基于PLC與觸摸屏的電機變頻調速系統(tǒng)資料

1、基于PLC與觸摸屏的電機變頻調速系統(tǒng)畢業(yè)設計（論文）題 目： 基于PLC與觸摸屏的電機變頻調速系統(tǒng) 系 部： 電子工程系 專 業(yè)： 電氣自動化 學 號： 10137207 學生姓名： 文峰 指導教師： 王立鳳 職 稱： 講師 二0一二 年 月 日 目錄摘要1前 言2第一章 變頻器調速系統(tǒng)的方案確定41.1變頻器調速系統(tǒng)41.2系統(tǒng)的控制要求71.3 方案的確定7第二章 變頻調速系統(tǒng)的硬件設計82.1 PLC82.2 變頻器122.3 外部電路設計14第三章 變頻調速系統(tǒng)的軟件設計153.1 編程軟件的介紹153.2 PLC的工作原理173.3 PLC編程語言193.4 基本指令簡介203.5

2、可編程控制器梯形圖設計規(guī)則223.6 變頻調速系統(tǒng)程序設計23第四章 觸摸屏的設計284.1 觸摸屏的介紹284.2 觸摸屏基礎知識294.3 觸摸屏的使用294.4 軟件簡單介紹304.5 實施內容與步驟32第五章 結 論35參考文獻36致 謝3637摘要介紹了基于西門子PLC 和臺達觸摸屏的交流電機變頻調速實驗系統(tǒng)的硬件結構及軟件設計。開關量輸入的觸摸屏和外部按鈕的雙重方式提高了調速系統(tǒng)運行的可靠性,模塊化程序設計思想增強了程序的擴展性和實用性。該系統(tǒng)的實驗運行結果表明,人機交互界面友好,運行安全穩(wěn)定,有利于加強學生對簡單工業(yè)控制系統(tǒng)的設計思想的掌握,達到了較好的實驗教學效果。關鍵詞:可編

3、程控制器;觸摸屏;變頻器;調速系統(tǒng)AbstractThe design of hardware and sof tware of a f requency conversion speed system based on Siemens PLC andHitech touch screen are int roduced. Since the switch signals are input dually by touch screen and external buttons ,respectively ,the speed regulating system is of higher re

4、liability. Moreover ,the modularization programming methods enhance the extensibility and applicability. Practical test proves that this system is of performable human interface and higher stability and security ,it is helpful to enlighten the design idea of modern cont rolling systems for student s

5、 ,and thus acquires better teaching effect .Keywords :programmable logic cont roller ;touch screen ;f requency converter ; speed regulation system前 言 最先制作成電動機的人是德國的雅可比，在兩個U型電磁鐵中間，裝異六臂輪，每臂帶兩根棒型磁鐵。通電后，棒型磁鐵與U型磁鐵之間產(chǎn)生相互吸引和排斥作用，帶動輪軸轉動。后來，雅可比做了一具大型的裝置安在小艇上，用320個丹尼爾電池供電，1838年小艇在易北河上首次航行，時速只有2.2公里，與此同時，美國的達文

6、波特也成功地制出了驅動印刷機的電動機，印刷過美國電學期刊電磁和機械情報，但這兩種電動機都沒有多大商業(yè)價值，用電池作電源，成本太大，不實用。直到第一臺實用直流發(fā)動機問世，電動機被廣泛應用。1870年比利時工程師格拉姆發(fā)明了直流發(fā)電機。在設計上，直流發(fā)電機和電動機很相似。后來，格拉姆證明向直流發(fā)電機輸入電流，其轉子會像電動機一樣旋轉。于是，這種格拉姆型電動機大量制造出來，效率也不斷提高。與此同時，西門子開始著手研究由電動機驅動的車輛，于是西門子公司制成了世界電車。1879年，在柏林工業(yè)展覽會上，西門子不冒煙的電車贏得觀眾的一片喝彩，西門子電機車當時只有3馬力，后來美國發(fā)明大王愛迪生實驗室的電機車已

7、達1215馬力，但當時的電動機全是直流電機，只限于驅動電車。1888年南斯拉夫出生地美國發(fā)明家特斯拉發(fā)明了交流電動機，它是根據(jù)電磁感應原理制成，又稱感應電動機，這種電動機結構簡單，使用交流電，無需整流，無火花，因此被廣泛應用于工業(yè)的家庭電器中，交流電動機通常用三相交流電。1902年瑞典工程師丹尼爾森首先提出同步電動機構想。同步電動機工作原理同感應電動機一樣，由定子產(chǎn)生旋轉磁場，轉速固定不變，不受負載影響。因此同步電動機特別適用于鐘表、電唱機和磁帶錄音機。當今世界，電動機的發(fā)展已成為衡量一個國家現(xiàn)代化的標準之一。近二十年來，科學技術突飛猛進，隨著電力電子技術、計算機技術和控制理論發(fā)展，電機調速技

