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1、PLC控制变频器调速系统设计与调试毕业论文PLC控制变频器调速系统设计与调试绪论可编程控制器,PLC,是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础 上开发出来的现已广泛应用于工业控制的各个领域。它以微处理器为核心用编 写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等并通过数字量和模拟量的输入 /输出来控制机械设备或生产过程。如今PLC在我国各个工业领域中的应用越来越广泛。在就业竞争日益激烈的 今天掌握PLC设计和应用是从事工业控制研发技术人员必须掌握的一门专业技 术。任何生产机械电气控制系统的设计都包括两个基本方面:一个是满足生产机 械和工艺的各种控制要求另一个是满足电气控制系统本身的制造、
2、使用以及维修 的需要。因此电气控制系统设计包括原理设计和工艺设计两个方面。前者决定一 台设备使用效能和自动化程度即决定着生产机械设备的先进性、合理性而后者 决定着电气控制设备生产可行性、经济性、外观和维修等方面的性能。在现代控制设备中机-电、液-电、气-电配合得越来越密切虽然生产机械 的种类繁多其电气控制设备也各不相同但电气控制系统的设计原则和设计方法 基本相同。在最大限度满足生产设备和生产工艺对电气控制系统要求的前提下力求运行 安全、可靠动作准确结果简单、经济电动机及电气元件选用合理操作、安 装、调试和维修方便。要完成好电气控制系统的设讣系统除要求我们掌握必要的电气设计基础知识 外还要求我们
3、必须经过反复实践深入生产现场将我们所学的理论知识和积累的经验技术应用到设讣中来。本次课程设计正是本着这一 LI的而着手实施的实践性环节它是一项初步的模拟工程训练。通过这次课程设计我感到更深地了解一般电气控制系统的设 计要求、设计内容和设计方法。目录课程设计任务书1绪论_2课程设计内容 5 设计要求 5二.设计任务和目的 5三.课题要求 5四.控制要求5 五.总体设计方案6六（硬件部分设计9七（软件部分设计13八（调试过程和结果 17心得体会 18参考文献 19课程设计内容设计要求1. 确定控制方案选择PLC和变频器及电动机型号。2. 画出电气控制线路原理图。3. 设计程序4. 完成PLC控制系
4、统梯形图软件的编制任务。3.在实验室条件下通过试验调试初步验证其程序的正确性。二. 设计任务和目的1. 了解PLC控制变频调速系统。2. 了解OMRON-CS系列CPU加CS1W-MAD44模拟量I/O模块和ID模块。3. 了解 电气控制系统设计的基本原则、内容与一般步骤。掌握PLC控制变频调速系统调 试基本过程及方法。三. 课题要求1. 按题意要求画出PLC端子接线图及控制梯形图，2. 完成PLC端子接线工作并利用编程器输入梯形图控制程序完成调试，3. 完成课程设讣说明书电气控制系统设讣的基本原则：在最大限度满足生产设备和生产工艺对电气控 制系统要求的前提下力求运行安全、可靠、动作准确、结构
5、简单、经济、电动机及电 气元件选用合理操作、安装、调试和维修方便。四. 控制要求1. 变频调速器受010V输入电压控制，0V输出频率为OHZ对应同步转速为0 r/min,3V输出频率为18HZ对应同步转速为1500 r/min,10V输出频率为36HZ对应同步转速为3000 r/min,输入电压与输出频率按线性关系变化。2. 要求输出转速按函数变化请编写梯形图控制程序并完成调试。v Cr/min)3. 改变输出转速、时间的变化函数重复上述过程.五总体设计方案本次设讣是实现控制变频调速系统选用PLC和变频器的组合可完成数字量的 输入实现模拟量和数字量的输出控制。可以通过对频率的调节来实现对速度的
6、控 制使得速度变化更加平滑和实现精确调速。1选择机型本次设讣PLC控制变频调速系统设讣系统中可以用0MR0N-CPM2A PLC加模拟量 扩展单元，也可以用OMRON-CS系列CPU加CS1W-MAD44模拟量I/O模块.在这里选用 OMRON-CS系列CPU加CS1W-MAD14模拟量I/O模块和ID模块.变频器采用欧姆龙公 司的变频器电机选择380V, 3000W3000r/mino2.确定系统控制结构III PLC和变频器组成的开环控制系统模拟量输入端山两输入开始与停止按 钮,PLC输出端是从0-10V的模拟量作为变频器的输入。实现如下控制：0V输出频率为OHz对应同步转速为Or/min
