传送带控制系统的设计.docx
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传送带控制系统的设计
传送带控制系统的设计
摘要
本次课题主要介绍了本人与本组同学在张老师的指导下研究和设计基于可编程控制器的变频调速系统的若干成果，在本次的设计中，我们的设计系统主要由PLC、变频器、触摸屏、电动机等几部分组成。
经过此次设计，一起讨论研究，使我对所有器件有了新的认识，尤其对PLC有了更多的了解：
PLC是能进行行逻辑运算，顺序运算，计时，计数，和算术运算等操作指令，并能通过数字式或模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程的工业计算机。
首先我们查阅各个器件的资料，先对其有个明确的认识，然后通过张老师的指点明白了整个系统的大概工作原理框图后，通过学习资料与老师指点将硬件设备连接成功。
接着通过学习GXdeveloper编程软件将所用设备用程序将其连在一起，然后在实验室调试和外部线路的连接最终完成项目的全部工作，并制作成功样机一台。
对于这次的设计，与以前的相比，相差甚大，本次设计更具有价值，每一点成果都是们查阅资料，一起研究，和老师指导，完成的。
本文综合应用电子学与机械学知识去解决基于可编程控制器的变频调速系统，本次设计选用三相异步交流电机，而PLC和交流电机无论在工业还是生活中都是应用最广，因此本次设计具有相当的实用价值。
关键词：
PLC、变频器、触摸屏、GXdeveloper
前言
本次课题来源于生活实际，它因工作效率高，所以在现在的自动化生产线上应用十分广泛。
本次课题工作的过程为，我们在触摸屏上输入电机所要运行的频率，然后在触摸屏上按下启动钮，经过PLC跟变频器通信后，变频器按设定的频率运行，在触摸屏上按下停止钮，变频器停止运行。
以前它们通过继电器来调换三相电中的任意两相电顺序，来实现电机的正反转；通过串电阻的方式进行调速，这些方式不仅麻烦，而且占用空间、具有局限性，并且不能实现软启动，对电机损大，缩短使用寿命等等
本次课题我们运用触摸屏、PLC、变频器、RS-485通信等技术，通过触摸屏给PLC相应信息，PLC再根据触摸屏给的信息通过485通信发送给变频器，变频器根据接收的信息进行执行。
这样我们就实现了一个自动化控制。
第一章传送带控制系统的设计
4.1本次课题的控制要求及总体设计方案
此次课题为《传送带控制系统设计》，利用485通信，将PLC与变频器连接起来进行通信，由变频器控制电动机正反转和变速运行的一个自动控制系统，由触摸屏给出运行频率、起动信号、停止信号。
在控制系统中我们设有紧急停止，当有一些紧急情况发生时，我们可以按下停止按钮，实现紧急停止。
PLC控制系统的设计流程图
设计器材的选择
Plc的选择
（1）根据I/O数
由于本次设计我们采用的是通信模式，所以I/O口不需要，但为了以后考虑我们还是选择了I/O数目少的16点的。
（2）可靠性
PLC产品的可靠性与设计、器件、制造工艺相关系，同时也与用户的使用环境和习惯有关系，本次课题对PLC的要求不是太大，普通就行。
（3）价格
价格跟PLC的点数、内存等一些因素有关。
（4）习惯
因为各家PLC的编程习惯均有不同，因为我们学的就是日本三菱的，所以习惯上更偏向于日系品牌，但日系编程习惯并不是最好的，认真学习PLC厂商提供的手册是加快了解和学习一种新PLC的关键。
综合以上我们选择三菱FR2N-16MR。
电机的选择
1）由于我们需要变频器调速的电动机为三相异步，所以我们电动机为Y系列。
2）由于我们电动机带动的是传送带，所以我们选择封闭式的电动机。
3）功率的选择
这次我们的毕业设计要求的是牵引力为：
3KN，速度：
1.2m/s。
根据P=F·V
=3000×1.2W
=3600W
按电动机的输出功率为90%，那么：
P（总）=3600÷90%W=4000W=4KW
故电动机的功率为4KW
综上我们选择的电动机为Y-112M-4\
变频器的选择
本次课题所需器材及相应软件