8、術得到迅速發(fā)展，使得電機的應用不再局限于工業(yè)應用而且在商業(yè)及家用設備等各個領域獲得更加廣泛的應用；而隨著新材料如稀土永磁材料Nd-Fe-B、磁性復合材料的出現(xiàn)，更給電動機設計插上翅膀，各種新型、高效、特種電機層出不窮。這些都極大地豐富了電機理論，拓寬了電機的應用領域，同時也給電機設計和制造工藝提出更高的要求。變頻技術是近年來國際家電領域全面開發(fā)和應用的一項高新技術，它采用新型變頻器，將50Hz的固定供電頻率轉換為30-130Hz的變化頻率，實現(xiàn)電動機運轉頻率的自動調節(jié)，達到節(jié)能和提高效率的目的。上個世紀80年代初，變頻器實現(xiàn)了商品化。在近20年的時間內，經(jīng)歷了由模式控制到全數(shù)字控制和由采用BJ

9、T到采用IGBT兩大發(fā)展過程。80年代初采用的BJT的PWM變頻器實現(xiàn)了通用化。到了90年代初，BJT通用變頻器的容量達到了600KVA，400KVA以下。前幾年主開關器件開始采用IGBT，僅三、四年的時間，IGBT變頻器的單機容量已達8000KVA，隨著IGBT容量的擴大，通用變頻器的容量也將隨之擴大。變頻器主要電路中功率電路的模塊化，控制電路采用大規(guī)模集成電路和全數(shù)字控制技術，結構設計上采用“平面安裝技術”等一系列措施，促進了變頻電源裝置的小型化。另外，一種混合式功率集成器件，采用厚薄膜混合集成技術，把功率電橋、驅動電路、檢測電路、保護電路等封裝在一起，構成了一種“智能電力模塊”這種器件屬

10、于絕緣金屬基底結構，所以防電磁干擾能力強，保護電路和檢測電路與功率開關間的距離盡可能的小，因而保護迅速且可靠，傳感信號也十分迅速。電力電子器件和控制技術的不斷進步，使變頻器向多功能化和高性能化方向發(fā)展。特別是微機的應用，為變頻器多功能化和高性能化提供了可靠的保證。人們總結了交流調速電氣傳動控制的大量實踐經(jīng)驗，并不斷融入軟件功能。日益豐富的軟件功能使通用變頻器的多功能化和高性能化為用戶提供了一種可能，即可以把原有生產(chǎn)機械的工藝水平“升級”，達到以往無法達到的境界，使其成為一種具有高度軟件控制功能的新機種。目前出現(xiàn)了一類“多控制方式”通用變頻器。例如安用公司的VS616G5變頻器就有：無PG（速度

11、傳感器）V/f控制；有PG V/f控制；無PG矢量控制；有PG矢量控制等四種控制方式。通過控制面板，可以控制上述四種控制方式中的一種，一滿足用戶的需要。通用變頻器經(jīng)歷了模擬控制、數(shù)字控制、數(shù)?；旌峡刂?，直到全數(shù)字控制的演變，逐步地實現(xiàn)了多功能化和高性能化，進而使之對各類生產(chǎn)機械/各類生產(chǎn)工藝的適應性不斷增強。最初通用變頻器僅是用于風機、泵類負載的節(jié)能調速和化纖工業(yè)中高速纏繞的多機協(xié)調運行等，到目前為止，其應用領域得到了相應的擴展。如搬運機械，從反抗性負載的搬運車輛、帶式運輸機到位能負載的起重機、提升機、立體倉庫、立體停車廠等都已采用了通用變頻器。各類切削機床直到高速磨床乃至數(shù)控機床、加工中心超

12、速伺服機的精確位置控制都應用通用變頻器。本系統(tǒng)是通過可編程控制三相交流異步電動機的調速功能。具體內容如下：在理論研究的基礎上，對變頻器調速系統(tǒng)進行總體的設計。對變頻器調速系統(tǒng)進行硬件設計，包括變頻器參數(shù)的設置、變頻開環(huán)調速、多段速控制以及觸摸屏通訊方式的設計。在硬件設計的基礎上，對變頻調速系統(tǒng)進行軟件設計，包括程序的編寫和分析。實現(xiàn)調速系統(tǒng)的觸摸屏設計。第一章 變頻器調速系統(tǒng)的方案確定1.1變頻器調速系統(tǒng)變頻調速系統(tǒng)由變頻器，電動機和控制系統(tǒng)三大部分構成，有時還包括負載。變頻器是一個能改變頻率的交流電源，它是系統(tǒng)的核心。控制系統(tǒng)主要由控制器和電流，轉速等檢測儀器組成，用于按照給定指令，調節(jié)電動

13、機的轉速和控制電動機的轉矩，完成傳動任務。電動機主要是異步電動機，少數(shù)場合用同步電動機。負載即各類工作機械，設備，用于完成各種生產(chǎn)任務。整個變頻調速系統(tǒng)如下圖所示。電源變頻器電動機負載控制系統(tǒng)傳感器器電氣變量驅動信號電氣變量機械變量指令輸入圖1.1 變頻調速系統(tǒng)1.1.1三相交流異步電動機的結構和工作原理當向三相定子繞組中通過入對稱的三相交流電時，就產(chǎn)生了一個以同步轉速n1沿定子和轉子內圓空間作順時針方向旋轉的旋轉磁場。由于旋轉磁場以n1轉速旋轉，轉子導體開始時是靜止的，故轉子導體將切割定子旋轉磁場而產(chǎn)生感應電動勢（感應電動勢的方向用右手定則判定）。由于導子導體兩端被短路環(huán)短接，在感應電動勢的

