基于變頻器的多速系統(tǒng)設(shè)計

目錄目 錄摘 要IABSTRACTII第一章 緒 論11.1課題研究的背景及意義11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12.3 本課題研究的主要內(nèi)容3第二章 系統(tǒng)的功能設(shè)計和總體思路52.1系統(tǒng)功能設(shè)計分析52.2設(shè)計要求52.3 設(shè)計思路6第三章 變頻器設(shè)計73.1變頻器的工作原理73.2變頻器的綜合技術(shù)特性73.3英威騰變頻器的面板簡介8第四章 控制設(shè)計114.1變頻器硬件說明114.2變頻器參數(shù)設(shè)置124.3變頻器多段速設(shè)計134.4 PLC程序編程14第五章 實驗調(diào)試和數(shù)據(jù)分析185.1程序調(diào)試、分析185.2運行結(jié)果20第六章 總結(jié)和體會22附錄1：變頻器控制回路接線圖23附錄2：硬件連接圖242.1變頻器外部接線圖242.1 PLC外部接線圖25附錄3：PLC梯形圖26參考文獻(xiàn)28 摘要基于變頻器的多速系統(tǒng)設(shè)計摘 要 隨著工業(yè)自動化控制技術(shù)以及電氣技術(shù)的發(fā)展，變頻技術(shù)在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 本次設(shè)計的主要任務(wù)是實現(xiàn)變頻器多段速的PLC控制。通過PLC的給定數(shù)據(jù)調(diào)整PLC的輸出控制，完成變頻器的給定輸入，最終實現(xiàn)變頻器的多段速輸出。關(guān)鍵詞 ：變頻器 變頻調(diào)速 PLCI AbstractDesign of multi-speed system based on inverter.ABSTRACT With the development of industrial automation control technology and electrical technology, converter technique has been widely used in industrial automation control system. The main task of this design is to realize the PLC control of frequency  converter. The output control of PLC is adjusted by the given data of PLC, and the given input  of frequency converter is completed, and the multi-segment speed output of the converter is realized. Key words: Variable-frequency Drive Frequency control PLCII 第一章 緒論第一章 緒 論1.1課題研究的背景及意義近年來，計算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展下，各行各業(yè)的生產(chǎn)力都得到了巨大的提高，其中的提高不得不歸功于PLC和變頻調(diào)速技術(shù)的作用。PLC強大的運算速度，完善而強大的功能，方便迅捷的編程，和較高的抗干擾性，使得對需要進(jìn)行現(xiàn)場采集的設(shè)備更好的控制。其中的組態(tài)軟件技術(shù)可以幫助用戶在電腦端定制出特定功能的控制界面，利用PLC實現(xiàn)更加方便的設(shè)備控制。由于各行業(yè)對降低勞動力、提高生產(chǎn)工藝，減少生產(chǎn)成本的要求越來越高，生產(chǎn)設(shè)備以及自動化系統(tǒng)往往扮演著重要的角色。由于閉環(huán)控制實現(xiàn)的變頻節(jié)能系統(tǒng)有廣泛的用途，它可以實現(xiàn)通過消除偏差來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。目前通過PLC控制變頻器，而變頻器控制各種設(shè)備的多層控制方式的應(yīng)用隨處可見。目前另一種常見的方法是利用模擬信號來控制變頻器，但在傳輸?shù)倪^程中，由于模擬量的信號比較低，它的抗干擾能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性都不太強，不能應(yīng)用于對精度要求較高的系統(tǒng)中。