【正文】 輸入輸出模塊控制變頻器的多功能輸入端、實(shí)現(xiàn)電機(jī)的多級(jí)調(diào)速，期間并通過(guò) RS485 傳輸技術(shù)建立 PLC 與變頻器的 PROFIBUSPDP 通訊進(jìn)而完成 PLC控制變頻器調(diào)速系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和全部的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在現(xiàn)在的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，最為常見(jiàn)的是由 PLC控制變頻器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。北京信息科技大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目： 基于 PLC 與變頻器的交流調(diào)速控制系統(tǒng) 學(xué)院： 自動(dòng)化學(xué)院 專業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 王哲 班級(jí) /學(xué)號(hào)： 電氣 0801/2020010931 指導(dǎo)老師 /督導(dǎo)老師： 付曉輝 起 止 時(shí) 間 ： 2020 年 00 月 00 日至 2020 年 00 月 00 日摘要 隨著電力電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的日益發(fā)展，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速已經(jīng)從繼電器控制時(shí)代發(fā)展到今天的由變頻器控制調(diào)速。且在工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域中得到了極為廣泛的應(yīng)用。該方法 主要通過(guò)程序來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。 關(guān)鍵詞： 變頻器； 可編程控制器； PROFIBUSPDP通訊 Abstract Along with the power electronic technology and the development of automatic control technology, the motor speed from relay control the development of The Times has to today39。s industrial automation control systems, the most mon is controlled by PLC inverter realize speed regulation control motors. The method mainly through the procedures to control the frequency conversion motor, so as to realize the automatic control. In this paper, the study by AC motor speed control system using PLC to control the frequency converter speed control,programmable logic controller and give fullplay to the high reliability， flexibility,versatility， scalability， etc,through the PLC switches to control the volume of input and output modules multifunctional inverter input to achieve the multistage motor speed control,during the RS485 transmission technology through the establishment of the PLC and inverter PROFIBUSPDP munication to plete the PLC control program inverter speed control system design and all of the control system design. Keywords: The alternating current。 PROFIBUSPDP municatio 目錄 摘要 （中文） ...........................................................Ⅰ （英文） ............................................................Ⅱ 第一章 概述 .................................................. PLC和變頻器控制交流電機(jī)的調(diào)速的發(fā)展與現(xiàn)狀 .......................... PLC和變 頻器控制交流調(diào)速的目的 ...................................... 研究?jī)?nèi)容 ............................................................ 預(yù)期目標(biāo) ............................................................ 第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ............................................ 變頻調(diào)速系統(tǒng) ........................................................ 系統(tǒng)的控制要求 ...................................................... 方案的確定 .......................................................... PROFIBUS的通訊原理 .................................................. RS485傳輸技術(shù) ....................................................... 