14、作用下，轉子導體中將產(chǎn)生與感應電動勢方向基本一致的感生電流。轉子的載流導體在定子磁場中受到電磁力的作用（力的方向用左手定則判定）。電磁力對轉子軸產(chǎn)生電磁轉矩，驅動轉子沿著旋轉磁場方向旋轉。當電動機的三相定子繞組（各相差120度電角度），通入三相對稱交流電后，將產(chǎn)生一個旋轉磁場，該旋轉磁場切割轉子繞組，從而在轉子繞組中產(chǎn)生感應電流（轉子繞組是閉合通路），載流的轉子導體在定子旋轉磁場作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機轉軸上形成電磁轉矩，驅動電動機旋轉，并且電機旋轉方向與旋轉磁場方向相同。圖1.2 1.1.2變頻調速原理三相異步電動機的轉速和頻率關系的表達式： n=60f(1-s)/p式中n為異步電動機

15、的轉速 f為異步電動機的頻率 s為電動機轉差率 p為電動機極對數(shù)由上式可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，變頻器就是通過改變電動機的電源頻率實現(xiàn)速度調節(jié)的。變頻器是通過對電力半導體器件的通斷控制將電壓和頻率固定不變的交流電電源變換為電壓或頻率可變的交流電的電能控制裝置。在實際應用時，不僅要實現(xiàn)調速，還要求機械系統(tǒng)能滿足機械特性和調速指標。1.1.3變頻調速的基本控制方式 1）V/f控制 按照下圖所示的電壓，頻率關系對變頻器的頻率和電壓進行控制，稱為V/f控制方式?；l以下可以實現(xiàn)恒轉矩調速，基頻以上則可以實現(xiàn)恒功率調速。 圖1.3V/f控制是轉速開環(huán)控制，無需速度傳

16、感器，控制電路簡單，通用性強，經(jīng)濟性好，是目前通用變頻器產(chǎn)品中使用較多的一種控制方式。但在V/f控制方式下，如果富在變化，轉速也會隨之變化，轉速的變化量與轉差率成正比。V/f控制的靜態(tài)調速精度較差，可采用轉差頻率方式來提高調速精度。2）轉差頻率控制 轉差頻率控制方式是閉環(huán)控制。根據(jù)速度傳感器的檢測，求出轉差頻率，再把它與速度設定值相疊加，以該疊加值作為逆變器的頻率設定值，實現(xiàn)了轉差補償?shù)拈]環(huán)控制，這種控制方式稱為轉差頻率控制方式。由于轉差補償?shù)淖饔茫{速精度提高了。采用V/f控制方式和轉差控制方式的控制思想都建立在異步電動機的靜態(tài)數(shù)學模型上，因此動態(tài)性能指標不高，采用矢量控制方式可提高變頻調速

17、的動態(tài)性能。3）矢量控制 根據(jù)交流電動機的動態(tài)數(shù)學模型，利用坐標變換的手段，將交流電動機的定子電流分解成磁場分量和轉矩分量電流，并分別加以控制，即模仿直流電動機的控制方式對電動機的磁場和轉矩分別進行控制，可獲得類似于直流調速系統(tǒng)的動態(tài)性能。 矢量控制方法的出現(xiàn)，是異步電動機變頻調速在電動機的調速領域里全方位地處于優(yōu)勢地位。但是，矢量控制技術需要對電動機參數(shù)進行正確估算。1.2系統(tǒng)的控制要求本文通過PLC控制變頻器達到變頻調速的目的，從而實現(xiàn)交流電機的正反轉、起停、加速、減速控制以及速度的調節(jié)，并且能夠在觸摸屏上進行操作，控制電機調速。本系統(tǒng)的結構如圖所示。圖1.3 系統(tǒng)的結構圖1.3 方案的確

18、定1.3.1 電動機的選擇在變頻電機中，電動機類型選擇的原則是，在滿足工作機械對于托動系統(tǒng)要求的前提下，所選電動機應盡可能結構簡單、運行可靠、維護方便、價格低廉。因此，在選用電動機種類時，若機械工作對拖行系統(tǒng)無過高的要求，應優(yōu)先選用交流電動機。在交流電動機中，籠型異步電動機結構簡單、運行可靠、維護方便，對起動性能無過高要求的調速系統(tǒng)，應優(yōu)先考慮。在電機工作中起動、制動比較頻繁，為提高生產(chǎn)率，又要求電動機具有較大的起動、制動轉矩以縮短起動制動時間，同時還有一定的調速要求，所以本設計采用籠型異步電動機，其參數(shù)為：型號：WDJ26；電壓：380V；接法：角接；轉速：1430r/min；功率：40W；

