毕业设计2.docx
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毕业设计2
姓名
专业班级09电气2班
论文名称变频器实习及PLC变频器通信项目设计
指导教师
目录
第一章前言3
1-1工业控制网络的发展3
1-2.工业以太网技术的特点5
第二章实习期间主要做的事6
2-1在电子组学习焊接及主要操作流程6
2-1-1焊接的基础知识6
2-1-1-1焊锡6
2-1-1-2锡焊必须具备的条件7
2-1-2新烙铁使用前的准备：
7
2-1-3电烙铁使用时要特别注意安全7
2-1-4锡焊五步操作法7
2-1-5焊接质量的检查8
2-1-6贴片元件的手工焊接技巧8
2-2在装配组学习变频器的装配及主要操作流程8
2-2-1准备工作8
2-3-2组装过程分步框图9
2-3在调试组学习变频器的调试及主要操作流程9
2-3-1调试前的准备：
9
2-3-2变频器的接线和配线的检查：
10
2-3-4老化后的调试10
第三章PLC和变频器通信项目设计11
3-1系统结构图11
3-1-1汇川PLC硬件特点11
3-2项目要求实现的功能12
3-3I/O分配13
3-4通讯成功具备的关键点14
3-4-1硬件上14
3-4-2软件上14
3-4-3变频器的使用和设置15
3-4-3-1功能指示灯说明16
3-4-3-2变频器参数设置17
3-5编程流程图17
3-6源程序及图片19
3-6-1从站19
3-6-2主站21
第四章毕业设计、实习感想27
4-1实习感想27
4-2毕业设计感想28
第五章参考文献29
第一章前言:
1-1工业控制网络的发展
工业控制网络的发展是伴随着控制系统的变革而发展起来的。
控制系统经历了基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统和近几年流行起来的工业以太网控制系统等六个阶段。
对于基地式气动仪表控制系统和电动单元组合式模拟仪表控制系统只是驱动方式的改变，两类控制系统只能对单一回路进行控制，而各个回路之间不能够交换信息，每一个回路是一个独立的信息孤岛，并不属于网络的范畴。
随着计算机技术的发展，计算机被引入控制系统，它不仅能够完成对数据的处理操作，更主要的是可以直接根据输入的给定值、过程变量和过程中其他的测定值，通过PID或其它高级控制算法，得出它的操作变量即输出值送给执行机构完成控制功能。
这就是我们所说的计算机集中控制系统（CCS）的控制思想。
集中控制系统由于其结构简单，直接面向控制对象，尚未形成网络体系。
尽管将计算机引入控制系统使得一些高级控制算法得以实现，然而，随着生产过程的复杂化，软件发面需要很大的开销，并且复杂的软件结构是系统的升级能力较弱；计算机工作是需要集中控制几十个，甚至上百个回路，这就使得系统的实时性、可靠性得不到保证。
真正意义的工业控制网络体系是七十年代出现的第二代计算机控制系统:
分散型控制系统DCS（也称集散控制系统）。
它是随着网络技术的发展而发展起来的，DCS的特点是“集中管理，分散控制”，这些系统完整地体现了分散化和分层化的思想。
目前所使用的DCS有环形、总线形和分级式几种,其中分级式应用最为普遍，如1所示。
然而，集散控制系统也有其明显的缺点：
首先，结构是多级主从关系，现场设备之间相互通信必须经过主机，使得主机负荷重、效率低，且主机一旦发生故障，整个系统就会崩溃；其次，它还是用大量的模拟信号，很多现场仪表仍然使用传统的4—20mA电流模拟信号，传输可靠性差，不易于数字化处理；第三，各系统设计厂家的DCS制定独立的标准，通讯协议不开放，极大的制约了系统的集成与应用，不利于现代跨国公司的进一步发展。