而采用通信方式作為一種純數(shù)字化的傳輸，是可以完成精確對變頻器的精確控制的，再配合上FVC變頻電機(jī)，整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力都很強大，并且PLC的操作系統(tǒng)簡單便捷，功能完善，可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的閉環(huán)控制，因而PLC與變頻器的控制系統(tǒng)越來越多的被應(yīng)用到了各個行業(yè)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1PLC的國內(nèi)外現(xiàn)狀隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，PLC技術(shù)及其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)都在不斷改進(jìn)，功能日益強大，性價比越來越高。（1） 生產(chǎn)規(guī)模雙向發(fā)展。微型方面正致力發(fā)展反應(yīng)快、性價比高而體積更小的PLC，來滿足對小型機(jī)器的控制；大型方面正大力研究超高反應(yīng)速度和存儲器容量龐大的高性能大型PLC。在微機(jī)技術(shù)和計算機(jī)水平的飛速提高，PLC對信息的處理速度以及對用戶容量的發(fā)展也是越來越快。（2）通信發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化是指將PLC與各種電子設(shè)備形成通訊網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而構(gòu)建成數(shù)據(jù)更通暢的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。許多大型的額PLC生產(chǎn)廠家都已經(jīng)擁有自己的專用通信模塊和軟件，使得PLC的網(wǎng)絡(luò)通信能力更加強大。甚至各大PLC廠商之間也架構(gòu)起通用的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而形成廠商之間更為龐大的通信網(wǎng)絡(luò)。目前，PLC在集散式控制系統(tǒng)中已經(jīng)扮演了不可或缺的角色。（3）系統(tǒng)模塊化、智能化 隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也越來越高。為增加PLC的應(yīng)用范圍，加強PLC的功能和提高PLC系統(tǒng)的穩(wěn)定性，許多智能化的模塊被開發(fā)了出來。其中包括智能I/O模塊、溫控模塊和PLC外部故障檢測模塊等。（4）編程語言和編程工具的多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化 多種編程語言的并存、互補與發(fā)展是PLC軟件進(jìn)步的一種趨勢。 PLC廠家在使硬件及編程工具換代頻繁、豐富多樣、功能提高的同時，日益向MAP(制造自動化協(xié)議)靠攏，使PLC的基本部件，包括輸入輸出模塊、通信協(xié)議、編程語言和編程工具等方面的技術(shù)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化 .曹歷濤.PLC控制三相異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)的設(shè)計D.2014.。1.2.2變頻器的國內(nèi)外現(xiàn)狀國外的工業(yè)自動化比較發(fā)達(dá)，變頻器在機(jī)械、化工、紡織、造紙、冶金、食品等各個行業(yè)以及風(fēng)機(jī)、水泵等的節(jié)能場合都被廣泛的應(yīng)用，實現(xiàn)了很高的經(jīng)濟(jì)效益。目前國外的變頻調(diào)速的現(xiàn)狀有以下幾點：(1)功率等級高。隨著GTO和IGBT等功率器件對電壓和電流承受能力的提高以及串聯(lián)并聯(lián)技術(shù)的發(fā)展，電壓等級高、功率值大的變頻器已經(jīng)在實際中得到了應(yīng)用；（2）控制技術(shù)領(lǐng)先。近年來，隨著矢量控制和轉(zhuǎn)矩控制等最近控制理論的問世，高性能變頻器已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了應(yīng)用；（3）微電子技術(shù)發(fā)展快。信號處理器（DSP）、16/32位的高速微處理器以及專用集成電路（ASIC）技術(shù)的發(fā)展，極大的提高了變頻器的性能和相應(yīng)速度，同時為變頻器的多功能化提供了硬件手段. 韓焦.通過變頻器調(diào)速系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究D.2014.。現(xiàn)在我國已經(jīng)擁有許多自己的變頻器廠商，而且國內(nèi)對變頻器的理論的認(rèn)知也和世界上的發(fā)達(dá)國家非常接近了，但更加客觀的看待國內(nèi)變頻器的發(fā)展，依然和歐美與日本有不小的差距：（1）變頻器的整體技術(shù)相對落后。（2）變頻器適用的核心部件技術(shù)空白。