PLC與變頻器控制電機(jī)

1、渤海船舶職業(yè)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) ( 論 文 ) 題 目:變頻器與PLC控制電機(jī)運(yùn)行 年級(jí)專(zhuān)業(yè):電氣工程(船舶電氣)系姓 名:劉俊亮 學(xué)號(hào)：11G31502論文完成時(shí)間：2014/5/21摘要隨著生活水平逐漸提高，節(jié)能環(huán)保的觀念越來(lái)越深入人心。回望過(guò)去30年在變頻器上的研發(fā)，總結(jié)我們投入變頻器運(yùn)用于各行業(yè)的實(shí)際運(yùn)用中，隨著高性能微解決器的運(yùn)用以及河南變頻器維修掌握技巧的開(kāi)展，變頻器的性能價(jià)錢(qián)比越來(lái)越高，體積越來(lái)越小，很多技術(shù)先進(jìn)的公司一直以進(jìn)步牢靠性為追求完成變頻器，為使其更小型輕量化、高性能化和多功用化以及無(wú)公害化而做著新的挑戰(zhàn)。變頻器性能的優(yōu)劣，一要看其輸出交換電壓的諧波對(duì)電機(jī)的影響，二要看

2、對(duì)電網(wǎng)的諧波凈化和輸出功率因數(shù)，三要看自身的能量損耗(即效力)如何。變頻器還在一直的進(jìn)步，各廠家都在尋求卓著，這也才是推進(jìn)行業(yè)開(kāi)展的前提，只有企業(yè)永遠(yuǎn)向前看，行業(yè)自但是然會(huì)更好。變頻器是靜止掌握體系中的功率變換器。當(dāng)今的靜止掌握體系是蘊(yùn)含多種學(xué)科的技巧范疇，總的開(kāi)展趨向是：驅(qū)動(dòng)的交換化，功率變換器的高頻化，掌握的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。因而，變頻器作為體系的主要功率變換部件，供給可控的高性能變壓變頻的交換電源而得到迅猛開(kāi)展。于此同時(shí)PLC的發(fā)展也是非常令人驚訝的，20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的

3、工業(yè)控制裝置。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的

4、工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。關(guān)鍵詞：工作原理，運(yùn)行方式，基本操作 目 錄摘要1發(fā)展前景12 變頻器控制電機(jī)42.1 變頻器的工作原理42.2 變頻器控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)52.3 變頻器控制電機(jī)多段運(yùn)行72.4 變頻器控制三臺(tái)電機(jī)93 PLC控制設(shè)計(jì)113.1 PLC的簡(jiǎn)介113.2 PLC控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)133.3 PLC控制電機(jī)多段運(yùn)行143.4 PLC控制步進(jìn)電機(jī)184 設(shè)計(jì)體會(huì)26參考文獻(xiàn)271 發(fā)展前景隨著人們的生活水平逐漸提高，節(jié)能環(huán)保的觀念越來(lái)越深入人心?；赝^(guò)去30年在變頻器上的研發(fā)，總結(jié)我們投入變頻器運(yùn)用于各行業(yè)的實(shí)際運(yùn)用中，隨著高性能微解決器的運(yùn)用以及河南變頻器維修掌握技巧的開(kāi)展

5、，變頻器的性能價(jià)錢(qián)比越來(lái)越高，體積越來(lái)越小，很多技術(shù)先進(jìn)的公司一直以進(jìn)步牢靠性為追求完成變頻器，為使其更小型輕量化、高性能化和多功用化以及無(wú)公害化而做著新的挑戰(zhàn)。變頻器性能的優(yōu)劣，一要看其輸出交換電壓的諧波對(duì)電機(jī)的影響，二要看對(duì)電網(wǎng)的諧波凈化和輸出功率因數(shù)，三要看自身的能量損耗(即效力)如何。變頻器還在一直的進(jìn)步，各廠家都在尋求卓著，這也才是推進(jìn)行業(yè)開(kāi)展的前提，只有企業(yè)永遠(yuǎn)向前看，行業(yè)自但是然會(huì)更好。變頻器是靜止掌握體系中的功率變換器。當(dāng)今的靜止掌握體系是蘊(yùn)含多種學(xué)科的技巧范疇，總的開(kāi)展趨向是：驅(qū)動(dòng)的交換化，功率變換器的高頻化，掌握的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。因而，變頻器作為體系的主要功率變換部

