2288 變頻試驗(yàn)臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及基于S7-200速度示教系統(tǒng)控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2288 變頻試驗(yàn)臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及基于S7-200速度示教系統(tǒng)控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì),變頻,試驗(yàn)臺(tái),直線運(yùn)動(dòng),結(jié)構(gòu),基于,s7,速度,系統(tǒng),控制,節(jié)制,軟件,上位,監(jiān)控,設(shè)計(jì) 變頻器試驗(yàn)臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)11第一章 緒論1．1,變頻器的概述近年來 ,隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展 ,交流傳動(dòng)與控制技術(shù)成為目前發(fā)展最為迅速的技術(shù)之一 ,電氣傳動(dòng)技術(shù)面臨著一場(chǎng)歷史革命 ,即交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢(shì)。電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動(dòng)性能 ,高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果 ,廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。深入了解交流傳動(dòng)與控制技術(shù)的走向 ,具有十分積極的意義.變頻器的發(fā)展隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展 ,直流拖動(dòng)的薄弱環(huán)節(jié)逐步顯露出來。由于換向器的存在 ,直流電機(jī)的維護(hù)量加大 ,單機(jī)容量、最高轉(zhuǎn)速以及使用環(huán)境都受到限制。人們開始轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉的異步電動(dòng)機(jī)。但異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能難以滿足生產(chǎn)的需要。于是 ,從 20 世紀(jì) 30 年代開始 ,人們致力于交流調(diào)速技術(shù)的研究 ,然而進(jìn)展緩慢。在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi) ,直流調(diào)速一直以其優(yōu)異的性能統(tǒng)治著電氣傳動(dòng)領(lǐng)域。20 世紀(jì) 60 年代以后 ,特別是 70 年代以來 ,電力電子技術(shù)、控制技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展 ,使得交流調(diào)速性能可以與直流調(diào)速相媲美。目前 , 交流調(diào)速已進(jìn)入逐步代替直流調(diào)速的時(shí)代。在我國(guó)變頻器主要用于交流電動(dòng)機(jī) 異步電機(jī)或同步電機(jī)。轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié) ,是公認(rèn)的交流電動(dòng)機(jī)最理想、最有前途的調(diào)速方案 ,除了具有卓越的調(diào)速性能之外 ,變頻器還有顯著的節(jié)能作用 ,是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調(diào)速裝置。自上世紀(jì) 80 年代被引進(jìn)中國(guó)以來 ,變頻器作為節(jié)能應(yīng)用與速度工藝控制中越來越重要的自動(dòng)化設(shè)備 ,得到了快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。目前 ,中國(guó)的設(shè)備控制水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還比較低 ,制造工藝和效率都不高 ,因此提高設(shè)備控制水平至關(guān)重要。由于變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn) ,在許多需要精確速度控制的應(yīng)用中 ,變頻器正在發(fā)揮著提升工藝質(zhì)量和生產(chǎn)效率的顯著作用。變頻調(diào)速這一技術(shù)正越來越廣泛的深入到行業(yè)中。它的節(jié)能、省力、易于構(gòu)成自控系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢(shì)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)也是改造挖潛、增加效益的一條有效途徑。尤其是在高能耗、低產(chǎn)出的設(shè)備較多的企業(yè) ,采用變頻調(diào)速裝置將使企業(yè)獲得巨大的經(jīng)濟(jì)利益 ,同時(shí)這也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要。變頻器在控制上具體有以下優(yōu)點(diǎn)：（一）控制電機(jī)的啟動(dòng)電流， （二）降低電力線路電壓波動(dòng)， （三）啟動(dòng)時(shí)需要的功率更低， （四）可控的加速功能， （五）可調(diào)的運(yùn)行速度，（六）可調(diào)的轉(zhuǎn)矩極限， （七）受控的停止方式， （八）節(jié)能， （九）可逆運(yùn)行控制， （十）減少機(jī)械傳動(dòng)部件。1．2， 可編程控制器 PLC 的概述PLC 可編程序控制器：PLC 英文全稱 Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/ 輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。DCS 集散系統(tǒng): DCS 英文全稱 DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM ,中文全稱為變頻器試驗(yàn)臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)22集散型控制系統(tǒng)。DCS 可以解釋為在模擬量回路控制較多的行業(yè)中廣泛使用的，盡量將控制所造成的危險(xiǎn)性分散,而將管理和顯示功能集中的一種自動(dòng)化高技術(shù)產(chǎn)品。DCS 一般由五部份組成：1：控制器 2：I/O 板 3：操作站 4：通訊網(wǎng)絡(luò) 5：圖形及遍程軟件。PLC 是基于電子計(jì)算機(jī)，且適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工作的電控制器。它源于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過電路的物理過程實(shí)現(xiàn)控制，而主要靠運(yùn)行存儲(chǔ)于 PLC 內(nèi)存中的程序，進(jìn)行入出信息變換實(shí)現(xiàn)控制。PLC 基于電子計(jì)算機(jī)，但并不等同于普通計(jì)算機(jī)。普遍計(jì)算機(jī)進(jìn)行入出信息變換，多只考慮信息本身，信息的入出，只要人機(jī)界面好就可以了。而 PLC 則還要考慮信息入出的可靠性、實(shí)時(shí)性，以及信息的使用等問題。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，抗干擾等問題。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。1968 年美國(guó) GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國(guó)數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱 Programmable Controller（PC） 。