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ........................................... 可編程控制器 ......................................................... 交流電機(jī)的運(yùn)行理論 ................................................... 變頻器 ............................................................... PLC的 I/O分配 ....................................................... 變頻器設(shè)置 ......................................................... 硬件接線圖 ........................................................... 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ............................................ 編程軟件的介紹 ...................................................... ............................................................. 數(shù)字 PID控制算法 .................................................... ........................................................... PLC程序設(shè)計(jì) ......................................................... 第五章 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析 ...................................... 結(jié)束語(yǔ) ......................................................... 參 考文獻(xiàn) ....................................................... 附錄 ........................................................... 5 第一章 概述 PLC 和變頻器控制交流電機(jī)的調(diào)速的發(fā)展與現(xiàn)狀 隨著電力電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的日益發(fā)展，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速已經(jīng)從繼電器控制時(shí)代發(fā)展到今天的由變頻器控制調(diào)速。在現(xiàn)在的在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，最為常見(jiàn)的是由 PLC控制變頻器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。 交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用領(lǐng)域直流電氣傳動(dòng)和交流電氣傳動(dòng)在 19世紀(jì)先后誕生。 20 世紀(jì) 70年代后，隨著大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，交流調(diào)速系統(tǒng)逐步具備了寬的調(diào)速范圍、高的穩(wěn)速范圍、高的穩(wěn) 速精度、快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及在四象限作可逆運(yùn)行等良好的技術(shù)性能，并且它的調(diào)速性能與可靠性不斷完善，價(jià)格不斷降低，特別是變頻調(diào)速節(jié)電效果明顯，而且易于實(shí)現(xiàn)過(guò)程自動(dòng)化，在調(diào)速性能方面可以與直流電力拖動(dòng)媲美 [2]。美國(guó)有 60%65%的發(fā)電量用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由于有效地利用了交流調(diào)速技術(shù)，僅工業(yè)傳動(dòng)用電就節(jié)約了 15%20%的電量。此后，交流調(diào)速系統(tǒng)主要沿用下述三個(gè)方向發(fā)展和應(yīng)用。在過(guò)去大量的所謂不變速交流傳動(dòng)中，風(fēng)機(jī)、水泵等機(jī)械總?cè)萘繋缀跽脊I(yè)電氣傳動(dòng)總?cè)萘康囊话?，其中有不少?chǎng)合并不是不需要調(diào)速，只是因?yàn)檫^(guò)去交流電機(jī)本身不具備調(diào)速性能，不得不依賴擋板和閥門來(lái)調(diào)節(jié)送風(fēng)或供水的流量，許多電能因而白白地浪費(fèi)掉了。根據(jù)有關(guān)計(jì)算統(tǒng)計(jì)，由于風(fēng)機(jī)、水泵對(duì) 調(diào)速范圍和動(dòng)態(tài)性能的要求都不高，只需要一般的調(diào)速性能就已足夠，那么換成交流調(diào)速系統(tǒng)以后，每臺(tái)風(fēng)機(jī)、水泵平均約可節(jié)能 20%，這種節(jié)能效果是非?？捎^的。許多在工藝上就需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，過(guò)去多用直流傳動(dòng)，鑒于交流電機(jī)比直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、工作可靠、維護(hù)方便、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、效率高，如果改成交流調(diào)速傳動(dòng)，顯然能夠帶來(lái)不少的效益 [3]。自從 70 年代矢量控制技術(shù)發(fā)展以來(lái)，從理論上解決了交流調(diào)速系統(tǒng)在靜、動(dòng)態(tài)性能上與直流傳動(dòng)相媲美的問(wèn)題 [4]。