目前完全國產(chǎn)化的變頻器還沒有出現(xiàn)，而半導(dǎo)體功率器件的制造業(yè)更是沒有進(jìn)展。（3）主要產(chǎn)品集中在低壓產(chǎn)品和中低端市場。從V/F控制和電壓控制來看，國內(nèi)還處于手工加工的生產(chǎn)階段，質(zhì)量和安全性同國外相比難以保證，因此在國際上，仍是以歐美和日本品牌為主導(dǎo)。2.3 本課題研究的主要內(nèi)容本設(shè)計系統(tǒng)主要由可編程序控制器PLC、變頻器、電機(jī)幾部分組成。按下啟動按鈕以后，PLC根據(jù)已經(jīng)寫好的程序進(jìn)行循環(huán)掃描而執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)字量輸出，根據(jù)數(shù)字量輸出的不同組合方式控制變頻器的多段速輸入，然后變頻器再根據(jù)不同的輸出，使電機(jī)在不同的頻率下運行。本系統(tǒng)主要是利用PLC對變頻器進(jìn)行多段速控制，所以采用開環(huán)系統(tǒng)。具體流程圖如下：電機(jī)機(jī)機(jī)器機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)PLC控制 速度給定 圖1.1開環(huán)控制流程圖因此，本課題的研究內(nèi)容的關(guān)鍵技術(shù)就包括：PLC對變頻器的控制、變頻器的調(diào)速系統(tǒng)。其中PLC常常通過以下方法對變頻器速率進(jìn)行修改：（1） 模擬量控制，PLC利用模擬量輸入模塊采集變頻器的反饋信號或者連接在電機(jī)上編碼器的的信號，通過內(nèi)部運算，利用模擬量輸出模塊對變頻器進(jìn)行模擬信號控制。（2） 串行總線通訊控制，通過編寫PLC程序，利用Modbus串行通信協(xié)議所定義的串行通信中異步傳輸?shù)膸瑑?nèi)容及使用格式，達(dá)到通訊控制及數(shù)據(jù)采集。該方法有很高的性價比，操作方便，靜差率小，穩(wěn)定性好，調(diào)速范圍廣而且具有一定的精度，是目前很有前景的控制方法。（3） 開關(guān)量的非線性頻率控制，該方法一般用于要求不是很高的場合，對于需要精確控制的情況很難控制?？紤]到以上幾種方法，我選擇了第二種性價比最高的方式，即利用通信控制實現(xiàn)可編程控制器（PLC）對變頻器的控制，進(jìn)而完成對三相異步電動機(jī)的多段速控制。38 第二章系統(tǒng)的功能設(shè)計和總體思路第二章 系統(tǒng)的功能設(shè)計和總體思路2.1系統(tǒng)功能設(shè)計分析 隨著工業(yè)自動化控制技術(shù)和理論的不斷發(fā)展，交流變頻調(diào)速模式已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各種工業(yè)控制領(lǐng)域；可編程序控制器PLC作為新型控制儀器具有優(yōu)良的工業(yè)特性，可靠性高、穩(wěn)定性好，能適合較為惡劣的環(huán)境，系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)律、安裝方便、發(fā)現(xiàn)問題及時，修改方便，編程語言簡單易學(xué)、體積小、能耗低，PLC通過對現(xiàn)場安裝于設(shè)備上的儀器、儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析達(dá)到對現(xiàn)場設(shè)備的集中自動控制。PLC常常通過以下幾種方式對變頻器頻率進(jìn)行修改：（1）模擬量控制，PLC利用模擬量輸入模塊采集變頻器的反饋信號或者連接在電機(jī)上編碼器的的信號，通過內(nèi)部運算，利用模擬量輸出模塊對變頻器進(jìn)行模擬信號控制。（2）串行總線通訊控制，現(xiàn)在市面上的主流變頻器都已配備通信接口，像西門子的profibus DP；Modbus通訊協(xié)議；匯川、英威騰等品牌的RS485通信等，通過編寫PLC程序，利用Modbus串行通信協(xié)議所定義的串行通信中異步傳輸?shù)膸瑑?nèi)容及使用格式，達(dá)到通訊控制及數(shù)據(jù)采集。其中通訊方式是利用數(shù)字化的信息傳輸方式來控制變頻器的，它的精確度可以達(dá)到很高的水準(zhǔn)，而且系統(tǒng)的穩(wěn)定性、抗干擾能力都很好。（3）開關(guān)量的非線性頻率控制，首先通過變頻器內(nèi)部進(jìn)行頻率多段速設(shè)置，然后通過PLC的數(shù)字量模塊，對變頻器的開關(guān)量端子進(jìn)行控制及信號反饋，從而達(dá)到非線性頻率控制。2.2設(shè)計要求根據(jù)Goodrive100變頻器的參數(shù)說明，我們知道該變頻器最多可以實現(xiàn)16級的不同速率的多段速控制，而我們要求做到8段速控制即可，加上初始速度，我們設(shè)計成7段固定頻率控制檔。