PLC与变频器控制电机多段速.docx
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PLC与变频器控制电机多段速
成绩
电气工程系统设计报告书
题目基于PLC、变频器控制电机的多段速
院部名称机电工程学院
专业电气工程及其自动化
班级11电气
（一）班
组长姓名周颖
同组学生静洪润娜
设计地点工科楼
设计学时2周
指导教师旭明等
金陵科技学院教务处制
一、设计任务和要求…………………………………………………1
二、设计思路…………………………………………………………1
三、系统硬件设计……………………………………………………1
3.1PLC………………………………………………………………1
3.2变频器……………………………………………………………3
3.3I/O接线图设计…………………………………………………9
四、系统软件设计……………………………………………………10
4.1系统流程图……………………………………………………10
4.2程序编制步骤…………………………………………………10
五、调试过程与结果………………………………………………14
六、总结与体会……………………………………………………14
七、参考资料…………………………………………………………14
八、附录………………………………………………………………15
一、设计任务和要求
电气工程系统设计是考察学生利用大学学过的专业知识，进行综合的系统方案设计并最终完成系统硬件连接和软件调试，能够使学生对电气工程与自动化的专业知识进行综合应用，培养学生的自主学习能力、工程实践能力、创新能力和团队协作能力，撰写一篇符合规的设计说明书或技术总结报告文档，并参加答辩，为后续的毕业设计奠定基础。
要求完成的工作量包括：
1）搭建所设计的系统硬件电路，完成系统调试，实现设计功能，并在验收现场演示运行效果。
2）设计结束，对设计成果进行五分钟PPT汇报，并参与答辩。
3）设计结束，上交开题报告书及技术报告等相关设计材料。
二、设计思路
本系统主要由控制信号、控制台、PLC、变频器、三相电动机组成，由图可知，本文通过PLC控制变频器达到变频调速的目的，从而实现交流电机的正转、起停、加速、减速控制以及速度的调节，并且能够在在控制台上进行操作，控制电机调速。
用PLC、变频器设计一个电动机的七速运行的控制系统。
其控制要求如下：
按下起动按钮，电动机以15Hz速度正传，按下功能2速键后转为20Hz速度运行，按下功能3速键转为35Hz速度运行，按下4速键转为40Hz速度运行，按下5速键变为55Hz速度运行，按下6速键变为60Hz速度运行，按下7速键以频率为75Hz速度运行，也可进行减速调节，按停止按钮，电动机即停止。
三、系统硬件设计
3.1PLC
基本结构：
本次实践采用的PLC型号为FX3U—64M。
可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：
电源、CPU运算和控制中心、存储器、输入输出接口电路、编程器。
◆电源电压：
AC100~240V
◆电源电压允许围：
AC85~264V
◆额定频率：
50/60Hz
◆允许瞬时停电时间：
对l0ms以下的瞬时停电会继续运行。
电源电压为AC200V的系统时，可以通过用户程序，可在10~100ms之间更改。
◆电源保险丝：
250V3.15A
◆冲击电流：
最大30A 5ms以下/AC100V,最大65A 5ms以下/AC200V
◆消耗功率：
45W
◆DC24V供给电源：
600mA以下
◆DC5V置电源：
500mA以下
◆输入形式：
漏型/源型
◆输入点数：
32
◆输入的连接方式：
拆装式端子排（M3螺丝）
◆输入信号电压：
AC电源型：
DC24V±10% DC电源型：
DC16.8~28.8V
◆输入阻抗:
X000~X005（3.9KΩ）X006~X007（3.3KΩ）
◆输入信号电流：
X000~X005（6mA/DC24V）X006~X007（7mA/DC24V）
◆ON输入感应电流：
X000~X005（3.5mA以上）X006~X007（4.5mA以上）
◆OFF输入感应电流：
1.5mA以下
◆输入信号形式：
无电压触点输入
漏型输入时：
NPN开集电极型晶体管
源型输入时：
PNP开集电极型晶体管
◆输入回路隔离：
光耦隔离
◆输入动作的显示：
光耦驱动时面板上的LED灯亮
◆输入回路结构图
◆输出种类：
继电器
◆输出点数：
32
◆输出的连接方式：
固定式端子排（M3螺丝）拆装式端子排（M3螺丝）
◆外部电源：
AC240V以下
◆最大电阻负载：
2A/1点
每个公共端的合计负载电流如下:
·输出1点/1个公共端：
2A以下
·输出4点/1个公共端：
8A以下
·输出8点/1个公共端：
8A以下
◆最大感性负载：
80VA
◆最小负载：
DC5V2mA
◆开路漏电流：
无
◆输出响应时间：
约10mS
◆回路隔离：
机械隔离
◆输出动作的显示：
继电器线圈通电时面板上的LED灯亮
◆输出回路结构图
3.2变频器
本次实践采用的变频器型号为FR-A700。
将电网电压提供的恒压恒频转换成电压和频率都可以通过控制改变的转换器，使电动机可以在变频电压的电源驱动下发挥更好的工作性能。
3.2.1变频器与PLC的接法
RH
RM
RL
频率
0
0
1
H1
0
1
0
H2
0
1
1
H3
1
0
0
H4
1
0
1
H5
1
1
0
H6
1
1
1
H7
当然上图只是PLC与变频器的原理接线图，仅仅是对频率改变的接线图，在具体的实践上端子STR（反转）、STF（正转）要与PLC的输出端相连。
我们的实验中不需要电机反转，所以多接了STF。
通过对RL、RM、RH置数，可以得到23=8，除去“0、0、0”的可能性，一共有七种频率，这就是我们要实现的七段速。
