基于PLC模擬量方式變頻開環(huán)調(diào)速控制

./基于PLC模擬量方式變頻開環(huán)調(diào)速控制學生：趙佳<機自092機械工程學院機械制造,學號0908030273>摘要：隨著電力電子技術(shù)與控制技術(shù)的發(fā)展,使得交流變頻調(diào)速在工業(yè)電機拖動領(lǐng)域得到了廣泛應用。由于PLC的功能強大、容易使用、高可靠性,常常被用來作為現(xiàn)場現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和設備的控制。可編程控制器〔PLC〕是在計算機技術(shù)、通信技術(shù)和繼電器控制技術(shù)的發(fā)展基礎上開發(fā)出來的,現(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。它以微處理器為核心,用編寫的程序進行邏輯控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等,并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機械設備或生產(chǎn)過程。如今,PLC在我國各個工業(yè)領(lǐng)域中的應用越來越廣泛。在就業(yè)競爭日益激烈的今天,掌握PLC設計和應用是從事工業(yè)控制研發(fā)技術(shù)人員必須掌握的一門專業(yè)技術(shù)。任何生產(chǎn)機械電氣控制系統(tǒng)的設計,都包括兩個基本方面：一個是滿足生產(chǎn)機械和工藝的各種控制要求,另一個是滿足電氣控制系統(tǒng)本身的制造、使用以與維修的需要。因此,電氣控制系統(tǒng)設計包括原理設計和工藝設計兩個方面。前者決定一臺設備使用效能和自動化程度,即決定著生產(chǎn)機械設備的先進性、合理性,而后者決定著電氣控制設備生產(chǎn)可行性、經(jīng)濟性、外觀和維修等方面的性能。在現(xiàn)代控制設備中,機-電、液-電、氣-電配合得越來越密切,雖然生產(chǎn)機械的種類繁多,其電氣控制設備也各不相同,但電氣控制系統(tǒng)的設計原則和設計方法基本相同。在最大限度滿足生產(chǎn)設備和生產(chǎn)工藝對電氣控制系統(tǒng)要求的前提下,力求運行安全、可靠,動作準確,結(jié)果簡單、經(jīng)濟,電動機與電氣元件選用合理,操作、安裝、調(diào)試和維修方便。本文介紹了基于PLC模擬量方式變頻開環(huán)調(diào)速控制。關(guān)鍵詞：PLC；變頻器；開環(huán)調(diào)速。引言：變頻調(diào)速技術(shù)近年來發(fā)展很快,變頻器在各行業(yè)的應用,節(jié)約電能的同時可以減少排放降低能耗,理解并掌握變頻器的控制,具有十分重要的現(xiàn)實意義,變頻器的控制可以采用PLC單片機等控制核心,由于PLC具備可靠性高編程簡單維護方便等突出優(yōu)點,越來越多的工業(yè)控制場合選用PLC和變頻器用于電機的調(diào)速控制,基于PLC和變頻器組合的調(diào)速系統(tǒng)包括模擬方式和串口通訊方式兩種,其中,串口通訊分為有協(xié)議通訊和無協(xié)議通訊?？删幊炭刂破?lt;PLC>是以計算機技術(shù)為核心的通用自動化控制裝置,它的功能性強,可靠性高,編程簡單,使用方便,體積小巧,近年來在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應用,被譽為當代工業(yè)自動化主要支柱之一?，F(xiàn)今社會,自動化裝置無所不在,在控制技術(shù)需求的推動下,控制理論本身也取得了顯著的進步。PLC存在許許多多的的優(yōu)點,因此,PLC已經(jīng)在工業(yè)市場占有一大片領(lǐng)域。隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展,微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展,交流變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)進入一個嶄新的時代,其應用越來越廣目前,PLC在國內(nèi)外已經(jīng)廣泛應用于鋼鐵,石油化工,建材,機械制造,交通運輸?shù)雀鱾€行業(yè)。而在礦井局部通風機中為了滿足對安全監(jiān)控與節(jié)能越來越高的要求作為核心控制的變頻器也得到了廣泛地應用。一、PLC〔可編程序控制器〕概述PLC〔可編程控制器〕應用廣泛,其CPU功能較強,可靠性高,但在輸入輸出I/O方面,PLC存在價格過高,擴展模塊不隔離,輸入信號還要進行編程運算來完成采集,品牌繁多,互不兼容,用戶使用起來不方便等缺點。其在工業(yè)現(xiàn)場因其編程方便,抗干擾能力強,獲得了廣泛的應用。但受到內(nèi)部硬件電路的限制,在運算速度、數(shù)據(jù)處理能力等方面和PC機相比,要遜色很多。因此在工業(yè)現(xiàn)場對復雜模型進行控制時,可以借助上位機PC來建立生產(chǎn)模型,通過構(gòu)建SCC監(jiān)督式控制系統(tǒng),讓下位機PC為一DCC直接數(shù)字控制系統(tǒng),實現(xiàn)復雜系統(tǒng)的控制。另外,還可通過上位機PC和下位機PC組建監(jiān)控系統(tǒng),達到對工業(yè)現(xiàn)場實時監(jiān)控的目的。其中關(guān)鍵技術(shù)為PC機和PC之間的通訊。本文首先介紹PC機與PLC的通訊種類和機制,然后就采用高級語言VB和組態(tài)軟件MCGS,對完成以上二者通訊。PC機和PLC有兩種通訊方式,一種是PC機作主動者,即主局,PLC為從動者,即子局。另一種是PLC為主局,而PC機為子局。無論工作在哪種方式,數(shù)據(jù)一般都采用串行方式來傳輸,即可通過RS232、RE422或RS485電纜線來進行信息傳遞。在進行通訊時,首先將PC機和PLC傳遞信息的波特率設置一致。另外還要對奇偶校驗位、傳輸數(shù)據(jù)位數(shù)和停止位進行設置。在PC機和PLC進行通訊時,要使用命令幀和響應幀的形式來進行信息傳遞。每次通信送出的一組數(shù)據(jù)稱作"幀"。幀可以從持有發(fā)送權(quán)的一方傳出。每送出一幀,上位機或PLC就將發(fā)送權(quán)交給另一方。當接收方收到終端〔命令或響應的終字符〕或分界符〔分割幀的字符〕信息后,就將發(fā)送權(quán)轉(zhuǎn)到另一方。二、PLC特點PLC是面向用戶的專用工業(yè)控制計算機,具有許多明顯的特點。1.可靠性高,抗干擾能力強為了限制故障的發(fā)生或者在發(fā)生故障時,能很快查出故障發(fā)生點,并將故障限制在局部,采取了多種措施,使PC除了本身具有較強的自診斷能力,能與時給出出錯信息,停止運行等待修復外,還使PC具有了很強的抗干擾能力。2.通用性強,控制程序可變,使用方便PLC品種齊全的各種硬件裝置,可以組成能滿足各種要求的控制系統(tǒng),用戶不必自己再設計和制作硬件裝置。用戶在硬件確定以后,在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設備更新的情況下,不必改變PLC的硬設備,只需改編程序就可以滿足要求。因此,PLC除應用于單機控制外,在工廠自動化中也被大量采用。3.功能強,適應面廣現(xiàn)代PLC不僅有邏輯運算、計時、計數(shù)、順序控制等功能,還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動、通信、人機對話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺生產(chǎn)機械、一條生產(chǎn)線,又可控制一個生產(chǎn)過程。4.