【正文】 5 正向點動頻率 P1059 5 5 反向點動頻率 P1081 0 0 電動機運行的最低頻率（ Hz） 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 28 P1082 50 50 電動機運行 的最高頻率（ Hz） P1120 10 5 斜坡上升時間 (s) P1121 10 5 斜坡下降時間 (s) P0003 1 2 設(shè)置用戶訪問級為標(biāo)準(zhǔn)級 P0004 0 20 通訊 P2021 50 50 基準(zhǔn)頻率，對應(yīng)輸出 10V 電壓 P2021 1000 380 基準(zhǔn)電壓，對應(yīng)輸出 10V 電壓 P0003 1 2 設(shè)置用戶訪問級為標(biāo)準(zhǔn)級 P0004 0 8 模擬 I/O P0771[0] 21 25 通道 1 輸出電壓參數(shù) P0771[1] 21 21 通道二輸出頻率參數(shù) P0776[0] 0 1 定義電壓輸出 P0776[1] 0 1 定義電壓輸出 P0777[0] 0 0 電流輸出的下限值 P0777[1] 0 0 電流輸出的下限值 P0778[0] 0 0 對應(yīng)輸出電壓 0V P0778[1] 0 0 對應(yīng)輸出頻率 0Hz P0779[0] 100 100 定義上限 100%對應(yīng) P0779[1] 100 100 定義上限 100%對應(yīng) P0780[0] 20 20 輸出電流的上限 P0780[1] 20 20 輸出電流的上限 硬件連接 硬件連接如附錄所示，首先把上位機 和兩臺 PLC 連接在一起，使用第二節(jié)自制的PROFIBUS 電纜連接， CP5611 和從站集成 DP 口上的總線連接器開關(guān)檔打到 ON,主站的DP接口的開關(guān)打到 OFF 擋。由于 MM440 沒有配置集成 DP 口，由端子排輸入給定 010V模擬量作為控制信號。 PLC 從站和 MM440 的連接 從站作為控制站，控制 MM440 驅(qū)動電機，控制有正反轉(zhuǎn)允許、正反向點動允許、010V 模擬量輸入。 MM440 的 8端子為數(shù)字量輸入端子，模擬量輸入通道 1南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 29 端子為 4。所以有如下的連接： PLC 的 連接端子 5控 制正轉(zhuǎn)允許， 連接端子 6 控制反轉(zhuǎn)允許， 連接端子 7 控制點動允許， 連接 8端子控制反轉(zhuǎn)允許。 PLC 模擬量輸出通道 1（ AO0）連接變頻器的 4端子，即 PLC 的 X11 的 16端子連接變頻器 3號端子（模擬量輸入正端），即 PLC 的 X11 的 20（參考電位）端子連接變頻器 4號端子（模擬量輸入負端）。當(dāng)運行程序時， 得電輸出為 1的時候，變頻器正轉(zhuǎn)允許，準(zhǔn)備運行，只要接收到上位機的設(shè)定速度，變頻器驅(qū)動電機會按設(shè)定的速度正轉(zhuǎn)運行，反轉(zhuǎn)同理。電機轉(zhuǎn)速由從站輸入的模擬量控制，當(dāng)電機的轉(zhuǎn)動允許后，上位 機給定速度（ 700r/min）在從站里經(jīng)過系統(tǒng)功能塊 FC106 把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量（ 5V）送模擬量輸出通道 0輸入變頻器的模擬量通道 1，經(jīng)過內(nèi)部轉(zhuǎn)換為運行頻率（ 25Hz）驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。當(dāng) 得電輸出 1的時候，電機正向點動允許，當(dāng)在上位機操作界面按下點動按鈕的時候 ,電機會按設(shè)定的轉(zhuǎn)動方向正轉(zhuǎn)運行，反向點動則相反，點動運行的頻率為參數(shù)表里設(shè)置的頻率運行。 PLC 主站和變頻器連接 主站作為監(jiān)控站，負責(zé)讀取變頻器的運行頻率和輸出電壓。 MM440 有兩個模擬量輸出通道，通道 1端子為 1 13，通 道 2 端子為 2 27。經(jīng)過變頻器參數(shù)設(shè)置后確定通道 1 輸出變頻器輸出電壓模擬量，通道 2輸出變頻器運行頻率模擬量。所以有如下的連接： PLC 的 X11 的模擬量輸入通道 AI0 的 2號引腳連接變頻器的 12號端子， 4號引腳連接變頻器的 13 號端子； PLC 的 X11 的模擬量輸入通道 AI1 的 5號引腳連接變頻器的 26號端子， 7 號引腳連接變頻器的 27 號端子。變頻器經(jīng)過參數(shù)設(shè)置，把運行頻率和輸出電壓轉(zhuǎn)換為 010V的模擬量信號輸出到模擬量輸出通道 2和通道 1，系統(tǒng)運行時， PLC 的模擬量輸入通道讀取模擬量經(jīng)過系統(tǒng)功能塊 FC105 把 010V 的模擬量轉(zhuǎn)換為 0380V 和 050Hz的數(shù)字量，并經(jīng)由 PROFIBUS電纜送上位機監(jiān)控界面顯示。