我國(guó)具有各類風(fēng)機(jī)約 780 萬(wàn)臺(tái)，水泵 4000 萬(wàn)臺(tái)，空壓機(jī) 560萬(wàn)臺(tái)，這些裝置又占去了電機(jī)耗電的一半以上。國(guó)家在 十一五 規(guī)劃中指出：堅(jiān)持開(kāi)發(fā)節(jié)約并 重、節(jié)約優(yōu)先，按照減量化、再利用、資源化的原則，大力推進(jìn)節(jié)能節(jié)水節(jié)地節(jié)材，加強(qiáng)資源綜合利用，完善再生資源回收利用體系，全面推行清潔生產(chǎn)，形成低投入、低消耗、低排放和高效率的節(jié)約型增長(zhǎng)方式。強(qiáng)化節(jié)約意識(shí)，鼓勵(lì)生產(chǎn)和使用節(jié)能節(jié)水產(chǎn)品、節(jié)能環(huán)保型汽車，發(fā)展節(jié)能省地型建筑，形成健康文明、節(jié)約資源的消費(fèi)模式。目前在中、低壓交流傳動(dòng)中，變頻器的使 用越來(lái)越多，而我國(guó)在研究矢量控制系統(tǒng)所需的各種硬件條件已經(jīng)具備，如已出現(xiàn)的智能化功率器件（ IPM），其電壓等級(jí)、開(kāi)關(guān)頻率都有很大的提高；數(shù)字化控制元件也已出現(xiàn)單指令周期 10ns 的高速數(shù)字信號(hào)處理器（ DSP）和幾乎能完成一個(gè)系統(tǒng)功能的專用集成電路。對(duì)耗電大、生產(chǎn)環(huán)境惡劣的煤炭行業(yè)推廣應(yīng)用變頻技術(shù)更具有現(xiàn)實(shí)意義。本論文的選題不論是從理論上還是從實(shí)踐上都有十分重要的意義。 基于 PLC與變頻器的交流調(diào)速控制 系統(tǒng)功能 ：轉(zhuǎn)速指令由監(jiān)控程序按照要求給定，通過(guò)變頻器提供相應(yīng)頻率的電源給電機(jī)；與電機(jī)同軸連接的編碼器的轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)被送到上位機(jī)中，而不是送到變頻器中，從變頻器傳送過(guò)來(lái)的轉(zhuǎn)速信號(hào)只作參考。 ，制動(dòng)和調(diào)速：對(duì)電機(jī)做起動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，可以根據(jù)變頻器的使用手冊(cè)，設(shè)置起動(dòng)模式，也可以通過(guò)編程自己設(shè)定起動(dòng)模式，包括起動(dòng)時(shí)間和加速度變換規(guī)律。 ：通過(guò)編程或監(jiān)控界面設(shè)定負(fù)載（空載，滿載），來(lái)觀察電機(jī)的空載運(yùn)行特性（各相電壓和電流的平衡性）和額定負(fù)載的起動(dòng)性能（起動(dòng)時(shí)的電流，轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)時(shí)間）。 控制目的 通過(guò) S7200PLC給 MM400變頻器多段位電信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī) 15段速運(yùn)行。 熟悉變頻器的操作方法。 7 按下電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)按鈕，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行在 5Hz所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速：延時(shí) 10s后，電動(dòng)機(jī)升速運(yùn)行在10Hz對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，再延時(shí) 10s后，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)升速運(yùn)行在 20Hz對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速：以后每隔 10s，則速度按圖 1依次變化，一個(gè)運(yùn)行周期完后會(huì)自動(dòng)重新運(yùn)行。 圖 1 ： 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，初步確定系統(tǒng) PLC，變頻器（具有 RS485通信功能）和交流電機(jī)共 3 個(gè)模塊組成，其工作原理為：給定速度與經(jīng)由經(jīng) PLC 運(yùn)算可得控制量，再由 RS485 接口輸出到變頻器以驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖 2所示。 S7200是一種小型的可編程控制器，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。因此 S7200系列具有極高的性能 /價(jià)格比。 MM440 新一代變頻 器不同于其他變頻器的一個(gè)顯著特點(diǎn)是：它給用戶提供的是一個(gè)完全開(kāi)放的編程平臺(tái)， MM440變頻器具備了 6個(gè)可編程的帶電位隔離的數(shù)字輸入、 2 個(gè)可作為第 7/8 個(gè)數(shù)字輸入的模擬輸入 (0V至 10V， 0mA 至 10mA，可標(biāo)定 )和 2個(gè)可編程的模擬輸出 (0mA 至 20mA)、 3 個(gè)可編程的繼電器輸出 (30V 直流 /5A，電阻性負(fù)載 。用戶可根據(jù)自己的需要最大限度的合理使用有限的資源實(shí)現(xiàn)盡可能復(fù)雜的控制特性。設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于把功能需求與程序設(shè)計(jì)一一對(duì)應(yīng)，由頂層開(kāi)始設(shè)計(jì)，并最終完成調(diào)速系統(tǒng)的完美實(shí)現(xiàn)。一般電動(dòng)機(jī)主要由兩部分組成：固定部分稱為定子，旋轉(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子。當(dāng)磁極沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，磁極的磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中就感