【正文】 電氣工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題 目 基于USS協(xié)議的PLC與變頻器的通信設(shè)計(jì)專業(yè)名稱電氣自動(dòng)化技術(shù)學(xué)生姓名張松鶴指導(dǎo)教師朱清智畢業(yè)時(shí)間2011622 目 錄摘 要 1第1章 緒 論 3 課題研究的背景 3 課題的來(lái)源和意義 4 本文研究?jī)?nèi)容和所做工作 5第2章 PLC簡(jiǎn)介 6 PLC的原理 6 PLC的特點(diǎn) 7 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 8第3章 通用變頻器原理 9 變頻器的工作原理 9 變頻器的基本結(jié)構(gòu)和原理 9 交直變換電路 10 直交變換電路 11 能耗制動(dòng)電路 13 變頻器的控制方式 14 變頻器的干擾問(wèn)題 15 變頻器的類別 16 根據(jù)變頻環(huán)節(jié)的不同的分類 16 根據(jù)主電路工作方式分類 16 根據(jù)電壓的調(diào)制方式分類 17 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì) 17 實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速要解決的問(wèn)題 18 大功率開(kāi)關(guān)器件是實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的必要條件 20 變頻變壓 20 變頻調(diào)速的現(xiàn)實(shí)意義 21第4章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 22 系統(tǒng)的硬件介紹 22 S7200 PLC 22 TP270觸摸屏 23 變頻器 24 系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì) 25 Protool組態(tài)語(yǔ)言 26 報(bào)警畫(huà)面 28 I/O點(diǎn)畫(huà)面 28第5章 系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)和調(diào)試 29 通信方式的選擇 29 PLC之間的通訊 31 NETR（網(wǎng)絡(luò)讀）和NETW（網(wǎng)絡(luò)寫(xiě)）指令 31 通信程序的設(shè)計(jì) 32 PLC與變頻器的通訊 34 USS協(xié)議 34 USS通信數(shù)據(jù)格式和編程要求 36 S7200的接收和發(fā)送指令（XTM/RCV） 38 設(shè)計(jì)通信程序 38 通信參數(shù)設(shè)置 45 PPI和MPI協(xié)議 45 通信參數(shù)設(shè)置 46 系統(tǒng)通信 49 PLC之間的通信調(diào)試 49 觸摸屏與PLC的通信調(diào)試 49 PLC和變頻器的通信 50 變頻器、編碼器和電動(dòng)機(jī)的通信測(cè)試 51 調(diào)試分析 51第6章 結(jié)論 52致 謝 53參考文獻(xiàn) 54 56 / 59摘 要目前，各種自動(dòng)化技術(shù)手段并行發(fā)展、相互融合，為工業(yè)控制提供了多種可行的技術(shù)途徑?？删幊绦蚩刂破骷夹g(shù)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)技術(shù)、分布式控制系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、人機(jī)界面技術(shù)以及各種嵌入式控制器系統(tǒng)的快速發(fā)展進(jìn)一步提升了工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展水平。在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的發(fā)展過(guò)程中，變頻器的使用越來(lái)越受人們的關(guān)注。但是變頻調(diào)速具有一定的技術(shù)難度，人們需要一個(gè)慢慢了解和熟悉的過(guò)程。變頻器的使用最主要的一個(gè)特點(diǎn)就是節(jié)能和降低成本，許多傳統(tǒng)的耗能設(shè)備都要進(jìn)行技術(shù)改造。所以變頻調(diào)速技術(shù)的推廣有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，隨著PLC的不斷發(fā)展，使得工業(yè)自動(dòng)化控制更加的準(zhǔn)確、方便、安全和可靠。把PLC和變頻器結(jié)合起來(lái)一起對(duì)電機(jī)傳動(dòng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。在實(shí)際工程中，有的企業(yè)已實(shí)現(xiàn)了全車間或全廠的綜合自動(dòng)化，即將不同廠家生產(chǎn)的可編程設(shè)備連接在單層或多層網(wǎng)絡(luò)上，相互之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)分散控制和集中管理。因此，通信與網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為控制系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分，也是控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和維護(hù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。在小型自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，USS協(xié)議通信是一種很成功的解決方案，能顯示出具有硬件邏輯簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)車間級(jí)的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)控制。本文介紹了自動(dòng)化控制技術(shù)的綜合應(yīng)用，將各種通用的自動(dòng)化技術(shù)與實(shí)踐優(yōu)化結(jié)合，將SIEMENS公司的S7200 PLC和變頻器應(yīng)用于銅大拉機(jī)的自動(dòng)控制中，通過(guò)基于USS協(xié)議的RS485總線進(jìn)行組網(wǎng)，進(jìn)行PLC和變頻器對(duì)電機(jī)的控制，其中PLC和變頻器之間的通信設(shè)計(jì)最為關(guān)鍵。并且將其作了標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)，可以應(yīng)用于多個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，大大節(jié)約了項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。