【正文】 5 正向點(diǎn)動(dòng)頻率 P1059 5 5 反向點(diǎn)動(dòng)頻率 P1081 0 0 電動(dòng)機(jī)運(yùn)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(dòng)機(jī)運(yùn)行 的最高頻率（ Hz） P1120 10 5 斜坡上升時(shí)間 (s) P1121 10 5 斜坡下降時(shí)間 (s) P0003 1 2 設(shè)置用戶(hù)訪問(wèn)級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)級(jí) P0004 0 20 通訊 P2021 50 50 基準(zhǔn)頻率，對(duì)應(yīng)輸出 10V 電壓 P2021 1000 380 基準(zhǔn)電壓，對(duì)應(yīng)輸出 10V 電壓 P0003 1 2 設(shè)置用戶(hù)訪問(wèn)級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)級(jí) 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(duì)應(yīng)輸出電壓 0V P0778[1] 0 0 對(duì)應(yīng)輸出頻率 0Hz P0779[0] 100 100 定義上限 100%對(duì)應(yīng) P0779[1] 100 100 定義上限 100%對(duì)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(jī) 和兩臺(tái) 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(kāi)關(guān)檔打到 ON,主站的DP接口的開(kāi)關(guān)打到 OFF 擋。由于 MM440 沒(méi)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(hào)。 PLC 從站和 MM440 的連接 從站作為控制站，控制 MM440 驅(qū)動(dòng)電機(jī)，控制有正反轉(zhuǎn)允許、正反向點(diǎn)動(dòng)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(diǎn)動(dòng)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(hào)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(hào)端子（模擬量輸入負(fù)端）。當(dāng)運(yùn)行程序時(shí)， 得電輸出為 1的時(shí)候，變頻器正轉(zhuǎn)允許，準(zhǔn)備運(yùn)行，只要接收到上位機(jī)的設(shè)定速度，變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)會(huì)按設(shè)定的速度正轉(zhuǎn)運(yùn)行，反轉(zhuǎn)同理。電機(jī)轉(zhuǎn)速由從站輸入的模擬量控制，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)允許后，上位 機(jī)給定速度（ 700r/min）在從站里經(jīng)過(guò)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(guò)內(nèi)部轉(zhuǎn)換為運(yùn)行頻率（ 25Hz）驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng) 得電輸出 1的時(shí)候，電機(jī)正向點(diǎn)動(dòng)允許，當(dāng)在上位機(jī)操作界面按下點(diǎn)動(dòng)按鈕的時(shí)候 ,電機(jī)會(huì)按設(shè)定的轉(zhuǎn)動(dòng)方向正轉(zhuǎn)運(yùn)行，反向點(diǎn)動(dòng)則相反，點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行的頻率為參數(shù)表里設(shè)置的頻率運(yùn)行。 PLC 主站和變頻器連接 主站作為監(jiān)控站，負(fù)責(zé)讀取變頻器的運(yùn)行頻率和輸出電壓。 MM440 有兩個(gè)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(guò)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(yùn)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(hào)引腳連接變頻器的 12號(hào)端子， 4號(hào)引腳連接變頻器的 13 號(hào)端子； PLC 的 X11 的模擬量輸入通道 AI1 的 5號(hào)引腳連接變頻器的 26號(hào)端子， 7 號(hào)引腳連接變頻器的 27 號(hào)端子。變頻器經(jīng)過(guò)參數(shù)設(shè)置，把運(yùn)行頻率和輸出電壓轉(zhuǎn)換為 010V的模擬量信號(hào)輸出到模擬量輸出通道 2和通道 1，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)， PLC 的模擬量輸入通道讀取模擬量經(jīng)過(guò)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(jī)監(jiān)控界面顯示。要注意的是，變頻器實(shí)際上并沒(méi)有電壓類(lèi)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(gè)接線端子間接入一個(gè) 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(jī) 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(guò)具有保護(hù)作用的空氣開(kāi)關(guān)，再經(jīng)過(guò)在上位機(jī)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(dòng)機(jī)。從三相四線中引 A相經(jīng)過(guò)繼電器的接線端子 5，再?gòu)慕泳€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(duì)常開(kāi)觸電，接觸器的 A A2是線圈的兩個(gè)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(fù)端 M，即 30 號(hào)端口。當(dāng)運(yùn)行程序時(shí)，如果 得電為 1，繼電器 9常開(kāi)觸點(diǎn)閉合， 220V電壓接通，接觸器線圈得電，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合， MM440 得電可以準(zhǔn)備運(yùn)行。當(dāng)其它程序運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 注意所有設(shè)備都應(yīng)該接地，只有保證接地，設(shè)備運(yùn)行的時(shí)候才不會(huì)出現(xiàn)很多異常問(wèn)題。 到此，所有硬件連接已經(jīng)完成，在下一節(jié)將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行。 南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 31 5 調(diào)試運(yùn)行 由于諸多原因，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)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(jì)部分里編輯好了 LAD 程序和操作界面并經(jīng)過(guò) PLCSIM 仿真調(diào)試成功，還必須要在硬件系統(tǒng)上實(shí)際調(diào)試才行。連接上位機(jī)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(kāi) PLC 電源， PLC 的 DC 5V 電源指示燈和 STOP 指示燈會(huì)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(jìn)入調(diào)試環(huán)節(jié)。打開(kāi) WinCC 操作界面，設(shè)置連接驅(qū) 動(dòng)中系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置下的通信單元，把通信單元選項(xiàng)中的邏輯單位名稱(chēng)改為 CP5611(PROFIBUS)，確保參數(shù)一致性。如下圖 51所示。把 PLC 的開(kāi)關(guān)檔從 STOP 打到 RUN， PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，在上位機(jī)操作界面中點(diǎn)擊通信測(cè)試 ,，通信測(cè)試的燈亮起來(lái)，證明通信成功。