PLC控制变频器调速系统实训文档格式.docx
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输出50Hz对应同步转速为1500r/min。
输出100Hz对应同步转速为3000r/min。
输入电压与输出频率按线性关系变化。
2.要求输出转速按函数变化，请编写梯形图控制程序，并完成调试。
3.改变输出转速-时间的变化函数，重复上述过程。
1.4PLC简介
1.4.1PLC的基本概念
可编程控制器是计算机家族中的一员,是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机（PersonalCompute）r
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的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
由于它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小，组装灵活，编程简单，抗干扰能力
强及可靠性高等特点，非常适合于在恶劣的工业环境下使用。
故自60年代末第一台PLC问世以来，已很快被应用到机械制造、冶金、矿业、轻工等各个领域，大大推进了机电一体化进程。
进入80年代，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，使得可编程控制器有了突飞猛进的发展，功能日益增强，已远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，具备模数转换、数模转换、高速计数、速度控制、位置控制、轴定位控制、温度控制、PID控制、远程通讯、高级语言编辑以及各种物理量转换等功能。
特别是远程通讯功能的实现，易于实现时柔性加工和制造系统
（FMS），使得PLC如虎添翼，被人们称为现代工业控制三大支柱之一。
1.4.2PLC的基本结构
PLC的结构有如下组成：
①电源
PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。
如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。
一般交流电压波动在
+10%（+15%范）
围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去
②中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；
检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。
这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
③存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储
器。
④输入输出接口电路
现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界
面的输入通道。
2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
⑤功能模块
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如计数、定位等功能模块。
⑥通信模块
如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。
1.4.3PLC的工作原理
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
（1）输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。
输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。
在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。
因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
（2）用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。
在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；
或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；
或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；
相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。
即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。
（3）输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。
在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。
这时，才是PLC的真正输出。
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第二章总体设计方案
2.1控制系统I/O点数分析
在控制回路中需要控制电动机启动和停止的开关以及模拟量的输出等。
如表2.1为控制系统I/O分配图。
S7-200PLCI/O分配表
外接元件
输入
地址
功能
输出
SB1
SB2
I0.0
I0.1
电机启动
电机停止
AWQ0
I0.5
变频器报警
SB3
I0.2
电机加速
SB4
I0.3
电机减速
表2.1控制系统I/O分配
2.2选择机型
2.2.1PLC的选择
在此次课程设计中PLC对控制要求并不高而且在控制系统中没有大量的输出端子因此选择较为简单和便宜的S7-200系列PLC。
S7-200系列PLC具有开关量输入输出，但是没有模拟量的输入输出，因此需要扩展模拟量输入输出模块。
2.2.2模拟量模块的选择
与S7-200配套的扩展模块有EM232，EM235。
EM232只有两路模拟量输出但是没有数字量输出。
EM235具有四路模拟量输入和一路电压输出和一路电流输出。
考虑到实验室设备，并且是控制系统便于PID的扩展选择EM235。
EM235是四路AI/一路AO（暂用两路输出地址），D/A转换器是12位的。
其电压输出为0~10V，电流输出为0~20mA。
符合对变频器的控制要求。
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图2.2模拟量模块EM235
2.2.3变频器的选择
正确选择通用型变频器对于传动系统能够正常运行时至关重要的，首先要明确使用通用变频器的目的，按照生产机械的类型、调速范围、速度响应和控制精度、启动转矩等要求，充分了解变频器所驱动负载特性，决定采用什么功能的通用变频器构成控制系统，然后决定选用哪种控制方式最合适。
所选用的通用变频器应是既满足生产工艺要求，又要在技术经济指标上合理。
若对通用变频器选型、系统设计及使用不当，往往会使通用变频器不能正常的运行、达不到预期目标，甚至引发设备故障，造成不必要的损失。
另外，为了确保通用变频器长期可靠的运行，变频器的地线的连接也是非常重要的。
在本系统中，选用了由西门子生产的通用变频器MM440。
变频器MM440为我们提供了很好的BOP控制面板具体如下图：
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图2.3变频器MM440控制面板
2.3系统控制结构
由PLC和变频器组成的控制系统，开关量输入端由两输入，开始与停止按钮；
PLC输出端是从0—10V的模拟量作为变频器的输入。
实现如下控制：
0V输出频率为0Hz，对应同步转速为0r/min;
5V输出频率为50Hz，对应同步转速为
1500r/min;
7.5V输出频率为75HZ,对应同步转速为2250r/min;
10V输出频率为100Hz，对应同步转速为3000r/min。
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第三章硬件部分设计
3.1系统主电路图
图3.1系统主电路图
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3.2系统控制电路图
图3.2系统控制电路图
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3.3PLC的外围接线
图3.3PLC的外围接线
3.4电压输出规格
图3.4电压输出规格
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如果设置值超过下面提供的规定，将发生输出设置错误，并将输出有输出保持功能规定的输出量。
根据设计要求选取输出范围:
0~10V.
输出范围:
0~10V所对应的十进制数为:
00000~32000
标度变换公式：
V=AIWO/3200
3.5变频器参数设置表
图3.5变频器参数设置
变频器报警装置设定：
设定P2828＝r52.3，P0731=r2829。
这样，当有任何一种故障发生时，变频器的1号数字量输出端口即会输出信号“1”。
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第四章软件部分设计
4.1设计步骤
1.使用PLC各个输入点作为系统的各个输入信号。
2.使用PLC的一个模拟量输入点AQWO作为使电机运转的频率信号，接到变频器M440的AINI+
和AINI-端子上。
3.调节变频器使其输出频率受受模拟量输入电压控制。
4.然后编制输出按时间函数循环的梯形图程序。
5.最后调试并运行。
4.2系统流程框图
图4.2系统流程框图
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PLC控制变频器
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