6、件，供給可控的高性能變壓變頻的交換電源而得到迅猛開(kāi)展。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。20世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為3040%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和

7、超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。如今很多公司廠房已經(jīng)離不開(kāi)他們的存在了。2 變頻器控制電機(jī)2.1 變頻器的工作原理近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，生產(chǎn)工藝的改進(jìn)及功率半導(dǎo)體器件價(jià)格的降低，變頻調(diào)速越來(lái)越被工業(yè)上所采用。如何選擇性能好的變頻其應(yīng)用到工業(yè)控制中。2.1.1 變頻器的工作原理 交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式位： n60 f(1s)/p (1) 式中 n異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；f異步電動(dòng)機(jī)的頻率；s電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；p電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。 由式(1)可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率

8、f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在050Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。 2.1.2變頻器控制方式 低壓通用變頻輸出電壓為380650V，輸出功率為0.75400kW，工作頻率為0400Hz，它的主電路都采用交直交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下四代。1、U/f=C的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制方式： 其特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿(mǎn)足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時(shí)，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使

9、輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。 2、電壓空間矢量（SVPWM）控制方式 它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制波形，以?xún)?nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制的。經(jīng)實(shí)踐使用后又有所改進(jìn)，即引入頻率補(bǔ)償，能消除速度控制的誤差；通過(guò)反饋估算磁鏈幅值，消除低速時(shí)定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動(dòng)態(tài)的精度和穩(wěn)定度。3、矢量控制（VC）方式 矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過(guò)三相二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1Ib1，再通過(guò)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1、It1（

10、Im1相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流），然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。 4、直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）方式 直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算；它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。 5、矩陣式交交控制方式 VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交直交變頻中的一種。其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流電路需要大的儲(chǔ)能電容，再生

11、能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行。為此，矩陣式交交變頻應(yīng)運(yùn)而生。由于矩陣式交交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價(jià)格貴的電解電容。它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為l，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術(shù)目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學(xué)者深入研究。其實(shí)質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。2.2 變頻器控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)2.2.1 控制要求本次目的是了解變頻器外部控制端子的功能，掌握外部運(yùn)行模式下變頻器的操作方法。要求如下：1、正確設(shè)置變頻器輸出的額定頻率、額定電壓、額定電流、額定功率、額定轉(zhuǎn)速。2、通過(guò)外部端子控制電機(jī)啟動(dòng)/停止、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)，

12、打開(kāi)“K1”、“K3”電機(jī)正轉(zhuǎn)，打開(kāi)“K2”電機(jī)反轉(zhuǎn)，關(guān)閉“K2”電機(jī)正轉(zhuǎn)；在正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)的同時(shí)，關(guān)閉“K3”，電機(jī)停止。3、運(yùn)用操作面板改變電機(jī)啟動(dòng)的點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行頻率和加減速時(shí)間2.2.2 控制電路的設(shè)計(jì)首先是實(shí)訓(xùn)設(shè)備，見(jiàn)表2-1表2-1 實(shí)訓(xùn)設(shè)備序號(hào)名 稱(chēng)型號(hào)與規(guī)格數(shù) 量備 注1實(shí)訓(xùn)裝置THPFSM-212實(shí)訓(xùn)掛箱C1013導(dǎo)線3號(hào)/4號(hào)若干4電動(dòng)機(jī)WDJ2615實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書(shū)THPFSM-1/21然后就要對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，見(jiàn)表2-2表2-2 變頻器的參數(shù)序號(hào)變頻器參數(shù)出廠值設(shè)定值功能說(shuō)明1P0304230380電動(dòng)機(jī)的額定電壓( 380V )2P03053.250.35電動(dòng)機(jī)的額定電流( 0

13、.35A )3P03070.750.06電動(dòng)機(jī)的額定功率( 60W )4P031050.0050.00電動(dòng)機(jī)的額定頻率( 50Hz )5P031101430電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速( 1430 r/min )6P070022選擇命令源（ 由端子排輸入 ）7P100021用操作面板（BOP）控制頻率的升降8P108000電動(dòng)機(jī)的最小頻率( 0Hz )9P10825050.00電動(dòng)機(jī)的最大頻率( 50Hz )10P11201010斜坡上升時(shí)間( 10S )11P11211010斜坡下降時(shí)間( 10S )12P070111ON/OFF（接通正轉(zhuǎn)/停車(chē)命令1）13P07021212反轉(zhuǎn)14P070394OFF

