#46 VB 124 16#41 VB 125 16#31 VB 126 16#30 VB 127

24、16#32 VB 128 16#37 VB 129 16#43 VB 130 16#0D VB 161 13 VB 162 16#05, 16#30, 16#32, 16#46, 16#44, 16#31, 16#39, 16#36, 16#39, 16#36, 16#46, 16#42 VB 174 16#0D VB 180 11 VB 181 16#05, 16#30, 16#32, 16#46, 16#41, 16#31, 16#30, 16#30, 16#37, 16#41, 16#0D VB 192 16#0D VB 199 11 VB 200 16#05, 16#30, 16#32

25、, 16#46, 16#41, 16#31, 16#30, 16#34, 16#37, 16#45, 16#0D VB 211 16#0D VB 400 13 VB 401 16#05, 16#30, 16#32, 16#45, 16#44, 16#31, 16#30, 16#33, 16#45, 16#38, 16#46, 16#43 VB 413 16#0D VB 600 13 VB 601 16#05, 16#30, 16#32, 16#45, 16#44, 16#31, 16#30, 16#37, 16#44, 16#30, 16#46, 16#37 VB 613 16#0D VB 8

26、00 11 VB 801 16#05, 16#30, 16#32, 16#46, 16#41, 16#31, 16#30, 16#30, 16#37, 16#41, 16#0D4.7 PLC 的編程4.8應注意的問題 (1)通訊規(guī)格必須在變頻器的初始化中設定，如果沒有進行或有一個錯誤的設定,， 數據將不能進行傳輸。(2)每次參數初始化設定后， 需要復位變頻器,，如未復位，通訊將不能進行。 (3)通過改變數據格式, 即可改變變頻器的運行頻率和對變頻器的數據來進行監(jiān)視。 第五章 觸摸屏與PLC的聯機應用5.1用觸摸屏控制電動機的運行 主要針對控制電路進行改造，而主電路部分保留不變。可以在觸摸屏上設

27、置6個按鈕開關，再設置6個指示燈，再結合PLC控制接觸器KM線圈。系統框圖如圖5-1。 圖5-1系統框圖5.2設計觸摸屏窗口 觸摸屏畫面設計時可以設計兩個窗口，一個是啟動畫面窗口，如圖5-2-1所示；另一個是電動機控制窗口，如圖5-2-2所示，運行燈是用于反映電機運行情況，即接觸器KM線圈的通電情況。兩個窗口可相互切換。圖5-2-1啟動畫面圖5-2-2電動機控制窗口5.3工程保存及編譯5.4 PLC的編程參照P18（4.7PLC編程）5.5聯機調試 將MT5-PC電纜線的PLC端連接到PLC，把MT5-PC電纜線的HMI連接到觸摸屏的PLC（RS-485）通信口，PC端連接到計算機的COM口，

28、通上電源。在Easy Manager中設置好COM口及其各種通信參數。之后進行組態(tài)工程下載以及調試。 第六章 系統安裝時的注意事項雖然PLC具有很高的可靠性，并且有很強的抗干擾能力，但在過于惡劣的環(huán)境或安裝使用不當等情況下，都有可能引起PLC內部信息的破壞而導致控制混亂，甚至造成內部元件損壞。為了提高PLC系統的運行的可靠性，安裝時應注意以下幾方面的問題。（1） 環(huán)境溫度適宜通常PLC允許的環(huán)境溫度約在055ºC。安裝時不要把發(fā)熱量大的元件放在PLC的下方；PLC四周要有足夠的通風散熱空間；不要把PLC安裝在陽光直接照射或離暖氣、加熱器、大功率電源等發(fā)熱器件很近的場所。（2）注意環(huán)境污染不一把PLC安裝在有大量污染物（如灰塵、油煙、鐵粉等）、腐蝕性氣體和可燃性的場所，尤其是有腐蝕性氣體的地方，易造成元件及印刷線路板的腐蝕。（3）遠離振動和沖擊源安裝PLC的控制柜應當遠離有強烈振動和沖擊的場所，尤其是連續(xù)、頻繁的振動。必要時可以采取相應措施來減輕振動和沖擊的影響