为了克服DCS系统的技术瓶颈,进一步满足工业现场的需要,现场总线技术应运而生,它将系统的控制功能进一步下放，现场总线网络实际上是一种全数字化、全分散、可互操作、开放式的互联网络。
他专门用于过程自动化和制造自动化最底层的现场设备或现场仪表互联，是现场通信网络和控制系统的集成，如图1所示。
但是FCS也有许多瓶颈问题：
首先，现有的现场总线标难种类过多，且各有自己的优势和适用范围，用户如何取舍是比较棘手的问题；其次，控制系统中如果有多种现场总线同时存在，用户希望将工业控制系统与数据信息网络实现无缝集成，真正实现企业级管控一体化，系统功能组态会变得相对复杂；另外在本质安全、系统可靠性、数据传输速度等方面存在一些技术瓶颈或不符合现代企业对信息的要求[5]。
事实上，各种控制系统存在缺点的问题最根本原因在于控制系统德的开放性差或者开放性是有条件的，不彻底的。
为了解决该问题而出现了以TCP/IP协议为基础的工业以太网技术，下面对工业以太网技术进行详细介绍。
1-2.工业以太网技术的特点
以太网具有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面的优势,由于它支持几乎所有流行的网络协议,所以在商业系统中被广泛采用。
近些年来,随着网络技术的发展,以太网进入了控制领域,形成了新型的以太网控制网络技术。
这主要是由于工业自动化系统向分布化、智能化控制方面发展,开放的、透明的通讯协议是必然的要求。
以太网技术引入工业控制领域，其技术优势非常明显：
○1Ethernet是全开放、全数字化的网络，遵照网络协议不同厂商的设备可以很容易实现互联；○2以太网能实现工业控制网络与企业信息网络的无缝连接，形成企业级管控一体化的全开放网络[1]，如图2所示；○3软硬件成本低廉，由于以太网技术已经非常成熟，支持以太网的软硬件受到厂商的高度重视和广泛支持，有多种软件开发环境和硬件设备供用户选择；○4通信速率高，随着企业信息系统规模的扩大和复杂程度的提高，对信息量的需求也越来越大，有时甚至需要音频、视频数据的传输，目前以太网的通信速率为10M、100M的快速以太网开始广泛应用，千兆以太网技术也逐渐成熟，10G以太网也正在研究，其速率比目前的现场总线快很多。
○5可持续发展潜力大，在这信息瞬息万变的时代，企业的生存与发展将很大程度上依赖于一个快速而有效的通信管理网络，信息技术与通信技术的发展将更加迅速，也更加成熟，由此保证了以太网技术不断地持续向前发展。
以太网进人工业控制领域，同样也存在一些问题，其中主要的是：
○1实时性问题：
以太网采用的CSMA／CD的介质访问控制方式，其本质上是非实时的。
一条总线上挂多个节点平等竞争总线，等待总线空闲。
这种方式很难满足工业控制领域对实时性的要求。
这也是以太网技术进入工控领域的技术瓶颈；○2对工业环境的适应性与可靠性：
以太网是按办公环境设计的，需要使抗干扰能力、外观设计等符合工业现场的要求。
○3适用于工业自动化控制的应用层协议，目前信息网络中定义的应用层协议所定义的数据结构等特性不适合应用于工业过程控制领域现场设备之间的实时通信。
因此，还需定义统一的应用层规范。
○4本质安全和网络安全：
工业以太网如果用在易燃易爆的危险工作场所，必须考虑本质安全问题。
另外，工业以太网由于使用了TCP/IP协议，因此可能会受到包括病毒、黑客的非法入侵与非法操作等网络安全威胁。
○5QOS（QualityofService）问题:
随着技术的进步,在工厂控制底层的信号已不局限在单纯的数字和模拟量上,而是包括Audio及低分辨的Video信号,网络应能根据不同用户需求及不同的内容适度地保证实时性的要求。
随着网络技术的不断发展，以上出现的问题已经完全或部分得到解决。
