傳送帶控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、傳送帶控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要本次課題主要介紹了本人與本組同學(xué)在張老師的指導(dǎo)下研究和設(shè)計(jì)基于可編程控制器的變頻調(diào)速系統(tǒng)的若干成果，在本次的設(shè)計(jì)中，我們的設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、觸摸屏、電動(dòng)機(jī)等幾部分組成。經(jīng)過此次設(shè)計(jì)，一起討論研究，使我對所有器件有了新的認(rèn)識，尤其對 PLC有了更多的了解： PLC是能進(jìn)行行邏輯運(yùn)算，順序運(yùn)算，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)，和算術(shù)運(yùn)算等操作指令， 并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出， 控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程的工業(yè)計(jì)算機(jī)。 首先我們查閱各個(gè)器件的資料， 先對其有個(gè)明確的認(rèn)識， 然后通過張老師的指點(diǎn)明白了整個(gè)系統(tǒng)的大概工作原理框圖后，通過學(xué)習(xí)資料與老師指點(diǎn)將硬件設(shè)備連接成功。接著

2、通過學(xué)習(xí) GX developer 編程軟件將所用設(shè)備用程序?qū)⑵溥B在一起，然后在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試和外部線路的連接最終完成項(xiàng)目的全部工作，并制作成功樣機(jī)一臺。對于這次的設(shè)計(jì)，與以前的相比，相差甚大，本次設(shè)計(jì)更具有價(jià)值，每一點(diǎn)成果都是們查閱資料，一起研究，和老師指導(dǎo)，完成的。本文綜合應(yīng)用電子學(xué)與機(jī)械學(xué)知識去解決基于可編程控制器的變頻調(diào)速系統(tǒng)，本次設(shè)計(jì)選用三相異步交流電機(jī)，而 PLC 和 交流電機(jī)無論在工業(yè)還是生活中都是應(yīng)用最廣，因此本次設(shè)計(jì)具有相當(dāng)?shù)膶?shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞： PLC、變頻器、觸摸屏、GX developer前言本次課題來源于生活實(shí)際，它因工作效率高， 所以在現(xiàn)在的自動(dòng)化生產(chǎn)線上應(yīng)用十分廣泛。本

3、次課題工作的過程為， 我們在觸摸屏上輸入電機(jī)所要運(yùn)行的頻率， 然后在觸摸屏上按下啟動(dòng)鈕，經(jīng)過 PLC跟變頻器通信后，變頻器按設(shè)定的頻率運(yùn)行，在觸摸屏上按下停止鈕，變頻器停止運(yùn)行。以前它們通過繼電器來調(diào)換三相電中的任意兩相電順序， 來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)； 通過串電阻的方式進(jìn)行調(diào)速，這些方式不僅麻煩，而且占用空間、具有局限性，并且不能實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，對電機(jī)損大，縮短使用壽命等等本次課題我們運(yùn)用觸摸屏、 PLC 、變頻器、 RS-485通信等技術(shù)，通過觸摸屏給 PLC 相應(yīng)信息， PLC 再根據(jù)觸摸屏給的信息通過 485通信發(fā)送給變頻器，變頻器根據(jù)接收的信息進(jìn)行執(zhí)行。這樣我們就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)自動(dòng)化控制。1第一

4、章 傳送帶控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 本次課題的控制要求及總體設(shè)計(jì)方案此次課題為傳送帶控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ，利用 485 通信，將 PLC 與變頻器連接起來進(jìn)行通信，由變頻器控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)和變速運(yùn)行的一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，由觸摸屏給出運(yùn)行頻率、起動(dòng)信號、 停止信號。在控制系統(tǒng)中我們設(shè)有緊急停止， 當(dāng)有一些緊急情況發(fā)生時(shí)，我們可以按下停止按鈕，實(shí)現(xiàn)緊急停止。計(jì)算機(jī)普通計(jì)算機(jī)裝有三菱GX 軟件三菱 GT 軟件通過 RS-232 進(jìn)行通信觸摸屏F94*GOT(320 ×240)通過 RS-422 進(jìn)行通信PLC三菱 Fx2N-16MR-001通過 RS-485 進(jìn)行通信變頻器F540采用物理線路連接三相