名称
型号
数量
作用
计算机
华硕N82J
1台
装软件，制作画面
触摸屏
F94*GOT（320×240）
1台
给PLC信号
PLC
三菱Fx2N-16MR
1台
作为控制器
变频器
三菱F540
2台
作为执行器
三相异步电动机
Y112M-4
1台
作为执行器
按钮
1个
紧急停止
485通信板
1个
PLC跟变频器通行
第二章程序的设计及组态
2.1PLC的相应设计
PLC和变频器通讯可分为三个阶段：
变频器的通讯请求阶段、变频器对收到数据的响应阶段和PLC根据变频器返回数据的响应阶段。
在每个阶段，数据指令代码和应答数据的不同，通许数据格式不一样。
要求电动机的运转，常用指令代码为HED（运行频率的写入）、H6F（输出频PLC和变频器通讯可分为三个阶段：
变频器的通讯请求阶段，变频器对收到的数据响应阶率）和HEA（电动机运转指令），PLC和变频器通信时，使用十六进制数，数据在它们之间自动使用ASC码传输。
程序中RS指令用于FX系列PLC，实现PLC与外围设备见的数据传送额接收。
三菱变频器通信采用总和和校验，它是被校验的ASC数据的总和的最低一个字节（8位）
表示的2个ASC数字（十六进制）。
频率写入变频器后，但是电动机不能够运转，如要求电动机，必须向变频器写入一个运行指令，该指令能实现该电动机的正、反转和停止。
独处变频器频率的指令代码为“6F”
此次课题我们选用的PLC需要跟变频器进行通信，程序相应如下：
PLC通讯运行程序设计流程如下图5：
PLC通讯流程图
要实现PLC对变频器的通讯控制，必须对PLC进行编程；通过程序实现PLC对变频器的各种运行控制和数据的采集。
PLC程序首先应完成FX2N-485BD通讯适配器的初始化、控制命令字的组合、代码转换和变频器应答数据的处理工作。
PLC通讯运行程序设计流程下图
三菱FXZNPLC的主要特点：
1一个程序包的单元型可编程序控制器7利用键盘保护程序（编程手册、外围设
2采用装卸式端子台备手册）
3内装PUN/STOP开关8元件注解
4程序存储器9用SFC表现的编程
5钟表功能10简便的应用指令库
6PUN写入11高速处理
2.2触摸屏画面的组态
触摸屏设计
触摸屏是控制与监控系统的装置。
第一个界面用元件里面的、位状态切换开关，设置数字量输入开关：
设备类型LB、设备地址0、后面每个设置的都要不同，输出地址：
设备类型X、设备地址010、（与程序中的开关对应），开关类型：
复归型开关、图形自选，标签：
600，易懂（打上所对应的数字量）状态号0，创建三个，在用功能键设制一个结束键和进入下一页的键（功能键属性：
切换基本窗口，窗口编号11）到下一页。
第二个界面用元件里的位状态开关，设置，正转开关X003、反转开关X004和停止开关XOO7。
在用元件里的位状态指示灯元件设置两个指示灯显示（监视）状态。
（正转）读取设备地址：
设备类型Y，设备地址0，功能选择：
闪烁状态为0图形、频率1。
（反转）读取设备地址：
设备类型Y，设备地址0，功能选择：
闪烁状态为0频率1。
在用功能键设置一个返回键和进入下一页的键和返回主页的键。
触摸屏人机界面是在操作人员和机器设备之间双向沟通的桥梁，用户可以自由的组合文字，按钮，图形，数字等来处理或监控管理及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕。
随着机械设备的飞速发展，以往的操作界面需要由熟练的操作人员才能操作，而且操作困难，无法提高工作效率。
但是使用人机界面能够明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变得简单生动，并且可以减少操作上的失误，即使是新手也可以很轻松的操作整个机器设备。
使用人机界面还可以使机器的配线标准化，简单化，同时也能减少PLC控制所需的I/O点数，降低生产成本同时由面板控制的小型化及高性能，相对提高了整套设备的附加价值。
为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。