1近些年来出现了快速交换式以太网技术,采用全双工通信,可以完全避免CSMA/CD中的碰撞,并且可以方便地实现优先级机制,保证网络带宽的最大利用率和最好的实时性能。
它完全避免了CSMA/CD、主从、令牌等可能的低效率；2对于不同工业环境网络设备生产厂商采取了专门的抗干扰措施，使其更加符合工业需求；3在应用层协议方面用户可以根据需要对TCP/IP协议栈进行增减，另外还需要制定更加符合工业要求的网络协议；4设备生产商提供适应工业环境的器件，使用密封性好，坚固、抗震动的以太网设备与连接件用来解决本质安全问题；采用用户密码、数据加密、防火墙等多种安全机制加强网络的安全管理，但针对工业自动化控制网络安全问题的解决方案还需要认真研究；5随着网络速度的提高和网络协议的进一步完善，QOS问题也得到了解决
第二章实习期间主要做的事
2-1在电子组学习焊接及主要操作流程
2-1-1焊接的基础知识
2-1-1-1锡焊
锡焊是焊接的一种，它是将焊件和熔点比焊件低的焊料共同加热到锡焊温度，在焊件不熔化的情况下，焊料熔化并浸润焊接面，依靠二者原子的扩散形成焊件的连接。
其主要特征有以下三点：
⑴焊料熔点低于焊件；
⑵焊接时将焊料与焊件共同加热到锡焊温度，焊料熔化而焊件不熔化；
⑶焊接的形成依靠熔化状态的焊料浸润焊接面，由毛细作用使焊料进入焊件的间隙，形成一个合金层，从而实现焊件的结合。
2-1-1-2锡焊必须具备的条件：
⑴焊件必须具有良好的可焊性；
⑵焊件表面必须保持清洁；
⑶要使用合适的助焊剂；
⑷焊件要加热到适当的温度；
⑸合适的焊接时间；
2-1-2新烙铁使用前的准备：
使用前，应用细砂纸将烙铁头打光亮，通电烧热，蘸上松香后用烙铁头刃面接触焊锡丝，使烙铁头上均匀地镀上一层锡。
这样做，可以便于焊接和防止烙铁头表面氧化。
旧的烙铁头如严重氧化而发黑，可用钢挫挫去表层氧化物，使其露出金属光泽后，重新镀锡，方可使用。
2-1-3电烙铁使用时要特别注意安全，应严格认真做到以下几点：
电烙铁插头最好使用三极插头，要确保外壳妥善接地并检查所接的电源是否与铭牌一致。
使用前，应认真检查电源插头、电源线有无损坏并检查烙铁头是否松动。
电烙铁使用中，不能用力敲击。
要防止跌落。
烙铁头上焊锡过多时，可用布擦掉。
不可乱甩，以防烫伤他人。
焊接过程中，烙铁不能到处乱放。
不焊时，应放在烙铁架上，并及时关电源，务必要在烙铁头上均匀地镀上一层锡，防其氧化。
注意电源线不可搭在烙铁头上，以防烫坏绝缘层而发生事故。
待冷却后，再将电烙铁收回工具箱。
2-1-4锡焊五步操作法
（a）准备施焊：
烙铁头和焊锡靠近被焊工件并认准位置，处于随时可以焊接的状态，此时保持烙铁头干净可沾上焊锡。
（b）加热焊件：
将烙铁头放在工件上进行加热，烙铁头接触热容量较大的焊件。
（c）熔化焊锡：
将焊锡丝放在工件上，熔化适量的焊锡，在送焊锡过程中，可以先将焊锡接触烙铁头，然后移动焊锡至与烙铁头相对的位置，这样做有利于焊锡的熔化和热量的传导。
此时注意焊锡一定要润湿被焊工件表面和整个焊盘。
（d）移开焊锡丝：
待焊锡充满焊盘后，迅速拿开焊锡丝，待焊锡用量达到要求后，应立即将焊锡丝沿着元件引线的方向向上提起焊锡。
（e）移开烙铁：
焊锡的扩展范围达到要求后，拿开烙铁，注意撤烙铁的速度要快，撤离方向要沿着元件引线的方向向上提起。
2-1-5焊接质量的检查
手触检查：
在外观检查中发现有可疑现象时，采用手触检查。
主要是用手指触摸元器件有无松动、焊接不牢的现象，用镊子轻轻拨动焊接部或夹住元器件引线，轻轻拉动观察有无松动现象。
2-1-6贴片元件的手工焊接技巧
2-1-6-1贴片阻容元件的焊接
先在一个焊盘上点上焊锡，然后放上元件的一头，用镊子夹住元件，焊上一头之后，再看看是否放正了；如果已放正，就再焊上另外一头即可。
2-1-6-2贴芯片的焊接
（1）对角线定位