19、電流：0.2A；頻率：50HZ；絕緣等級：E；1.3.2 變頻器的選擇根據(jù)用途對變頻器進行分類，變頻器可以分為通用型系統(tǒng)型和專用型變頻器。西門子公司的MICROMASTER 440變頻器簡稱MM440變頻器，由微處理器控制，采用具有現(xiàn)代先進技術水平的絕緣柵雙極晶體管作為功率輸出器件。它居于矢量控制性能;內置的制動單元等等。以西門子的0.75W MM440變頻器為例，變頻器的部分技術參數(shù)如下：額定功率：0.75Kw輸入功率：4763hz輸出功率：0650Hz功率因素：0.98過載能力：150%,60s保護特性：過電壓和欠電壓保護.短路和接地保護.過負載保護.變頻器過熱和電動機過熱保護.電機失步保

20、護.參數(shù)連鎖保護.電動機鎖定保護。第二章 變頻調速系統(tǒng)的硬件設計2.1 PLC可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。  圖2.1可編程邏輯控制器其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本構成為： 1）電源 行間距大點可編程邏輯控制器的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此，可編程邏

21、輯控制器的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去 2中央處理單元(CPU) 中央處理單元(CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當可編程邏輯控制器投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器

22、內。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 為了進一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，近年來對大型可編程邏輯控制器還采用雙CPU構成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 3存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 4輸入輸出接口電路1現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。 2現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作

23、用可編程邏輯控制器通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。 5功能模塊 1高速計數(shù)器的工作模式高速計數(shù)器有12種工作模式，模式0模式2采用單路脈沖輸入的內部方向控制加/減計數(shù)；模式3模式5采用單路脈沖輸入的外部方向控制加/減計數(shù)；模式6模式8采用兩路脈沖輸入的加/減計數(shù)；模式9模式11采用兩路脈沖輸入的雙相正交計數(shù)。S7-200 CPU224有 HSC0-HSC5六個高速計數(shù)器，每個高速計數(shù)器有多種不同的工作模式。高速計數(shù)器的工作模式和輸入端子的關系及說明如表3-1所示。選用某個高速計數(shù)器在某種工作方式下工作后，高速計數(shù)器所使用的輸入不是任意選擇的，必須按系統(tǒng)指定的輸入點輸入信

24、號。如HSC1在模式11下工作，就必須用I0.6為A相脈沖輸入端，I0.7為B相脈沖輸入端，I1.0為復位端，I1.1為啟動端。表2-1 高速計數(shù)器的工作模式和輸入端子的關系及說明 HSC編號及其對應 的輸入 端子HSC模式功能及說明占用的輸入端子及其功能HSC0I0.0I0.1I0.2×HSC4I0.3I0.4I0.5×HSC1I0.6I0.7I1.0I1.1HSC2I1.2I1.3I1.4I1.5HSC3I0.1×××HSC5I0.4×××0單路脈沖輸入的內部方向控制加/減計數(shù)。計數(shù)方向控制位=0，減計數(shù)；計數(shù)

25、方向控制位=1，加計數(shù)。脈沖輸入端×××1×復位端×2×復位端起動3單路脈沖輸入的外部方向控制加/減計數(shù)。計數(shù)方向控制端=0，減計數(shù)；計數(shù)方向控制端=1，加計數(shù)。脈沖輸入端方向控制端××4復位端×5復位端起動6兩路脈沖輸入的單相加/減計數(shù)。加計數(shù)有脈沖輸入，加計數(shù)；減計數(shù)端脈沖輸入，減計數(shù)。加計數(shù)脈沖輸入端減計數(shù)脈沖輸入端××7復位端×8復位端起動9兩路脈沖輸入的雙相正交計數(shù)。A相脈沖超前B相脈沖，加計數(shù)；A相脈沖滯后B相脈沖，減計數(shù)。A相脈沖輸入端B相脈沖輸入端×

26、×10復位端11復位端起動說明：表中×表示沒有注意：同一個輸入端不能用于兩種不同的功能。高速計數(shù)器當前模式未使用的輸入端均可用于其他用途，如作為中斷輸入端或作為數(shù)字量輸入端。例如，如果在模式2中使用高速計數(shù)器HSC0，模式2使用I0.0和I0.2，則I0.1可用于邊緣中斷或用于HSC3。表2-2 高速計數(shù)器的控制字節(jié)HSC0HSC1HSC2HSC3HSC4HSC5說明SM37.0SM47.0SM57.0SM147.0復位有效電平控制：0=復位信號高電平有效；1=低電平有效SM37.1SM47.1SM57.1啟動有效電平控制：0=啟動信號高電平有效；1=低電平有效SM37.2

27、SM47.2SM57.2SM147.2正交計數(shù)器計數(shù)速率選擇：0=4×計數(shù)速率；1=1×計數(shù)速率SM37.3SM47.3SM57.3SM137.3SM147.3SM157.3計數(shù)方向控制位：0=減計數(shù)；1=加計數(shù)SM37.4SM47.4SM57.4SM137.4SM147.4SM157.4向HSC寫入計數(shù)方向：0=無更新；1=更新計數(shù)方向SM37.5SM47.5SM57.5SM137.5SM147.5SM157.5向HSC寫入新預置值0=無更新；1=更新預置值SM37.6SM47.6SM57.6SM137.6SM147.6SM157.6向HSC寫入新的當前值：0=無更新；1