5、異步電動(dòng)機(jī)Y112M-4PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程圖2設(shè)計(jì)器材的選擇Plc 的選擇（ 1）根據(jù) I/O 數(shù)由于本次設(shè)計(jì)我們采用的是通信模式，所以 I/O 口不需要， 但為了以后考慮我們還是選擇了I/O 數(shù)目少的16 點(diǎn)的。（2）可靠性PLC產(chǎn)品的可靠性與設(shè)計(jì)、器件、制造工藝相關(guān)系，同時(shí)也與用戶的使用環(huán)境和習(xí)慣有關(guān)系，本次課題對 PLC的要求不是太大，普通就行。（3）價(jià)格價(jià)格跟 PLC的點(diǎn)數(shù)、內(nèi)存等一些因素有關(guān)。（ 4）習(xí)慣因?yàn)楦骷?PLC 的編程習(xí)慣均有不同， 因?yàn)槲覀儗W(xué)的就是日本三菱的， 所以習(xí)慣上更偏向于日系品牌， 但日系編程習(xí)慣并不是最好的， 認(rèn)真學(xué)習(xí) PLC廠商提供的手冊是加快了解和學(xué)習(xí)

6、一種新 PLC的關(guān)鍵。綜合以上我們選擇三菱FR2N-16MR。電機(jī)的選擇1) 由于我們需要變頻器調(diào)速的電動(dòng)機(jī)為三相異步，所以我們電動(dòng)機(jī)為Y 系列。2) 由于我們電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的是傳送帶，所以我們選擇封閉式的電動(dòng)機(jī)。3）功率的選擇這次我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)要求的是牽引力為：3KN ， 速度： 1.2m/s。根據(jù) P=F· V=3000 × 1.2 W=3600W按電動(dòng)機(jī)的輸出功率為90%，那么：P(總 )=3600÷ 90%W=4000W=4KW故電動(dòng)機(jī)的功率為4KW綜上我們選擇的電動(dòng)機(jī)為Y-112M-4變頻器的選擇3本次課題所需器材及相應(yīng)軟件名稱型號數(shù)量作用計(jì)算機(jī)華碩 N82

7、J1 臺裝軟件，制作畫面觸摸屏F94*GOT(320 ×240)1 臺給 PLC 信號PLC三菱 Fx2N-16MR1 臺作為控制器變頻器三菱 F5402 臺作為執(zhí)行器三相異步電動(dòng)機(jī)Y112M-41 臺作為執(zhí)行器按鈕1 個(gè)緊急停止485 通信板1 個(gè)PLC 跟變頻器通行4第二章程序的設(shè)計(jì)及組態(tài)2.1 PLC 的相應(yīng)設(shè)計(jì)PLC 和變頻器通訊可分為三個(gè)階段：變頻器的通訊請求階段、變頻器對收到數(shù)據(jù)的響應(yīng)階段和 PLC 根據(jù)變頻器返回?cái)?shù)據(jù)的響應(yīng)階段。在每個(gè)階段， 數(shù)據(jù)指令代碼和應(yīng)答數(shù)據(jù)的不同，通許數(shù)據(jù)格式不一樣。 要求電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)， 常用指令代碼為 HED（運(yùn)行頻率的寫入） 、H6F( 輸出