定位好芯片，点少量焊锡到尖头烙铁上，焊接两个对角位置上的引脚，使芯片固定而不能移动。
（2）平口烙铁拉焊
使用平口烙铁，顺着一个方向烫芯片的管脚。
注意力度均匀，速度适中，避免弄歪芯片的脚。
另外注意先拉焊没有定位的两边，这样就不会产生芯片错位。
也可以再涂抹一些助焊剂在芯片的
（3）用放大镜观察结果
焊完之后，检查一下是否有未焊好的或者有短路的地方，适当修补
（4）酒精清洗电路板
用棉签擦拭电路板，主要是将助焊剂擦拭干净即可。
2-2在装配组学习变频器的装配及主要操作流程
2-2-1准备工作：
组装前一定要注意，下面的几个步骤和变频器的组装有相当大的关系，不容许出现任何失误，如果因不严格按照《变频器装配作业指导书》忽略了一些步骤，很可能会造成无法弥补的损失。
1、准备工具
在组装前，准备好需要用到的工具，例如：
十字螺钉刀（头部带有磁性的最好）或者电动螺钉刀、气批、电烙铁、热吹风筒等
2、放电
在装配变频器前，手带静电环把人体内的静电导走，防止静电对元器件的损坏。
有些元器件如：
IGBT模块，就算不通电，在人接触时如果发生静电，也很有可能被损坏。
组装电解电容前一定要采取措施（外接电阻或用螺丝刀直接短接）将电容储存的残余电给放掉，以防赵成不必要的麻烦
3、工作台
在专用的工作台上组装，灵巧的利用工作台的方便，这样在组装的时候就不会消耗太多的体力。
2-2-2组装过程分步框图
2.3在调试组学习变频器的调试及主要操作流程
2-3-1调试前的准备：
工作流程：
装配组刚装配完的机器，就会交接到调试组那边去，装配组人员就会在交接单上注明机器的型号，编号及交接人，接受人检查交接单内容正确无误后，方可签名并准备机器的交流调试。
工具的准备：
万用表、螺丝刀、活动扳手、三菱PLC、触摸屏、电源线、编码器线、整流电路板
2-3-2变频器的接线和配线的检查：
a、检查进出线主电源连接是否正确、可靠，参照铭牌确认电源电压的等级是否符合变频器使用说明的要求，连接是否牢固。
电源线绝缘层有无破损。
仔细检查端子排有无松脱，是否存在短路等隐性故障，接地是否良好。
b、检查变频柜内控制回路的进线连接和电压等级是否符合变频柜的应用要求。
各连接线连接是否牢固，绝缘层有无破损，各电路板连接插头接插是否牢固。
c、清理变频柜内部杂物，再次确认主电源进线、控制回路线路、接地线、零线的连接有无不当之处.保持变频器周围的环境清洁、干燥，严禁在变频器附近放置杂物。
认真检查有无遗漏的螺丝及导线等，防止小金属物品造成变频器短路事故。
d、检查电解电容的极性、个数是否符合要求，电容绝缘是否可靠，电容与电容之间是否打了黑胶
e．检查风扇线、彩排线、驱动线是否连接完好
2-3-3变频器老化前的调试：
1.上电：
先将调压器调到220V交流电
2.过低压：
首先给变频器恢复出厂值，即将94设为249
修改变频器的额定电压，即将84设为380（包括铭牌额定为540VDC）或220，打开制动回路，即66设为2
3.测量：
用万用表打到交流电压档，测三相电压是否平衡，若不平衡就查看
电流参数是否焊接正确；将调压器电压升至290V交流电，测RB和RB’端子是否有400V直流电；再将调压器电压升至380V，测三相电压是否平衡
带异步交流电动机的调试：
1.变频器的接线：
若变频器铭牌上的额定电压为380V交流电，那么给变频器的R、S、T端子接上交流电380V交流电；若变频器铭牌上的额定电压为220V交流电，那么给变频器的R、T端子接上交流电220V交流电；若变频器铭牌上标的电压为540VDC，那么就给给变频器的P、N端子接上540的直流电。
变频器U、V、W端子接电机的3跟引线（电机的接法可为三角形或星形）
2.修改变频器参数：
将85参数设为额定电流值
查看12参数是否符合以下要求：