設(shè)定七個檔位，檔位0，10Hz；檔位1,15Hz；檔位2，24Hz；檔位3,35Hz；檔位4,49Hz；檔位5，40Hz；檔位6,30Hz。 （1）按下啟動按鈕后，電動機(jī)運行，經(jīng)過加速時間，頻率有0爬升到檔位0的頻率。 （2）20S后，電動機(jī)運行檔位1頻率 （3）30S后，電動機(jī)運行檔位2頻率 （4）20S后，電動機(jī)運行檔位3頻率 （5）40S后，電動機(jī)運行檔位4頻率 （6）40S后，電動機(jī)運行檔位5頻率 （7）30S后，電動機(jī)運行檔位6頻率2.3 設(shè)計思路本設(shè)計系統(tǒng)由可編程序控制器PLC、變頻器、電機(jī)三部分來實現(xiàn)。按下啟動按鈕以后，PLC根據(jù)已經(jīng)寫好的程序進(jìn)行循環(huán)掃描而執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)字量輸出，根據(jù)數(shù)字量輸出的不同組合方式控制變頻器的多段速輸入，然后變頻器再根據(jù)不同的輸出，使電機(jī)在不同的頻率下運行。本系統(tǒng)主要是利用PLC對變頻器進(jìn)行多段速控制，所以采用開環(huán)系統(tǒng)。具體流程圖見圖1.1。 第三章 變頻器設(shè)計第三章 變頻器設(shè)計3.1變頻器的工作原理變頻器，英文名是Variable-frequency Drive，簡稱VFD是應(yīng)用變頻技術(shù)和微電子技術(shù)，變換成各種頻率的交換電源，是一種將交流工頻電源轉(zhuǎn)換成電壓、頻率均可變得適合交流電動的電力電子變換裝置。主要有以下幾個部分構(gòu)成整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器和控制4個部分組成. 英威騰變頻器CHV160 說明書.2013.,. INVT英威騰說明書CHE說明書(1.3版).2012.,. 變頻器使用說明.2012.,. 英威騰IPR200系列工程型變頻器.2016.。整流器就是是把交流電變成直流電的裝置。中間直流環(huán)節(jié)就是為了抑制整流工作過程中產(chǎn)生的電壓波動，主要采用電感和電容組合來吸收產(chǎn)生的電壓波動。逆變器是把直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能，其實就是一種電壓逆變的過程?？刂齐娐肥菍⑿盘杺魉屯瑫r并接收給整流器、中間電路和逆變器，它的主要功能就是監(jiān)視變頻器的工作狀態(tài)，提供保護(hù)變頻器正常運行的功能。3.2變頻器的綜合技術(shù)特性 （1）輸入輸出特性 輸入電壓范圍：AC 3PH 380V（-15%）440V(+10%). 英威騰IPE200系列工程型變頻器(V2.0).2017. 輸入頻率范圍：50Hz或60Hz 輸出電壓范圍：0額定輸入電壓 輸出頻率范圍：0400Hz （2）外圍接口特性 可編程數(shù)字輸入：7路開關(guān)量輸入，1路高速脈沖輸入，支持PNP、NPN雙極性光耦隔離輸入。 可編程模擬量輸入：AI：-10V10V，AI2：0-10V或4-20mA輸入。 可編程開路集電極輸出：1路輸出（開路集電極輸出或高速脈沖輸出） 繼電器輸出：2路繼電器輸出 模擬量輸出：2路輸出，分別可選0/4-20mA或0-10V （3）技術(shù)性能特性 控制方式：空間電壓矢量控制模式，無PG矢量控制模式 過載能力：150%額定電流 1分鐘；180%額定電流10秒，200%額定電流1秒 調(diào)速比：異步電機(jī)1：100（SVC）. 英威騰變頻器說明書.2016. （4）功能特性 頻率設(shè)定方式：數(shù)字設(shè)定、模擬量設(shè)定、脈沖頻率設(shè)定、Modbus設(shè)定、多段速及簡易PLC設(shè)定、PID設(shè)定等，不同設(shè)定的組合和方式切換。 PID控制功能。 簡易PLC、多段速控制功能。 瞬時停電不停機(jī)功能7。 穩(wěn)壓功能：當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)波動時，能夠自動保持穩(wěn)定電壓輸出，不會因為電壓波動不穩(wěn)，而造成電機(jī)輸出不穩(wěn)。 提供多種故障保護(hù)功能：提供三十多種故障保護(hù)功能。3.3英威騰變頻器的面板簡介鍵盤控制面板Goodrive100變頻器、讀取狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)和調(diào)整參數(shù)。圖3.1 變頻器面板Goodrive100系列鍵盤的顯示狀態(tài)分為停機(jī)參數(shù)顯示、運行狀態(tài)參數(shù)顯示、功能碼參數(shù)編輯狀態(tài)顯示、故障報警狀態(tài)顯示等。