28、=更新當前值SM37.7SM47.7SM57.7SM137.7SM147.7SM157.7HSC允許：0=禁用HSC；1=啟用HSC2高速計數(shù)器的控制字和狀態(tài)字定義了計數(shù)器和工作模式之后，還要設置高速計數(shù)器的有關控制字節(jié)。每個高速計數(shù)器均有一個控制字節(jié)，它決定了計數(shù)器的計數(shù)允許或禁用，方向控制（僅限模式0、1和2）或對所有其他模式的初始化計數(shù)方向，裝入當前值和預置值?？刂谱止?jié)每個控制位的說明如表3-2所示。每個高速計數(shù)器都有一個狀態(tài)字節(jié)，狀態(tài)位表示當前計數(shù)方向以及當前值是否大于或等于預置值。每個高速計數(shù)器狀態(tài)字節(jié)的狀態(tài)位如表3-3所示。只有在執(zhí)行中斷服務程序時，狀態(tài)位才有效，目的是使其它事件能

29、夠產(chǎn)生中斷以完成更重要的操作。表2-3 高速計數(shù)器狀態(tài)字節(jié)的狀態(tài)位HSC0HSC1HSC2HSC3HSC4HSC5說明SM36.5SM46.5SM56.5SM136.5SM146.5SM156.5當前計數(shù)方向狀態(tài)位：0 = 減計數(shù)；1 = 加計數(shù)SM36.6SM46.6SM56.6SM136.6SM146.6SM156.6當前值等于預設值狀態(tài)位：0 = 不相等；1 = 等于SM36.7SM46.7SM56.7SM136.7SM146.7SM156.7當前值大于預設值狀態(tài)位：0 = 小于或等于；1 = 大于6通信模塊PLC通訊模塊的功能是，當PLC本身的通訊口不夠使用時，因為有可能PLC需要和多

30、臺第三方儀器進行通訊。這時就需要用到通訊模塊，通訊模塊有很多類型，常見的有串口模塊（RS232、RS485、RS422）和以太網(wǎng)通訊模塊2.2 變頻器變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。通過改變電源的頻率來達到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業(yè)自動化程度

31、的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應用。變頻器通常分為4部分：整流單元、高容量電容、逆變器和控制器。 整流單元：將工作頻率固定的交流電轉換為直流電。 高容量電容：存儲轉換后的電能。 逆變器：由大功率開關晶體管陣列組成電子開關，將直流電轉化成不同頻率、寬度、幅度的方波。控制器：按設定的程序工作，控制輸出方波的幅度與脈寬，使疊加為近似正弦波的交流電，驅動交流電動機?？刂品绞降蛪和ㄓ米冾l輸出電壓為380650V，輸出功率為0.75400kW，工作頻率為0400Hz，它的主電路都采用交直交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下四代。1U/f=C的正弦脈寬調制(SPWM)控制方式： 其特點是控制電路結構簡單、成本

32、較低，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個領域得到廣泛應用。但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉矩減小。另外，其機械特性終究沒有直流電動機硬，動態(tài)轉矩能力和靜態(tài)調速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會隨負載的變化而變化，轉矩響應慢、電機轉矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調速。1變頻器設置表2-4 快速調試參數(shù)表參數(shù)號出廠值設置值 說 明P070022命令源選擇由端子排輸入P100022頻率設定值選擇為“模擬輸入”P112010

33、.005.00 斜坡上升時間P112110.005.00 斜坡下降時間2設置模擬信號控制、端子控制參數(shù)按表2-5所示設置數(shù)字輸入端子控制參數(shù)。表2-6 數(shù)字輸入/輸出端子、控制參數(shù)表參數(shù)號出廠值設置值說 明P070111ON接通正轉、OFF1停止命令P0702122ON接通反轉、OFF1停止命令P0705159故障確認P072511PNP/NPN 數(shù)字輸入選擇PNP方式P0731152.7數(shù)字輸出1的功能選擇變頻器故障P075600ADC類型選擇單極性電壓輸入0+10VP075700ADC輸入特性標定的x1值(V/mA)P07580.00.0ADC輸入特性標定的y1值P07591010ADC輸

34、入特性標定的x2值(V/mA)P0760100.0100.0ADC輸入特性標定的y2值P076100ADC死區(qū)的寬度(V/mA)P103210禁止反轉的MOP設定值選擇允許反向P200050.0050.00基準頻率(Hz)2.3 外部電路設計系統(tǒng)元件I/O分配表2-1表2-7 I/O分配輸入部分輸出部分元件PLC輸入點觸摸屏對應元件PLC輸出點啟動按鈕SB0M0.0正轉/停止 M0.2停止按鈕SB1M0.1（2） 繪制PLC硬件接線圖及硬件連接（對圖描述）圖2 電機恒速控制電路圖 第三章 變頻調速系統(tǒng)的軟件設計3.1 編程軟件的介紹STEP7-Micro/WIN32是西門子公司專為SIMATI

