運(yùn)動控制系統(tǒng)課程設(shè)計基于PLC的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計

1、湖 南 工 程 學(xué) 院課 程 設(shè) 計課程名稱 運(yùn)動控制系統(tǒng) 課題名稱 基于plc的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè)班級 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 2011年9月23日湖南工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書課程名稱： 運(yùn)動控制系統(tǒng)題 目：基于plc的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)老師： 審 批： 任務(wù)書下達(dá)日期 2011年09月13日課程設(shè)計完成日期2011年09月23日 設(shè)計內(nèi)容與設(shè)計要求一 設(shè)計內(nèi)容：1. 變頻器的選擇設(shè)計2. plc的選擇設(shè)計3. 基于plc的變頻器開環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計4. 基于plc的變頻器模擬量閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計二 設(shè)計要求：1 設(shè)計思路清晰，給出整體設(shè)計

2、框圖；2 單元電路設(shè)計，給出具體設(shè)計思路和電路；3 分析所有單元電路與總電路的工作原理，4 繪制控制系統(tǒng)原理圖，plc的控制程序設(shè)計，5 寫出設(shè)計報告； 主要設(shè)計條件1 設(shè)計依據(jù)主要參數(shù)1） 西門子變頻器一臺2） s7-200plc一臺3） 交流電動機(jī)一臺 2. 可提供實驗 說明書格式1 課程設(shè)計封面；2 任務(wù)書；3 說明書目錄；4 plc、變頻器的選擇及參數(shù)設(shè)置與操作5 基于plc的變頻器開環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計6 基于plc的變頻器模擬量閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計7 實驗調(diào)試，實驗數(shù)據(jù)及分析。8 總結(jié)與體會；9 附錄（完整的總電路圖）；10 參考文獻(xiàn)；10、課程設(shè)計成績評分表 進(jìn) 度 安 排 第

3、一周星期一:課題內(nèi)容介紹和查找資料； 星期二:總體電路方案確定 星期三:主電路設(shè)計星期四:控制電路設(shè)計 星期五:控制電路設(shè)計；第二周星期一: 控制電路設(shè)計星期二：電路原理及波形分析、實驗調(diào)試及仿真等星期四五:寫設(shè)計報告，打印相關(guān)圖紙； 星期五下午:答辯及資料整理 參 考 文 獻(xiàn)1石玉 栗書賢電力電子技術(shù)題例與電路設(shè)計指導(dǎo)機(jī)械工業(yè)出版社，1998 2王兆安 黃俊電力電子技術(shù)（第4版）機(jī)械工業(yè)出版社，20003浣喜明 姚為正電力電子技術(shù)高等教育出版社，20004莫正康電力電子技術(shù)應(yīng)用（第3版）機(jī)械工業(yè)出版社，20005鄭瓊林耿學(xué)文電力電子電路精選機(jī)械工業(yè)出版社，19966劉定建朱丹霞實用晶閘管電路

4、大全機(jī)械工業(yè)出版社，19967劉祖潤 胡俊達(dá)畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)機(jī)械工業(yè)出版社，19958劉星平運(yùn)動控制系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書校內(nèi)，20099. 劉星平.thpk-2型工業(yè)綜合自動化控制裝置實訓(xùn)指導(dǎo)書.2009目 錄第1章 概 述11.1系統(tǒng)概述11.2 plc的概述11.3變頻器的簡介2第2章 總體設(shè)計方案42.1 主電路的設(shè)計42.2控制電路的設(shè)計62.3保護(hù)電路的設(shè)計6第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計83.1 變頻器的選擇與設(shè)置83.2 plc的選擇93.3 s7200 plc的硬件組成及指令系統(tǒng)15第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計164.1 plc程序梯形圖16第5章 系統(tǒng)調(diào)試24第6章 總結(jié)與體會26附 錄27參 考 文