3.2.2变频器与电机的接法
三相电机和变频器都是380V供电，对于平常觉得220V都是高压的我们来说，380更是高压中的高压，所以我们要小心小心再小心。
可是小心太过就会出现小错误，接线时没有拔掉插头（380V啊，没拔掉也是蛮拼的），只把空气开关断掉了，由于线头问题，导致空气开关短路，火花好吓人，这个教训我是吸取了，下次一定要把电源断了！
3.2.3变频器的端子介绍
3.2.4变频器的简单参数设定
实验中刚开始我们只设定了参数4、5、6的数值，可是执行时却只有显示低速的频率即15Hz，电机一直以这个频率转动，不管按哪个按钮都不变，一直在试着调节参数，可是还是不行，没办法只能请教老师。
老师过来后首先就问了我们对哪些参数设定了，我们只能把真实情况如实反映，老师翻出他的小册子，上面记载了他的经验积累（让我受益匪浅啊~），他问参数24~27有没有设定，我们当然没有，立即设定变频器，把需要用的数值设定好后，给PLC上电后，按下启动，再按下第二键的时候，奇迹发生了，我们需要的都实现了！
好开心！
所以我们又有了新的技能，get。
3.2.5变更参数设定值
按照上面的步骤就可以设置自己想要的数值
3.3I/O接线图设计
3.3.1I/O输入输出接线图
3.3.2I/O输入输出分配表
输入变量
输出变量
信号名称
备注
X0
Y4、Y5
低速正转
按钮
X1
Y6
2速
按钮
X2
Y5、Y6
3速
按钮
X3
Y7
4速
按钮
X4
Y5、Y7
5速
按钮
X5
Y6、Y7
6速
按钮
X6
Y5、Y6、Y7
7速
按钮
X7
停止
按钮
四、系统软件设计
4.1系统流程图。
4.2程序编制步骤。
1设计原则
1）最大限度的满足电机、变频器、PLC的控制要求；
2）在满足控制要求的情况下，力求使控制系统简单、经济；
3）保证控制系统的安全可靠；
4）考虑到变频调速的改进，在选择PLC容量时，应当留有余地。
2设计容
1）拟定控制系统设计的技术要求；
2）选择电动机执行元件；
3）选定PLC型号：
FX3U-64M；
4）编制PLC的输入/输出端子接线图；
5）根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后在用相应的编程语言进行程序设计,三菱的选用GX-Works2进行编程；
6）设计开关按钮盒、端子排等非标准电器元件；
7）编写设计说明书和使用说明书。
3设计步骤
1）分析被控对象并提出控制要求
详细分析被控对象电机的工作特点，了解被控对象机、电之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。
2）确定输入/输出设备
根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备：
按纽、转换开关，输出设备：
接触器、电机、变频器，从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。
3）选择PLC
PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择。
4）分配I/O点并设计PLC外围硬件线路
分配I/O点：
画出PLC的I/O点与输入/输出设备的连接图或对应关系表。
PLC外围硬件线路：
画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。
由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。
到此为止系统的硬件电气线路已经确定。
5）程序设计
程序设计：
1）控制程序；2）初始化程序；3）检测、故障诊断和显示等程序；6）保护和连锁程序。
6）硬件实施
设计PLC、按钮、电机、热继电器等部分的电器布置图及安装接线图；
设计系统各部分之间的电气互连图；
根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。
由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此PLC控制系统的设计周期可大大缩短。
7）联机调试
联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。
联机调试过程应循序渐进，从PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。
如不符合要求，则对硬件和程序作调整。
通常只需修改部份程序即可。
全部调试完毕后，交付试运行。
经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。
梯形图程序设计：
按下起动按钮，输入X0，电机以低速正转，同时输出Y4和Y5。
按下2速按钮，输入X1，其他调速按钮均无信号输入，电机以中速正转，输出Y6。
按下3速按钮，输入X2，其他调速按钮均无信号输入，电机转速得到叠加，输出Y5和Y6。
按下4速按钮，输入X3，其他调速按钮均无信号输入，电机以高速正转，输出Y7。
按下5速按钮，输入X4，其他调速按钮均无信号输入，电机转速得到叠加，输出Y5和Y7。
按下6速按钮，输入X5，其他调速按钮均无信号输入，电机转速得到叠加，输出Y6和Y7。
按下7速按钮，输入X6，其他调速按钮均无信号输入，电机转速得到叠加，输出Y5和Y6和Y7。
五、调试过程与结果
运用GXWorks2（三菱系列PLC编程软件）编写的梯形图程序，编译无错误后将程序导入到PLC中。
程序编写完后首先要根据PLC的类型在对其类型进行修改，如：
FX3U，这是我们使用的型号；其次要确定PLC
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