用PLC和变频器实现电机变频调速和远程控制.docx

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用PLC和变频器实现电机变频调速和远程控制

湖南工程学院应用技术学院

毕业设计（论文）任务书

设计（论文）题目：

用PLC和变频器实现电机的变频调速和远程控制

姓名王松涛专业自动化班级0481学号200413110103

指导老师赵葵银职称教授教研室主任赵葵银李晓秀

一、基本任务及要求：

随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流调速取代直流调速已成为现代电气传动的主要发展方向之一。

电机由变频器来控制，变频器带有PROFIBUS-DP通讯接口，通过PROFIBUS网络由主站对变频器进行远程控制，可在触摸屏上生成组态画面实现远程控制，也可通过工业以太网在上位机PC实现远程控制。

具体要求有：

1.采用西门子的可编程控制器、触摸屏及有关的应用软件，实现对电动机调节控制。

2.在触摸屏上生成组态画面由触摸屏来实现远程控制。

3.采用PROFIBUS-DP总线，通过组态王生成画面由PC机来实现远程控制

二、进度安排及完成时间：

1、（2～4周）接受任务、准备资料、拟定方案，写出开题报告

2、（5周）根据题目要求及已知条件，确定控制方案及所选用的控制器件

3、（6～7周）控制程序的设计

4、（8周）毕业实习，撰写毕业实习报告

5、（9～12周）程序的现场调试

6、（13～14周）相关图纸的设计

7、（15周）完成设计、撰写论文

8、（16周）修改完善论文，准备答辩

用PLC和变频器实现电机的变频调速

摘要：

在本设计任务中，为了实现能源的充分利用和生产的需要，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，采用高功能性v/f控制的通用变频器西门子SIMTICMANGER440，此变频器能很好的解决转速之间的切换和启动问题。

系统中由PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。

基于S7-1200PLC的编程软件step7V13采用模块化的程序设计方法，大量采用功能模块重用，减少软件的开发和维护。

利用组态软件Wince，Protool/Pro良好的人机界面和通信能力和Profibus总线技术，使工程师、操作人员可以在中央控制室的工控机上方便的浏览现场的工业流程、实现变频器的参数设置、故障诊断和电机的启动和停止的控制；同时可以在现场进行电机的启动、停止及增减速等的操作。

关键词：

PLC；变频器；变频调速；组态软件

第1章绪论

1.1概论

科学技术的发展，对于改变社会的生产面貌，推动人类文明向前发展，具有极其重要的意义。

电气自动化技术是多种学科的交叉综合，特别在电力电子、微电子及计算机技术迅速发展的今天，电气自动化技术日新月异。

随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速。

电动机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境，推动技术进步的一种主要手段。

变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高性能、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。

本次设计是以电梯控制技术为背景，针对以前的拖曳电梯的一些缺点，采用现在流行的PLC控制技术、变频调速技术、现场总线技术来实现电梯的各种控制。

在本课题的系统中，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，采用高功能性控制的通用变频器，此变频器的S型加减速功能和转矩提升功能，能很好的解决转速之间的切换和启动问题。

系统中由PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。

基于S7-1200PLC的编程软件采用模块化的程序设计方法，大量采用功能模块重用，减少软件的开发和维护。

利用组态软件良好的人机界面和通信能力及PROFIBUS总线技术，使工程师、操作人员可以在中央控制室的工控机上方便的浏览现场的工业流程、实现变频器的参数设置、故障诊断和电机的启动和停止的控制；同时可以在现场进行电机的启动、停止及增减速等的操作。

1.3.2.1.发展概况

组态的概念最早来自英文configuration，含义是使用软件工具对计算机及其软件的各种资源进行配置，达到使计算机和软件按照预先设置，自动执行特定任务，满足使用者要求的目的。

组态软件是面向监控和数据采集（supervisorscontrolanddataacquisition>SCADA）的软件平台工具。

具有丰富的设置项目，使用方式灵活，功能强大。

组态软件最早出现时，HMI（humanmachineinterface）或MMI（manmachineinterface）是其主要内涵，即主要解决人机界面的问题。

随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通信及联网、开放数据接口、对I/0设备的广泛支持已经成为它的主要内容。

随着时代的发展，组态软件将不断的被赋予新的内容。

组态软件是伴随着计算机技术的突飞猛进发展起来的。

20世纪50年代虽然计算机开始涉足工业过程控制，但由于计算机技术人员缺乏工厂仪表和工业过程的知识，导致计算机工业过程系统在各行业的推广速度比较缓慢。

20世纪70年代初，微处理器的出现，促进了计算机控制技术走向成熟。

首先，微处理器在提高计算能力的基础上，大大降低了计算机的硬件成本，缩小了计算机的体积，很多从事控制仪表和原来一直就从事工业控制计算机的公司先后推出了新型控制系统，其中具有代表性的是美国Honeywell公司于1975年推出的世界上第一套DCS，即TDC-2000。

在随后的20年中，DCS及其计算机控制技术日趋成熟，并得到了广泛应用，市场发展迅速。

但当时的DCS软件是专用和封闭的，且成本居高不下。

80年代中后期，随着个人计算机的普及和开放系统（opensystem）概念的推广，基于个人计算机的监控系统开始进入市场并发展壮大。

基于个人监控系统呈现出智能化、小型化、网络化、PC化的发展趋势，并逐渐形成了各种标准的网络结构、硬件规范。

组态软件在自动化系统的“水平”和“垂直”集成中起着桥梁和纽带的作用，已成为自动化系统中的重要组成部分。

计算机的监控系统开始进入市场，为组态软件提供了发展空间。

目前自动化产品呈现出智能化、小型化、网络化、PC化的发展趋势，并逐渐形成了各种标准的网络结构、硬件规范。

组态软件作为个人计算机监控系统的重要组成部分，比PLC监控的硬件系统具有更为广阔的发展空间。

这是因为，第一，很多DCS和PLC厂家主动公开通信协议，加入“PLC监控”的阵营；第二，由于PLC监控大大降低了系统成本，使得市场空间得以扩大，从无人值守的远程监视（如防盗报警、江河汛情监视、环境监控、电信线路监控、交通管制与监控、矿井报警等）、数据采集与计量（如居民水电气表的自动抄表、铁道信号采集与记录等）、数据分析（如汽车和机车自动测试、机组和设备参数测试、医疗化验仪器设备实时数据采集、虚拟仪器、生产线产品质量抽检等）到过程控制，几乎无处不用。