35、C S7-200系列可編程序控制器研制開發(fā)的編程軟件，它是基于Windows的應用軟件，功能強大，既可用于開發(fā)用戶程序，又可實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。STEP7-Micro/WIN32編程軟件的主界面外觀如下圖所示 界面一般可以分成以下幾個區(qū)：標題欄、菜單條（包含8個主菜單項）、工具條（快捷按鈕）、引導條（快捷操作窗口）、指令樹（快捷操作窗口）、輸出窗口、狀態(tài)條和用戶窗口（可同時或分別打開5個用戶窗口）。除菜單條外，用戶可以根據(jù)需要決定其他窗口的取舍和樣式。（1）菜單條  在菜單條中共有8個主菜單選項，各主菜單項的功能如下。1）文件（File）菜單項可完成如新建、打開、關

36、閉、保存文件、導入和導出、上載和下載程序、文件的頁面設置、打印預覽和打印設置等操作。2）編輯（Edit）菜單項提供編輯程序用的各種工具，如選擇、剪切、復制、粘貼程序塊或數(shù)據(jù)塊的操作，以及查找、替換、插入、刪除和快速光標定位等功能。3）視圖（View）菜單項可以設置編程軟件的開發(fā)環(huán)境，如打開和關閉其他輔助窗口（如引導窗口、指令樹窗口、工具條按鈕區(qū)），執(zhí)行引導條窗口的所有操作項目，選擇不同語言的編程器（LAD、STL或FBD），設置3種程序編輯器的風格（如字體、指令盒的大小等）。4）可編程控制器（PLC）菜單項用于實現(xiàn)與PLC聯(lián)機時的操作，如改變PLC的工作方式、在線編譯、清除程序和數(shù)據(jù)、查看PL

37、C的信息、以及PLC的類型選擇和通信設置等。5）調試（Debug）菜單項用于聯(lián)機調試。6）工具（Tools）菜單項可以調用復雜指令（如PID指令、NETR/NETW指令和HSC指令），安裝文本顯示器TD200，改變用戶界面風格（如設置按鈕及按鈕樣式、添加菜單項），用“選項”子菜單可以設置三種程序編輯器的風格（如語言模式、顏色等）。7）窗口（Windows）菜單項的功能是打開一個或多個窗口，并進行窗口間的切換?？梢栽O置窗口的排放方式（如水平、垂直或層疊）。8）幫助（Help）菜單項可以方便地檢索各種幫助信息，還提供網(wǎng)上查詢功能。而且在軟件操作過程中，可隨時按F1鍵來顯示在線幫助。（2）工具條&#

38、160; 將STEP7-Micro/WIN32編程軟件最常用的操作以按鈕形式設定到工具條，提供簡便的鼠標操作?？梢杂谩耙晥D”菜單中的“工具”選項來顯示或隱藏3種按鈕：標準、調試和指令。（3）引導條  在編程過程中，引導條提供窗口快速切換的功能，可用“視圖”菜單中的“引導條”選項來選擇是否打開引導條。引導條中有以下七種組件。1）程序塊（Program Block）由可執(zhí)行的程序代碼和注釋組成。程序代碼由主程序（OB1）、可選的子程序（SBR0）和中斷程序（INT0）組成。2）符號表（Symbol Table）用來建立自定義符號與直接地址間的對應關系，并可附加注釋，使得用戶可以使用具有實

39、際意義的符號作為編程元件，增加程序的可讀性。例如，系統(tǒng)的停止按鈕的輸入地址是I0.0，則可以在符號表中將I0.0的地址定義為stop，這樣梯形圖所有地址為I0.0的編程元件都由stop代替。當編譯后，將程序下載到PLC中時，所有的符號地址都將被轉換成絕對地址。3）狀態(tài)圖（Status Chart）用于聯(lián)機調試時監(jiān)視各變量的狀態(tài)和當前值。只需要在地址欄中寫入變量地址，在數(shù)據(jù)格式欄中標明變量的類型，就可以在運行時監(jiān)視這些變量的狀態(tài)和當前值。4）數(shù)據(jù)塊（Data Block）可以對變量寄存器V進行初始數(shù)據(jù)的賦值或修改，并可附加必要的注釋。5）系統(tǒng)塊（System Block）主要用于系統(tǒng)組態(tài)。系統(tǒng)組

40、態(tài)主要包括設置數(shù)字量或模擬量輸入濾波、設置脈沖捕捉、配置輸出表、定義存儲器保持范圍、設置密碼和通信參數(shù)等。在本附錄中對系統(tǒng)組態(tài)的設置不作詳細介紹。6）交叉索引（Cross Reference）可以提供交叉索引信息、字節(jié)使用情況和位使用情況信息，使得PLC資源的使用情況一目了然。只有在程序編輯完成后，才能看到交叉索引表的內容。在交叉索引表中雙擊某個操作數(shù)時，可以顯示含有該操作數(shù)的那部分程序。7）通信（Communications）可用來建立計算機與PLC之間的通信連接，以及通信參數(shù)的設置和修改。在引導條中單擊“通信”圖標，則會出現(xiàn)一個“通信”對話框，雙擊其中的“PC/PPI”電纜圖標，將出現(xiàn)“P