個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱 PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了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 ） ，現(xiàn)在，仍常常將PLC 簡(jiǎn)稱 PC。PLC 的定義有許多種。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì) PLC 的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。上世紀(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30~40%。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)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。PLC 具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。PLC 在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出"網(wǎng)絡(luò)就是控制器" 的觀點(diǎn)說法。1．3，可編程控制器和變頻器通訊的概述在傳統(tǒng)的 plc——變頻控制集成系統(tǒng)中，變頻器的啟動(dòng)/停止與故障監(jiān)控由 PLC 通過開關(guān)量實(shí)現(xiàn)端對(duì)端控制。變頻器頻率是由 PLC 通過模擬量輸出端口輸出 0～5(10)V 或4～20mA 信號(hào)控制，需要 PLC 配置昂貴的模擬量輸出端口模塊。變頻器出現(xiàn)故障時(shí)由PLC 讀取變頻器的故障報(bào)警觸點(diǎn)，對(duì)具體故障原因并不清楚，需查詢變頻器報(bào)警信息后再閱讀變頻器說明書才知道。隨著交流變頻控制系統(tǒng)及通訊技術(shù)的發(fā)展，可以利用 PLC 及變頻器的串行通訊的方式來實(shí)現(xiàn) PLC 對(duì)變頻器的控制。PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、PLC 與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù) PLC 具有 RS-變頻器試驗(yàn)臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)33232 接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC 的通信，還未實(shí)現(xiàn)互操作性，IEC 規(guī)定了多種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)， PLC 各廠家均有采用。對(duì)于一個(gè)自動(dòng)化工程(特別是中大規(guī)?？刂葡到y(tǒng) )來講，選擇網(wǎng)絡(luò)非常重要的。首先，網(wǎng)絡(luò)必須是開放的，以方便不同設(shè)備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)展；其次，針對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)層次的傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡(luò)的形式，這必須在較深入地了解該網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議、機(jī)制的前提下進(jìn)行；再次綜合考慮系統(tǒng)成本、設(shè)備兼容性、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。在現(xiàn)代工業(yè) 控制系統(tǒng)中，PLC 和變頻器的綜合應(yīng)用最為普遍。比較傳統(tǒng)的應(yīng)用一般是使用 PLC 的輸出接點(diǎn)驅(qū)動(dòng)中間繼電器 控制變頻器的啟動(dòng)、停止或是多段速;更為精確一點(diǎn)的一般采用 PLC 加 D/A 擴(kuò)展模塊連續(xù) 控制變頻器的運(yùn)行或是多臺(tái)變頻器之間的同步運(yùn)行。但是對(duì)于大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)線，一方面變頻器的數(shù)目較多，另一方面電機(jī)分布的距離不一致。采用 D/A 擴(kuò)展模塊做同步運(yùn)動(dòng)控制容易受到模擬量信號(hào)的波動(dòng)和因距離不一致而造成的模擬量信號(hào)衰減不一致的影響，使整個(gè)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性降低。而使用 RS-485 通訊控制，僅通過一條通訊電纜連接，就可以完成變頻器的啟動(dòng)、停止、頻率設(shè)定;并且很容易實(shí)現(xiàn)多電機(jī)之間的同步運(yùn)行。該系統(tǒng)成本低、信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾性強(qiáng)。1．4，人機(jī)界面的概述從計(jì)算機(jī)問世以來，早期用戶是以計(jì)算機(jī)專業(yè)人員為主，但隨著計(jì)算機(jī)廣泛進(jìn)入人們的工作生活領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)用戶發(fā)生了改變，非計(jì)算機(jī)專業(yè)的普通用戶成了用戶的主體。這一重大轉(zhuǎn)變使計(jì)算機(jī)的可用性問題變得日益突出起來。人機(jī)界面應(yīng)當(dāng)是什么樣的？如何去建造這樣的界面？人們開始關(guān)注和研究這些問題。這些問題既涉及人也涉及計(jì)算機(jī)及一些相關(guān)的學(xué)科如：心理學(xué)、人的因素學(xué)（HumanFactors） 、社會(huì)學(xué)、語言學(xué)等。八十年代以來，人機(jī)界面的研究有了前所未有的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)的迅速普及為此起了重要的推動(dòng)作用。研究人機(jī)界面的各種理論和方法:(1)分析與評(píng)價(jià)技術(shù): 用于分析、評(píng)價(jià)用戶界面有效性的理論和經(jīng)驗(yàn)方法，如任務(wù)分析、話語分析、內(nèi)容分析及可用性評(píng)價(jià)等。(２) 設(shè)計(jì)方法論:用來產(chǎn)生好的用戶界面設(shè)計(jì)的方法與技術(shù)，如：軟件心理學(xué)、環(huán)境因素設(shè)計(jì)法、多方參與設(shè)計(jì)法以及支持設(shè)計(jì)過程的工具和表記法。(３) 開發(fā)工具和方法 :支持用戶界面開發(fā)的工具箱、用戶界面管理系統(tǒng)（UIMS） 、快速原型法和程序設(shè)計(jì)輔助工具等。( ４)交互方式與設(shè)備:新的輸入／輸出設(shè)備和設(shè)備運(yùn)用策略，包括視覺、聲音、觸覺、姿態(tài)等通信模態(tài)及多種模態(tài)的集成。( ５) 關(guān)鍵用戶界面成分：如用戶界面隱喻（metaphor） 、用戶界面風(fēng)格、智能界面技術(shù)、取消、超文本／超媒體以及聯(lián)機(jī)幫助。(６) 用戶模型：包括用戶行為模型、關(guān)于系統(tǒng)的用戶內(nèi)心模型、用戶個(gè)體差異等。(７) 特定應(yīng)用的用戶界面設(shè)計(jì)：滿足某類應(yīng)用問題對(duì)人機(jī)交互作用的特定限制條件和要求的用戶界面設(shè)計(jì)。如：虛擬現(xiàn)實(shí)、智能輔導(dǎo)系統(tǒng)、信息檢索、Internet/WWW、 CAD/CAM、專家系統(tǒng)過程控制、決策支持等。 (８)計(jì)算機(jī)輔助協(xié)同工作（CSCW）：關(guān)于如何使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)幫助人的群體有效協(xié)同工作的研究，包括現(xiàn)場(chǎng)觀察研究、理論模型、群體用戶界面開發(fā)設(shè)計(jì)等。(９)法律與標(biāo)準(zhǔn)：關(guān)于用戶界面的專利和版權(quán)問題、用戶界面的標(biāo)準(zhǔn)化。這些研究方向目前大多處于十分活躍的發(fā)展階段，并且有著較強(qiáng)的分化和相互滲透傾向，有些方向甚至有可能發(fā)展為具有相當(dāng)規(guī)模的相對(duì)對(duì)立的研究領(lǐng)域資源參考相關(guān)示例站點(diǎn)鏈接知識(shí)回顧疑難解答信息反饋人機(jī)界面是人與機(jī)器進(jìn)行交互的操作方式,即用戶與機(jī)器互相傳遞信息的媒介,其中包括信息的輸入和輸出。好的人機(jī)界面美觀易懂、操作簡(jiǎn)單且具有引導(dǎo)功能,使用戶感覺愉快、興趣增強(qiáng),從而提高使用效率 .狹義的人機(jī)界面(Human Computer Interface)是計(jì)算機(jī)學(xué)科中最年青的分支學(xué)科之一。它是計(jì)算機(jī)科學(xué)和認(rèn)知心理學(xué)兩大科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物,它涉及變頻器試驗(yàn)臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)44當(dāng)前許多熱門的計(jì)算機(jī)技術(shù),同時(shí)也是吸收了語言學(xué)、工業(yè)設(shè)計(jì)、人機(jī)工程學(xué)和社會(huì)學(xué)的研究成果,是一門交叉性、邊緣性、綜合性的學(xué)科。最簡(jiǎn)單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。第二章 方案設(shè)計(jì)與準(zhǔn)備工作2．1,設(shè)計(jì)準(zhǔn)備及方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)變頻試驗(yàn)臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教系統(tǒng)控制軟件。需要實(shí)現(xiàn)的功能基本上為：（1） 實(shí)現(xiàn) PLC 和變頻器的通訊（2） 實(shí)現(xiàn)變頻器控制電機(jī)的起停，正反轉(zhuǎn)，加減速等（3） 實(shí)現(xiàn) PLC 通訊對(duì)變頻器的控制，從而間接控制電機(jī)（4） 實(shí)現(xiàn) PLC 對(duì)變頻器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),管理。（5） 實(shí)現(xiàn)操作的在線模擬.根據(jù)這些設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)以下方案：（1 ） ，第一步，先了解 LS 的 GI5 系列變頻器的基本操作，熟悉其參數(shù)，并基本可以利用變頻器的變頻來控制電機(jī)的起停，加減速等控制。（2 ） ，第二步，利用外部電源，通過設(shè)計(jì)變頻器參數(shù)，使變頻器根據(jù)外部電壓的改變，進(jìn)而對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)壓控制。（3 ） ，第三步，利用計(jì)算機(jī)編寫協(xié)議，通過計(jì)算機(jī)編寫的協(xié)議對(duì)變頻器進(jìn)行手動(dòng)發(fā)送。（4 ） ，第四步，將計(jì)算編寫完的程序編寫到 PLC 程序中去，再程序編寫完成過后，再用PLC 通過串口發(fā)送接收軟件對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序協(xié)議的發(fā)送，核對(duì)程序發(fā)送出的協(xié)議正確與否。（5 ） ，第五步，將 PLC 直接與變頻器連接，對(duì)變頻器進(jìn)行協(xié)議發(fā)送，從而控制變頻器。（6 ） ，第六步，試著用 PLC 存儲(chǔ)變頻器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。（7 ） ，第七步，將存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)再次對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行發(fā)送，觀察串口發(fā)送接收軟件所接收到協(xié)議，計(jì)算核對(duì)正確與否（8 ） ，第八步，直接將 PLC 存儲(chǔ)的程序發(fā)送到變頻器中去，實(shí)現(xiàn) PLC 的模擬控制。（9 ） ，第九步，設(shè)計(jì)人機(jī)界面，并通過能使在觸摸屏上控制的方式來實(shí)現(xiàn)以上各個(gè)功能。硬件方案的設(shè)計(jì)如下：設(shè)計(jì) PLC 控制變頻器操作，變頻器輸出到電機(jī)，控制電機(jī)運(yùn)行。電機(jī)連接同步帶傳動(dòng)，從而使同步帶帶動(dòng)傳送物件以規(guī)定的速度和方向傳動(dòng)。設(shè)計(jì)同步帶的行程為 1m，設(shè)計(jì)限速為 0.2m/s。由于限速要求，故設(shè)計(jì)在電機(jī)與同步帶之間加上 V 帶和減速器，以便達(dá)到減速要求，控制速度。根據(jù)此設(shè)計(jì)方案，初步準(zhǔn)備以下器材：LG 的 IG5 變頻器一臺(tái)，西門子 S7-200PLC 一臺(tái)，含有 COM 口的計(jì)算機(jī)一臺(tái)，Eview 觸摸屏一個(gè)，二級(jí)減速器一個(gè)，交流電機(jī)一臺(tái)，交流繼電器和二級(jí)管兩個(gè)，V 帶輪和同步帶輪分別兩個(gè)，V 帶 n 根和同步帶 1 根，滑塊一個(gè)，電線若干，458 轉(zhuǎn) 232 通訊線一個(gè)，PPI電纜一根，PPI 轉(zhuǎn) PC 電纜一根及其他待定零件若干。變頻器試驗(yàn)臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)552．2，電路的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)原理，畫出電路原理圖。并根據(jù)電路原理圖，參考變頻器電路電路接口圖，連接電路。連接當(dāng)中，應(yīng)該特別注意通訊線的連接，通訊線是從變頻器的 S+，S-引出兩根線和PLC 相連，PLC 的通訊線為 PORT 口的 3，8 幀，故在連線時(shí)，需要做一個(gè)公頭的串口線，把3，8 幀用線給引出來，連在 S+ S-上。變頻器電線連接時(shí)，還應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：如果電源連接提供到了輸出端子(U,V,W)， 變頻器的內(nèi)部將會(huì)損壞。不要將配線碎片遺留在變頻器內(nèi)。 配線碎片可以導(dǎo)致錯(cuò)誤， 衰減和故障。在配線時(shí)， 要檢查是否 LCD 和電源端子的負(fù)荷燈處于 OFF。在電源斷開的時(shí)候， 電容器仍然充滿高電壓，十分危險(xiǎn)， 小心。電源供給必須連接到 R, S, T 端子. 如果連接到端子 U, V, W ，將導(dǎo)致變頻器內(nèi)部的損壞。 安排相序時(shí)不需要考慮。. 電機(jī)應(yīng)該連接到端子 U, V, W 。如果正轉(zhuǎn)開關(guān)(FX)處于 on，從電機(jī)負(fù)載的方向看， 電機(jī)應(yīng)該按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)數(shù)器。如果電機(jī)處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)， 應(yīng)該轉(zhuǎn)換 U 和 V 端子的接線.變頻器的各端子接線如下：變頻器試驗(yàn)臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)66230/460 V 50/6 Hz U V W G R S T ?? 