0.4kw~15kw的变频器12参数应为16
18kw~30kw的变频器12参数应为9
37kw~110kw的变频器12参数为6
132kw~400kw的变频器12参数应为3
4.运行变频器:
查看异步电动机三相交流电是否平衡，是否与键盘电流显示值相符合。
2-3-4老化后的调试：
1再一次带异步电机，看三相电流是否平衡
2测端子:
1.分别短接com端与DI1、DI3、DI4，查看63参数是否分别显示100、010、001，若显示不正常，则检查端子螺丝是否拧紧或彩排线是否插紧
2.分别短接com端与DI5、DI6，查看64参数是否分别显示1.0、0.1，若显示不正常，则检查端子螺丝是否拧紧或彩排线是否插紧
3.将42参数设为1，运行变频器，短接DI2与com端，则变频器停止运行
4.短接com端与Rst端子，看变频器是否会复位
5.将47参数设为5，测RY1、RY2是否通
6.依次短接5v与AI1、AI2、AI3，同时将40参数分别设为1、2、25，则变频器依次运行至25HZ、50HZ、50HZ（当40设为25时，也可以不短接5v与AI3，调节变频器，变频器可以从0运行至50HZ）
7.将45参数设为4，46参数设为4，84参数设为580，变频器会跳“op”故障，测DO1与com约24v直流电，DO2与com也有24v直流电
8.恢复变频器出厂值，即将94参数设为249
第三章PLC和变频器通信项目设计
3-1系统结构图：
3-1-1汇川PLC硬件特点
H2U可编程控制器的主要特点：
程序存储空间大，无需外部扩展内存卡即可达24K步；
模块内部集成了大容量电源，可直接给传感器、HMI、外部中间继电器等提
供电源；
提供多通道高频率高速输入输出端口，丰富的运动和定位控制功能；
集成两个独立通讯口，提供了丰富的通信协议，提供MODBUS指令，方便系统集成；
3-2实训要求实现的功能
（1）该系统设有2个站，其中一个主站PLC1，一个从站PLC2，采用RS-485BD板，通过运用MODBUS进行通信，同时触摸屏还能与变频器进行通信，并且还能监视两台PLC的运行情况及变频器的运行情况.
（2）主站输入信号（X0～X3）的ON/OFF状态要求从2台PLC的Y0～Y3输出。
（3）从站输入信号（X4～X7）的ON/OFF状态要求从2台PLC的Y4～Y7输出。
（4）用寄存器D0记录主站PLC的输入信号X10的脉冲个数，当计数小于5时，两台PLC就输出Y10；当大于等于5小于等于10时，两台PLC就输出Y11；当大于10时，两台PLC就输出Y12。
（5）通过触摸屏上的正传、反转、停止按钮能够控制电动机的正传、反转、停止
（6）每按一次触摸屏上的加频率和减频率按钮，电动机的运行频率能够加或减1HZ
（7）当电动机的运行频率为0时，会产生一个报警，并显示“电动机未运行，请按正转或反转按钮”；当电动机的运行频率大于50时，会产生一个报警，并显示“电动机频率过大，请减少频率”；当电动机的运行频率小于或等于50HZ时，报警会自动清除。
（8）显示速度趋势图
（9）通过主站的X20、X21、X22来控制电动机的正传、反转、停止；
通过从站的X25、X26、X27来控制电动机的正传、反转、停止。
（10）通过触摸屏显示变频器的趋势图，通过触摸屏棒图、圆表来显示变频器频率的变化情况
3-3I/O分配：
软元件名
功能
主站输入
X0
控制两台PLCY0的输出
X1
控制两台PLCY1的输出
X2
控制两台PLCY2的输出
X3
控制两台PLCY3的输出
X10
计数
X20
正转
X21
反转
X22
停止
主站输出
主站输出
Y0
指示灯
Y1
指示灯
Y2
指示灯
Y3
指示灯
Y4
指示灯
Y5
指示灯
Y6
指示灯
Y7
指示灯
Y10
计数小于或等于5指示灯