表3.1 變頻器面板說明3序號名稱說明1狀態(tài)指示燈RUN/TUNE燈滅時表示變頻器處于停機(jī)狀態(tài)；燈閃爍表示變頻器處于參數(shù)自學(xué)習(xí)狀態(tài)；燈亮?xí)r表示變頻器處于運行狀態(tài)FWD/REV正反轉(zhuǎn)指示燈燈滅表示處于變頻器正轉(zhuǎn)狀態(tài)，燈亮?xí)r表示變頻器處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)LOCAL/REMOT鍵盤操作，段子操作與遠(yuǎn)程通訊控制的指示燈。燈滅時表示鍵盤操作控制狀態(tài)；燈閃爍表示端子操作控制狀態(tài)；燈亮表示處于遠(yuǎn)程操作控制狀態(tài)TRIP故障指示燈當(dāng)變頻器處于故障狀態(tài)下，該燈點亮；正常狀態(tài)下為熄滅；當(dāng)變頻器處于預(yù)報警狀態(tài)下，該燈閃爍。 2單位指示燈表示鍵盤當(dāng)前顯示的單位。Hz頻率單位RPM轉(zhuǎn)速單位A電流單位%百分?jǐn)?shù)V電壓單位 3數(shù)碼管顯示區(qū)5位LED顯示設(shè)定頻率、輸出頻率等各種監(jiān)視數(shù)據(jù)以報警代碼。顯示字母對應(yīng)字母顯示字母對應(yīng)字母顯示字母對應(yīng)字母顯示字母對應(yīng)字母00112233445566778899AABBCCDDEEFFHHIILLNNnnooPPrRSSttUUvV.-4模擬電位器相當(dāng)于AI1（P00.06，P00.07）5按鈕區(qū)編程鍵進(jìn)入或退出菜單確定鍵進(jìn)入不同菜單頁面和設(shè)定參數(shù)UP遞增鍵數(shù)據(jù)或功能碼的遞增DOWN遞減鍵數(shù)據(jù)或功能碼的遞減右移位鍵可以在修改參數(shù)時，移動數(shù)據(jù)位，進(jìn)行快捷操作。運行鍵用于變頻器處于鍵盤控制方式下操作停止/復(fù)位鍵變頻器運行時，按此鍵可進(jìn)行停機(jī)操作；該功能碼受P07.04制約。故障時可以用來進(jìn)行報警復(fù)位?？旖荻喙δ苕I該鍵功能由功能碼P07.02確定 第四章 控制設(shè)計第四章 控制設(shè)計4.1變頻器硬件說明通過對變頻器Goodriver100的參數(shù)說明，得到了輸入輸出特性： 輸入電壓范圍：AC 3PH 380V（-15%）440V(+10%) 輸入頻率范圍：50Hz或60Hz（2）外圍接口特性 可編程數(shù)字輸入：7路開關(guān)量輸入，1路高速脈沖輸入，支持PNP、NPN雙極性光耦隔離輸入。 可編程模擬量輸入：AI：-10V10V，AI2：0-10V或4-20mA輸入。 可編程開路集電極輸出：1路輸出（開路集電極輸出或高速脈沖輸出） 繼電器輸出：2路繼電器輸出 模擬量輸出：2路輸出，分別可選0/4-20mA或0-10V（3）技術(shù)性能特性 控制方式：空間電壓矢量控制模式，無PG矢量控制模式 過載能力：150%額定電流 1分鐘；180%額定電流10秒，200%額定電流1秒。圖4.1 變頻器控制回路接線圖4.2變頻器參數(shù)設(shè)置變頻器功能參數(shù)見表4.1表4.1變頻器參數(shù)一覽表功能碼名稱參數(shù)詳細(xì)說明出廠值設(shè)定值P00.00速度控制模式0：無PG矢量控制模式0此模式適用于中小功率場合。1：無PG矢量控制模式1適用于控制要求較高的場合，具有轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩精度高且無需安裝編碼器的優(yōu)點。2：空間電壓矢量控制模式適用于對控制精度要求不高的場合。 1 1P00.01運行指令通道選擇變頻器控制指令的通道變頻器控制指令包括：啟/停、正/反轉(zhuǎn)、點動、復(fù)位等。0：鍵盤運行指令通道1：端子運行指令通道2：通訊運行指令通道 0 1P00.06A頻率指令選擇0：鍵盤數(shù)字設(shè)定1：模擬量AI1設(shè)定2：模擬量AI2設(shè)定3：模擬量AI3設(shè)定4：高速脈沖HDI設(shè)定5：簡易PLC設(shè)定6：多段速運行設(shè)定7：PID控制設(shè)定8：MODBUS設(shè)定 2 6P02.01異步電動機(jī)額定功率0.13000.0KW機(jī)型確定1.1KWP02.03異步電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速136000rpm機(jī)型確定1480rpmP02.03異步電動機(jī)額定電壓01200V機(jī)型確定380VP02.04異步電動機(jī)額定電流0.86000.0A機(jī)型確定2.3AP05.01S1端子功能選擇0：無功能1：正轉(zhuǎn)運行2：反轉(zhuǎn)運行3：三線式運動控制16：多段速端子117：多段速端子218：多段速端子319：多段速端子4116P05.02S2端子功能選擇417P05.03S3端子功能選擇718P05.04S4端子功能選擇01P05.13端子控制運行模式0：兩線制控制，使能和方向合一1：兩線制控制，使能和方向分離004.3變頻器多段速設(shè)計在第二章中的設(shè)計要求中，我們看到的是8段不同頻率下變頻器控制電機(jī)的運行。