3 MCB FX RX BX RST P1 P3 CM VR V1 I 5G + FM 5G A B C MO G 直 流 電 壓 輸 出 (0~10V pulse) 2 MOTR 頻 率 設(shè) 定 電 位 器 (1 kohm, 1/2W) 速 度 信 號(hào) 輸 入 1 正 向 運(yùn) 行 /停 止 反 向 運(yùn) 行 /停 止 緊 急 停 止 故 障 復(fù) 位 多 功 能 輸 入 1 多 功 能 輸 入 2 多 功 能 輸 入 3 信 號(hào) 公 共 端 子 工 廠 設(shè) 定 ‘速 度 -L’ 速 度 -M’ ‘速 度 -H’ 速 度 信 號(hào) 電 源 l: + 1V, 10mA 速 度 信 號(hào) 輸 入 0 ~ 10V 速 度 信 號(hào) 輸 入 4 ~20mA (250ohm) 公 共 端 子 VR, V1, I故 障 輸 出 繼 電 器 小 于 AC250V, 1A 小 于 D30, 1 多 功 能 輸 出 繼 電 器 1 小 于 AC250V, 1A 小 于 D30, 1 工 廠 設(shè) 定 : ‘運(yùn) 行 ’ Note) 顯 示 主 要 電 路 端 子 顯 示 控 制 信 號(hào) 端 子 1. 模 擬 速 度 命 令 可 以 由 電 壓 ， 電 流 或 者 是 它 們 同 時(shí) 設(shè) 定 。 2. DB 電 阻 器 是 可 以 選 擇 的 B2 B1 FM JOG 寸 動(dòng) 屏 蔽 DB 電 阻 器 2 RS-485 通 訊 S+ - 2．3，機(jī)械部分的設(shè)計(jì)由于同步帶的限速為 0.2m/s，行程為 1000mm，滑塊為輕負(fù)載，日工作時(shí)間小于 10 小時(shí)。根據(jù)此，基本設(shè)計(jì)和計(jì)算如下：變頻器試驗(yàn)臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)77初估滑塊的體積為 2×10 m ,材料為 45 號(hào)鋼。3則滑塊的重量 m=7.8×10 ×2×10 3?=15.6kg45 號(hào)鋼的摩擦因數(shù)為 μ=0.15則同步帶帶動(dòng)滑塊時(shí)，所需要的拉力 F=μG=0.15×156=2.34N則 W=FV=234×0.2=0。434kw考慮到同步帶兩側(cè)有兩根支架幫助同步帶分擔(dān)大部分壓力。所以初估設(shè)計(jì)功率 P=0.3kw由于同步帶的轉(zhuǎn)速限制在 0.2m/s 以內(nèi)，為了滿足速度要求，降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，所以設(shè)計(jì)直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為電機(jī)連接 V 帶，再連接減速器傳動(dòng)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選取減速比為 12.5 的二級(jí)減速器。選取減速器為河北橋星減速機(jī)制造有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為 ZLY 112-12.5-I ZB J19004 的減速器。電動(dòng)機(jī)的選擇與校核1、 選擇電動(dòng)機(jī)系列同步帶的限速為 0.2m/s，同步帶的傳動(dòng)比為 12 級(jí)預(yù)估同步帶輪的直徑在 100mm 以下，則同步帶輪的轉(zhuǎn)速 n= =2vr?38./minr?則減速器的主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度 n1=n×12=458.60r/min算上 V 帶的傳動(dòng)比，V 帶傳動(dòng)比預(yù)估在 2~3 左右所以電機(jī)的預(yù)估計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)速度在 1000r/min~1500r/min電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)該大與同步帶功率 0.3KW根據(jù)以上預(yù)算，初步選用 YS 系列三相異步電動(dòng)機(jī)（JB90s） 。2、電動(dòng)機(jī)校核（1） 、同步帶傳動(dòng)所需有效功率 kWPw3.0?（2） 、傳動(dòng)裝置總效率 23VBG23ηη.95070.957..864VBG??帶 傳 動(dòng) 效 率 ： ＝閉 式 齒 輪 傳 動(dòng) 效 率 ： ＝得 ＝ ＝（3） 、所需電動(dòng)機(jī)功率 KWPWd35.0.η??過載系數(shù) K 取 1， =0.35kwdcdk??所選電機(jī)的功率為 370W，轉(zhuǎn)速為 1440r/min所以所選電機(jī)符合設(shè)計(jì)要求變頻器試驗(yàn)臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)88電動(dòng)機(jī)型號(hào)選擇 YSJB90S,選取電動(dòng)機(jī)的外形及安裝尺寸：總長(zhǎng) L＝310mm，總高 A＝140㎜，軸伸長(zhǎng)直徑 D＝20mm，長(zhǎng)度 E=50㎜。帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)工作情況系數(shù) 1.?AK計(jì)算功率 kw03.cP?選帶型號(hào)選取 Z 型初選帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為 2.5小帶輪直徑選取 mD541?大帶輪直徑 %)ε( 135.20).(-12 ?????取 mi大帶輪轉(zhuǎn)速 min/24.570.14)0.-()ε-(12 rin????驗(yàn)算傳動(dòng)比誤差設(shè)計(jì)的傳動(dòng)比 5.012Di實(shí)際傳動(dòng)比 2.).-()ε-(12' ???i傳動(dòng)比誤差 合適%3105.Δ' ?i計(jì)算帶長(zhǎng) m5.94231D21m???.0-5-Δ1初取中心距 3a0?帶長(zhǎng) 1957.8maΔ2DπL02??變頻器試驗(yàn)臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)99基準(zhǔn)長(zhǎng)度 mLd10?求中心距和包角中心距 2-π(-π)8Δ439.dmdmDa????? 5.1670-180α12???a求帶根數(shù)根據(jù)傳動(dòng)比為 2.525，計(jì)算功率為 0.3KW，取帶的根數(shù)為 2 根求軸上載荷張緊力 q=0.10kg/m，026.1)5.(2??qvkvzPFac軸上載荷 NZFQ72.1αsin0?結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小帶輪 ； 大帶輪 ；mD541?mD352帶輪寬度 B＝（z－1）×e＋2×f＝（2－1 ）×15＋2×10=35mm同步帶的設(shè)計(jì)同步帶的主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速 n=1440/（2.525 ×12）=47.52r/min選擇設(shè)計(jì)功率 1.*03=.kwdApk?選擇帶型和節(jié)距選取帶型為 H 型 則節(jié)距根據(jù)帶型 H 和小帶輪轉(zhuǎn)速 n1最小齒輪 ，此處取 Z=16min14Z?12.7bpm?變頻器試驗(yàn)臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)1010小帶輪節(jié)圓直徑 d1162.74.bzpd????則根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選取其外徑 13.am設(shè)計(jì) Z2=Z1=162164.7ad?帶速 v= 1.147.520.6/.2/060nms????定軸間距 =1000mm帶長(zhǎng)及其齒數(shù) 21010()2()46.73.9dLaam?????應(yīng)選用帶長(zhǎng)代號(hào)為 900 的 H 型同步帶，其節(jié)線長(zhǎng) ，節(jié)線上的齒數(shù) Z=180286pLm?實(shí)際軸間距 a= 0028603.19[1]4.052pLa?????