首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，接下來(lái)對(duì)接觸器進(jìn)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(duì)變頻器按照上一節(jié)的步驟進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，設(shè)置好參數(shù)后，變頻器 MM440 進(jìn)入準(zhǔn)備運(yùn)行狀態(tài)。然后對(duì)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(guò)調(diào)試運(yùn)行，本次設(shè)計(jì)圓滿(mǎn)完成任務(wù)書(shū)中指定的要求。 本文主要是設(shè)計(jì)基于 PROFIBUS 的電力傳動(dòng)控制系統(tǒng)，上位機(jī)與 PLC 之間的通信用 PROFIBUS 通信實(shí)現(xiàn)，通過(guò) PROFIBUS 通信電纜直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。以 PLC 控制變頻器 MM440， MM440 作為現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)的直接上層控制器，需要在開(kāi)機(jī)后進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，參數(shù)設(shè)置在 BOP板中進(jìn)行。設(shè)置好后才能夠跟 PLC 通信，因?yàn)樽冾l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(guò)來(lái)的模擬信號(hào)并在允許轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候會(huì)送電給異步電動(dòng)機(jī)，電機(jī)會(huì)按上位機(jī)給定的要求運(yùn)行。本次的電力傳動(dòng)裝置用一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的三相異步電動(dòng)機(jī)來(lái)代替，滿(mǎn)足任務(wù)書(shū)要求。 PLC 作為主要控制器，當(dāng)編好程序下載進(jìn)去，與上位機(jī)變量連接之后，同時(shí)上位機(jī)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(jī)運(yùn)行后， PLC 會(huì)采集變頻器的數(shù)據(jù)，運(yùn)算出電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)后送上位機(jī)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(guò)導(dǎo)線連接傳送。 本文已經(jīng)全部完成任務(wù)書(shū)中的要求，采用 PROFIBUS 協(xié)議通信，達(dá)到在上位機(jī)中操作電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)且能無(wú)級(jí)調(diào)速，同樣可以采集變頻器的參數(shù)和上位機(jī)里實(shí)時(shí)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(jī)和PLC構(gòu)成了 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)通信。由于知識(shí)儲(chǔ)備不足，實(shí)際搭建網(wǎng)絡(luò)通信比較困難等，預(yù)計(jì)的擴(kuò)展主從網(wǎng)絡(luò) PROFIBUS 通信沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，最終完成的硬件系統(tǒng)里只用到了一臺(tái)PLC,與上位機(jī)構(gòu)成簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)，不過(guò)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(kuò)展實(shí)現(xiàn)分布式群機(jī)控制，即通過(guò)一臺(tái)上位機(jī)和一臺(tái)主站 PLC，控制最多達(dá) 31 臺(tái)變頻器和電機(jī)，實(shí)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(xiàn) [1].柴瑞娟等．西門(mén)子 PLC高級(jí)培訓(xùn)教程．北京：人民郵電出版社， 2021. [2].馬寧等． S7300 PLC和 MM440變頻器的原理與應(yīng)用．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021. [3].張廣明等．機(jī)電系統(tǒng) PLC控制技術(shù)．北京：國(guó)防工業(yè)出版社， 2021. [4].吉順平等．西門(mén)子現(xiàn)場(chǎng)總線通信原理與應(yīng)用．機(jī)械工業(yè)出版社， （ 1） . [5].西門(mén)子 PLC通訊技術(shù)規(guī)范．西門(mén)子公司技術(shù)支持文檔， 2021. [6].STEP7通訊基礎(chǔ)．西門(mén)子公司技術(shù)支持文檔， 2021. [7].WinCC應(yīng)用培訓(xùn)指南．西門(mén)子公司技術(shù)支持文檔， 2021. [8].S7300編程手冊(cè) . 西門(mén)子公司技術(shù)支持文檔， 2021. [9].MM440操作手冊(cè) . 西門(mén)子公司技術(shù)支持文檔， 2021. [10].李正軍．現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)及其應(yīng)用技術(shù)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021. [11].CPU314C2PN/DP產(chǎn)品信息 . 西門(mén)子公司技術(shù)支持文檔， 2021. [12].PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線安裝指導(dǎo) . 西門(mén)子公司技術(shù)支持文檔， 2021. [13].Jun Xu and YanJun Fang. PROFIBUS Automation Technology and Its Applicationin DP Slave Development. Department of Automation University of Wuhan HuBei Province, China， 2021. [14].K. 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(guò)整個(gè)學(xué)期的不斷學(xué)習(xí)和實(shí)踐調(diào)試，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于知識(shí)儲(chǔ)備不足，經(jīng)驗(yàn)匱乏，在實(shí)踐調(diào)試環(huán)節(jié)中如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的鼓勵(lì)與支持，論壇里熱心網(wǎng)友們的不懈賜教，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)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(jì)的 每個(gè)階段，從資料查閱，到設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，等整個(gè)過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。除了敬佩彭元修老師的專(zhuān)業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)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(jì)的張鵬磊同學(xué)。他的鼓勵(lì)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(mén)子技術(shù)論壇里的熱心網(wǎng)友們，是你們?cè)谖矣龅礁鞣N難題疑問(wèn)的時(shí)候給了我熱心的分析，傳授你們多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，這無(wú)疑是對(duì)我一筆巨大的財(cái)富。尤其是剛開(kāi)始接觸到西門(mén)子硬件的時(shí)候，由于知識(shí)儲(chǔ)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(kāi)朗，真的很感謝你們。 最后還要感謝大學(xué)四年來(lái)所有的老師，為我們打下專(zhuān)業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)；同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)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