要注意的是，變頻器實際上并沒有電壓類型的模擬量輸出，只有 020mA 的模擬電流輸出。為了獲得 010V的電壓輸出，需要在模擬通道 2的兩個接線端子間接入一個 500Ω的電阻，把電流輸出轉(zhuǎn)換為電壓輸出。 電源、接觸器、繼電器連接 本次變頻器用的是三相四線 380V 的交流電源， PLC 用的是 220V 的交流電源，繼電器用的是 PLC 電源模塊 PS 提供的直流 24V 電源，可以控制 220V 的交流電通斷，接觸器 的線圈電壓是 220V 交流，可以控制 380V 三相電通斷，電機 Y 型連接。如附錄所南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 30 示，從三相四線引 ABC三相經(jīng)過具有保護作用的空氣開關(guān)，再經(jīng)過在上位機里可控通斷的交流接觸器，再到到變頻器 MM440。變頻器轉(zhuǎn)換后引輸出電壓至三相電源到電動機。從三相四線中引 A相經(jīng)過繼電器的接線端子 5，再從接線端子 9到引到接觸器的A1接線端子，接觸器的接線端子 A2引回三相四線的地線 N。其中繼電器的 9 是一對常開觸電，接觸器的 A A2是線圈的兩個接線端子。從站 PLC 的 X12 的 即I/O端口 24接到接觸器的接線端子 14，接觸器 的接線端子 13 引回 PLC 的公共負端 M，即 30 號端口。當(dāng)運行程序時，如果 得電為 1，繼電器 9常開觸點閉合， 220V電壓接通，接觸器線圈得電，常開觸點閉合， MM440 得電可以準(zhǔn)備運行。當(dāng)其它程序運轉(zhuǎn)時，電機轉(zhuǎn)動。 注意所有設(shè)備都應(yīng)該接地，只有保證接地，設(shè)備運行的時候才不會出現(xiàn)很多異常問題。 到此，所有硬件連接已經(jīng)完成，在下一節(jié)將對整個系統(tǒng)調(diào)試運行。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 31 5 調(diào)試運行 由于諸多原因，網(wǎng)絡(luò)擴展主從 PLC 的通信調(diào)試一直不成功，所以本次調(diào)試只保留主站，從站所有功能集成到主站 PLC 上調(diào) 試。在軟件設(shè)計部分里編輯好了 LAD 程序和操作界面并經(jīng)過 PLCSIM 仿真調(diào)試成功，還必須要在硬件系統(tǒng)上實際調(diào)試才行。連接上位機和 PLC，在控制面板里設(shè)置 PC/PG 口為 CP5611(PROFIBUS)，設(shè)置傳輸速率,最高站地址 126 等參數(shù)。保證設(shè)置的參數(shù)和硬件組態(tài)里設(shè)置的參數(shù)一至才能連接成功。打開 PLC 電源， PLC 的 DC 5V 電源指示燈和 STOP 指示燈會亮。連接成功后，把 STEP7 里編好的程序下載到 MMC 卡里，注意一定要先下載硬件組態(tài)。下載好程序后，進入調(diào)試環(huán)節(jié)。打開 WinCC 操作界面，設(shè)置連接驅(qū) 動中系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置下的通信單元，把通信單元選項中的邏輯單位名稱改為 CP5611(PROFIBUS)，確保參數(shù)一致性。如下圖 51所示。把 PLC 的開關(guān)檔從 STOP 打到 RUN， PLC 進入運行狀態(tài)，在上位機操作界面中點擊通信測試 ,，通信測試的燈亮起來，證明通信成功。首先對系統(tǒng)進行復(fù)位，接下來對接觸器進行閉合操作，可以看到繼電器首先閉合，然后接觸器線圈得電，接觸器閉合。變頻器得電，對變頻器按照上一節(jié)的步驟進行參數(shù)設(shè)置，設(shè)置好參數(shù)后，變頻器 MM440 進入準(zhǔn)備運行狀態(tài)。然后對在操作界面里發(fā)出其它的命令，可以看到預(yù)期的結(jié)果 ，本次調(diào)試完成。 圖 51 WinCC系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 32 6 結(jié)論 經(jīng)過調(diào)試運行，本次設(shè)計圓滿完成任務(wù)書中指定的要求。 本文主要是設(shè)計基于 PROFIBUS 的電力傳動控制系統(tǒng)，上位機與 PLC 之間的通信用 PROFIBUS 通信實現(xiàn)，通過 PROFIBUS 通信電纜直接進行數(shù)據(jù)交換。以 PLC 控制變頻器 MM440， MM440 作為現(xiàn)場電機的直接上層控制器，需要在開機后進行參數(shù)設(shè)置，參數(shù)設(shè)置在 BOP板中進行。設(shè)置好后才能夠跟 PLC 通信，因為變頻器在參數(shù)中設(shè)置為輸入模擬量 010V 作為 050Hz 的控制標(biāo)準(zhǔn)，該變頻器在接收到 PLC 模擬量輸出 I/O 口送過來的模擬信號并在允許轉(zhuǎn)動的時候會送電給異步電動機，電機會按上位機給定的要求運行。