小帶輪嚙合齒數(shù) 21()]bmzzenta??基本額定功率20()1aTvp??得 02.854/(.0.62)0.11.3aTNkgPkww???所需帶寬 01.420dspbk?變頻器試驗(yàn)臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)1111則根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)取 H 型帶01.476.28762039mzsbskb??所以應(yīng)選擇帶寬代號(hào)為 200 的 H 型帶，其 50.8sbm?帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸傳動(dòng)選用同步帶為 H200帶輪 Z1=Z2=16，d1=d2=64,71mm,da1=da2=63.31mm軸和軸承的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)同步帶的從動(dòng)輪，用軸和軸承固定，連接。選取軸的直徑為 24mm，選取其材料為 45 號(hào)鋼。軸的最大彎距集中在與齒輪配合的中間處。從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)距M＜ F×R=234×31.6=7.4N.m，根據(jù)類比法，此軸的強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)。滾動(dòng)軸承在類型選擇時(shí)，應(yīng)該考慮多種因素的影響。如軸承所受載荷的大小，方向及性質(zhì)；軸向固定型式；調(diào)心性能要求；剛度要求；轉(zhuǎn)速與工作環(huán)境；經(jīng)濟(jì)性等。由于本設(shè)計(jì)中和軸承配合的軸的轉(zhuǎn)速較低，載荷較小，軸承需要受到徑向和軸向雙向的力，所以選用深溝球軸承。深溝球軸承的價(jià)格較低，經(jīng)濟(jì)性好。并且軸向和徑向均可以受力，精度較高，噪聲較低，摩擦性能好，使用壽命長(zhǎng)。根據(jù)軸承所需內(nèi)徑 d=20mm,選擇 16004 型號(hào)的深溝球軸承。此深溝球軸承外徑 D=42mm,厚度 B=8mm，軸向載荷=4.45KN，徑向載荷=7.9KN 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)載荷。極限轉(zhuǎn)速 15000r/min＞45.72r/min 。故此軸承符合設(shè)計(jì)要求。變頻器試驗(yàn)臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)1212第三章 通訊協(xié)議的編寫與計(jì)算3.1 變頻器的參數(shù)設(shè)置運(yùn)用到的參數(shù)如下編碼 說明 顯示鍵 設(shè)定范圍 單位 出廠值DRV-00 運(yùn)行中：輸出頻率,停止時(shí)：顯示給定頻率 0.00 0 –最高頻率. (FU1-20) 0.01 0.00 [Hz]DRV-01 加速時(shí)間 ACC 0 to 6000 秒 0.1 10.0 秒DRV-02 減速時(shí)間 DEC 0 to 6000 秒 0.1 20.0 秒DRV-03 運(yùn)行模式(Run/Stop 方式) Drv 0 (操作面板) - Fx/Rx-111 (Fx/Rx-1)2 (Fx/Rx-2)3 (RS485)DRV-04 頻率模式(Freq. 設(shè)定方式 ) Frq 0 [操作面板-1] -操作面板-101 (操作面板-2)2 (V1)3 (V2)4 (V1+I)5 (RS485)DRV-13 顯示旋轉(zhuǎn)方向 drc F (正向運(yùn)行) - Fr (反向運(yùn)行)變頻器的控制面板的主要按鍵和顯示燈如下：區(qū)分 顯示 名稱 說明FUNC 設(shè)定值 數(shù)據(jù)設(shè)定模式開始/結(jié)束▲ (Up) Up key 使用于移動(dòng)代碼或增加設(shè)定值時(shí).▼ (Down) Down key 使用于移動(dòng)代碼或減少設(shè)定值時(shí)RUN 運(yùn)行 key 用于運(yùn)行變頻器鍵STOP/RESET 停止/復(fù)位鍵 運(yùn)行中暫停指令鍵故障發(fā)生時(shí)，解除故障REV 反向顯示 反向運(yùn)行時(shí)點(diǎn)燈FWD 正向顯示 正向運(yùn)行時(shí)點(diǎn)燈SET 設(shè)定值 使用 FUNC 鍵，設(shè)置參數(shù)時(shí)點(diǎn)燈 LEDRUN 運(yùn)行 定速時(shí)點(diǎn)燈，加減速度中時(shí)閃亮變頻器試驗(yàn)臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)1313變頻器的參數(shù)設(shè)置方法：變頻器內(nèi)存很多參數(shù)。使用 LCD 運(yùn)行時(shí)可以設(shè)必要的參數(shù)或可以根據(jù)負(fù)荷和運(yùn)行輸入適當(dāng)?shù)闹?。首先移?dòng)欲變更的編碼按下 FUNC 鍵 LCD 的 LED（SET）會(huì)點(diǎn)燈。 按下 ▲ 或 ▼ 鍵移動(dòng)到想得到的參數(shù)代碼，再按下 FUNC 鍵數(shù)據(jù)顯示閃亮及設(shè)定設(shè)定數(shù)據(jù)不變更時(shí)在變頻器運(yùn)行期間不能調(diào)整參數(shù)。在 FU2-94[參數(shù)閉鎖]中啟動(dòng)參數(shù)閉鎖功能 。 （1 ） 變頻器變頻調(diào)速時(shí)的參數(shù)設(shè)計(jì)先將運(yùn)行模式設(shè)定為 0，即操作面板模式，再將頻率模式設(shè)定為 0，即操作面板 1 模式。最后將顯示鍵的 0.00 鍵調(diào)到需要的頻率即可（2 ） 變頻器外部電壓控制調(diào)速先將運(yùn)行模式設(shè)定為 1，即 Fx/Rx-1 模式，再將頻率模式設(shè)定為 0，即操作面板 1 模式。（3 ） 加減速，正反轉(zhuǎn)的設(shè)定設(shè)定如上表格所示 3.2 變頻器調(diào)頻調(diào)速通過變頻器面板的頻率控制，來直接控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種方法為最直接的控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法。優(yōu)點(diǎn)：調(diào)控比較準(zhǔn)確。缺點(diǎn)：調(diào)控不方便，效率低，實(shí)時(shí)性較差。3.3 變頻器外部電壓控制調(diào)速按電路圖將外部調(diào)壓的電路線給接上，設(shè)置完參數(shù)后，旋轉(zhuǎn)電壓調(diào)控按鈕即可調(diào)控變頻器頻率，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，起停。優(yōu)點(diǎn)：調(diào)控方便，快捷。缺點(diǎn)：調(diào)控不準(zhǔn)確。3.4 協(xié)議的撰寫（1 ） 計(jì)算機(jī)的串口調(diào)試用一根含兩 232 串口的數(shù)據(jù)線連接計(jì)算機(jī)，進(jìn)行 16 進(jìn)制數(shù)的對(duì)發(fā)，測(cè)試串口的好壞，并熟悉串口數(shù)據(jù)發(fā)送軟件。（2 ） 協(xié)議的計(jì)算與編寫LG 變頻器版本 5.0C 以上可以選擇兩種通訊方式。一個(gè)是 LG 變頻器專用協(xié)議另外是 MODBUS-RTU 方式。這里選用專用協(xié)議進(jìn)行計(jì)算與編寫。通訊架構(gòu)是 iG5 變頻器作為從機(jī)，計(jì)算機(jī)作為主機(jī)。協(xié)議的基本格式：請(qǐng)求: 變頻器試驗(yàn)臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)1414ENQ Drive No. CMD Data SUM EOT1 byte 2 bytes 1 byte n bytes 2 bytes 1 byte應(yīng)答回復(fù):ACK Drive No. CMD Data SUM EOT1 byte 2 bytes 1 byte n * 4 bytes 2 bytes 1 byte拒絕應(yīng)答回復(fù):NAK Drive No. CMD Error Code SUM EOT1 byte 2 bytes 1 byte 2 bytes 2 bytes 1 byte說明:以頭碼 ‘ENQ’尾碼 ‘EOT’發(fā)送請(qǐng)求 .