14、3（停車(chē)命令3）按斜坡函數(shù)曲線快速降速停車(chē) 注:（1）設(shè)置參數(shù)前先將變頻器參數(shù)復(fù)位為工廠的缺省設(shè)定值（2）設(shè)定P0003=2 允許訪問(wèn)擴(kuò)展參數(shù) （3）設(shè)定電機(jī)參數(shù)時(shí)先設(shè)定P0010=1(快速調(diào)試),電機(jī)參數(shù)設(shè)置完成設(shè)定P0010=0(準(zhǔn)備)2.2.3 電路的設(shè)計(jì)變頻器的外部接線如圖2-1所示。圖2-1 變頻器外部接線圖操作步驟：1、檢查實(shí)訓(xùn)設(shè)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(rèn)真檢查，確保正確無(wú)誤。3、打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，按照參數(shù)功能表正確設(shè)置變頻器參數(shù)4、打開(kāi)開(kāi)關(guān)“K1”，電機(jī)正轉(zhuǎn)。5、關(guān)閉開(kāi)關(guān)“K1”，打開(kāi)開(kāi)關(guān)“K2”，電機(jī)反轉(zhuǎn)。6、打開(kāi)開(kāi)關(guān)“K3”，電機(jī)停止。2.3

15、變頻器控制電機(jī)多段運(yùn)行2.3.1 控制要求本次實(shí)驗(yàn)的要求是：1、正確設(shè)置變頻器輸出的額定頻率、額定電壓、額定電流、額定功率、額定轉(zhuǎn)速。2、通過(guò)外部端子控制電機(jī)啟動(dòng)/停止、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)，打開(kāi)“K1”、“K3”電機(jī)正轉(zhuǎn)，打開(kāi)“K2”電機(jī)反轉(zhuǎn)，關(guān)閉“K2”電機(jī)正轉(zhuǎn)；在正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)的同時(shí)，關(guān)閉“K3”，電機(jī)停止。3、運(yùn)用操作面板改變電機(jī)啟動(dòng)的點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行頻率和加減速時(shí)間。2.3.2 控制電路的設(shè)計(jì)本次實(shí)驗(yàn)的設(shè)備見(jiàn)表2-1，對(duì)變頻器的參數(shù)設(shè)置，見(jiàn)表2-3。需要注意以下三點(diǎn)：（1）設(shè)置參數(shù)前先將變頻器參數(shù)復(fù)位為工廠的缺省設(shè)定值（2）設(shè)定P0003=2 允許訪問(wèn)擴(kuò)展參數(shù)（3）設(shè)定電機(jī)參數(shù)時(shí)先設(shè)定P0010=1(快速

16、調(diào)試),電機(jī)參數(shù)設(shè)置完成設(shè)定P0010=0(準(zhǔn)備)2.3.3 控制電路變頻器外部接線圖見(jiàn)圖2-1，操作步驟：1、檢查實(shí)訓(xùn)設(shè)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(rèn)真檢查，確保正確無(wú)誤。變頻器的L、N接口接三相電源的W相和地線。3、打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，按照參數(shù)功能表正確設(shè)置變頻器參數(shù)。4、切換開(kāi)關(guān)“K1”、“K2”、“K3”的通斷，觀察并記錄變頻器的輸出頻率。各個(gè)固定頻率的數(shù)值根據(jù)表2-4選擇?！癒1”、“K2”、“K3”三種不同組合頻率，DIN1、DIN2、DIN3的輸入不同，通過(guò)變頻器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是的輸出分別有5Hz、10Hz、20Hz、25Hz、30Hz、40Hz、50Hz

17、。表2-3 變頻器的參數(shù)序號(hào)變頻器參數(shù)出廠值設(shè)定值功能說(shuō)明1P0304230380電動(dòng)機(jī)的額定電壓( 380V )2P03053.250.35電動(dòng)機(jī)的額定電流( 0.35A )3P03070.750.06電動(dòng)機(jī)的額定功率( 60W )4P031050.0050.00電動(dòng)機(jī)的額定頻率( 50Hz )5P031101430電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速( 1430 r/min )6P100023固定頻率設(shè)定7P108000電動(dòng)機(jī)的最小頻率( 0Hz )8P10825050.00電動(dòng)機(jī)的最大頻率( 50Hz )9P11201010斜坡上升時(shí)間( 10S )10P11211010斜坡下降時(shí)間( 10S )11P07