本次的電力傳動裝置用一個實驗室的三相異步電動機來代替，滿足任務(wù)書要求。 PLC 作為主要控制器，當(dāng)編好程序下載進去，與上位機變量連接之后，同時上位機發(fā)出命令后， PLC 的 CPU 處理好數(shù)據(jù)并執(zhí)行相應(yīng)的命令。當(dāng)電機運行后， PLC 會采集變頻器的數(shù)據(jù)，運算出電機的運行數(shù)據(jù)后送上位機顯示。 PLC 與變頻器 MM440 的數(shù)據(jù)交換是轉(zhuǎn)換成 010V 的模擬量后通過導(dǎo)線連接傳送。 本文已經(jīng)全部完成任務(wù)書中的要求，采用 PROFIBUS 協(xié)議通信，達到在上位機中操作電機的運行狀態(tài)且能無級調(diào)速，同樣可以采集變頻器的參數(shù)和上位機里實時顯示參數(shù)。本文還是有一些不足之處：本控制系統(tǒng)建立的網(wǎng)絡(luò)比較單一，只有上位機和PLC構(gòu)成了 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)通信。由于知識儲備不足，實際搭建網(wǎng)絡(luò)通信比較困難等，預(yù)計的擴展主從網(wǎng)絡(luò) PROFIBUS 通信沒有實現(xiàn)，最終完成的硬件系統(tǒng)里只用到了一臺PLC,與上位機構(gòu)成簡單的網(wǎng)絡(luò)，不過指定的要求仍能完成。如果變頻器集成有 RS485接口或者通訊板，本控制系統(tǒng)將可以擴展實現(xiàn)分布式群機控制，即通過一臺上位機和一臺主站 PLC，控制最多達 31 臺變頻器和電機，實現(xiàn)真正意義上的 PROFIBUS 的工業(yè)通信功能。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 33 參考文獻 [1].柴瑞娟等．西門子 PLC高級培訓(xùn)教程．北京：人民郵電出版社， 2021. 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Begain and Technique Discussion and Future Development， 2021 5th international power electronics and motion control conference. 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 34 致 謝 經(jīng)過整個學(xué)期的不斷學(xué)習(xí)和實踐調(diào)試，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于知識儲備不足，經(jīng)驗匱乏，在實踐調(diào)試環(huán)節(jié)中如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的鼓勵與支持，論壇里熱心網(wǎng)友們的不懈賜教，想要完成這個設(shè)計是很困難的。 在這里首先要感謝我的導(dǎo)師彭元修老師。他平日里工作繁忙，但在我做畢業(yè)設(shè)計的 每個階段，從資料查閱，到設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計，等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。除了敬佩彭元修老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹和科學(xué)研究的精神也是我永遠學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 其次要感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計的張鵬磊同學(xué)。他的鼓勵減輕了我的壓力，他的幫助減少了我的困難。 然后要感謝西門子技術(shù)論壇里的熱心網(wǎng)友們，是你們在我遇到各種難題疑問的時候給了我熱心的分析，傳授你們多年的實踐經(jīng)驗，這無疑是對我一筆巨大的財富。尤其是剛開始接觸到西門子硬件的時候，由于知識儲備不足，出 現(xiàn)很多疑惑的地方，你們的不懈賜教，使我豁然開朗，真的很感謝你們。 最后還要感謝大學(xué)四年來所有的老師，為我們打下專業(yè)知識的基礎(chǔ)；同時還要感謝所有的同學(xué)們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。此次畢業(yè)設(shè)計才會順利完成。南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 35 附錄 系統(tǒng)硬件總體連接圖 0 . 00 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 71 . 01 . 11 . 21 . 31 . 41 . 51 . 61 . 7D OD I0 . 00 . 10 . 2