7、; 5V输出频率为18Hz对应同步 转速为1500r/min; 10V输出频率为36Hz对应同步转速为3000r/min。当PLC模拟量输出010V变化时变频器输岀频率为36Hz,电机经过20s速度 111 0-3000r/min,电机以最大速度运行10sPLC模拟量输出山10V将到5V变频 器输岀频率为18Hz对应同步转速降为1500 r/min经历10s达到一定值速度运行 20s后PLC模拟量输出山5V降到0V变频器输出为OHz电机转速为Or/ min。3.系统流程图1.00TOQOO 20秒每必2秒DO通蓬数 加呦004输出电压从 0V幵始上升TOOOO |T0001 30砂2041保持
8、理0FA0 输出电压保持10VTWI +T000240秒卷0 02秒DO通道数 峨#0004输岀电圧从 10V开妬下降T00Q2 十T00030秒2041保持肋D0 輸岀电压保持發/T00Q34-T00M 彷秒每002秒DO通通数 减利008输出电压从 5V开始下障TOOQ44-D0g#0000 输出电压变为0VS输岀电压变为0V 电机碎2100.00 +4.系统原理接线图0 00电机正转2040 SWJOOFD20400 *)OOF D 20401 SMJ055-DO SMOOO2041 S MJ5.设计步骤(1) 使用PLC的0D模块的两个输入点作为系统的启动和停止信号的输入点，(2) 使
9、用PLC的ID模块的一个输出点作为使电机正转启动的输出信号接到 变频器的so端子上，(3) 连接CS1W-MAD44模拟量I/O模块的A1+、A2-至变频器的电压输入端， 调节变频器使其输出频率受模拟量输入电压控制，(5) 然后编制输出按时间函数循环的梯形图程序，(6) 最后调试并运行。六.硬件部分设计1. CS1W-MAD44模拟量I/O模块图CS1W-MAD44模拟量输岀模拟量输入f*模拟量输出 模拟量输入2. CS1W31AD44模拟量I/O功能块 ClnOBS：CPU老3 模拟量输岀回路鬲出开黄Aoar电压输岀和转接电路11L I电压輸出 JAG F所誉I/O相同）4.输出规格如果设路
10、值超过下面提供的规定将发生输出设賂错误并将输出有输出保持 功能规定的输出量。根据设讣要求选取输出范围：010 V:5. 标度转换输出范圉：010V所对应的16进制数为:OOOOHOFAOH6. 模拟量输出接线图7. 数据交换概要数据通过特殊I/O单元区域（用来操作单元的数据）和特殊I/O单元DM区域（用 来进行初始设賂的数据）在CPU单元和CS1W-MAD44模拟量I/O单元之间交换。8. I/O刷新数据模拟输入转换值模拟输出设路值和其它用来操作单元的数据根据单元号在CPU单元的特殊I/O单元区域里分配并在I/O刷新过程中交换.9. 固定数据单元的固定数据如模拟量输入信号范围和模拟量输出信号范
11、围根据单元号 在CPU单元的特殊I/O单元DM区域里分配并在电源接通或单元重启动时交换。10设路单元号开关如尿虫元号设8AS1.将分配材殊0塑元区疑的宇CI02010 CI0209.或D20100 D20199给桟IQSII/0单元每个模拟量I/O单元占据的特殊I/O单元区域和特殊I/O单元DM区域字地址 是通过单元前板上的单元号开设路的。在此系统中单元号设路成4.11模拟量I/O模块的软件设路过程(1) 根据下表特殊I/O单元域地址CI02040- CI02049,特殊I/O单元DM区域地址 D20400-D20499.元号元gilfitttnn. vo/LDM;?OeO CIO 2083C
12、IO 2090 CIO 2099D2O7OQ D2O799D?QeQO 02WB9DZ0900D2Q999106心CI0210000210902-1000D21099nCKJ2OXJ*(nMl0) CIO2000(6 *D2WOO (HM 100) D2OOOO0m1O*999&CIOM50 CIO 2959D2A5O0 D29W9(2) 根据系统原理接线图Al A2电压输出1和CIO区中转换可用字表设賂 2040 为:0001H10?sw ww97 8|S 1 3 21 0RavnHS4ICPUir：卜?*!I|iG.29fn*3nt4a 21 IIIVMIO CPU!n*wntfitA2K
13、J?|/K2.IDetnTn8h.gWC3I1ft IMh4A9e2Hr严in. ir(3) 根据输入使用设路表设路D20400为：0001HDUm霜M制臥、DM “刪池M?515 U 13 12 11 ：0 3871 f53210幅mMSil彌刖M州？朋2FP1屮rDM础mvmmiBA.4人 3l2tUM3 t&l0r4/DMDMut m wSrJt tHUDMKXi 的 2： HHMfilOtt B 戕 WtHRMOKiDMimDMtM= IttWDM厶卿网TDMDMW3II(4) 根据输入信号范用表设B D20401为：0001H叙拥确00： -W*1QV01： (MOV10；卜5V/4
