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PLC課程設計：PLC控制變頻器調速系統(tǒng)設計與調試
論文系列 2007-04-16 17:41:25 閱讀2292 評論9 字號：大中小
緒? 論?
可編程控制器（PLC）是在計算機技術、通信技術和繼電器控制技術的發(fā)展基礎上開發(fā)出來的，現已廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域。它以微處理器為核心，用編寫的程序進行邏輯控制、定時、計數和算術運算等，并通過數字量和模擬量的輸入/輸出來控制機械設備或生產過程。
如今，PLC在我國各個工業(yè)領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)技術人員必須掌握的一門
2、專業(yè)技術。
任何生產機械電氣控制系統(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、使用以及維修的需要。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可行性、經濟性、外觀和維修等方面的性能。
在現代控制設備中，機-電、液-電、氣-電配合得越來越密切，雖然生產機械的種類繁多，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設備和生產工藝對電氣控制系統(tǒng)要求的前提下，力求運行安全、可靠，
3、動作準確，結果簡單、經濟，電動機及電氣元件選用合理，操作、安裝、調試和維修方便。
要完成好電氣控制系統(tǒng)的設計系統(tǒng)，除要求我們掌握必要的電氣設計基礎知識外，還要求我們必須經過反復實踐，深入生產現場，將我們所學的理論知識和積累的經驗技術應用到設計中來。本次課程設計正是本著這一目的而著手實施的實踐性環(huán)節(jié)，它是一項初步的模擬工程訓練。通過這次課程設計，我感到更深地了解一般電氣控制系統(tǒng)的設計要求、設計內容和設計方法。
?
目? 錄?
課程設計任務書 --------------------------------------------1
緒論 ------------------------
4、------------------------------2
課程設計內容 ----------------------------------------------5
一. 設計要求 ----------------------------------------------5
二. 設計任務和目的 ----------------------------------------5
三. 課題要求 ----------------------------------------------5
四. 控制要求 ----------------------------------
5、------------5
五. 總體設計方案 ------------------------------------------6
六．硬件部分設計 ------------------------------------------9
七．軟件部分設計 ------------------------------------------13
八．調試過程和結果 ----------------------------------------17
心得體會 -------------------------------------------------18
參考文獻 ----
6、---------------------------------------------19
?
課程設計內容
?
一. 設計要求
1.確定控制方案，選擇PLC和變頻器及電動機型號。
2.畫出電氣控制線路原理圖。
3.設計程序
4.完成PLC控制系統(tǒng)梯形圖軟件的編制任務。
5.在實驗室條件下，通過試驗調試初步驗證其程序的正確性。
二. 設計任務和目的
1.了解PLC控制變頻調速系統(tǒng)。
2.了解OMRON-CS系列CPU加CS1W-MAD44模擬量I/0模塊和ID模塊。
3.了解電氣控制系統(tǒng)設計的基本原則、內容與一般步驟。
掌握PLC控制變頻調速系統(tǒng)調試基本過程及方
7、法。
三. 課題要求
1.按題意要求，畫出PLC端子接線圖及控制梯形圖；
2.完成PLC端子接線工作，并利用編程器輸入梯形圖控制程序，完成調試；
3.完成課程設計說明書
電氣控制系統(tǒng)設計的基本原則：在最大限度滿足生產設備和生產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、結構簡單、經濟、電動機及電氣元件選用合理，操作、安裝、調試和維修方便。
四. 控制要求
1.變頻調速器受0~10V輸入電壓控制；
0V輸出頻率為0HZ，對應同步轉速為0 r/min；
5V輸出頻率為18HZ，對應同步轉速為1500 r/min；
10V輸出頻率為36HZ，對應同步轉速為300
8、0 r/min；
輸入電壓與輸出頻率按線性關系變化。
2.要求輸出轉速按函數變化，請編寫梯形圖控制程序，并完成調試。
?
3.改變輸出轉速~時間的變化函數，重復上述過程.?
