PLC在多段调速系统中的应用.docx

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PLC在多段调速系统中的应用

《可编程控制器技术》课程设计任务书

一、设计题目

PＬＣ在多段调速系统中的应用　　

二、设计主要内容

在工业应用控制中，经常用到多段速度控制实际生产设备,用参数将多种速度预先设定，用输入端子进行转换。

如恒压供水、电梯速度控制等。

本课题要求设计一个由PＬC、变频器、异步电动机组成的变频调速控制系统，完成PLC接线图和控制梯形图的设计。

学习力控组态组态软件,进行监控界面的设计，利用实验室设备完成PＬC端子和变频器、异步电动机的接线，并进行运行调试。

具体设计内容如下：

１、掌握FR-S540变频器的基本工作原理

（1）了解变频器的基本结构及工作原理;

（2）掌握变频器各参数的意义及设置方法；

（3）掌握变频器操作面板的基本操作。

2、三相异步电动机3速系统控制设计

用PLC、变频器设计一个电动机的三速运行的控制系统。

其控制要求如下：

按下起动按钮,电动机以30Hz速度运行,5s后转为45Hz速度运行，再过５s转为2０Ｈz速度运行，按停止按钮,电动机即停止。

FR-S540变频器的设定参数：

（1）上限频率Pr１=50Hｚ;

（2）下限频率Pr2＝0Ｈz;

（3）基底频率Pｒ3=50Ｈｚ；

（4）加速时间Pr７＝2s；

（５）减速时间Pr8=2s;

（６）电子过电流保护Pr9=电动机的额定电流；

（7）操作模式选择（组合）Pｒ79=３；

（8）多段速度设定（１速）Pr4=20Hz；

（9）多段速度设定（2速）Pr5=45Ｈz;

（1０）多段速度设定（3速）Pr６=3０Hz。

3、三相异步电动机15段速度运行系统控制设计

按下启动按钮，可选择工频/变频控制,能实现自动控制和手动控制（自动转换频段/手动输入频段）,并可实现高、低速转换。

4、监控界面的设计

监控界面实现自动控制和手动控制（自动转换频段/手动输入频段），并可实现高、低速转换。

能够对设备的运行状态进行监控。

三、原始资料

1、变频器的基本工作原理

交－直-交变频器的基本构成

2、ＦR-Ｓ540变频器的基本参数

（1）输出频率范围（Ｐr.１、Ｐr.２）,Pr.１为上限频率,Pr.２为下限频率。

（2）多段速度运行（Ｐr.4、Pr.5、Ｐr.６、Pr．24~Ｐr.２７），

（3）加减速时间（Ｐr.7、Pr.8、Pr.20），

（４）电子过电流保护（Ｐr.９）,Pr.9用来设定电子过电流保护的电流值,以防止电动机过热，故一般设定为电动机的额定电流值。

（5）起动频率（Ｐr.1３）,

（６）适用负荷选择（Pｒ．１4）,

（７）点动运行（Pr．１5、Pｒ.16），

（8）参数写入禁止选择（Ｐｒ.77），

（９）操作模式选择（Ｐr.79），

3、FＲ－Ｓ540变频器的各电路的接线端子

4、七段速度对应的端子

5、１5段速度对应的端子

6、课程设计使用设备

（1）变频器１台（三菱ＦR-S5４0）;

（2）三相异步电动机１台；

（3）导线若干;

（4）PC机;

（５）电位器１个（2W/1kW）；

（6）ＰLC实验控制台。

四、要求的设计成果

（1）根据控制要求进行电气控制系统硬件电路设计。

（2）完成PLC、变频器、异步电动机组成的变频调速控制系统的软件设计。

（3）利用实验室设备进行运行调试。

（4）编写《可编程控制器技术课程设计》报告,课程设计报告内容包括：

①　设计方案、课程设计过程和设计思想、方法、原理。

②用A４图纸绘制PLC控制系统的电气原理图（可用绘图软件也可手绘）。

③PＬC控制程序（梯形图和指令表），有程序说明。

④参考资料、参考书及参考手册。

⑤其他需要说明的问题,例如操作说明、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。

⑥《可编程控制器技术课程设计》报告可以手写,也可以用电脑编排打印，报告格式按照《华中科技大学武昌分校课程设计管理办法》执行。

课程设计报告要求内容正确完整，图表清晰，叙述简明,语句通顺,字数不得少于２０00汉字。

⑦课程设计报告按封面、任务书、设计说明书、图纸、实物照片贴页（实物照片贴在Ａ4复印纸上）、成绩评定表的顺序装订。

ﻬ五、进程安排

内容

时间

下达课程设计任务书。

讲解课程设计的任务与要求、进度安排、指导时间、注意事项、提供参考资料。

学生到实验室熟悉设备。

1天

搜集资料、方案论证、初步设计。

1天

系统设计、绘制系统控制原理图、接线图及软件编程。

2天

利用实验室设备完成控制系统的硬件接线工作，运行控制程序，进行运行调试。

3天

方案优化、总结完善、整理资料、撰写课程设计报告

2天

答辩、课程设计总结。

1天

共计

10天（2周）

六、主要参考资料

[１]马小军.可编程控制器及其应用．南京：

东南大学出版社,２007.

[２]姚锡禄．变频器技术应用.北京：

电子工业出版社,２00９.