41、G/PC”接口對話框，此時可以安裝或刪除通信接口，檢查各參數(shù)設置是否正確，其中波特率的默認值是9600。設置好參數(shù)后，就可以建立與PLC的通信聯(lián)系。雙擊“通信”對話框中的“刷新”圖標，STEP7-Micro/WIN32將檢查所有已連接的S7-200的CPU站，并為每一個站建立一個CPU圖標。建立計算機與PLC的通信聯(lián)系后，可以設置PLC的通信參數(shù)。單擊引導條中“系統(tǒng)塊”圖標，將出現(xiàn)“系統(tǒng)塊”對話框，單擊“通信口（Port）”選項，檢查和修改各參數(shù)，確認無誤后，單擊“確認（OK）”按鈕。最后單擊工具條的“下載（Download）”按鈕，即可把確認后的參數(shù)下載到PLC主機。用指令樹窗口或視圖（Vi

42、ew）菜單中的選項也可以實現(xiàn)各編程窗口的切換。（4）指令樹  指令樹提供編程所用到的所有命令和PLC指令的快捷操作?？梢杂靡晥D（View）菜單的“指令樹”選項來決定其是否打開。（5）輸出窗口  該窗口用來顯示程序編譯的結果信息。如各程序塊的信息、編譯結果有無錯誤以及錯誤代碼和位置等。（6）狀態(tài)條  狀態(tài)條也稱任務欄，用來顯示軟件執(zhí)行情況，編輯程序時顯示光標所在的網(wǎng)絡號、行號和列號，運行程序時顯示運行的狀態(tài)、通信波特率、遠程地址等信息。（7）程序編輯器  可以用梯形圖、語句表或功能表圖程序編輯器編寫和修改用戶程序。（8）局部變量表  每個程序塊都

43、對應一個局部變量表，在帶參數(shù)的子程序調用中，參數(shù)的傳遞就通過局部變3.2 PLC的工作原理（不完整）當可編程邏輯控制器投入運行后，其工作過程一般分為三個階段， 可編程邏輯控制器即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 3.2.1輸入采樣階段 在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應的單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)

44、也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 3.2.2用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)

45、據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。3.2.3輸出刷新階段當掃描用戶程序結束后，可編程邏輯控制器就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O

46、映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅動相應的外設。這時，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。3.3 PLC編程語言PLC的用戶程序，是設計人員根據(jù)控制系統(tǒng)的工藝控制要求，通過PLC編程語言的編制規(guī)范，按照實際需要使用的功能來設計的。只要用戶能夠掌握某種標準編程語言，就能夠使用PLC在控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)各種自動化控制功能。 根據(jù)國際電工委員會制定的工業(yè)控制編程語言標準（IEC1131-3），PLC有五種標準編程語言：梯形圖語言（LD）、指令表語言（IL）、功能模塊語言（FBD）、順序功能流程圖語言（SFC）、結構文化本語言（ST）。這五標準編程語言，十分簡單易學。 3.3.1

47、梯形圖語言（LD）梯形圖語言是PLC程序設計中最常用的編程語言。它是與繼電器線路類似的一種編程語言。由于電氣設計人員對繼電器控制較為熟悉，因此，梯形圖編程語言得到了廣泛的歡迎和應用。 梯形圖編程語言的特點是：與電氣操作原理圖相對應，具有直觀性和對應性；與原有繼電器控制相一致，電氣設計人員易于掌握。 梯形圖編程語言與原有的繼電器控制的不同點是，梯形圖中的能流不是實際意義的電流，內部的繼電器也不是實際存在的繼電器，應用時，需要與原有繼電器控制的概念區(qū)別對待。 3.3.2、指令表語言（IL）指令表編程語言是與匯編語言類似的一種助記符編程語言，和匯編語言一樣由操作碼和操作數(shù)組成。在無計算機的情況下，適

48、合采用PLC手持編程器對用戶程序進行編制。同時，指令表編程語言與梯形圖編程語言圖一一對應，在PLC編程軟件下可以相互轉換。圖3就是與圖2PLC梯形圖對應的指令表。 指令表表編程語言的特點是：采用助記符來表示操作功能，具有容易記憶，便于掌握；在手持編程器的鍵盤上采用助記符表示，便于操作，可在無計算機的場合進行編程設計；與梯形圖有一一對應關系。其特點與梯形圖語言基本一致。 3.3.3、功能模塊圖語言（FBD）功能模塊圖語言是與數(shù)字邏輯電路類似的一種PLC編程語言。采用功能模塊圖的形式來表示模塊所具有的功能，不同的功能模塊有不同的功能。 功能模塊圖編程語言的特點：功能模塊圖程序設計語言的特點是：以功