編程簡單,容易掌握目前,大多數(shù)PLC仍采用繼電控制形式的"梯形圖編程方式"。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀,又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習慣與編程水平,所以非常容易接受和掌握。PLC在執(zhí)行梯形圖程序時,用解釋程序?qū)⑺g成匯編語言然后執(zhí)行〔PLC內(nèi)部增加了解釋程序〕。與直接執(zhí)行匯編語言編寫的用戶程序相比,執(zhí)行梯形圖程序的時間要長一些,但對于大多數(shù)機電控制設備來說,是微不足道的,完全可以滿足控制要求。5.減少了控制系統(tǒng)的設計與施工的工作量由于PLC采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件,控制柜的設計安裝接線工作量大為減少。同時,PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調(diào)試,更減少了現(xiàn)場的調(diào)試工作量。并且,由于PLC的低故障率與很強的監(jiān)視功能,模塊化等等,使維修也極為方便。6.體積小、重量輕、功耗低、維護方便PLC是將微電子技術(shù)應用于工業(yè)設備的產(chǎn)品,其結(jié)構(gòu)緊湊,堅固,體積小,重量輕,功耗低。并且由于PLC的強抗干擾能力,易于裝入設備內(nèi)部,是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。三、實驗目的了解變頻器外部控制端子的功能,掌握外部運行模式下變頻器的操作方法。四、實驗設備序號名稱型號與規(guī)格數(shù)量備注1網(wǎng)絡型可編程控制器高級實驗裝置THORM-D12實驗掛箱CM5113電機WDJ2614實驗導線3號/4號若干5通訊電纜USB16計算機1自備五、控制要求正確設置變頻器輸出的額定頻率、額定電壓、額定電流。通過外部端子控制電機啟動/停止、打開"K1"電機正轉(zhuǎn)啟動。調(diào)節(jié)輸入電壓,電機轉(zhuǎn)速隨電壓增加而增大。六、參數(shù)功能表序號變頻器參數(shù)出廠值設定值功能說明n1.0050.0050.00最高頻率n1.051.50.01最低輸出頻率n1.0910.010.0加速時間n1.1010.010.0減速時間n2.0012頻率指令輸入A1端子有效〔0-10V〕n2.0101可控制回路端子n4.0401控制回路端子的運轉(zhuǎn)指令七、系統(tǒng)總體方案設計本次設計是實現(xiàn)控制變頻調(diào)速系統(tǒng),選用PLC和變頻器的組合可完成數(shù)字量的輸入,實現(xiàn)模擬量和數(shù)字量的輸出控制。可以通過對頻率的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)對速度的控制,使得速度變化更加平滑和實現(xiàn)精確調(diào)速。〔一〕選擇機型本次試驗選用OMRON-CP2MPLC加模擬量擴展單元和歐姆龍3G3MZ變頻器。變頻器外部接線圖〔三〕確定系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)由PLC和變頻器組成的開環(huán)控制系統(tǒng),模擬量輸入端由兩輸入,開始與停止按鈕；PLC輸出端是從0—10V的模擬量作為變頻器的輸入。實現(xiàn)如下控制：0V輸出頻率為0.1Hz,;10V輸出頻率為50HZ。當PLC模擬量輸出0—10V變化時,變頻器輸出頻率為50Hz；電機以最大速度運行10s,PLC模擬量輸出由10V將到0V,變頻器輸出頻率為0.1Hz,電機轉(zhuǎn)速為0r/min。八、操作步驟檢查實驗設備中器材是否齊全。按照變頻器外部接線圖完成變頻器的接線,認真檢查,確保正確無誤。