［3］巫莉．电气控制与PLC应用．北京：

中国电力出版社，200８.

［4]曹辉,马栋萍.组态软件技术及运用.北京：

电子工业出版社,2009.

指导教师（签名）:

　　　　　　　20　年　月　日

目　　录

1．课程设计题目及要求……………………………………………………………………1

1.1　题目……………………………………………………………………………………1

1．２控制要求…………………………………………………………………………………　１

１.3系统总体方案设计………………………………………………………………………　1

2.变频器工作原理……………………………………………………………………………2

2.1变频器的基本工作原理……………………………………………………………………2

２.2FR-S540型变频器的结构特点……………………………………………………………2

2.3　FＲ-S54０型变频器的参数及参数设置方法………………………………………………3

３.PLC工作原理…………………………………………………………………………………6

3.1　PＬC工作原理及扫描工作方式……………………………………………………………6

3．1.1ＰLC工作原理……………………………………………………………………………6

3.１.２扫描工作过程……………………………………………………………………………6

3.2FＸ2N-48MR型PLC…………………………………………………………………………7

4.控制系统设计…………………………………………………………………………………　9

4.1　PＬC控制电路图……………………………………………………………………………9

4．2　多段转速控制………………………………………………………………………………９

４.３　PLＣ（Ｉ/O）分配……………………………………………………………………………　10

４.4程序设计…………………………………………………………………………………11

５.监控界面的设计……………………………………………………………………………1６

5.1监控软件介绍……………………………………………………………………………16

5.2监控界面的制作过程……………………………………………………………………1７

5.2.1　本次力控组态软件介绍………………………………………………………………17

5.２．２　设计流程………………………………………………………………………………1７

６．运行调试……………………………………………………………………………………　22

7.总结…………………………………………………………………………………………23

8.参考文献……………………………………………………………………………………２5

9.附录1多段调速系统硬件接线图…………………………………………………………　26

附录2　多段调速PLC控制梯形图…………………………………………………………　27

附录3实物照片

……………………………………………………………………………30

1　课程设计题目及要求

1.1题目

ＰLＣ在多段调速系统中的应用

1．2控制要求

按下起动按钮，电动机以30Hz速度运行,5ｓ后转为45Hz速度运行,再过５s转为20Ｈz速度运行,按停止按钮，电动机即停止。

按下启动按钮，可选择工频/变频控制，　能实现自动控制和手动控制（自动转换频段／手动输入频段），并可实现高、低速转换。

监控界面实现自动控制和手动控制（自动转换频段/手动输入频段），并可实现高、低速转换。

能够对设备的运行状态进行监控。

1.3系统总体方案设计

如下图1－1所示

　组态软件　　　PＬＣ变频器　　　　电机

图１－1系统结构图

如图所示,我们先要弄清楚变频器的结构特点以及如何对电机进行调速。

然后要编写PＬＣ的控制梯形图，完成PLC对变频器的控制。

最后要学会组态软件的使用,完成组态软件对PLC的控制。

2　变频器工作原理

2.1变频器的基本工作原理

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。

我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（ＶＶＶF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。

变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。

整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IＧBT三相桥式逆变器,且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。

通用变频器一般都采用交——直——交的方式组成，其基本工作原理如下图2-1所示:

图2－1变频器基本工作原理

2．２FR-Ｓ540型变频器的结构特点

　　如图2-2所示

图2-2FR-Ｓ５40型变频器的结构特点

变频器有内部模式（pu）和外部模式（exiｔ）。

FR－S５00没有通讯模块,在PU模式可以直接控制电机高低速转换,这就不需要ｐlc控制。

我们采用eｘｉt外部模式，所有的信号由ｐlc输入到变频器,这样就可以直接实现自动与手动的切换,同时从一速到七速的频率在变频器外部模式下根据特定的参数设定好。

２.３FR-Ｓ540型变频器的参数及参数设置方法

变频器的设定参数多，每个参数均有一定的选择范围,使用中常常遇到因个别参数设置不当,导致变频器不能正常工作的现象。

控制方式：

即速度控制、转距控制、ＰID控制或其他方式。

采取控制方式后,一般要根据控制精度,需要进行静态或动态辨识。

说明：

SD-公共端接PＬＣ的COＭ口,

RＨ－高速输出（变频器原始设置是50HZ）接PLC程序控制的三速输出Y２4

RM-中速输出（变频器原始设置是3０ＨZ）接PLC程序控制的二速输出Y23

ＲL-低速输出（变频器原始设置是20HZ）接PLC程序控制的一速输出Y2２　

变频器四速到七速的输出有RH,RM,RL组合

变频器多速组合输出如下图2-3所示:

图2-3变频器多速组合输出

由于现在一般的电机都是按工频５０HZ制造而成，因此频率设置参数如下表2-4：

ｅｘit（外部）模式

频率

Pr．６（低速）

10HZ

Pｒ.5（中速）

1５HZ

Ｐr．4（高速）

20ＨＺ

Pr.24（四速）

25HZ

Pr.25（五速）

３０HZ

Pr,2６（六速）

35ＨZ

Pr.2７（七速）

40HZ

表２－4频率设置参数

在界面上可以直接操作：

鼠标直接点击手动或自动,在选择点击正转或反转，