18、0022選擇命令源（ 由端子排輸入 ）12P0701117固定頻率設(shè)值（二進(jìn)制編碼選擇+ON命令）13P07021217固定頻率設(shè)值（二進(jìn)制編碼選擇+ON命令）14P0703917固定頻率設(shè)值（二進(jìn)制編碼選擇+ON命令）15P10010.005.00固定頻率116P10025.0010.00固定頻率217P100310.0020.00固定頻率318P100415.0025.00固定頻率419P100520.0030.00固定頻率520P100625.0040.00固定頻率621P100730.0050.00固定頻率7表2-4 開(kāi)關(guān)頻率的選擇 K1K2K3輸出頻率OFFOFFOFFOFFONOF

19、FOFF固定頻率1OFFONOFF固定頻率2ONONOFF固定頻率3OFFOFFON固定頻率4ONOFFON固定頻率5OFFONON固定頻率6ONONON固定頻率72.4 變頻器控制三臺(tái)電機(jī)2.4.1 控制要求某供水系統(tǒng)需三臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)工作，現(xiàn)若采用一臺(tái)變頻器實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，試設(shè)計(jì)其電氣控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水目的。具體要求如下：（1）當(dāng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)為變頻工作時(shí)，另兩臺(tái)電機(jī)必須為工頻工作或停止?fàn)顟B(tài)；（2）需考慮消防的需要；（3）要求有必要的電氣保護(hù)；（4）繪制該系統(tǒng)的主電路和控制電路圖，并選取相應(yīng)的電器的型號(hào)（注：電機(jī)功率可自定）。2.4.2 主電路的設(shè)計(jì)電機(jī)有兩種工作模式：在工頻電下運(yùn)行和變

20、頻電下運(yùn)行。主電路圖見(jiàn)圖2-21、QA1,QA2分別為電動(dòng)機(jī)MA1,MA2,MA3變頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器。2.、QA3,QA4,QA5分別為電動(dòng)機(jī)MA1,MA2,MA3工頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器。熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)原理工作的保護(hù)電路。它在電路中的作用為電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。QA為低壓斷路器，也稱(chēng)為自動(dòng)開(kāi)關(guān)或空氣開(kāi)關(guān)。作用是對(duì)設(shè)備發(fā)生短路，嚴(yán)重過(guò)載及欠電壓等進(jìn)行保護(hù)。圖2-2 變頻器控制三臺(tái)電機(jī)2.4.3 控制電路的設(shè)計(jì)控制原理:FA1，F(xiàn)A2為熔斷器，是電路中的一種簡(jiǎn)單的短路保護(hù)裝置。使用時(shí)，由于電流超過(guò)允許值產(chǎn)生的熱量使串接于主電路中的熔體熔化而切斷電路，防電氣設(shè)備短路和嚴(yán)重

21、過(guò)載。BB1,BB2，BB3為熱繼電器起到過(guò)載保護(hù)的作用。SF1為總控制開(kāi)關(guān)， SF3，SF4分別為三臺(tái)電動(dòng)機(jī)變頻控制按鈕，當(dāng)三個(gè)開(kāi)關(guān)為斷開(kāi)時(shí)，三臺(tái)電機(jī)停止變頻。SF6,SF8，SF10分別為電機(jī)的工頻控制按鈕，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，三臺(tái)電機(jī)停止運(yùn)行。SF2為QA1的啟動(dòng)按鈕。當(dāng)SF2閉合時(shí)QA1主線圈得電，輔助線圈QA1閉合，MA1處于變頻工作狀態(tài)，由于互鎖MA2的變頻支路Q(chēng)A1常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，只能處于工頻或停止工作狀態(tài)。當(dāng)SF9閉合時(shí)QA4主線圈得電，輔助線圈QA4閉合，同時(shí)MA1變頻支路的常閉觸點(diǎn)QA4處于斷開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)只能工作在工頻狀態(tài)。MA2工作原理與MA1相同。控制電路見(jiàn)圖2-3圖2-3 變