因此。我們需要根據(jù)設(shè)計要求對變頻器的參數(shù)進(jìn)行一些必要的調(diào)整。首先根據(jù)變頻器產(chǎn)品說明書，我們可以知道該變頻器最多可以實現(xiàn)16級的不同頻率的多段速控制。而我們要求的為八段速控制，因為我們的根據(jù)產(chǎn)品說明書對以下參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。如4.2多段速控制參數(shù)一覽表。表4.2多段速控制參數(shù)一覽表功能碼名稱參數(shù)詳細(xì)說明出廠值設(shè)定值P10.02多段速0Goodrive100變頻器可設(shè)定16段速度，由多段速端子1-4的組合編碼選擇，對應(yīng)多段速0至多段速15。當(dāng)S1=S2=S3=S4=OFF時，頻率的輸入方式由代碼P00.06或P00.07選擇。0.0%20%P10.04多段速10.0%30%P10.06多段速20.0%48%P10.08多段速30.0%70%P10.10多段速40.0%98%P10.12多段速50.0%80%P10.14多段速60.0%60%P10.340-7段的加減速時間選擇0x00000根據(jù)產(chǎn)品說明書的16段速度由端子1-4的組合編碼選擇，而我們的設(shè)計要求為8段速，因此我們只需要用到其中的三個端子即可完成設(shè)計要求，而這也就確定了PLC的輸出端子。S1、S2、S3端子與多段速的關(guān)系如4.3表。表4.3端子與多段速的關(guān)系輸入端子轉(zhuǎn)速檔次頻率（Hz）S1（Q0.0）S2(Q0.1)S3(Q0.2)00001000100101150012251103351014500115401116304.4 PLC程序編程4.4.1 PLC硬件選型及說明目前市面上主流的品牌PLC廠家有西門子、ABB、三菱、歐姆龍、信捷、微控等。PLC的種類繁多，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等各有不同，適用的場合也各有側(cè)重。因此，合理選擇PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。下面從PLC的機(jī)型選擇、容量選擇、I/O模塊選擇、電源模塊選擇等方面中和考慮，我選擇了西門子小型PLC Smart200系列下的ST20（輸入電源DC24V），12點輸入、8點輸出。輸出采用繼電器輸出：（1）PLC機(jī)型要做到在滿足對控制變頻器功能的要求情況下，系統(tǒng)的可靠性、維護(hù)方便性的性價比也要盡量達(dá)到最佳。（2）PLC的I/O容量選擇：根據(jù)之前變頻器的設(shè)計，可以知道系統(tǒng)需要2個輸入端口來實現(xiàn)開關(guān)和6個端子輸出來完成變頻器的7個段速控制。而ST20擁有12個輸入和8點輸出，可以在有一定余量的情況下實現(xiàn)對變頻器的控制。（3）I/O模塊的選擇：開關(guān)量輸入模塊的選擇：常用的開關(guān)量輸入模塊有三種：直流輸入、交流輸入和交流/直流輸入。其中交流輸入模塊接觸可靠，適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用；直流輸入模塊的延遲時間較短，還可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)等電子輸入設(shè)備鏈接。由于本設(shè)計的工作環(huán)境比較簡單，而且對控制的即時性要求較高，選擇了直流輸入模塊。輸入接線方式選擇：按輸入電路接線方式的不同，開關(guān)量輸入模塊可分為匯點式輸入和分組式輸入兩種。由于本設(shè)計只有開關(guān)兩個輸入點，因此采用最簡單的匯點式輸入接線?？紤]到同時接通的輸入點數(shù)量一般不要超過輸入點數(shù)的60%，而ST20有12個輸入端，完全滿足設(shè)計要求。（4）開關(guān)量輸出模塊的選擇：輸出方式的選擇：開關(guān)量輸出方式有三種：繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出。由于繼電器輸出的價格便宜，可以完成交流負(fù)載和直流負(fù)載，而且適用的電壓大小范圍較寬，同時承受瞬時過的電壓和電流能力較強，雖然其缺點是觸點反應(yīng)較慢而且可靠性不強，但是本系統(tǒng)不用頻繁通斷，選擇了繼電器輸出. 許翏.王淑英.電器控制與PLC控制技術(shù)J.機(jī)械工業(yè)出版社.2005.11. 崔堅.西門子S7可編程控制器STEP7編程指南 M機(jī)械工業(yè)出版社，2007.412. 龔運新.PLC技術(shù)及應(yīng)用基于西門子S7-200M清華大學(xué)出版社，2009.913. 龔仲華.S7-200/300/400PLC應(yīng)用技術(shù)通用篇M電子工業(yè)出版社，2006.414.鄭鳳翼.圖解PLC控制系統(tǒng)梯形圖和語句表M.人民郵電出版社.2010-0615. 