五. 總體設計方案
本次設計是實現控制變頻調速系統(tǒng)，選用PLC和變頻器的組合可完成數字量的輸入，實現模擬量和數字量的輸出控制?？梢酝ㄟ^對頻率的調節(jié)來實現對速度的控制，使得速度變化更加平滑和實現精確調速。
1.選擇機型
本次設計PLC控制變頻調速系統(tǒng)設計系統(tǒng)中可以用OMRON-CPM2A PLC加模擬量擴展單元,也可以用OMRON-CS系列CPU加CS1W-MAD44模擬量I/0模塊.在這里選用OMRON
9、-CS系列CPU加CS1W-MAD44模擬量I/0模塊和ID模塊.變頻器采用歐姆龍公司的變頻器，電機選擇380V,3000W，3000r/min。
2.確定系統(tǒng)控制結構
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。
實現如下控制：
0V輸出頻率為0Hz，對應同步轉速為0r/min; 5V輸出頻率為18Hz，對應同步轉速為1500r/min; 10V輸出頻率為36Hz，對應同步轉速為3000r/min。
當PLC模擬量輸出0—10V變化時，變頻器輸出頻率為36Hz；電機經過20s速度由0—3000r/mi
10、n；電機以最大速度運行10s，PLC模擬量輸出由10V將到5V，變頻器輸出頻率為18Hz，對應同步轉速降為1500 r/min經歷10s達到一定值速度運行20s后，PLC模擬量輸出由5V降到0V，變頻器輸出為0Hz，電機轉速為0r/ min。
3. 系統(tǒng)流程圖
?
4.系統(tǒng)原理接線圖
5. 設計步驟
(1) 使用PLC的OD模塊的兩個輸入點作為系統(tǒng)的啟動和停止信號的輸入點；
(2) 使用PLC的ID模塊的一個輸出點作為使電機正轉啟動的輸出信號，接到變頻器的S0端子上；
(3) 連接CS1W-MAD44模擬量I/0模塊的A1+、A2-至變頻器的電壓輸入端；
(4) 調節(jié)
11、變頻器使其輸出頻率受模擬量輸入電壓控制；
(5) 然后編制輸出按時間函數循環(huán)的梯形圖程序；
(6) 最后調試并運行。
六. 硬件部分設計
1. CS1W-MAD44模擬量I/0模塊圖
2. CS1W-MAD44模擬量I/0功能塊
3.模擬量輸出回路
4. 輸出規(guī)格
如果設置值超過下面提供的規(guī)定，將發(fā)生輸出設置錯誤，并將輸出有輸出保持功能規(guī)定的輸出量。
根據設計要求選取輸出范圍:0~10 V：
5. 標度轉換
輸出范圍:0~10V所對應的16進制數為:0000H~0FA0H
6. 模擬量輸出接線圖
7. 數據交換概要
數據通過特殊I/O單元區(qū)域(用
12、來操作單元的數據)和特殊I/O單元DM區(qū)域(用來進行初始設置的數據)在CPU單元和CS1W-MAD44模擬量I/O單元之間交換。
8. I/O刷新數據
模擬輸入轉換值，模擬輸出設置值，和其它用來操作單元的數據根據單元號在CPU單元的特殊I/O單元區(qū)域里分配，并在I/O刷新過程中交換.
9. 固定數據
單元的固定數據，如模擬量輸入信號范圍和模擬量輸出信號范圍，根據單元號在CPU單元的特殊I/O單元DM區(qū)域里分配，并在電源接通或單元重啟動時交換。
10. 設置單元號開關
每個模擬量I/O單元占據的特殊I/O單元區(qū)域和特殊I/O單元DM區(qū)域字地址是通過單元前板上的單元號開設置的。在此
13、系統(tǒng)中單元號設置成4.
11. 模擬量I/0模塊的軟件設置過程
(1)根據下表，特殊I/0單元域地址CIO2040- CIO2049, 特殊I/0單元DM區(qū)域地址D20400-D20499.
(2)根據系統(tǒng)原理接線圖，A1 A2電壓輸出1和CIO區(qū)中轉換可用字表設置2040為: 0001H
(3)根據輸入使用設置表，設置D20400為: 0001H
(4)根據輸入信號范圍表，設置D20401為: 0001H
上面的所有設置在程序的1~3條完成。
七. 軟件部分設計
系統(tǒng)的軟件設計是根據系統(tǒng)給定的時間函數運行的，所以軟件的設計主要是以時間原則來設計。
1. 程序
14、的主體主要由以下三部分組成
(1) 控制字的設置
(2) 時間段設計
(3) 數據的增減
2. I/0分配表
3. 系統(tǒng)設計程序
?? PLC梯形圖
4. 程序助記符
LD??????????????????? 啟動按鈕
LD??????????????????? 停止按鈕
KEEP(011)???????????? 啟動保持
LD??????????????????? 啟動保持
MOV(021) #000F 2040?? //? 轉換可用位置1
LD??????????????????? 啟動保持
MOV(021) #000F D20400? //
15、? 輸出使用位置1
LD??????????????????? 啟動保持
MOV(021) #0055 D20401 // 輸出信號范圍置0101.0-10V
LD??????????????????? 啟動保持
ANDNOT T0004
@MOV(021) #0000 D0? ??//? 一個循環(huán)開始時置#0000
LD?????????????????? ?啟動保持
MOV(021) D0 2041? ????//? 送D0 值至輸出通道
LD?????????????????? ?啟動保持
ANDNOT T0004
TIM 0000#0200???? ????//?