應(yīng)答回復(fù)頭碼是‘ACK’，尾碼是 ‘EOT’.拒絕回復(fù)應(yīng)答頭碼為 ‘NAK’，尾碼為 ‘EOT’.變頻器編號(hào)（‘Drive No.’）是 ‘I/O 48’中的設(shè)定值，該編號(hào)是兩位 ASCII-HEX. (ASCII-HEX: hexadecimal consists of ‘0’ - ‘9’, ‘A’ - ‘F’)‘CMD’:特征字符Character ASCII-HEX Command‘R’ 52h 讀取‘W’ 57h 寫入‘X’ 58h 監(jiān)控請(qǐng)求‘Y’ 59h 監(jiān)控作用‘Data’: ASCII-HEX （例如. 當(dāng)數(shù)據(jù)值是 3000 時(shí): 先十進(jìn)制的 3000 轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制的‘0’’B’’B’’8’h 再將其轉(zhuǎn)換成 ASCII 碼 30h 42h 43h 38h‘Error Code’: ASCII(20h - 7Fh)接收/發(fā)送緩沖區(qū)大?。喊l(fā)送= 39 byte, 接收=44 byte監(jiān)控器注冊(cè)緩沖區(qū)： 8 Word‘SUM’: 用以檢測(cè)通訊錯(cuò)誤.SUM= (Drive NO. + CMD + DATA) ASCII-HEX 格式時(shí)的低 8 位例如.) 請(qǐng)求讀取地址 ‘3000’ENQ Drive No. CMD AddressThe Number of Addressto readSUM EOT05h “01” “R” “3000” “1” “A7” 04h1 byte 2 bytes 1 byte 4 bytes 1 byte 2 bytes 1 byteSUM = ‘0’ + ‘1’ + ’R’ + ‘3’ + ‘0’ + ‘0’ + ‘0’ + ‘1’ = 30h + 31h + 52h + 33h + 30h + 30h + 30h + 31h= 1A7h 變頻器試驗(yàn)臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)1515詳細(xì)請(qǐng)求寫入的通訊協(xié)議請(qǐng)求寫入ENQ Drive No. CMD AddressThe number of Addressto WriteData SUM EOT05h “01” - “1F” “W” “XXXX” “1” - “8” = n “XXXX…” “XX” 04h1 byte 2 bytes 1 byte 4 bytes 1 byte n * 4 bytes 2 bytes 1 byte總共的字節(jié) = 12 + n * 4 =最大 44 bytes應(yīng)答回復(fù) (寫入請(qǐng)求時(shí))ACK Drive No. CMD Data SUM EOT06h “01” - “1F” “W” “XXXX…” “XX” 04h1 byte 2 bytes 1 byte n * 4 bytes 2 bytes 1 byte總共的字節(jié) = 7 + n * 4 = 最大. 39 bytes拒絕應(yīng)答回復(fù) (寫入請(qǐng)求時(shí) )NAK Drive No. CMD Error Code SUM EOT15h “01” - “1F” “W” “**” “XX” 04h1 byte 2 bytes 1 byte 2 bytes 2 bytes 1 byte總共的字節(jié) = 9 bytes對(duì)請(qǐng)求寫入的通用協(xié)議的詳細(xì)說明：開頭請(qǐng)求寫入，以十六進(jìn)制數(shù) 05h 開頭，Drive No 是變頻器的編號(hào)，變頻器的默認(rèn)值是1，若只有 1 臺(tái)變頻器，或無須改動(dòng)變頻器編號(hào)，則在 Drive No 里面填上 01，CMD 為特征字符，這里為寫指令故寫上 W，Address 參考參數(shù)地址表，并從中選出所需要的。The numberof Address to Write 是需要寫入?yún)⒖嫉刂返臄?shù)目，最大為 8，Data 為需要寫入的數(shù)據(jù)，SUM 用以檢測(cè)通訊錯(cuò)誤，這里 SUM=(Drive NO. + CMD + Address + The numberof Address to Write+DATA)算出來之后的 ASCII-HEX 格式時(shí)的低 8 位。最后以 05 結(jié)尾。注：發(fā)送協(xié)議時(shí)，都是以 ASCII-HEX 格式發(fā)送，開頭結(jié)尾各一字節(jié)，Drive No 為 2 字節(jié)，01 的發(fā)送碼即為 30 31，CMD 為 W，發(fā)送碼即為 57，Address 為 4 個(gè)字節(jié)，例如：Address0005，則其發(fā)送碼為 30 30 30 35。The numberof Address to Write 為 1 字節(jié)，DATA 為 4 個(gè)字節(jié)的倍數(shù)。SUM 為校驗(yàn)碼，Drive NO. + CMD + Address + The numberof Address to Write+DATA 相加為 ASCII-HEX 當(dāng)成十六進(jìn)制相加，加完以后，取出最后兩位，再轉(zhuǎn)為 ASCII-HEX，例如：SUM 算出來以后是 1A7h，取最后兩位，則其發(fā)送碼為 40 37。具體編寫與計(jì)算：計(jì)算中所用到的參數(shù)地址：0004 允許參數(shù)寫入 - R/W 0: 禁止寫入(出廠值 )1: 允許寫入變頻器試驗(yàn)臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)16160005 給定頻率 0.01 Hz R/W0006 運(yùn)行指令 - R/WBit 0: 停止(R/W)Bit 1: 正向運(yùn)行(R/W)Bit 2: 反向運(yùn)行(R/W)Bit 3: 故障重啟(W)Bit 4: 故障停止(W)0007 加速時(shí)間 0.1 sec R/W0008 減速時(shí)間 0.1 sec R/Wa) 允許參數(shù)寫入的編寫與計(jì)算：按照格式ENQ Drive No. CMD AddressThe number of Addressto WriteData SUM EOT05h “01” - “1F” “W” “XXXX” “1” - “8” = n “XXXX…” “XX” 04h1 byte 2 bytes 1 byte 4 bytes 1 byte n * 4 bytes 2 bytes 1 byte編寫得出：05h 01 W 0004 1 0001 SUM 04hSUM=30+31+57+30+30+30+34+31+30+30+30+31=26Eh即 SUM 值為 6Eh則其發(fā)送碼為 05 30 31 57 30 30 30 34 31 30 30 30 31 36 45 04b) 給定頻率的編寫與計(jì)算編寫得出：05h 01 W 0005 1 03E8 SUM 04h這里輸入的頻率值為 10，由于頻率的單價(jià)為 0.01，所以輸入頻率的十進(jìn)制數(shù)就應(yīng)該是 1000，轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制，則是 03E8。SUM=30+31+57+30+30+30+35+31+30+33+45+38=28Eh即 SUM 值為 87h則其發(fā)送碼為 05 30 31 57 30 30 30 35 31 30 33 45 38 38 45 04c) 運(yùn)行指令的編寫與計(jì)算編寫停止運(yùn)行指令得出：05h 01 W 0006 1 0000 SUM 04h這里特別注意 DATA 的編寫，在計(jì)算機(jī)里，一個(gè)字節(jié)有 8 位，這里若只有 0 位有數(shù)的話，則表示停止，例如：二進(jìn)制 00 01 都代表停止，轉(zhuǎn)換成 4 個(gè)字節(jié)的 16 進(jìn)制，就是 0000h0001h 若 1 位上有數(shù)，但 1 位以上的位沒數(shù)的話，則表示正向，如：二進(jìn)制 10 11 都是表示正向，轉(zhuǎn)換成個(gè)字節(jié)的 16 進(jìn)制，就是 0002h 0003h。