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plc

PLC变频调速控制系统设计

学院：

电气与信息工程学院

专业班级：

机电094

学号：

06

学生姓名：

邓昌

指导老师：

黄浪尘

设计周数：

两周

目录 

第一章绪论.........................................................1

第二章课程设计内容.................................................2

2.1设计要求........................................................2

2.2设计任务和目的..................................................2

2.3系统控制要求....................................................2

2.4控制系统的I/O点................................................3

第3章总体设计方案.................................................4

3.1选择机型........................................................4

3.2系统控制结构....................................................4

3.2.1系统主电路图.................................................4

3.2.2系统控制电路图...............................................4

3.2.2系统外围接线图...............................................4

3.3设计步骤........................................................5

3.4系统流程框图....................................................6

第4章硬件部分设计.................................................7

4.1输出规格........................................................7

4.2标度变换........................................................7

4.3变频器参数设置表................................................7

第五章软件部分设计.................................................8

5.1程序的主体......................................................8

5.1.1控制主程序...................................................8

5.1.20-20秒上升子程序...........................。

.................9

5.1.33O-40秒下降子程序...........................................10

5.1.460-65秒下降子程序...........................................10

第六章调试过程和结果..............................................12

6.1调试过程.......................................................12

6.2调试结果.......................................................12

第7章心得体会....................................................13

第8章参考文献....................................................14

第一章绪论

可编程控制器（PLC）是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发出来的，现已广泛应用于工业控制的各个领域。

它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。

如今，PLC在我国各个工业领域中的应用越来越广泛。

在就业竞争日益激烈的今天，掌握PLC设计和应用是从事工业控制研发技术人员必须掌握的一门专业技术。

任何生产机械电气控制系统的设计，都包括两个基本方面：

一个是满足生产机械和工艺的各种控制要求，另一个是满足电气控制系统本身的制造、使用以及维修的需要。

因此，电气控制系统设计包括原理设计和工艺设计两个方面。

前者决定一台设备使用效能和自动化程度，即决定着生产机械设备的先进性、合理性，而后者决定着电气控制设备生产可行性、经济性、外观和维修等方面的性能。

在现代控制设备中，机-电、液-电、气-电配合得越来越密切，虽然生产机械的种类繁多，其电气控制设备也各不相同，但电气控制系统的设计原则和设计方法基本相同。

在最大限度满足生产设备和生产工艺对电气控制系统要求的前提下，力求运行安全、可靠，动作准确，结果简单、经济，电动机及电气元件选用合理，操作、安装、调试和维修方便。

要完成好电气控制系统的设计系统，除要求我们掌握必要的电气设计基础知识外，还要求我们必须经过反复实践，深入生产现场，将我们所学的理论知识和积累的经验技术应用到设计中来。

本次课程设计正是本着这一目的而着手实施的实践性环节，它是一项初步的模拟工程训练。

通过这次课程设计，我感到更深地了解一般电气控制系统的设计要求、设计内容和设计方法。

第二章课程设计内容

2.1设计要求

1.确定控制方案，PLC型号选取和PLC模拟量的选取。

2.电机能够正反转，电机输出功率4.6-6.0千瓦，调速范围：

0—4000r/min。

3.画出硬件接线图，程序框图及编程及变频器各参数的设计。

2.2设计任务和目的

1.了解PLC控制变频调速系统。

2.了解S7-200系列CPU加MM440变频器参数设置。

3.了解电气控制系统设计的基本原则、内容与一般步骤。

4.掌握PLC控制变频调速系统调试基本过程及方法。

2.3系统控制要求

1.变频调速器受0~10V输入电压控制；

0V输出频率为0HZ，对应同步转速为0r/min；

10V输出频率为100HZ，对应同步转速为4000r/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。

n

4000

0102030t

图2.3转速与时间的函数关系

2.4控制系统的I/0点

图2.4控制系统I/0分配图

第三章总体设计方案

本次设计是实现控制变频调速系统，选用PLC和变频器的组合可完成数字量的输入，实现模拟量和数字量的输出控制。

可以通过对频率的调节来实现对速度的控制，使得速度变化更加平滑和实现精确调速。

3.1选择机型

本次设计采用西门子S7-200系列PLC进行控制，从以上分析可以知道，该系统只需开关量输入点2个，模拟量输出点1个。

参照西门子S7-200产品目录及市场实际价格，选用主机为CPU224XP（2个模拟量输入，1个模拟量输出），本系统变频器采用西门子MM440通用变频器。

3.2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。

3.2.1系统主电路图

图3.3.1系统主电路图

3.2.2系统控制电路图

图3.3.2系统控制电路图

3.2.3系统外围接线图

图3.2.3外围接线图

3.3设计步骤

（1）使用PLC的两个输入点I0.0和I0.1分别作为系统的启动和停止信号的输入点；

（2）使用PLC的一个模拟量输出点AQWO作为使电机正转启动的输出信号，接到MM440变频器的AIN1+，AIN1-端子上；

（3）调节变频器使其输出频率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。

3.4系统流程框图

I0.0

图4.5系统流程框图

第四章硬件部分设计

4.1输出规格

图4..1输出规格图

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.