Y11
计数大于5且小于或等于10指示灯
Y12
计数大于10指示灯
从站输入
X4
控制两台PLCY4的输出
X5
控制两台PLCY5的输出
X6
控制两台PLCY6的输出
X7
控制两台PLCY7的输出
X25
正转
X26
反转
X27
停止
从站输出
Y0
指示灯
Y1
指示灯
Y2
指示灯
Y3
指示灯
Y4
指示灯
Y5
指示灯
Y6
指示灯
Y7
指示灯
Y10
计数小于或等于5指示灯
Y11
计数大于5且小于或等于10指示灯
Y12
计数大于10指示灯
触摸屏
M11
正转
M12
反转
M13
停止
M14
频率加一
M15
频率减一
3-4通讯成功具备的关键点：
3-4-1硬件上：
旧版汇川PLC没有com1端子
两台汇川PLC、汇川变频器的通讯端子RS485+通过双绞线中的一根连起来，RS485-通过双绞线中的另一根连起来；编程软件上的波特率要和变频器以及触摸屏的波特率要致，即只需要设置一台PLC为并联协议主站，另一台设置为并联协议从站，两台PLC使用该协议的串口连接起来，不需要用户程序干预，即可实现两台PLC间互相交换数据。
3-4-2软件上：
从站：
设COM1端口通讯
波特率为9600
设为1号站最多可以连接8台
设COM1为MODBUS
-RTU通训端口并支持HMI协议
设COM1端口通讯
波特率为9600
主站：
设为0即为主站，其他为从站
设COM1端口通讯
波特率为9600
设COM1为MODBUS
-RTU通训端口并支持HMI协议
3-4-3变频器的使用与设置：
3-4-3-1功能指示灯说明：
RUN：
灯灭时表示变频器处于停机状态，灯亮时表示变频器处于运转状态。
LOCAL/REMOT：
键盘操作、端子操作与远程操作（通讯控制）指示灯，灯灭表示键盘操作控制状态,灯亮表示端子操作控制状态，灯闪烁表示处于远程操作控制状态。
FWD/DEV：
正反转指示灯，灯灭表示处于正转状态，灯亮表示处于反转状态。
TUNE/TC：
调谐时指示灯闪烁，灯亮表示处于转矩控制状态，灯灭表示处于速度控制状态。
3-4-3-2变频器参数设置：
F0-01=2
F0-02=2
F0-03=9
F0-10=100
F0-11=5
F0-12=100
F0-17=5
F0-18=5
F3-01=3%
FD-00=6
FD-02=2
FD-05=1
3-5编程流程图：
3-6源程序及图片：
3-6-1从站
3-6-2主站：
第四章毕业设计、实习感想：
4-1实习感想：
在电子组、装配组以及调试组让我学到了了很多也得到了很多，在工作上：
做事情学会了多想想多问问的好习惯，在劳动中锻炼了自己的耐心和毅力的同时，也知道了父母挣钱是多么的难，更是知道了工人们挣的钱是无数汗水换回来的！
现在想想每天上班的辛苦，每天都是早上7点钟起来，带着朦胧的睡意，迅速地买了早餐，然后匆匆忙忙地赶去公司上班，才真正意思到上大学是件多么美好的事，可惜时光匆匆地过去了，再也回不到那个美好的大学时代。
以后面临的将是如何在社会上生存，如何去实现自己未来的梦想，面临社会、家庭乃至自己的压力，今后的路该怎么走，往哪里走。
现在我发现在公司上班再也不能像在学校里那么随意，毕竟社会也有黑暗的一面。
但是，还好，遇到好心的同事，起码在公司里还有依靠和温暖，在这里的同事之间就像是一个大家庭一样，在工作中是自己的上级是自己的同事，在生活上就成了自己的叔叔阿姨，自己的兄弟姐妹，时不时会告诫我们在公司里应该怎么做和做工作的方法，在生活上也会得到关心照顾其中映像最深刻的就是不能表现得太胆小，太老实，不然就会被领导欺负，什么脏的活累的活就吩咐你去干，还动不动就骂人，有时候明
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