16、 時間變化流程
TIM 0001 #000
TIM 0002 #0400
TIM 0003 #0600
TIM 0004 #0650
LD??????????????????? 啟動保持
AND P_0_02s
ANDNOT T0000
@+(400) D0 #0004 D0? ?// D0值增加,使輸出值連續(xù)增加
LD???????????????????? 啟動保持
AND P_0_02s
AND T0001
ANDNOT T0002
@-(410) D0 #0004 D0?? ?// D0值減小,使輸出值連續(xù)減小
LD?????????????????????
17、? 啟動保持
AND P_0_02s
AND T0003
ANDNOT T0004
@-(410) D0 #0008 D0?? ?// D0值減小,使輸出值連續(xù)減小
LD??????????????????????? 啟動保持
OUT 0.00?????????????? //? 變頻器正轉啟動信號
END(001)
5. 程序說明
第0條：起動和停止信號，用KEEP保持在2100.00中，表示程序啟動運行。
第1條：程序啟動運行過程中，根據接線圖A1 A2電壓輸出1和CIO區(qū)中轉換可用字表設置2040為: 000FH
第2條：程序啟動運行過程中，根據輸入使用設置表設置D
18、20400為: 000FH
第3條：程序啟動運行過程中，根據輸入信號范圍表設置D20401為: 0055H
第4條：程序啟動時并且每個循環(huán)的開始時D0置#0000，所以輸出電壓每次都是從0V開始
第5條：只要是在運行過程中，在程序每次掃描過程中D0中的值置入2040通道中轉換成電壓輸出。
第6條：程序啟動運行過程中，每次循環(huán)中設置成五個時間段T0000—T0004，T0004為復位信號。
第7條：程序啟動運行過程中，從0—20秒，D0中的數在每個0.02秒脈沖的上升沿時加#0004，則20秒時剛好D0值為#0FA0，即10V。
第8條：程序啟動運行過程中，從30—40秒，D0中的數
19、在每個0.02秒脈沖的上升沿時減#0004，則10秒后剛好D0值為#07D0，即為5V。
第9條：程序啟動運行過程中，從60—65秒，D0中的數在每個0.02秒脈沖的上升沿時減#0008，則5秒時剛好D0值減為#0000，即0V。
第10條：程序啟動運行過程中電機正轉信號保持為ON。
第11條：程序結束標志。
八. 調試過程及結果
調試過程：
1.先將PLC程序傳入OMRON-CS PLC中，只連接啟動與停止開關，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CS1W-MAD44模擬量I/0模塊的A1、A2兩點間的電壓，看是否按照規(guī)定曲線
20、運行，如果運行正確則證明PLC部分調試成功。
3.連接PLC的輸出點與變頻器的輸入點，并且調試好變頻器的參數設置，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循環(huán)運行。顯示的最大頻率是36HZ。
調試結果：
系統(tǒng)按照給定的時間函數連續(xù)循環(huán)運行，如圖所示，由此說明系統(tǒng)設計合理可靠，此設計完全符合設計要求。
?
心得體會
通過本次課程設計，對歐姆龍系列PLC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、開關等輸入/輸出進行控制，實現了變頻器在控制作用下的自動化。
在本次課程設計的實踐環(huán)節(jié)中，我更深刻地理解和掌握了電器控
21、制及可編程控制器(PLC)的理論知識和動手技能。參閱了大量的電器控制及可編程控制器(PLC)系統(tǒng)設計的書籍資料，查詢了大量的圖表、程序和數據，使得課程設計的方案和數據更為翔實和準確，力求科學嚴謹，使本次以變頻器為主題的課程設計精益求精。
經歷一周的方案設計、比較、論證、探討等步驟，經過不懈的努力和反復的驗證，積聚了同組同學的一致討論并通過，再加上指導老師的細心點撥和教誨，終于成功地完成了本次課程設計。但是，由于學識淺薄和資歷膚淺，對待解決問題還不成熟，望老師不吝糾正，深感謝意！
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參考文獻
電器控制及可編程控制器??????? 祖龍起 主編??? 輕工業(yè)出版社
可編程控制器原理與程序設計??? 謝客明 主編??? 電子工業(yè)出版社
日本OMRON公司CPM2A編程手冊????張立科?主編??? 2003?
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PLC變頻調速課設