4.2标度变换

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

4.3变频器参数设置表

图4.3变频器参数设置图

第五章软件部分设计

系统的软件设计是根据系统给定的时间函数运行的，所以软件的设计主要是以时间原则来设计。

5.1程序的主体

（1）控制主程序

（2）0-20秒上升子程序

（3）30-40秒下降子程序

（4）60-65秒下降子程序

5.1.1控制主程序

LDI0.0

ANI0.1

OM0.0

=M0.0

Network2

LDM0.0

ANT37

TONT37,650

Network3

LDM0.0

AW<=T37,200

CALLSBR_0:

SBR0

Network4

LDW>=T37,200

AW<=T37,300

MOVW24000,AQW0

Network5

LDW>=T37,300

AW<=T37,400

CALLSBR_1:

SBR1

Network6

LDW>=T37,400

AW<=T37,600

MOVW8000,AQW0

Network7

LDW>=T37,600

AW<=T37,650

CALLSBR_2:

SBR2

5.1.20-20秒上升子程序

LDSM0.0

ANT96

TONT32,5

RC3,1

Network2

LDT32

=M0.1

TONT96,5

Network3

LDM0.1

LDC1

CTUC1,2000

Network4

LDSM0.0

MOVD12,VD70

DTRVD70,VD70

Network5

LDSM0.0

ITDC1,VD60

DTRVD60,VD60

MOVRVD60,VD80

*RVD70,VD80

ROUNDVD80,VD80

Network6

LDSM0.0

DTIVD80,VW90

MOVWVW90,AQW0

5.1.330-40秒子下降程序

LDSM0.0

ANT96

TONT32,5

RC1,1

Network2

LDT32

=M0.2

TONT96,5

Network3

LDM0.2

LDC2

CTUC2,1000

Network4

LDSM0.0

MOVD16,VD20

DTRVD20,VD20

Network5

LDSM0.0

ITDC2,VD10

DTRVD10,VD10

MOVRVD10,VD30

*RVD20,VD30

Network6

LDSM0.0

MOVD24000,VD50

DTRVD50,VD50

*R-1.0,VD30

+RVD50,VD30

ROUNDVD30,VD30

Network7

LDSM0.0

DTIVD30,VW40

MOVWVW40,AQW0

5.1.460-65秒下降子程序

LDSM0.0

ANT96

TONT32,5

RC2,1

Network2

LDT32

=M0.3

TONT96,5

Network3

LDM0.3

LDC3

CTUC3,500

Network4

LDSM0.0

MOVD16,VD120

DTRVD120,VD120

Network5

LDSM0.0

ITDC3,VD110

DTRVD110,VD110

MOVRVD110,VD130

*RVD120,VD130

Network6

LDSM0.0

MOVD8000,VD150

DTRVD150,VD150

*R-1.0,VD130

+RVD150,VD130

ROUNDVD130,VD130

Network7

LDSM0.0

DTIVD130,VW140

MOVWVW140,AQW0

第六章调试过程及结果

6.1调试过程

1.先将PLC程序传入S7-200PLC中，只连接启动与停止开关，先不与变频器相连接，以免输出电压不正确导致变频器出错。

2.按下启动按钮，然后用万用表测模拟量I/0模块的两点间的电压，看是否按照规定曲线运行，如果运行正确则证明PLC部分调试成功。

3.连接PLC的输出点与变频器的输入点，并且调试好变频器的参数设置。

4.最后打开启动按钮，电机正常运行，并且按照给定的时间函数循环运行。

显示的最大频率是75HZ。

6.2调试结果

系统按照给定的时间函数连续循环运行，如图所示，由此说明系统设计合理可靠，此设计完全符合设计要求。

第七章心得体会

通过本次课程设计，对S7-200系列PLC的特点有了更深的理解。

利用了S7-200系列PLC的特点，对按钮、开关等输入/输出，模拟量输入/输出进行控制，实现了变频器在控制作用下的变频调速。

在本次课程设计的实践环节中，我更深刻地理解和掌握了电器控制及可编程控制器（PLC）的理论知识和动手技能。

参阅了大量的电器控制及可编程控制器（PLC）系统设计的书籍资料，查询了大量的图表、程序和数据，使得课程设计的方案和数据更为翔实和准确，力求科学严谨，使本次以变频器为主题的课程设计精益求精。

经历第一周的查阅资料，让我了解了更多关于西门子S7-200和变频器方面的资料，让我了解了大概的选型和注意事项，第二周开始自己动手做，参照一些编程试着去编一个程序，资料上查到的是欧姆龙或者是三菱的编程语句，但是通过他们的编程思路，我们可以借鉴到自己的S7-200程序中，编程序的过程中遇到了很多问题，通过不断的问同学，反复的思考，调试，终于编出了调用子程序来达到控制的目的，此次课程设计让我收获颇多，在这个课程设计的过程中，既让我与同学加深了沟通，又让我学到关于西门子的一些知识，我知道这知识很少的一点，但我会在以后的学习中了解更多。

由于本人资历有限，可能还有一些没有注意到的问题，还请老师赐教，深表感谢！

第八章参考文献

[1]徐德.孙同景．可编程控制器PLC应用技术[M]．济南.山东科学技术出版

[2]廖常初编著．PLC编程及应用[M]．北京.机械工业出版社，2O04．

[3]谢克明等主编．可编程控制器原理与程序设计[M]．电子工业出版社.2002．8．28—29