工作时，我们必须首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。
触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。
第三章调试与运行
3.1系统硬件组成和连接
系统硬件组成如图1所示，主要由下列组件构成；
如图1系统硬件组成
如图2变频器之间的通讯
3.1.1组网方式
三菱变频器A500/E500/F500系列都可以采取组网方式进行通信。
方式一为单主机多从机方式（如图3.3所示），方式二为单主机单从机方式。
主机可以选用个人计算机、可编程控制器、DCS；从机则指的是变频器。
FX2N-16MR为系统的核心组成。
2、FX2N-16MR为FX2N系统PLC的通讯适配器，主要用于PLC和变频器之间的数据的发送和接收。
3、RS-422电缆用于PLC和计算机RS-232之间的数据传送。
4、通讯电缆采用五芯电缆自行制作。
下文介绍通讯电缆的制作方法和连接方式：
变频器端的PU接口用于RS485通讯时的接口端子排定义如下图3所示：
（从变频器下面看
如图3.3三菱变频器FRS540的PU端
3.1.2通信接口
通信接口一般包含接口方式、数据格式和波特率三种。
三菱变频器的接口方式为RS485接口，且为异步半双工。
数据格式根校验方式的不同可以分为无校验、奇校验和偶校验3种，波特率可以包括300-38400b/s之间的一种。
3.1.3功能定义
通过通信可以监视变频器的内容包括一下几方面。
1）监视从机运行状态。
从机的运行参数：
当前运行频率、输出电压、输出电流、无单位显示量（运行转速）、模拟闭环反馈、速度闭环反馈、输出转矩等。
从机运行设定参数：
当前设定频率、设定转速、设定线速度、模拟等闭环设定、速度闭环设定、供水变频器的压力设定等。
从机运行状态：
I/O状态、当前运行状态、报警状态等。
2）控制从机运行，包括开机、停机、点动、故障复位、自由停车、紧急停车、设置当前运行频率给定值等。
3）读取从机的功能码参数值。
4）设置从机的功能码参数值。
5）系统配置和查询命令。
配置从机当前运行设置、查询从机设备系列类型、输入并验证用户密码。
3.1.4通信规格
通信规格通信方式遵循下表所示的规定。
三菱变频器通.符合的标准RS485可连接的变频器数量1~N（最多32台变频器）通信速率可选择19200b/s、9600b/s和4800b/s控制协议异步通信方式半双工通信规格字符方式ASCII（7位/8位）可选停止位长可在1位和2位之间选择结束CR/LF（有/没有）可选校验方式奇偶校验可选择有（奇或偶）或无总和校验有等待时间设定在有和无之间选择
频器之间的485通讯协议和数据定义
PLC和变频器之间进行通讯，通讯规格必须在变频器的初始化中设定，如果没有进行设定或有一个错误的设定，数据将不能进行通讯。
且每次参数设定后，需复位变频器。
确保参数的设定生效。
设定好参数后将按如下协议进行数据通讯。
（如图45）
如图4变频器之间的通讯
图5：
RS485通讯协议图
1从PLC到变频器的通讯请求数据
2数据写入时从变频器到PLC的应答数据
3读出数据时从变频器到PLC的应答数据
4读出数据时从PLC到变频器发送数据
通讯数据定义如下：
1控制代码
2通讯数据类型
所有指令代码和数据均以ASCII码（十六进制）发送和接收。
例如：
（频率和参数）依照相应的指令代码确定数据的定义和设定范围
3.2三菱FX系列PLC与三菱变频5通信参数设置
3.2.1三菱变频器的设置
PLC和变频器之间进行通信。
通信规格必须在变频器的初始化中设定，如果没有进行初始化设定或有一个错误的设定，数据将不能进行传输。
注：
每次参数初始化设定完成以后，需要复位变频器。
如果改变与通信相关的参数后，变频器没有复位，通信将不能进行。
参数号
名称
设定值
说明
Pr117
站号
0
设定频率站号为0
Pr118
通信速率
96