孫亞峰等.PLC與變頻調(diào)速在橋式起重機(jī)中的應(yīng)用J.江蘇冶金，(2007).16.孫敏等.基于PLC控制技術(shù)在橋式起重機(jī)檢測中的應(yīng)用設(shè)計J.江西冶金，(2006).17.肖桃李.淺談西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與應(yīng)用J.內(nèi)燃機(jī)與配件. 2016(10) 18.劉天菊.西門子PLC技術(shù)在現(xiàn)代冶金工業(yè)上的應(yīng)用J.電子技術(shù)與軟件工程. 2017(09) 19.呂偉. 西門子PLC自動化的控制網(wǎng)絡(luò)配置J.電子技術(shù)與軟件工程. 2017(12) 20. 祝玉勇.西門子PLC組網(wǎng)技術(shù)的研究與應(yīng)用J.中國設(shè)備工程. 2017(20) 21 朱潔.西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與應(yīng)用J.山東工業(yè)技術(shù). 2015(24) 22.丁超.西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與應(yīng)用探析J. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用. 2017(03)23. 帥旗.基于西門子840D系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床PLC應(yīng)用J.機(jī)械制造與自動化. 2014(05) 24.商丹丹. 西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與應(yīng)用J. 科技展望. 2016(15) 25.劉界武.西門子PLC在化工行業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展J. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用. 2016(30)26.施啟迪;宋宏;劉釗.酸、堿廢水電氣自動控制中和處理技術(shù)的應(yīng)用J. 熱電技術(shù). 2017.。4.4.2 PLC程序設(shè)計（1）PLC輸入/輸出地址分配變頻器Goodrive100的數(shù)字輸入S1、S2、S3、S4端口通過P05.01、P05.02、P05.03、P05.04參數(shù)設(shè)置為七段速固定頻率控制端。每一段頻率由S1、S2、S3組合設(shè)置決定。PLC的輸入/輸出分配地址見表4.3.3。表4.3.3PLC入輸出分配表輸入輸出電路符號地址功能地址功能說明SB0I0.0停止按鈕Q0.1S1多段速控制信號SB1I0.1啟動按鈕Q0.2S2Q0.3S3Q0.4S4變頻器啟停信號（2）PLC程序設(shè)計思路根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計，可以計算出整個系統(tǒng)八個段速循環(huán)一次的時間為180S，而SMart-200 PLC內(nèi)部的時間繼電器T37T63的計數(shù)單位為100mS，因此整個循環(huán)系統(tǒng)的時間應(yīng)該為1800mS。圖4.2 PLC接線圖當(dāng)按下啟動按鈕后，變頻器開始運行，同時M0.0得電，此時變頻器的運行頻率為10Hz，檔位0；繼續(xù)運行20S以后，M0.1得電，M0.0斷電，此時變頻器 的運行頻率為15H，檔位1；繼續(xù)運行30S（即整個周期運行50S）以后M0.2得電，M0.1斷電，此時變頻器運行頻率為24Hz，檔位2；繼續(xù)運行20S后（即整個周期運行70S）后，M0.3得電，M0.2斷電，此時變頻器運行頻率為35Hz，檔位3；繼續(xù)運行40S（即系統(tǒng)運行110S）后，M0.4得電，M0.3斷電，此時變頻器運行頻率為49Hz，檔位4；繼續(xù)運行40S（即系統(tǒng)運行150S）后，M0.5得電，M0.4斷電，此時變頻器運行頻率為40Hz，檔位5；繼續(xù)運行30S（即系統(tǒng)運行180S）后，M0.6得電，M0.5斷電，此時變頻器運行頻率為30Hz，檔位6。當(dāng)按下停機(jī)按鈕后，整個系統(tǒng)繼電器回復(fù)初始狀態(tài)，變頻器自由停車。此次設(shè)計思路忽略變頻器的加減速時間。如果計算上變頻器的加減速時間，那么相應(yīng)的運行時間會縮短。當(dāng)然也可以通過改變變頻器的相關(guān)代碼，計算出加減速時間，從而重新計算整個系統(tǒng)循環(huán)的周期以及各個段速階段的運行時間。圖4.3 程序流程圖PLC梯形圖見附錄3。 