關(guān)鍵詞：自動(dòng)化控制，USS協(xié)議，變頻器，PLC，通信IIAbstractRecently,many ways of automation technology develop together,which provides a series oftechnology solution for Industry development of thetechnology of Programmable Logic Controller,Industry Personal Computer,distribution Control System,HMI,EMCU upgrades industry automation technology. In the process of the industrial automation control development,the use of frequency onverter is gradually use of frequency converter is difficult,we need some timeto understand advantage of frequency converter is that it can reduce the power source andcost,many traditional equipments will be reconstructed at the technical thefrequency converter technology which is popularized has a significant social thesame time,with the development of PLC,the industry automation is bee more precision、more convenience、safer and more is together with transducer to control the engine,realizing the longdistance watch network control system.In the projects,the synthetical automation of the whole workshop or factory have e true n many programmable equipments of different panies that linked in ingle layer or sevaral layers of network could municate each orther,which can be controlled in distibution or in ,munication and nets have been important to controlling systems,and the difficulty and priority of the designing of automation systems.In small automation control system,munication based on USS protocal is a ,which has simple hardware logic,good resistance of in this way the fieldcancontroling of wholeworkshop e article discussed prehensive application of automation control technology,bination of practices and many automation control technologies in mon use,and that the S7200 PLC and frequency converter of SIEMENS is applied to cupper block controling PLC and frequency converter ontrol the engine,which is based on the USS consultation RS485 to make design of the munication between PLC and frequency converter is the most article troduces a standard design,which could be applied to a series of automation could ave the period and cost of the projects,which have gotten acplishtion in a degree.Key words:Automation control,USS protocol,transducer,PLC,CommunicationIII.第1章 緒論 課題研究的背景在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的發(fā)展過(guò)程中，控制系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)(DCS:Distribution Control System)、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS:Fieldbus Control System)?，F(xiàn)場(chǎng)總線具有開(kāi)放性、分散化和低成本的三大特征。它的出現(xiàn)使傳統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)產(chǎn)生了劃時(shí)代的變革，網(wǎng)絡(luò)化的操作系統(tǒng)開(kāi)始流行，并發(fā)揮了巨大的作用。計(jì)算機(jī)及通信技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)環(huán)境中大部分解決方案的核心部分，其在控制系統(tǒng)中的比重正在迅速增加。目前，在工業(yè)企業(yè)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用中，自動(dòng)化控制系統(tǒng)廣義上按功能可分為三個(gè)層次，分別是基礎(chǔ)自動(dòng)化、過(guò)程自動(dòng)化和管理自動(dòng)化，核心是基礎(chǔ)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化。其中，基礎(chǔ)自動(dòng)化部分涵蓋了常規(guī)意義上的自動(dòng)控制系統(tǒng)的內(nèi)容，過(guò)程自動(dòng)化部分是基于信息化技術(shù)的自動(dòng)化，管理自動(dòng)化則是最上層的融合了控制技術(shù)、管理技術(shù)的綜合自動(dòng)化技術(shù)。本文要闡述的是電線、電纜用銅線的拉拔設(shè)備的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。目前電線電纜專用設(shè)備中僅有很少部分是自動(dòng)化的，在設(shè)備部件中，也似乎只有放線和收線裝置，可使電纜的收線、放線以及調(diào)換線盤(pán)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的一種可能是將兩道工序合并在一條生產(chǎn)線上。較高一級(jí)的自動(dòng)化是自動(dòng)化物流處理系統(tǒng)以及生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)。物流處理系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)線盤(pán)搬運(yùn)和信息加工使兩道或兩道以上的生產(chǎn)工序的生產(chǎn)過(guò)程協(xié)調(diào)一致，從而得到均衡的物料流動(dòng)和機(jī)器的高利用率。