同理：100，101，110 ，111 都代表反向，所以轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制以后就是 0004h 0005h 0006h 0007hSUM=30+31+57+30+30+30+36+31+30+30+30+30變頻器試驗(yàn)臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)1717=26Fh即 SUM 值為 6Fh則其發(fā)送碼為 05 30 31 57 30 30 30 36 31 30 30 30 30 36 46 04同理編寫出正向與反向的發(fā)送碼分別為：05 30 31 57 30 30 30 36 31 30 30 30 32 37 31 0405 30 31 57 30 30 30 36 31 30 30 30 34 37 33 044，加減速運(yùn)行指令的編寫與計(jì)算編寫得出：05h 01 W 0007 1 0032 SUM 04h加速時(shí)間的單價(jià)為 0.1 加速時(shí)間設(shè)置為 5 秒，則十進(jìn)制數(shù)為 50，轉(zhuǎn)換十六進(jìn)制就是0032SUM=30+31+57+30+30+30+37+31+30+30+33+32=275h即 SUM 值為 75h則其發(fā)送碼為 05 30 31 57 30 30 30 37 31 30 30 33 32 37 35 04同理寫出反向的發(fā)送碼為：05 30 31 57 30 30 30 38 31 30 30 33 32 37 36 04ASCII參考如下：ASCII 編碼目錄特性 Hex 特性 Hex 特性 Hex變頻器試驗(yàn)臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)1919ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnop4142434445464748494A4B4C4D4E4F505152535455565758595A6162636465666768696A6B6C6D6E6F70qrstuvwxyz0123456789space!"#$%&'()*+,-./:;?7172737475767778797A30313233343536373839202122232425262728292A2B2C2D2E2F3A3B3C3D3E3F@[\]{|}-BELBSCANCRDC1DC2DC3DC4DELDLEEMACKENQEOTESCETBETXFFFSGSHTLFNAKNULRSS1SOSOHSTXSUBSYNUSVT405B5C5D5E5F607B7C7D7E0708180D111213147F10190605041B17030C1C1D090A15001E0F0E01021A161F0B變頻器試驗(yàn)臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)2020（4 ） 協(xié)議對(duì)變頻器進(jìn)行控制之前的硬件設(shè)置- 連接 RS485 通訊線至變頻器控制端子排的(S+),(S-).- 再次確認(rèn)連接正確與否后, 接通變頻器電源.- 如正確連接, 把相關(guān)通訊參數(shù)設(shè)置如下- DriveView 運(yùn)行時(shí)在 DriveView 上設(shè)置, 其他情況時(shí)在操作面板上設(shè)置.運(yùn)行組 [Drive mode] : 3(RS485)運(yùn)行組 [Freq. mode] : 5(RS485)I/O-46 [Inv. Number] :1-32 (多于一臺(tái) 變頻器時(shí)，不要重復(fù)變頻器號(hào)碼) 這里設(shè)置為 1I/O-47 [Baud-rate] 9,600 bps (出廠值) 0:1200, 1:2400, 2:4800, 3:9600, 4:19200 這里波特率取 9600bps，故選 3I/O-48 [Lost Mode] 0 - No action (出廠值) I/O-49 [Time-Out] 10 – 1.0sec (出廠值) I/O-50 [Comm.Prot] 0 – LG 專用通訊協(xié)議, 7 - Modbus-RTU,由于對(duì)于 Modbus 協(xié)議，PLC 和 LG 變頻器都只能支持從站，故通訊無法進(jìn)行，所以這里應(yīng)該選專用通訊協(xié)議，故選 0運(yùn)行步驟- 檢查電腦, 變頻器是否正確連接- 變頻器上電, 確認(rèn) 電腦和通訊穩(wěn)定與否之前, 不要在變頻器里連接負(fù)載.- 開始在電腦上啟動(dòng)變頻器運(yùn)行程序.按照變頻器操作程序操作變頻器（5 ） 電腦串口發(fā)送協(xié)議對(duì)變頻器的控制用計(jì)算機(jī)通過串口控制對(duì)變頻器進(jìn)行協(xié)議發(fā)送，觀察串口從變頻器收到回復(fù)信息，檢測(cè)協(xié)議正確與否。出現(xiàn)以下格式回復(fù)ACK Drive No. CMD Data SUM EOT06h “01” - “1F” “W” “XXXX…” “XX” 04h1 byte 2 bytes 1 byte n * 4 bytes 2 bytes 1 byte表明，協(xié)議發(fā)送成功，無錯(cuò)誤。當(dāng)出現(xiàn)下列格式回復(fù)時(shí)NAK Drive No. CMD Error Code SUM EOT15h “01” - “1F” “W” “**” “XX” 04h1 byte 2 bytes 1 byte 2 bytes 2 bytes 1 byte表明，協(xié)議發(fā)送未成功，協(xié)議有錯(cuò)誤。錯(cuò)誤代碼 Error Code DescriptionSE Sum ErrorFE Frame ErrorFC Frame Error (Command): Not in use變頻器試驗(yàn)臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)2121FS Frame Error (Size)EE Parameter EEP Access Error當(dāng)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，根據(jù)上列錯(cuò)誤代碼檢查錯(cuò)誤，重新編寫，再次調(diào)試。第四章 可編程控制器的編程及通訊4.1 可編程控制器 plc 編程對(duì)變頻器的控制（1 ） plc 的通訊設(shè)置在本設(shè)計(jì)中，我們用的是串行數(shù)據(jù)通信。串行數(shù)據(jù)通信是以二進(jìn)制的位為單位的數(shù)據(jù)傳輸方式，每次只傳送一位，除了公共線外，在一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸方向上只需要一個(gè)數(shù)據(jù)線，這根線既作為數(shù)據(jù)線又作為通信聯(lián)絡(luò)控制線，數(shù)據(jù)信號(hào)和聯(lián)絡(luò)信號(hào)在這根線上按位 傳送。串行通信需要的信號(hào)線少，最少的只需要兩根線。計(jì)算機(jī)和 PLC 都有通用的串行通信接口。這里，我們的 PLC 是 RS-485 接口，計(jì)算機(jī)是 RS-232 接口。在連接的時(shí)候，我們用一根 PPI 轉(zhuǎn) PC 線將 PLC 和計(jì)算機(jī)相連，再在 PLC 另一個(gè) PORT 口上引出一根 3 號(hào)線和一根 8 號(hào)線，和變頻器的 S+，S-相連。這樣就完成了計(jì)算機(jī)，PLC 和變頻器的通信硬件設(shè)置。下圖是 PLC 和計(jì)算機(jī)的通訊設(shè)置。變頻器試驗(yàn)臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)2222在 PLC 的通訊協(xié)議上，我們選擇自由端口模式的通訊，即通過使用接受中斷、發(fā)送中斷、字符中斷、發(fā)送指令、和接受指令來控制 S7-200CPU 的通信口的操作。這種通信協(xié)議可以連接多種智能設(shè)備。