打開電源開關(guān),按照參數(shù)功能表正確設置變頻器參數(shù)。打開示例程序或用戶自己編寫的控制程序,進行編譯,有錯誤時根據(jù)提示信息修改,直至無誤,用通訊編程電纜連接計算機串口與PLC通訊口,打開PLC主機電源開關(guān),下載程序至PLC中。打開開關(guān)"K1",調(diào)節(jié)PLC模擬量模塊輸入電壓,觀察并記錄電機的運轉(zhuǎn)情況。九、控制程序LDP_On常開觸點P_On與左側(cè)母線相連接OUT2000.00把計算結(jié)果輸出到繼電器2000.00中LD0.00常開觸點0.00與左側(cè)母線相連接OUTTR0把計算結(jié)果輸出到繼電器TR0中MOV<021>2005D500當執(zhí)行條件為NO時,將源數(shù)據(jù)2005傳送到通道D500中AND>=<325>D500&0常開觸點與其他程序段相串聯(lián)AND<=<315>D500&8000常開觸點與其他程序段相串聯(lián)MOV<021>D5002001當執(zhí)行條件為NO時,將源數(shù)據(jù)D500傳送到通道2001中LDTR0常開觸點TR0與左側(cè)母線相連接OUT1.00把計算結(jié)果輸出到繼電器1.00中LDNOT0.00常閉觸點0.00與左側(cè)母線相連接MOV<021>&02001當執(zhí)行條件為NO時,將源數(shù)據(jù)&0傳送到通道2001中十、PLC梯形圖Q：2000.00P-OnQ：2000.00P-On長通標志長通標志11I：0.00I：0.00傳送源字目標2MO〔021〕傳送源字目標2MO〔021〕I：2005I：2005D500傳送源字目標MOV<021><=<315>>=<325>傳送源字目標MOV<021><=<315>>=<325>D500Q:2001D500Q:2001D500＆8000D500＆0Q:1.00Q:1.0022I：0.00I：0.00傳送源字目標10傳送源字目標10MOV<021>MOV<021>＆＆0Q:2001結(jié)束END〔001〕結(jié)束END〔001〕十一、程序說明：起動和停止信號,保持在2000.00中,表示程序啟動運行。：打開開關(guān)K1,程序啟動時并且每個循環(huán)的開始時D500置2005地址里的值,所以輸出電壓每次都是從地址2005中的值開始,保證循環(huán)在0—10VX圍內(nèi)。：判斷地址D500中的值是否在0—8000X圍內(nèi),如果為真在程序每次掃描過程中D500中的值置入2001通道中轉(zhuǎn)換成電壓輸出。：關(guān)閉開關(guān)K1,將地址2001通道中值＆0000,所以電壓輸出變?yōu)?V,電機停止轉(zhuǎn)動。：程序結(jié)束標志。十二、調(diào)試過程1.先將PLC程序傳入OMRON-CSPLC中,只連接啟動與停止開關(guān),先不與變頻器相連接,以免輸出電壓不正確導致變頻器出錯。2.按下啟動按鈕,然后用萬用表測CJ2M模擬量I/0模塊的VI1+、VI1-兩點間的電壓,看是否正確運行,如果運行正確則證明PLC部分調(diào)試成功。3.連接PLC的輸出點與變頻器的輸入點,并且調(diào)試好變頻器的參數(shù)設置,最后把變頻器的輸出與電機接好。4.最后打開啟動按鈕,電機正常運行,并且按照給定的時間函數(shù)循環(huán)運行。顯示的最大頻率是50HZ。十三、實驗總結(jié)〔一〕總結(jié)PLC控制變頻器的開環(huán)調(diào)速的操作方法1、檢查實驗設備中器材是否齊全。2、按照變頻器外部接線圖完成變頻器的接線,認真檢查,確保正確無誤。3、打開電源開關(guān),按照參數(shù)功能表正確設置變頻器參數(shù)。4、打開示例程序或用戶自己編寫的控制程序,進行編譯,有錯誤時根據(jù)提示信息修改,直至無誤,用通訊編程電纜連接計算機串口與PLC通訊口,打開PLC主機電源開關(guān),下載程序至PLC中。