5、獻(xiàn)28第1章 概 述隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，這促進(jìn)了電氣傳動的技術(shù)革命。交流電機(jī)變頻調(diào)速是當(dāng)今節(jié)約電能，改善生產(chǎn)工藝流程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以及改善運(yùn)行環(huán)境的一種主要手段。變頻調(diào)速以其高效率，高功率因數(shù)，以及優(yōu)異的調(diào)速和啟制動性能等諸多優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。1.1系統(tǒng)概述在現(xiàn)代工業(yè)和經(jīng)濟(jì)生活中，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)作為高新技術(shù)、節(jié)能技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域；由于plc的功能強(qiáng)大、使用容易、可靠性高，常常被用來作為現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和設(shè)備的控制。組態(tài)軟件技術(shù)作為用戶可定制功能的軟件平臺

6、工具，在工控機(jī)上可開發(fā)出友好的人機(jī)界面，通過plc可以對自動化設(shè)備進(jìn)行“智能化”控制。在本課題的系統(tǒng)中，考慮到電機(jī)的啟動、運(yùn)行、調(diào)速和制動的特性，因此采用高功能性控制的通用變頻器對電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，此變頻器的s型加減速功能和轉(zhuǎn)矩提升功能，能很好的解決轉(zhuǎn)速之間的切換和啟動問題。系統(tǒng)中由plc完成數(shù)據(jù)的采集和對變頻器、電機(jī)等設(shè)備的控制任務(wù)?；趐lc的編程軟件采用模塊化的程序設(shè)計方法，大量采用功能模塊重用，減少軟件的開發(fā)和維護(hù)。利用組態(tài)軟件良好的人機(jī)界面和通信能力及profibus總線技術(shù)，使工程師、操作人員可以在中央控制室的工控機(jī)上方便的瀏覽現(xiàn)場的工業(yè)流程、實現(xiàn)變頻器的參數(shù)設(shè)置、故障診斷和電機(jī)的

7、啟動和停止的控制；同時可以在現(xiàn)場進(jìn)行電機(jī)的啟動、停止及增減速等的操作。1.2 plc的概述可編程序控制器（plc）是以微處理器為基礎(chǔ)的工業(yè)控制裝置，它的功能強(qiáng)，可靠性極高，編程簡單，使用方便，體積小巧，近年來在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，被譽(yù)為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要支柱之一。plc的功能包括邏輯控制、定時控制、計數(shù)控制、步進(jìn)（順序）控制、pid控制、數(shù)據(jù)控制、通信和聯(lián)網(wǎng)以及許多特殊功能模塊。plc具有極高的可靠性，豐富的i/o接口模塊并且采用了模塊化結(jié)構(gòu)以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。plc的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具

8、備計算機(jī)的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握，而且其安裝簡單，維修也方便，由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。適應(yīng)行強(qiáng)的可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各硬件裝置功用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。可編程序控制器安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線?？删幊绦蚩刂破饔休^強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器。可編程序控制器用軟件代替大量的中間繼電器、時間繼電器，僅剩下與輸和輸出有關(guān)的少量接下接線，一般為繼電器控制系統(tǒng)的十分之一到百分之一，

9、因接觸不良造成的故障減少了很多?？删幊绦蚩刂破鞑扇×艘幌盗熊浖陀布垢蓴_措施，使之具有很強(qiáng)的抗擾能力，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，可編程序控制器以被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。雖然plc問世時間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，plc也迅速發(fā)展，在發(fā)達(dá)的工業(yè)國家，plc已經(jīng)廣泛應(yīng)用于所有的工業(yè)部門，隨著其性能價格比的不斷提高，應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。主要用于：開關(guān)邏輯控制、運(yùn)動控制、閉環(huán)過程控制、數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。1.3變頻器的簡介變頻器按照變換環(huán)節(jié)分為兩種：（1）交-交變頻器 交-交變頻器是將工頻交流直接

10、轉(zhuǎn)換成頻率電壓可調(diào)的交流，又稱直接式變頻器。（2）交-直-交變頻器 交-直-交變頻器是先將工頻交流電源通過整流器變換成直流，再通過逆變器變換成可控頻率和電壓的交流。由于這類變壓變頻器在恒頻交流電源和變頻交流輸出之間有一個“中間直流環(huán)節(jié)”所以又稱間接式的變壓變頻器。交-直-交變頻器的工作原理是把工頻交流電通過整流器變成平滑直流，然后利用半導(dǎo)體器件組成的三相逆變器，將直流電變成可變電壓和可變頻率的交流電。利用變頻器可以根據(jù)電機(jī)負(fù)載的變化實現(xiàn)自動、平滑的增速或減速，具有效率高、范圍寬、精度高且能無級變速的優(yōu)點(diǎn)。其原理圖如下所示：圖1.1 變頻器調(diào)速原理除了上面的分類外，變頻器還有其他分類方式。按照主