在 plc 程序的設(shè)置上，我們得設(shè)置 plc 的通訊初始化。plc 中有一些特殊儲(chǔ)存器。在本程序的通訊初始化中，需要用到以下特殊儲(chǔ)存器:SM130.2~SM130.4: bbb:自由端口的波特率 000=38400，001=19200，010=9600，011=4800 ，100=2400 ，101=1200 ，110=115.2k,111=57.6k根據(jù)變頻器的波特率設(shè)置為 9600，古 plc 的也選成 9600，所以 SM130.2~SM130.4 為010SM130.0 和 SM130.1:mm:協(xié)議選擇，00=PPI/從站模式，01= 自由口模式，10=PPI/主站模式，11=保留（默認(rèn)設(shè)置為 PPI/從站模式） 。因?yàn)樵O(shè)計(jì)選擇的是自由口模式通訊，故選擇 01所以在通訊初始化中，將十六進(jìn)制的 09 放到 SM130 中去。SM187.7 有 0 和 1 兩種狀態(tài)。0=禁止報(bào)文接收，1=允許報(bào)文接收，每次執(zhí)行 RCV指令時(shí)檢查允許/禁止接收?qǐng)?bào)文位。在每次發(fā)送時(shí)，需要將 SM187.7 復(fù)位，即禁止報(bào)文接收。SM194 為接收的最大字符數(shù)（1~255 字節(jié)） ，即使不用字符計(jì)數(shù)來終止報(bào)文，這個(gè)值也應(yīng)該按希望的最大緩沖區(qū)來設(shè)置。所以在初始化時(shí)將 255 放入 SM194 即可。（2 ） plc 手動(dòng)發(fā)送協(xié)議程序的編寫在上一章中，對(duì)變頻器的控制協(xié)議，已經(jīng)編寫計(jì)算成型，總結(jié)，基本如下：05 30 31 57 30 30 30 34 31 30 30 30 31 36 45 04 允許通訊05 30 31 57 30 30 30 35 31 30 33 45 38 38 45 04 給定頻率05 30 31 57 30 30 30 36 31 30 30 30 32 37 31 04 正向05 30 31 57 30 30 30 36 31 30 30 30 34 37 33 04 反向05 30 31 57 30 30 30 36 31 30 30 30 30 36 46 04 停止05 30 31 57 30 30 30 37 31 30 30 33 32 37 35 04 加速05 30 31 57 30 30 30 38 31 30 30 33 32 37 36 04 減速要實(shí)現(xiàn) PLC 對(duì)變頻器的手動(dòng)控制，就必須先把這些 ASCII 碼送到 PLC 的緩存區(qū)，在將這些數(shù)據(jù)通過手動(dòng)控制給發(fā)送出去。變頻器對(duì)與協(xié)議的響應(yīng)只能一次響應(yīng)一個(gè)，所以對(duì)于協(xié)議的發(fā)送只能一次發(fā)送一個(gè)，發(fā)送完之后必須立馬將對(duì)應(yīng)的發(fā)送開關(guān)復(fù)位，清除緩存區(qū)。這里需要將這些數(shù)據(jù)當(dāng)成十六進(jìn)制數(shù)給發(fā)送出去。在將數(shù)字寸入緩存區(qū)時(shí)，需要在前面加 16#，以便表明是發(fā)送的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)。當(dāng)把協(xié)議寫入存儲(chǔ)區(qū)的緩存區(qū)后，需要將存儲(chǔ)區(qū)的緩存區(qū)復(fù)位，清零。本程序中，所用到的緩存區(qū)為 VB100~VB116，因?yàn)?VB100 到 VB104 中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在各個(gè)協(xié)議中均一樣，所以只需將 VB105~VB116 復(fù)位即可。把數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)區(qū)的緩存區(qū)后，需要把緩存區(qū)里的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，引入 XMT 指令即可。在發(fā)送完成后，需要將發(fā)送按鈕復(fù)位。否則，程序?qū)?huì)無限發(fā)送，導(dǎo)致發(fā)送過快，而無法發(fā)送。注：每次只能發(fā)送一個(gè)協(xié)議，否則，變頻器將會(huì)只能認(rèn)得最后一個(gè)協(xié)議。變頻器試驗(yàn)臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)及基于 S7-200 速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)2323發(fā)送的子程序如下：LD SM0.0R SM187.7, 1S M11.0, 1LD SM4.6XMT VB100, 1R 允許寫入 _1, 8程序中，先檢查允許或禁止接受報(bào)文位，因?yàn)闉榘l(fā)送指令，所以給 SM187.7 復(fù)位,禁止報(bào)文的接受。而后列入發(fā)送前提，由于我們選擇的端口 1 發(fā)送，所以，我們?cè)诎l(fā)送前串聯(lián)一個(gè) SM4.6，即當(dāng)端口 1 發(fā)送器空閑時(shí)，該位置 1。（3 ） plc 和計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序試發(fā)在所有協(xié)議子程序都完成的情況下，在主程序里通過按鈕對(duì)子程序進(jìn)行調(diào)用，從而發(fā)送協(xié)議。因?yàn)樵O(shè)置的 plc 發(fā)送端口為 1 端口，故將 plc 的端口 1 和計(jì)算機(jī)串口連接，再連接plc 的 PPI 電纜。打開串口調(diào)試軟件，選擇相應(yīng)的計(jì)算機(jī)端口和波特率。在程序編譯無誤后，下載程序，運(yùn)行，通過各協(xié)議按鈕，挨個(gè)發(fā)送協(xié)議，并在串口調(diào)試器中，接收，得到協(xié)議，和自己編寫的協(xié)議對(duì)照，檢測(cè)有無錯(cuò)誤。在接收和 plc 程序運(yùn)行均無錯(cuò)誤的情況下，即可進(jìn)行下一步。4.2 可編程控制器對(duì)變頻器的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)在工程實(shí)際應(yīng)用中，需要將人工的手動(dòng)操作記錄下來，并通過 plc 把人工的手動(dòng)操作演示出來，這樣便可以節(jié)省人力，方便工程操作。安全性，誤差也比人工操作好很多。本設(shè)計(jì)中，主要通過人工調(diào)控變頻器的外部電壓和操控變頻器的的開關(guān)量，來進(jìn)行示教。而后，再通過可編程控制器對(duì)示教進(jìn)行模擬，達(dá)到要求。要實(shí)現(xiàn)這一步，首先就得進(jìn)行變頻器的頻率和方向的采集。在前面，我們是通過將十六進(jìn)制常數(shù)直接放入發(fā)送緩存區(qū)，發(fā)送出去。但現(xiàn)在需要存儲(chǔ)的是實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，故需要發(fā)送的數(shù)據(jù)并不確定，因而不能直接把十六進(jìn)制常數(shù)送入發(fā)送緩存區(qū)。所以這里，我們運(yùn)用變量存儲(chǔ)區(qū) V。變量?jī)?chǔ)存區(qū)在程序執(zhí)行的過程中存放中間變量，或用來保存與工序或任務(wù)有關(guān)的其他數(shù)據(jù)。Plc 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的具體實(shí)現(xiàn)：本程序中，設(shè)計(jì) VB1000 到 VB1005 為變量存儲(chǔ)緩存區(qū)。其中，VB1000 到 VB1004 為頻率的存儲(chǔ)緩存區(qū)，VB1005 為方向值的存儲(chǔ)緩存區(qū)。設(shè)定完存儲(chǔ)緩存區(qū)以后，需要將響應(yīng)的數(shù)據(jù)送入對(duì)應(yīng)的緩存區(qū)。首先，我們將頻率值送入，但變頻器的頻率值無法直接讀入，所以，我們需要通過可編程控制器的模擬量輸入來讀取變頻器的電壓值，來間接的得