22、頻器控制三臺(tái)電機(jī)控制電路3 PLC控制設(shè)計(jì)3.1 PLC的簡(jiǎn)介3.1.1 PLC的應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)可應(yīng)用于三相異步電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)控制、三相異步電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)轉(zhuǎn)控制、水塔水位控制、自動(dòng)送料裝車(chē)控制、交通信號(hào)燈控制、液體混合裝置控制、大小球分類(lèi)傳送控制、人行橫道與車(chē)道燈控制、電動(dòng)機(jī)的丫-減壓起動(dòng)控制、送料車(chē)控制和天塔之光控制等。目前PLC在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、輕紡。汽車(chē)。交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況主要分為：開(kāi)關(guān)量邏輯控制、模擬量控制、運(yùn)動(dòng)量控制、數(shù)據(jù)采集及處理、信號(hào)監(jiān)控、通信及聯(lián)網(wǎng)。由于PLC上述幾個(gè)方面的應(yīng)用，而且PLC控制系統(tǒng)使其網(wǎng)絡(luò)又

23、可大可小，所以PLC已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)行業(yè)，如冶金、機(jī)械、化工、輕工、食品、建材等等，不僅如此，PLC也應(yīng)用于一些非工業(yè)過(guò)程，如樓宇自動(dòng)化、電梯控制、以及農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境參數(shù)調(diào)控等。3.1.2 PLC的工作原理當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱(chēng)作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 (一) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即

24、使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 (二) 用戶(hù)程序執(zhí)行階段 在用戶(hù)程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶(hù)程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即在用戶(hù)程序

25、執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。 在程序執(zhí)行的過(guò)程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過(guò)程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過(guò)程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 (三) 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶(hù)程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入

26、輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。3.1.3 S7-200的簡(jiǎn)介s7-200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。S7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力

27、設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。 S7-200系列PLC可提供4個(gè)不同的基本型號(hào)的8種CPUCPU單元設(shè)計(jì)：集成的24V負(fù)載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器），CPU 221，222具有180mA輸出，CPU 224，CPU 224XP，CPU 226分別輸出280，400mA?？捎米髫?fù)載電源。 CPU 221226各有2種類(lèi)型CPU，具有不同的電源電壓和控制電壓。 本機(jī)數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn)，CPU 221具有6個(gè)輸入點(diǎn)和4個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 222具有8個(gè)輸入點(diǎn)和6個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 224具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)

28、輸出點(diǎn)，CPU 224XP具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 226具有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)。本機(jī)模擬最輸入/輸出點(diǎn) ，CPU 224XP具有2個(gè)輸入點(diǎn)，1個(gè)輸出點(diǎn)。中斷輸入允許以極快的速度對(duì)過(guò)程信號(hào)的上升沿作出響應(yīng)。 高速計(jì)數(shù)器 ，CPU 221/222。個(gè)高速計(jì)數(shù)器（30KHz），可編程并具有復(fù)位輸入，2個(gè)獨(dú)立的輸入端可同時(shí)作加、減計(jì)數(shù)，可連接兩個(gè)相位差為90的A/B相增量編碼器 ，CPU224/224XP/226 ，6個(gè)高速計(jì)數(shù)器（30KHz），具有CPU221/222相同的功能。 CPU 222/224/224XP/226 ，可方便地用數(shù)字量和模擬量擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展?？墒褂梅?/p>

29、真器（選件）對(duì)本機(jī)輸入信號(hào)進(jìn)行仿真，用于調(diào)試用戶(hù)程序。3.2 PLC控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)3.2.1 控制電路設(shè)計(jì)PLC通過(guò)變頻器來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，變頻器的參數(shù)設(shè)置參考表2-1，PLC的外部接線圖見(jiàn)圖3-1。圖3-1 PLC外部接線圖三個(gè)開(kāi)關(guān)“K1”、“K2”、“K3”作為PLC的輸入I0.0、I0.1、I0.2，輸出點(diǎn)Q0.0、Q0.1、Q0.2給到變頻器的DIN1、DIN2、DIN3，這樣就可以PLC通過(guò)變頻器來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。3.2.2 程序設(shè)計(jì)控制電路的地址分配表見(jiàn)表3-1。表3-1 PLC I/O分配表輸入口分配輸出口分配K1I0.0DIN1Q0.0K2I0.1DIN2Q0.1K3I0