11、電路工作方式，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關(guān)方式，可以分為pam控制變頻器、pwm控制變頻器和高載頻pwm控制變頻器；按照工作原理，可以分為v/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。 本次設(shè)計采用micromaster 420變頻器，采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣雙極型晶體管（igbt）作為功率輸出器件。因此具有很搞的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，因而降低了電動機(jī)運(yùn)行的噪聲。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動機(jī)提供了良好的保護(hù)。第2章 總體設(shè)計方案2.

12、1 主電路的設(shè)計本系統(tǒng)設(shè)計的變頻調(diào)速系統(tǒng)單元，采用交流變頻調(diào)速，通過控制變頻器來實現(xiàn)三相異步電動機(jī)的開閉環(huán)、正反轉(zhuǎn)和快慢速的轉(zhuǎn)換。其具體工作過程如下：從電網(wǎng)上接入380v交流三相電源，首先通過一個接觸器作為整個電路的通斷開關(guān)。電動機(jī)三相u、v、w接在變頻器的輸出端口，輸入端口l1、l2、l3通過a級濾波器連接在交流接觸器km1上。由于電機(jī)在轉(zhuǎn)動過程中會產(chǎn)生大量熱量，故主電路中還接了一個風(fēng)機(jī)，起到冷卻泵的作用，變頻電機(jī)的風(fēng)機(jī)則通熱繼電器fr41連接在交流接觸器km42上，再連接到交流接觸器km41的電網(wǎng)上。接下來是變頻電機(jī)簡單的起、停、開閉環(huán)、變頻調(diào)速電器控制線路。其控制線路說明如下：qf41為

13、空氣斷路器，當(dāng)空氣開關(guān)閉合，沒有按下啟動按鈕sb41時，交流接觸器km41處于斷開狀態(tài)；當(dāng)按下起動按鈕sb41時，接通交流接觸器km41，km41繼電器通電，交流接觸器km41保持通電狀態(tài)，可編程序控制器運(yùn)行，輸出端給變頻器一個啟動信號，電源指示燈hr4亮。在運(yùn)行中按下停止按鈕sb42，則km41繼電器斷電，交流接觸器km41斷開。電機(jī)風(fēng)機(jī)的控制電路用到了變頻器的兩個控制點(diǎn)rl1-b和rl1-c，當(dāng)變頻器通電時，這兩點(diǎn)自動接通，交流接觸器km42的線圈也接通，風(fēng)機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，同時我們還用了熱繼電器fr41，用于過載保護(hù)。在加速和減速過程以外，電機(jī)一直是穩(wěn)速運(yùn)行。變頻電機(jī)的加速、減速、慢速和穩(wěn)速運(yùn)

14、行全部都由變頻器控制。加速和減速過程時間的長短，以及穩(wěn)速值的大小由人為在變頻器中根據(jù)需要設(shè)定。圖2.1 變頻調(diào)速系統(tǒng)總電氣圖2.2控制電路的設(shè)計圖2.2 控制電路圖總體控制要求：plc根據(jù)輸入端的控制信號及脈沖信號，經(jīng)過程序運(yùn)算后由通訊端口控制變頻器運(yùn)行設(shè)定的行程；電機(jī)運(yùn)行到減速值后開始減速；電機(jī)運(yùn)行到設(shè)定值后停止運(yùn)行并鎖定。2.3保護(hù)電路的設(shè)計當(dāng)主電路電流超過某一數(shù)值后(2a左右)，由9r3，9r20上取得的過流信號電壓超過運(yùn)算放大器的反向輸入端，使d觸發(fā)器的輸出為高電平，使晶體三極管v由截止變?yōu)閷?dǎo)通，結(jié)果使繼電器k的線圈得電，繼電器k由釋放變?yōu)槲?，它的常閉觸點(diǎn)接在主回路接觸器的線圈回路中