设定波特频率为9600b/s
Pr119
停止位长/数据位长
11
设定停止位2位，数据位7位
Pr120
奇偶校验有/无
2
设定为偶校验
Pr121
通信再试次数
9999
即使发生通信错误，变频器也不停止
Pr122
通信效验时间间隔
9999
通信校验终止
Pr123
等待时间设定
9999
用通信数据设定
Pr124
CR、LF有/无选择
0
选择CR、LF
对于122号参数一定要设成9999，否则当通信结束以后且通信校验互锁时间到时变频器会产生报警并停止（E.PUE）
对于79号参数要设成1，即PU操作模式
注：
以上参数设置适用于A500、E500、F500、F700系列变频器
当在F500、F700系列变频器上要设定上述通信参数，首先要将Pr160设成0.对于S500系列变频器（带R）的相关参数设置如下
本次变频器需要与PLC进行通信，相应参数如下：
参数号
名称
设定值
说明
n1
站号
0
设定变频器站号为0
n2
通信速率
96
设定波特率为9600b/s
n3
停止位长/数据位长
11
设定停止位2位，数据位7位
n4
奇偶检验有/无
2
设定为偶校验
n5
通信再试次数
-
即使发生通信错误，变频器也不停止工作
n6
通行校验时间间隔
-
通信校验终止
n7
等待时间设定
-
用通信数据设定
n8
运行指令权
0
指令权在计算机
n9
速度指令权
0
指令权在计算机
n10
联网启动模式选择
1
用计算机联网运行模式启动
n11
CR，LF有/无选择
0
选择无CR，LF
Pr79
运行模式
0
面板/外部模式
对于79设置成0即可。
注意：
当在S500系列变频器上要设定上述通信参数，首先要将Pr30设置成1.
3.2.2三菱PLC的设置
三菱FX系列PIC在进行计算机连接（专用协议）和无协议指令（RS指令）时均需要通信格式（D8120）进行设定。
其中包含有波特率、数据长度、奇偶校验、停止位和协议格式等。
在修改了D8120的设置后，确保关掉PLC的电源，然后打开。
在这里对D8120进行设置如下：
RS485
b15b0
0000110010001110
0C8E
即数据长度为7位，偶校验位，2位停止位，波特率为9600b/s，无标题符和终算符，没有添加和校验码，采用无协议通信（RS485）
3.23变频器的工作原理及其结构
频器是指可以用于改变电源频率，同时也能改变电源电压的电能转换的装置。
它是由电力电子器件（例如整流模块、IGBT）、电子器件（集成电路、开关电源、电阻、电容器等）和微处理器等组成。
变频器使用时串联接在输出端（R、S、T）和电动机输出端（U、V、W）之间，通常变频器的功率范围为0.75-500KW（大于此功率值建议选用中压电动机及中压变频器）。
交流电动机调速控制变频器的最早形式是用旋转发电机组作为可变频率的电源，供给交流发电机。
随着
3.3.3系统的运行结果
操作指令
指令代码数据内容
正转
FAH0046
反转
FAH0041
停止
FAH0030
频率写入
EDH0030
频率输出
6FH0030
第四章总结
我们的在学生生涯即将结束，在这三年中我荒废了许多的宝贵时间，但我在第三年长大了，在这一学年中努力学习本专业的知识，今年也是实用东西收获最多的时候，在即将毕业能分到张池老师这组，参加这次毕业设计，真的幸运。
这与我想要得到实用技术的渴望，不谋而合，本次毕业设计是以可编程控制器的为主的内容：
运用PLC、变频器、触摸屏，对传送带控制系统的设计
本次设计是要能够实现：
在触摸屏中发出一个指令，传送到PLC的器中，PLC在传送变频器，通过变频器控制电动机的旋转。
通过触摸屏对系统进行控制与监控。
通过本次设计学习，我学会可编程控制器变频调速的软件编程设计与设备的连接，和对所有器件有了更深的了解。
设计所应用到的知识和器件，与我的专业很对口，对我们机电专业的学生来说，为将来在PLC设计的发展中有了很好的铺垫。
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