30、.2DIN3Q0.2T型圖見(jiàn)圖3-2。開(kāi)關(guān)K1控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)，開(kāi)關(guān)K2控制電機(jī)的反轉(zhuǎn)，開(kāi)關(guān)K3控制電機(jī)的停止。操作步驟如下：1、檢查實(shí)訓(xùn)設(shè)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(rèn)真檢查，確保正確無(wú)誤。3、打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，按照參數(shù)功能表正確設(shè)置變頻器參數(shù)。4、打開(kāi)示例程序或用戶(hù)自己編寫(xiě)的控制程序，進(jìn)行編譯，有錯(cuò)誤實(shí)根據(jù)提示信息修改，直至無(wú)誤，用PC/PPI通訊編程電纜連接計(jì)算機(jī)串口與PLC通訊口，打開(kāi)PLC主機(jī)電源開(kāi)關(guān)，下載程序至PLC中，下載完畢后將PLC的“RUN/STOP”開(kāi)關(guān)撥至“RUN”狀態(tài)。5、按下按鈕“S1”,觀察并記錄電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。6、按下操作面板按鈕“ ”

31、,增加變頻器輸出頻率。7、按下按鈕“S3”,等電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)后,按下按鈕“S2”,電機(jī)反轉(zhuǎn)。圖3-2 PLC控制電機(jī)T型圖3.3 PLC控制電機(jī)多段運(yùn)行3.3.1 控制電路的設(shè)計(jì)PLC通過(guò)變頻器來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，變頻器的參數(shù)設(shè)置參考表2-1，PLC的外部接線圖見(jiàn)圖3-3。PLC的四個(gè)輸入I0.0、I0.1、I0.2、I0.3分別有開(kāi)關(guān)K1、K2、K3、K4控制，開(kāi)關(guān)K1控制電機(jī)的自動(dòng)多段速度運(yùn)行，開(kāi)關(guān)K2、K3、K4在不同組合輸入時(shí)，電機(jī)或在不同頻率下運(yùn)行。3.3.2 程序設(shè)計(jì)控制電路的地址分配表見(jiàn)表3-2。表3-2多段I/O分配表輸入口地址輸出口地址K1I0.0DIN1Q0.0K2I0.1D

32、IN2Q0.1K3I0.2DIN3Q0.2K4I0.3圖3-3 PLC控制電機(jī)多段運(yùn)行外部接線圖多段T型圖見(jiàn)圖3-3至圖3-5圖3-3 多段T型圖網(wǎng)絡(luò)1和網(wǎng)絡(luò)2 操作步驟如下所示：1.檢查實(shí)訓(xùn)設(shè)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(rèn)真檢查，確保正確無(wú)誤。3.打開(kāi)電源開(kāi)關(guān),按照參數(shù)功能表正確設(shè)置變頻器參數(shù)。4.打開(kāi)示例程序或用戶(hù)自己編寫(xiě)的控制程序,進(jìn)行編譯,有錯(cuò)誤時(shí)根據(jù)提示信息修改,直至無(wú)誤,用PC/PPI通訊編程電纜連接計(jì)算機(jī)串口與PLC通訊口,打開(kāi)PLC主機(jī)電源開(kāi)關(guān),下載程序至PLC中,下載完畢后將PLC的“RUN/STOP”開(kāi)關(guān)撥至“RUN”狀態(tài)。5.打開(kāi)開(kāi)關(guān)“K1”,觀察并記錄電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。6.關(guān)閉開(kāi)關(guān)“K1”,切換開(kāi)關(guān)“K2”“K3”“K4”的通斷,觀察并記錄電機(jī)的運(yùn)圖3-4 多段程序網(wǎng)絡(luò)3和網(wǎng)絡(luò)4、網(wǎng)絡(luò)5、6圖3-53.4 PLC控制步進(jìn)電機(jī)3.4.1 硬件選擇1、步進(jìn)電機(jī):步進(jìn)電機(jī)有步距角、靜力矩、電流三大要素組成。根據(jù)負(fù)載的控制精度要求選擇步距角大小,根據(jù)負(fù)載的大小確定靜力矩,靜力矩一經(jīng)確定根據(jù)電機(jī)矩頻特性曲線來(lái)判斷電機(jī)的電流。一旦三大要素確定,步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定下來(lái)了。2、驅(qū)動(dòng)器:遵循先選