49、能模塊為單位，分析理解控制方案簡單容易；功能模塊是用圖形的形式表達功能，直觀性強，對于具有數(shù)字邏輯電路基礎的設計人員很容易掌握的編程；對規(guī)模大、控制邏輯關系復雜的控制系統(tǒng)，由于功能模塊圖能夠清楚表達功能關系，使編程調試時間大大減少。 3.3.4、 順序功能流程圖語言（SFC）順序功能流程圖語言是為了滿足順序邏輯控制而設計的編程語言。編程時將順序流程動作的過程分成步和轉換條件，根據(jù)轉移條件對控制系統(tǒng)的功能流程順序進行分配，一步一步的按照順序動作。每一步代表一個控制功能任務，用方框表示。在方框內含有用于完成相應控制功能任務的梯形圖邏輯。這種編程語言使程序結構清晰，易于閱讀及維護，大大減輕編程的工作

50、量，縮短編程和調試時間。用于系統(tǒng)的規(guī)模校大，程序關系較復雜的場合。圖5是一個簡單的功能流程編程語言的示意圖。 順序功能流程圖編程語言的特點：以功能為主線，按照功能流程的順序分配，條理清楚，便于對用戶程序理解；避免梯形圖或其他語言不能順序動作的缺陷，同時也避免了用梯形圖語言對順序動作編程時，由于機械互鎖造成用戶程序結構復雜、難以理解的缺陷；用戶程序掃描時間也大大縮短。 3.3.5、結構化文本語言（ST）結構化文本語言是用結構化的描述文本來描述程序的一種編程語言。它是類似于高級語言的一種編程語言。在大中型的PLC系統(tǒng)中，常采用結構化文本來描述控制系統(tǒng)中各個變量的關系。主要用于其他編程語言較難實現(xiàn)的

51、用戶程序編制。 結構化文本編程語言采用計算機的描述方式來描述系統(tǒng)中各種變量之間的各種運算關系，完成所需的功能或操作。大多數(shù)PLC制造商采用的結構化文本編程語言與BASIC語言、PASCAL語言或C語言等高級語言相類似，但為了應用方便，在語句的表達方法及語句的種類等方面都進行了簡化。結構化文本編程語言的特點：采用高級語言進行編程，可以完成較復雜的控制運算；需要有一定的計算機高級語言的知識和編程技巧，對工程設計人員要求較高。直觀性和操作性較差。3.4 輸入輸出點分配（名字不合適）1.根據(jù)任務分析，PLC需要2個輸入點，3個輸出點，輸入輸出點分配見表3-8。表3-1 輸入輸出點分配表輸 入輸 出輸入

52、繼電器輸入元件名稱輸出繼電器輸出元件名稱I0.0CHA脈沖輸入Q0.0INV5正轉I0.4INV19變頻運行Q0.1INV6反轉Q0.4INV7復位2組態(tài)軟件變量與PLC的地址分配根據(jù)任務分析，觸摸屏的組態(tài)軟件變量與PLC的的地址分配見表3-2。表3-2 組態(tài)軟件變量與PLC的地址分配表 輸 入 輸 出名稱PLC地址組態(tài)軟件變量名稱PLC地址組態(tài)軟件變量啟動M0.0啟動運行狀態(tài)M2.0運行狀態(tài):0停止1運行停止M0.1停止變頻故障燈M2.4運行故障:0無1有正反轉M0.2正反轉:0正轉1反轉電機狀態(tài)VW0電機狀態(tài):0停止1正轉2反轉手自動M0.3手動自動:0手動1自動手動輸出VD750手動輸出

53、%復位按鈕M0.4復位實際輸出VD850實際輸出%參數(shù)修改M1.0PID參數(shù):0顯示1修改模擬輸出AQW0032000設定值VD600設定轉速曲線實際VW950曲線實際值:字實際值VD500運行轉速曲線設定VW952曲線設定值:字增益VD912P參數(shù)采樣時間VD916Ts參數(shù)積分時間VD920Ti參數(shù)微分時間VD924Td參數(shù)3.雙擊STEP 7-Micro/WIN圖標，創(chuàng)建一個新的工程項目并命名為電機恒速控制。表3-3 電機控制符號表符號地址注釋I0.0脈沖輸入變頻故障I0.4變頻故障:變頻器21正轉Q0.0正轉:變頻器5反轉Q0.1反轉:變頻器6變頻復位Q0.4復位:變頻器16啟動M0.0

54、啟動:觸摸屏停止M0.1停止:觸摸屏正反轉M0.2正反轉:0正轉1反轉手自動M0.3手動自動:0手動1自動復位按鈕M0.4復位運行狀態(tài)M2.0運行狀態(tài):0停止1運行變頻故障燈M2.4運行故障:0無1有參數(shù)修改M1.0PID參數(shù):0顯示1修改電機狀態(tài)VW0電機狀態(tài):0停止1正轉2反轉脈沖數(shù)VD100200ms脈沖數(shù)實際值VD500實際轉速值:實數(shù)實際值字VW550實際轉速值:字設定值VD600設定轉速值手動輸出VD700手動輸出01手輸出百VD750手動輸出0100PID輸出VW800PID輸出032000實輸出百VD850實際輸出0100模擬輸出AQW0032000PID參數(shù)VD9124個PID參數(shù)曲線實際VW950曲線實際值:字曲線設定VW952曲線設定值:字3.5 變頻調速系統(tǒng)程序設計圖3 電機恒速控制梯形圖主程序圖3 電機恒速控制梯形圖主程序（續(xù)）