15、，使接觸器釋放，斷開主電路。并使發(fā)光二極管亮，作為過流信號指示，告訴操作者已經(jīng)過流跳閘。sa為解除記憶的復(fù)位按鈕，當(dāng)過流動作后，如過流故障已經(jīng)排除，則須按下以解除記憶，恢復(fù)正常工作。圖2.3保護(hù)電路圖第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 變頻器的選擇與設(shè)置本次課程設(shè)計選用的是西門子的變頻器，其型號是mm420。具體操作如下：p0010的參數(shù)過濾功能和p0003選擇用戶訪問級別的功能在調(diào)試時是十分重要的。由此可以選定一組允許進(jìn)行快速調(diào)試的參數(shù)。電動機(jī)的設(shè)定參數(shù)和斜坡函數(shù)的設(shè)定參數(shù)都包括在內(nèi)。在快速調(diào)試的各個步驟都完成以后，應(yīng)選定p3900，如果它置為1，將執(zhí)行必要的電動機(jī)計算，并使其他所有的參數(shù)（p001

16、0=1不包括在內(nèi)）恢復(fù)為缺省設(shè)置值。只有在快速調(diào)試方式下才進(jìn)行這一操作。參照下表快速設(shè)置變頻器。參數(shù)功能表序號變頻器參數(shù)出廠值設(shè)定值功能說明1p070015命令源選擇2p100025頻率設(shè)定值選擇（通過 com 鏈路的uss）3p11355.00停止時間4p1232100150直流制動電流5p123301直流制動電流持續(xù)時間3.2 plc的選擇可編程控制器簡稱plc（programmable logic controller），在1987年國際電工委員會（international electrical committee）頒布的plc標(biāo)準(zhǔn)草案中對plc做了如下定義：plc是一種專門為在工業(yè)環(huán)

17、境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。（一）plc的分類按產(chǎn)地分，可分為日系、歐美、韓臺、大陸等。其中日系具有代表性的為三菱、歐姆龍、松下、光洋等；歐美系列具有代表性的為西門子、a-b、通用電氣、德州儀表等；韓臺系列具有代表性的為lg、臺達(dá)等；大陸系列具有代表性的為合利時、浙江中控等。按點(diǎn)數(shù)分，可分為大型機(jī)、中型機(jī)及小型機(jī)等。大型機(jī)一般

18、i/o點(diǎn)數(shù)2048點(diǎn)；具有多cpu，16位/32位處理器，用戶存儲器容量816k，具有代表性的為西門子s7-400系列、通用公司的ge-系列等；中型機(jī)一般i/o點(diǎn)數(shù)為2562048點(diǎn)；單/雙cpu，用戶存儲器容量28k，具有代表性的為西門子s7-300系列、三菱q系列等；小型機(jī)一般i/o點(diǎn)數(shù)256點(diǎn)，單cpu，8位或16位處理器，用戶存儲器容量4k字以下，具有代表性的為西門子s7-200系列、三菱fx系列等。按結(jié)構(gòu)分，可分為整體式和模塊式。整體式plc是將電源、cpu、i/o接口等部件都集中裝在一個機(jī)箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點(diǎn)；小型plc一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。模塊式plc由不同

19、i/o點(diǎn)數(shù)的基本單元（又稱主機(jī)）和擴(kuò)展單元組成。基本單元內(nèi)有cpu、i/o接口、與i/o擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展口，以及與編程器或eprom寫入器相連的接口等；擴(kuò)展單元內(nèi)只有i/o和電源等，沒有cpu；基本單元和擴(kuò)展單元之間一般用扁平電纜連接；整體式plc一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴(kuò)展。這種模塊式plc的特點(diǎn)是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。大、中型plc一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。還有一些plc將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式plc。按功能分，可分為低檔、中檔、高檔三類。低檔plc 具有邏輯運(yùn)算、定時、計數(shù)、移位