14、、20mHJKU11： 0 5V上面的所有设路在程序的广3条完成。七.软件部分设计系统的软件设计是根据系统给定的时间函数运行的所以 软件的设计主要是以时间原则来设计。1.程序的主体主要由以下三部分组成(1) 控制字的设路(2) 时间段设计(3) 数据的增减2. I/O分配表启动按切BOOL1.00停止按钮BOOL1.01启动保持BOOL2100.00电应转BOOL000模拟量电压筍出CHANNEL20413.系统设计程序PLC梯形图4.程序助记符LD启动按钮LD停止按钮KEEP(Oll)启动保持LD启动保持MOV(021) #000F 2040 /转换可用位路1 LD启动保持MOV(021)
15、ttOOOF D20400 /输出使用位路1 LD启动保持MOV (021)#0055 D20401 / 输出信号范围路 0101. 0-10VLD启动保持ANDNOT T0004MOV(021) #0000 DO / 一个循环开始时路#0000 LD启动保持MOV(021) DO 2041/送DO值至输出通道LD启动保持ANDNOT T0004TIM 0000#0200 /时间变化流程TIM 0001 #000TIM 0002 #0400TIM 0003 #0600TIM 0004 #0650LD启动保持AND P_0_02sANDNOT T0000+(400) DO #0004DO / D
16、O值增加，使输出值连续增加LD启动保持AND P_0_02sAND T0001ANDNOT T0002-(410) D0 #0004DO / DO值减小，使输出值连续减小LD启动保持AND P_0_02sAND T0003ANDNOT T0004餌(410) D0 #0008DO / DO值减小，使输出值连续减小LD启动保持OUT 0. 00 /变频器正转启动信号END(001)5.程序说明第0条:起动和停止信号用KEEP保持在2100. 00中表示程序启动运行。笫1条:程序启动运行过程中根据接线图Al A2电压输出1和CIO区中转换 可用字表设路 2040 为:OOOFH第2条:程序启动运行
17、过程中根据输入使用设賂表设路D20400为：OOOFH笫3条:程序启动运行过程中根据输入信号范围表设賂D20401为：0055H笫4条:程序启动时并且每个循环的开始时D0路#0000所以输出电压每次都 是从0V开始第5条：只要是在运行过程中在程序每次扫描过程中D0中的值路入2040通 道中转换成电压输出。笫6条:程序启动运行过程中每次循环中设路成五个时间段T0000-T0004 T0004为复位信号。第7条:程序启动运行过程中从0-20秒D0中的数在每个0. 02秒脉冲的上 升沿时加#0004则20秒时刚好D0值为#0FA0即10V。笫8条:程序启动运行过程中从30-40秒D0中的数在每个0.
18、 02秒脉冲的 上升沿时减#0004则10秒后刚好D0值为#07D0即为5V。第9条:程序启动运行过程中从6065秒D0中的数在每个0. 02秒脉冲的上升沿时减#0008则5秒时刚好D0值减为#0000即0V。笫10条:程序启动运行过程中电机正转信号保持为ON。笫11条:程序结束标志。八.调试过程及结果调试过程：1. 先将PLC程序传入OMRON-CS PLC中只连接启动与停止开关先不与变频器相连接以免输出电压不正确导致变频器出错。2. 按下启动按钮然后用万用表测CS1W-NIAD44模拟量I/O模块的Al、A2两点 间的电压看是否按照规定曲线运行如果运行正确则证明PLC部分调试成功。3. 连
19、接PLC的输出点与变频器的输入点并且调试好变频器的参数设路最后 把变频器的输出与电机接好。4. 最后打开启动按钮电机正常运行并且按照给定的时间函数循环运行。显 示的最大频率是36HZo调试结果：系统按照给定的时间函数连续循环运行如图所示山此说明系统设计合理可靠此设计完全符合设讣要求。 f (HZ)心得体会通过本次课程设计对欧姆龙系列PLC的特点有了更深的理解。利用了欧姆龙 系列PLC的特点对按钮、开关等输入/输出进行控制实现了变频器在控制作用 下的自动化。在本次课程设计的实践环节中我更深刻地理解和掌握了电器控制及可编程控 制器(PLC)的理论知识和动手技能。参阅了大量的电器控制及可编程控制器(PLC)系 统设计的书籍资料查询了大量的图表、程序和数据使得课程设计的方案和数据 更为翔实和准确力求科学严谨使本次以变频器为主题的课程设讣精益求精。经历一周的方案设计、比较、论证、探讨等步骤经过不懈的努力和反复的验 证积聚了同组同学的一致讨论并通过再加上指导老师的细心点拨和教诲终于 成功地完成了本次课程设计。但是由于学识浅薄和资历肤浅对待解决问题还不成熟望老 师不吝纠正深感谢意：参考文献电器控制及可编程控制器 祖龙起 主编 轻工业出版社可编程控制器原理与程序设讣谢客明主编 电子工业出版社 日本OMROY公司CPM2A编程手册 张立科 主编2003内部资料 仅供参考内部资料仅供参考