第三，各类智能仪表、调节器和PLC可与组态软件构筑完整的低成本自动化系统，具有广阔的市场空间。

第四，各类嵌入式系统和现场总线的异军突起，把组态软件推到了自动化系统主力军的位置，组态软件越来越成为工业自动化系统中的灵魂。

1.3.2.2.组态软件的构成

1）以使用软件的工作阶段划分

从总体上讲，组态软件是由系统开发环境和系统运行环境两大部分构成。

系统开发环境它是自动化工程设计工程师为实施其控制方案，在组态软件的支持下进行应用程序的系统生成工作所必须依赖的工作环境。

通过建立一系列用户数据文件，生成最终的图形目标应用系统，供系统环境运行时使用。

系统开发环境由若干个组态程序组成，如图形界面组态程序，数据库组态程序等。

系统运行环境在系统运行环境中，由系统开发环境下生成的各种应用程序无论是图形或者数据库，可以结合现场的数据实时地运行，同时可以各种关联关系也可以得到体现。

系统运行环境由若干个运行程序组成，如图形界面运行程序和实时数据库运行程序等。

自动化工程设计师最先接触的一定是系统开发环境，通过一定工作量的系统组态和调试，最终将目标应用程序在系统运行环境投入实时运行，完成一个工程项目。

2）按照成员构成划分

组态软件因为功能强大，而每个功能相对来说又具有一定的独立性，因此其组成形式是一个集成软件平台，由若干程序组件构成。

组态软件必备的典型组件包括以下部分：

应用程序管理器；

图形界面开发程序；

图形界面运行程序；

实时数据库系统组态程序；

实时数据库系统运行程序；

I/0驱动程序；

组态软件扩展可选组件包括：

通用数据库接口（ODBC接口）组态程序；通用数据库接口组件用来完成组态软件的实时数据库与通用数据库（如oracle，Sybase，FoxPro，DB2，SQL，Server等）。

通用数据库接口（ODBC接口）运行程序。

策略（控制方案）编辑组态程序；它是以PC为中心的实现低成本监控的核心软件，具有很强的逻辑、算术运算能力和丰富的控制算法。

它以工EC-1131-3标准为使用者提供标准的编程环境，共有四种编程方式：

梯形图、结构化编程语言、指令助记符、功能化模块。

实用通信程序组件。

极大的增强了组态软件的功能，可以实现与第三方程序的数据交换。

实用通信组件可以使用以太网、RS485，PSTN等多种通信介质和网络来实现数据的远程访问和传输。

1.3.2.3.组态软件的功能特点

组态软件有以下功能：

与采集、控制设备之间的进行数据交换；

使来自设备的数据与计算机图形界面上的各元素关联起来；

处理数据报错和系统报错；

存储历史数据并支持历史数据的查询；

各类报表的生产和打印输出；

为使用者提供灵活、灵活的组态工具，可以适应不同应用领域的需求；

最终输出的应用系统运行稳定可靠；

具有与第三方程序的接口，方便数据共享。

组态软件的特点：

实时多任务是最大特点。

例如数据采集与输出、数据处理与算法实现、图形显示及人机对话、实时数据的存储、检索管理、实时通信等多个任务要在同一台计算机上同时运行。

程序设计人员在组态软件中只需要填写一些事先设计的表格，再利用图形功能把被控对象（如温度计、电动机、趋势曲线、报表）形象的画出来，通过内部数据连接把被控对象的属性与工/0设备的实时数据进行逻辑连接。

当由组态软件生成的应用系统投入运行后，与被控对象相连的工/0设备数据发生变化会直接带动被控对象的属性变化。

1.3.2.4.SIMATICPROTOOL组态软件性能介绍

SIMATICPROTOOL/ProRuntime即是一种基于用户标准PC的软件，理想用于各种工业领域中机器或小型系统的操控：

通用，灵活，高效，SIMATICPROTOOL/ProRuntime是一种基于先进Windows的可视化软件，为了实现直观、友好的可视化界面，PROTOOL/ProRuntime提供有多种现成图片对象，诸如幻灯片控件、条形图、模拟显示、时钟、开关、状态显示等；通过配方管理，数据记录（相关数据）可以从PROTOOL/Pro站同步传送PLC，反之亦然。

例如机器设置数据或生产参数。

每个配方都可在线管理、保存和编辑大量的数据记录；预组态报警系统可自动采集错误信息和系统状态信息，并使之清晰可视化。

例如：

对于不同的报警状态，可采用不同的颜色或指示灯闪烁。

所有的报警事件随时即可获得并打印。

当前信息可显示故障位置和时间。

根据特定的报警信息，调用支持信息，操作者可以快速排队故障，过程画面（“LoopinAlarm”）可以提供机器或系统的当前状况的详细信息；PROTOOL/Pro可以通过监控PLC内的数据范围产生报警。

如果一个位发生变化，PROTOOL/ProRuntime会随之显示相应的报警信息。

如果与SIMATICS7连接使用，PLC可主动发送报警信号进行可视化（Alarm多），减轻通讯负荷；为了实现质量控制或