該系統(tǒng)包括1～4個(gè)線盤(pán)搬運(yùn)機(jī)器人，這些機(jī)器人在生產(chǎn)線（機(jī)群）、立體倉(cāng)庫(kù)和控制裝置之間來(lái)回搬運(yùn)線盤(pán)。過(guò)程控制系統(tǒng)由可編程序控制器和工業(yè)計(jì)算機(jī)組成，通過(guò)可編程序控制器對(duì)生產(chǎn)線的運(yùn)行進(jìn)行控制；通過(guò)工業(yè)計(jì)算機(jī)跟蹤生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)情況，對(duì)生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行管理；該系統(tǒng)還可通過(guò)屏幕實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。采用過(guò)程控制系統(tǒng)可使生產(chǎn)線的效率和產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到最佳化，而不受操作者的技術(shù)水平和能力的影響。生產(chǎn)線能儲(chǔ)存大量的工藝文件，以便迅速調(diào)換產(chǎn)品，并能持續(xù)監(jiān)察和記錄產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面的描述。 課題的來(lái)源和意義大拉機(jī)是銅加工生產(chǎn)中的咽喉設(shè)備。十幾年來(lái)國(guó)產(chǎn)拉絲機(jī)水平有了穩(wěn)步的提高，并已系列化除拉線速度尚有一定差距外，連續(xù)退火、快速換模、雙盤(pán)收線、拉絲鼓輪等離子噴涂等先進(jìn)技術(shù)已得到應(yīng)用。近幾年來(lái)，國(guó)外拉絲機(jī)雖然沒(méi)有突破性的進(jìn)展，最高拉線速度也已穩(wěn)定，但在結(jié)構(gòu)上也有一些值得借鑒的改進(jìn)。例如一些大拉機(jī)采用浸沒(méi)式乳濁液潤(rùn)滑系統(tǒng)，提高銅線的表面質(zhì)量，延長(zhǎng)鼓輪和模具的壽命；改進(jìn)大拉連續(xù)退火裝置中導(dǎo)輪和退火輪的布置，簡(jiǎn)化導(dǎo)線路徑，降低操作高度，便于穿線和維護(hù)保養(yǎng)；主齒輪箱采用標(biāo)準(zhǔn)化的模塊結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)用戶訂貨要求組合成不同拉制道數(shù)的拉絲機(jī)。在拉絲機(jī)系列中，巨拉機(jī)和微細(xì)線拉絲機(jī)由于需求量小，發(fā)展緩慢，差距較大。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)的綜合發(fā)展，出現(xiàn)了新型、通用的自動(dòng)化控制裝置PLC?？刂萍夹g(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)設(shè)備控制中大量推廣，變頻控制開(kāi)始在直進(jìn)式拉絲機(jī)中大量使用，系統(tǒng)并可借助PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)拉絲速度、品種設(shè)定、過(guò)程閉環(huán)控制、定長(zhǎng)控制等功能。在工業(yè)控制中，交流電機(jī)的拖動(dòng)控制越來(lái)越多地采用變頻器完成，而它也不僅僅作為一個(gè)單獨(dú)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而是隨著其不斷的智能化，可以同上位計(jì)算機(jī)之間可以通過(guò)各種通信方式結(jié)合成一個(gè)有機(jī)的整體。本文所作的研究就是在這樣的背景下利用PLC和變頻器對(duì)大拉機(jī)生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。 本文研究?jī)?nèi)容和所做工作自動(dòng)控制技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用即工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用技術(shù)，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程有明顯的提升作用，提高了工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量、數(shù)量和生產(chǎn)設(shè)備的效率，改善了勞動(dòng)條件，先進(jìn)的控制技術(shù)手段還極大地提高了人們對(duì)社會(huì)生產(chǎn)的預(yù)測(cè)及決策能力。自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)是指能夠?qū)Ρ豢貙?duì)象的工作狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)控制的系統(tǒng)，它一般由控制裝置和被控對(duì)象構(gòu)成。其中，控制裝置可由各種嵌入式微控制器、可編程控制器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、分布式控制系統(tǒng)、回路調(diào)節(jié)器、變頻器以及其他控制技術(shù)（如現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)等）構(gòu)成；控制對(duì)象包括各種電動(dòng)機(jī)、生產(chǎn)單元、生產(chǎn)過(guò)程等；過(guò)程通道完成控制裝置與控制對(duì)象之間的信號(hào)（也包括相應(yīng)的反饋信號(hào)部分）匹配。同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)控制迅速地被推廣和普及，相當(dāng)多的企業(yè)已經(jīng)在大量地使用各式各樣的可編程設(shè)備，如工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、PLC、變頻器、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、柔性制造系統(tǒng)等。有的企業(yè)已實(shí)現(xiàn)了全車間或全廠的綜合自動(dòng)化，即將不同廠家生產(chǎn)的可編程設(shè)備連接在單層或多層網(wǎng)絡(luò)上，相互之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)分散控制和集中管理。因此，通信與網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為控制系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分，也是控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和維護(hù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。本文通過(guò)對(duì)大拉機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，涵蓋