5、打開開關(guān)"K1",調(diào)節(jié)PLC模擬量模塊輸入電壓,觀察并記錄電機的運轉(zhuǎn)情況。〔二〕記錄變頻器與電機控制線路的接線方法與注意事項變頻器通過接線與外圍設備連接,接線分為主電路接線和控制電路接線<變頻器的控制方式>。主電路連接導線選擇較為簡單,由于主電路電壓高、電流大,所以選擇主電路連接導線時應該遵循"線徑宜粗不宜細"的原則,具體可按普通電動機的選擇導線方法來選用?？刂齐娐返倪B接導線種類較多,接線時要符合其相應的特點。1、開關(guān)量接線開關(guān)量接線主要包括啟動。點動和多擋轉(zhuǎn)速接線。一般情況下,模擬量接線的原則適用開關(guān)量接線,不過由于開關(guān)量信號抗干擾能力強,所以在距離不遠時,開關(guān)量接線可不采用屏蔽線,而使用普通的導線,但同一信號的兩根線必須互相絞在一起。如果開關(guān)量控制操作臺距離變頻器很遠,應選用電路將控制臺信號轉(zhuǎn)換成能遠距離傳送的信號,當信號傳送到變頻器一端時,要將該信號還原變頻器所要求的信號。2、模擬量接線模擬量接線主要包括:輸入側(cè)的給定信號線和反饋線;輸出側(cè)的頻率信號線和電流信號線由于模擬量信號受干擾,因此需要采用屏蔽線作模擬量接線,屏蔽線靠近變頻器的屏蔽層應接公共端<COM>,而不要接E端<接地端>,屏蔽層的另一端要懸空。在進行模擬量接線時還要注意：〔1〕模擬量導線應遠離電路100MM以上;〔2〕模擬量導線盡量不要和主電路交叉,若必須交叉,應采用垂直交叉方式。3、變頻器的接地為了防止漏電和干擾信號侵入或向外輻射,要求變頻器必須接地。在接地時,應采用較粗的短導線將變頻器的接地端子<通常為E端>與地連接。當變頻器和多臺設備一起使用時,每臺設備都應分別接地,不允許將一臺設備的接地端子接到另一臺設備接地端再接地。4、線圈反峰電壓吸收電路接線接觸器、繼電器或電磁鐵線圈在斷電的瞬間會產(chǎn)生很高的反峰電壓,易損壞電路中的元件或使電路產(chǎn)生誤動作,在線圈兩端接吸收電路可以有效抑制反峰電壓。對于交流電源供電的控制電路,可在線圈兩端接R、C元件來吸收反峰電壓,當線圈瞬間斷電時產(chǎn)生很高反峰電壓,該電壓會對電容C充電而迅速降低。對于直流電源供電的控制電路,可在線圈兩端接二極管來吸收反峰電壓,線圈斷電后會產(chǎn)生很高的左負右正反峰電壓,二極管VD馬上導通而使反峰電壓降低,為了使能抑制反峰電壓,二極管正極應對應電源的負極。變頻器外部線路的連接方法具體連線：變頻器的控制面板下面是一排接線端子,我們所有對變頻器的連線都是從這一排接線端子引出來的。但變頻器的控制面板是不能頻繁的拆卸的。1、連接外部按鈕端子CM黃線>、REV<藍線>、FWD<綠線>接按鈕開關(guān)。CM<>、REV>、FWD端子CM<黃線>、REV<藍線>、FWD<綠線>接按鈕開關(guān)。此線組為硬線,<黃線為公共端>。2、連接電位器端子11黃線>、12<綠線>、13<紅線>11<>、12>、13端子11<黃線>、12<綠線>、13<紅線>接電位器的三個端子,其中,12<綠線>接電位器的中間的端子。三個端子,其中,12<綠線>接電位器的中間的端子。此線組為軟線;變頻器在正常工作過程中,注：此線組為軟線;變頻器在正常工作過程中,電位器兩端10V的電壓的電壓。有10V的電壓。3、連接電源主電路電源端子L1/RL2/S、L3/T與電源連接L1/R、與電源連接。已接好>主電路電源端子L1/R、L2/S、L3/T與電源連接。4、連接電動機變頻輸出端子<U、V、W>應按正確相序連接至電動機。變頻輸出端子<應按正確相序連接至電動機。在變頻器上已經(jīng)給出的接線中有3條顏色相同的軟線,將這3在變頻器上已經(jīng)給出的接線中有3條顏色相同的軟線,將這3條線通過接線端子與電動機相連。十四、結(jié)束語通過本次試驗,對歐姆龍系列PLC和變頻器系統(tǒng)的特點有了更深的理解。利用了歐姆龍系列PLC的特點,對按鈕、開關(guān)等輸入/輸出進行控