20、以及自診斷、監(jiān)控等基本功能；還可有少量模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能；主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機(jī)控制系統(tǒng)。中檔plc除具有低檔plc的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程i/o、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能；有些還可增設(shè)中斷控制、pid控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。高檔plc除具有中檔機(jī)的功能外，還增加了帶符號算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)的運(yùn)算、制表及表格傳送功能等；高檔plc機(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。（二）plc的特

21、點(diǎn)1可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。plc由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。一些使用冗余cpu的plc的平均無故障工作時間則更長。從plc的機(jī)外電路來說，使用plc構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，plc帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除plc以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。2.配套

22、齊全，功能完善，適用性強(qiáng)plc發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代plc大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來plc的功能單元大量涌現(xiàn)，使plc滲透到了位置控制、溫度控制、cnc等各種工業(yè)控制中。加上plc通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用plc組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。3.易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎plc作為通用工業(yè)控制計算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用plc的少量開關(guān)量邏輯控制指令

23、就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機(jī)原理和匯編語言的人使用計算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。4.系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造plc用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。5.體積小，重量輕，能耗低以超小型plc為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。（三）plc的結(jié)構(gòu)plc的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)

24、也不盡相同，但結(jié)構(gòu)與工作原理則大同小異，通常由主機(jī)、輸入/輸出接口、電源、編程器擴(kuò)展器接口和外部設(shè)備接口等幾個主要部分組成。1.主機(jī)主機(jī)部分包括中央處理器（cpu）、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器。cpu是plc的核心，它用以運(yùn)行用戶程序、監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)、作出邏輯判斷和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即讀取輸入變量、完成用戶指令規(guī)定的各種操作，將結(jié)果送到輸出端，并響應(yīng)外部設(shè)備（如編程器、電腦、打印機(jī)等）的請求以及進(jìn)行各種內(nèi)部判斷等。plc的內(nèi)部存儲器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對用戶程序作編譯處理的程序，系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改；另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器

25、，主要存放用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。2.輸入/輸出（i/o）接口i/o接口是plc與輸入/輸出設(shè)備連接的部件。輸入接口接受輸入設(shè)備（如按鈕、傳感器、觸點(diǎn)、行程開關(guān)等）的控制信號。輸出接口是將主機(jī)經(jīng)處理后的結(jié)果通過功放電路去驅(qū)動輸出設(shè)備（如接觸器、電磁閥、指示燈等）。i/o接口一般采用光電耦合電路，以減少電磁干擾，從而提高了可靠性。i/o點(diǎn)數(shù)即輸入/輸出端子數(shù)是plc的一項主要技術(shù)指標(biāo)，通常小型機(jī)有幾十個點(diǎn)，中型機(jī)有幾百個點(diǎn)，大型機(jī)將超過千點(diǎn)。3.電源圖中電源是指為cpu、存儲器、i/o接口等內(nèi)部電子電路工作所配置的直流開關(guān)穩(wěn)壓電源，通常也為輸入設(shè)備提供直流電源。4.編程器編程

26、器是plc的一種主要的外部設(shè)備，用于手持編程，用戶可用以輸入、檢查、修改、調(diào)試程序或監(jiān)示plc的工作情況。除手持編程器外，還可通過適配器和專用電纜線將plc與電腦聯(lián)接，并利用專用的工具軟件進(jìn)行電腦編程和監(jiān)控。5.輸入/輸出擴(kuò)展單元i/o擴(kuò)展接口用于連接擴(kuò)充外部輸入/輸出端子數(shù)的擴(kuò)展單元與基本單元（即主機(jī)）。6.外部設(shè)備接口此接口可將編程器、打印機(jī)、條碼掃描儀等外部設(shè)備與主機(jī)相聯(lián)，以完成相應(yīng)的操作。（四）plc的工作原理plc是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在plc運(yùn)行時，cpu根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指

27、令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。plc的掃描一個周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。plc在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。plc在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，執(zhí)行的結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢

28、，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動相應(yīng)輸出設(shè)備工作。3.3 s7200 plc的硬件組成及指令系統(tǒng)（一）硬件組成s7-200cpu將一個微處理器、一個集成電源和數(shù)字量i/o點(diǎn)集成在一個緊湊的封裝中，從而形成了一個功能強(qiáng)大的微型plc，具體見下圖：s7-200cpu模塊包括一個中央處理器（cpu）、電源以及i/o點(diǎn)，這些都被集成在一個緊湊、獨(dú)立的設(shè)備中。cpu負(fù)責(zé)執(zhí)行程序和存儲數(shù)據(jù)，以便對工業(yè)自動控制任務(wù)或過程進(jìn)行控制。輸入和輸出時系統(tǒng)的控制點(diǎn)：輸入部分從現(xiàn)場設(shè)備中（例如傳感器或開關(guān)）采集信號，輸出部分則控制泵、電機(jī)、指

29、示燈以及工業(yè)過程中的其他設(shè)備。電源向cpu及所連接的任何模塊提供電力支持。通信端口用于連接cpu與上位機(jī)或其他工業(yè)設(shè)備。狀態(tài)信號燈顯示了cpu工作模式，本機(jī)i/o的當(dāng)前狀態(tài)，以及檢查出的系統(tǒng)錯誤。第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 plc程序梯形圖在本次設(shè)計中，很多控制都是通過plc程序來實現(xiàn)的，比如：變頻器的控制、pid參數(shù)的設(shè)定、觸摸屏的連接等。s7-200編程語言也通過是step 7實現(xiàn)，它是用于s7系列plc進(jìn)行編程、調(diào)試的全新軟件，它是在國際標(biāo)準(zhǔn)iec1131-3的基礎(chǔ)上建立的，可以用lad、fbd、stl、cfc、sfc、scl來編程。下面是變頻調(diào)速系統(tǒng)中所用到的梯形圖程序。simatic

30、 200 程序塊 ob1： 4.2 plc程序指令表 第5章 系統(tǒng)調(diào)試變頻器參數(shù)的設(shè)定可通過 前面板上的薄膜型按鈕鍵改變和設(shè)定參數(shù)，以調(diào)節(jié)出所需要的變頻器特性例如加速時間，最小和最大頻率等。被選定的參數(shù)號和設(shè)定的參數(shù)值通通過四位led顯示屏顯示出來。操作步驟如下：1.檢查實訓(xùn)設(shè)備中器材及調(diào)試程序。 2.按照i/o端口分配表或接線圖完成plc與實訓(xùn)模塊之間的接線，認(rèn)真檢查，確保正確無誤。3.打開示例程序或用戶自己編寫的控制程序，進(jìn)行編譯，有錯誤時根據(jù)提示信息修改，直至無誤，用pc/ppi通訊編程電纜連接計算機(jī)串口與plc通訊口，打開plc主機(jī)電源開關(guān)，下載程序至plc中，下載完畢后將通訊編程電纜

31、從plc通信口上取下，再將uss通信電纜連接變頻器通信口與plc通訊口。最后將plc的“run/stop”開關(guān)撥至“run”狀態(tài)。4.根據(jù)參數(shù)表設(shè)置變頻器參數(shù)。序號變頻器參數(shù)出廠值設(shè)定值功能說明6p070015命令源選擇7p100025頻率設(shè)定值選擇（通過 com 鏈路的uss）8p11355.00停止時間9p1232100150直流制動電流10p123301直流制動電流持續(xù)時間5.打開啟動開關(guān)，變頻器啟動開始運(yùn)行，帶動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。6.電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中帶動旋轉(zhuǎn)編碼器，經(jīng)過轉(zhuǎn)速盒的處理后輸出脈沖信號到plc的高速計數(shù)器輸入端。7.當(dāng)計數(shù)值達(dá)到減速值時，plc控制變頻器降低輸出頻率，電機(jī)減速運(yùn)行。8.當(dāng)計數(shù)值達(dá)到設(shè)定值時，plc控制變頻器輸出短暫直流電壓加到電機(jī)上，電機(jī)停止運(yùn)行并鎖定當(dāng)前位置，完成定位控制。第6章 總結(jié)與體會本次課程設(shè)計的題目是基于plc的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計，在這兩個星期的時間里，使我對