第六章 總結(jié)和體會第五章 實驗調(diào)試和數(shù)據(jù)分析5.1程序調(diào)試、分析由于Smart-200沒有西門子公司開發(fā)的官方仿真軟件，而S7-200的仿真軟件對于Smart-200程序和S7-200程序可以通用，所以利用S7-200的仿真軟件對Smart的程序進(jìn)行仿真。不過首先在程序編程界面將程序?qū)С?.awl格式，然后將軟件打開進(jìn)行仿真運行，點擊菜單欄的程序，然后 裝載導(dǎo)出的程序文件即可。圖5.1 未啟動時運行圖此時PLC處于運行狀態(tài)，但是并沒有按下啟動按鈕，這個時候可以看到PLC的并沒有輸出。圖5.2 0段速模式運行圖當(dāng)按下啟動按鈕之后，可以看到Q0.0（0段速模式）和Q0.4（變頻器運行）同時運行，此時變頻器處于運行狀態(tài)，運行頻率為10Hz，檔位為0。此運行結(jié)果與設(shè)計結(jié)果一致。圖5.3 檔位3運行圖通過仿真軟件，當(dāng)T37=859時，M0.3得電，PLC輸出Q0.0、Q0.1得電，Q0.4保持通電，通過端子與多段速的關(guān)系表，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)前正處于檔位3，頻率為35Hz。實際運行結(jié)果和理論設(shè)計相同。圖5.4 檔位4運行圖通過仿真軟件，當(dāng)T37=1180時，M0.4得電，PLC輸出Q0.0、Q0.3得電，Q0.4保持通電，通過端子與多段速的關(guān)系表，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)前正處于檔位4，變頻器運行頻率為50Hz。實際運行結(jié)果和理論設(shè)計相同。圖5.4 檔位7運行圖通過仿真畫面可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)時間繼電器T37=8540時，PLC輸出Q0.0、Q0.1、Q0.2得電，Q0.4保持運行。變頻器處于檔位7，運行頻率為30Hz。通過對比端子與多段速理論數(shù)值相比較，完全符合。因為理論通過實際數(shù)據(jù)驗證。圖5.4 停止后繼電器復(fù)位運行圖點擊停止按鈕I0.0，可以看到變頻器運行繼電器Q0.4復(fù)位，其他繼電器全部復(fù)位。變頻器停止運行，時間繼電器計數(shù)復(fù)位。5.2運行結(jié)果通過仿真軟件所得實驗數(shù)據(jù)和通過理論所得數(shù)據(jù)相比較，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)完全一樣。這樣就可以論證，該項目設(shè)計完全符合從理論到實驗再到現(xiàn)實中的運用，并且可以得到完美的體現(xiàn)。再根據(jù)變頻器的產(chǎn)品說明書，仔細(xì)調(diào)整變頻器的參數(shù)設(shè)置，通過PLC為基礎(chǔ)的調(diào)整變頻器的多段速運行得到完美實現(xiàn)。第六章 總結(jié)和體會本設(shè)計以PLC和變頻器為核心，通過PLC控制變頻器帶動電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的詳細(xì)分析和仿真實驗，完成了對硬件和軟件系統(tǒng)的驗證，實現(xiàn)了對電機(jī)的電氣控制。主要的工作內(nèi)容有通過Smart-200編程軟件對PLC程序進(jìn)行編寫、同AutoCAD-2015對電氣圖紙進(jìn)行繪制，調(diào)出程序文件POU，然后在S7-200仿真軟件上進(jìn)行程序的模擬仿真，并且得到了較好的結(jié)果。PLC是利用傳統(tǒng)控制理論在微處理器上研發(fā)出來的一種控制裝置，它融合了傳統(tǒng)繼電器電路、計算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)。雖然PLC出現(xiàn)的時間不長，但是在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域取得的效果是空前，大大的節(jié)省了人力、物力，并提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，有力的推動了工業(yè)自動化及社會的發(fā)展。隨著工業(yè)領(lǐng)域的要求不斷提高，工藝水平的不斷改進(jìn)，相信PLC在自動控制發(fā)展中會越來越好。針對本次設(shè)計中，還有很多功能沒有做到位，在以后的工作中會繼續(xù)的學(xué)習(xí)和討論，以提高自己的技術(shù)水平。在進(jìn)行這一次畢業(yè)設(shè)計的過程中，發(fā)現(xiàn)需要了解的知識和資料還有很多，對自己知識的儲備有了清醒的認(rèn)識，并且對自己的實際動手能力有了進(jìn)一步的提高。由于第一次做這種大型的設(shè)計，其中難免有一些不足和需要改進(jìn)的地方，還望老師批評指正。 附錄1附錄1：變頻器控制回路接線圖 附錄3附錄2：硬件連接圖2.1變頻器外部接線圖2.1 PLC外部接線圖附錄3：PLC梯形圖參考文獻(xiàn)