8、頻 PLC 和變頻器通訊可分為三個(gè)階段：變頻器的通訊請求階段，變頻器對收到的數(shù)據(jù)響應(yīng)階率 )和 HEA （電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)指令） ，PLC 和變頻器通信時(shí)，使用十六進(jìn)制數(shù)，數(shù)據(jù)在它們之間自動(dòng)使用 ASC 碼傳輸。5程序中 RS 指令用于FX 系列 PLC ，實(shí)現(xiàn) PLC 與外圍設(shè)備見的數(shù)據(jù)傳送額接收。三菱變頻器通信采用總和和校驗(yàn)，它是被校驗(yàn)的ASC 數(shù)據(jù)的總和的最低一個(gè)字節(jié)（8 位）表示的 2 個(gè) ASC 數(shù)字（十六進(jìn)制） 。頻率寫入變頻器后，但是電動(dòng)機(jī)不能夠運(yùn)轉(zhuǎn)，如要求電動(dòng)機(jī)， 必須向變頻器寫入一個(gè)運(yùn)行指令，該指令能實(shí)現(xiàn)該電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)和停止。獨(dú)處變頻器頻率的指令代碼為“6F”此次課題我們選用的

9、PLC 需要跟變頻器進(jìn)行通信，程序相應(yīng)如下：PLC 通訊運(yùn)行程序設(shè)計(jì)流程如下圖5：PLC 通訊流程圖要實(shí)現(xiàn) PLC 對變頻器的通訊控制，必須對 PLC 進(jìn)行編程；通過程序?qū)崿F(xiàn) PLC 對變頻器的各種運(yùn)行控制和數(shù)據(jù)的采集。 PLC 程序首先應(yīng)完成 FX2N-485BD 通訊適配器的初始化、控制命令字的組合、代碼轉(zhuǎn)換和變頻器應(yīng)答數(shù)據(jù)的處理工作。PLC 通訊運(yùn)行程序設(shè)計(jì)流程下圖6789三菱 FXZN PLC 的主要特點(diǎn)：1一個(gè)程序包的單元型可編程序控制器7 利用鍵盤保護(hù)程序 （編程手冊、 外圍設(shè)2采用裝卸式端子臺備手冊）3內(nèi)裝 PUN/STOP 開關(guān)8 元件注解4程序存儲器9 用 SFC 表現(xiàn)的編程

10、5鐘表功能10 簡便的應(yīng)用指令庫6 PUN 寫入11 高速處理102.2 觸摸屏畫面的組態(tài)觸摸屏設(shè)計(jì)觸摸屏是控制與監(jiān)控系統(tǒng)的裝置。第一個(gè)界面用元件里面的、位狀態(tài)切換開關(guān)，設(shè)置數(shù)字量輸入開關(guān)：設(shè)備類型LB、 設(shè)備地址 0、后面每個(gè)設(shè)置的都要不同，輸出地址：設(shè)備類型X、設(shè)備地址010、（與程序中的開關(guān)對應(yīng)），開關(guān)類型：復(fù)歸型開關(guān)、圖形自選，標(biāo)簽：600，易懂（打上所對應(yīng)的數(shù)字量）狀態(tài)號 0，創(chuàng)建三個(gè)，在用功能鍵設(shè)制一個(gè)結(jié)束鍵和進(jìn)入下一頁的鍵（功能鍵屬性：切換基本窗口，窗口編號 11）到下一頁。第二個(gè)界面用元件里的位狀態(tài)開關(guān)，設(shè)置，正轉(zhuǎn)開關(guān)X003、反轉(zhuǎn)開關(guān)X004 和停止開關(guān)XOO7。在用元件里的

11、位狀態(tài)指示燈元件設(shè)置兩個(gè)指示燈顯示（監(jiān)視）狀態(tài)。（正轉(zhuǎn)） 讀取設(shè)備地址：設(shè)備類型Y，設(shè)備地址0，功能選擇：閃爍狀態(tài)為0 圖形、頻率1。（反轉(zhuǎn)）讀取設(shè)備地址：設(shè)備類型 Y，設(shè)備地址 0，功能選擇：閃爍狀態(tài)為 0 頻率 1。在用功能鍵設(shè)置一個(gè)返回鍵和進(jìn)入下一頁的鍵和返回主頁的鍵。觸摸屏人機(jī)界面是在操作人員和機(jī)器設(shè)備之間雙向溝通的橋梁，用戶可以自由的組合文字，按鈕， 圖形，數(shù)字等來處理或監(jiān)控管理及應(yīng)付隨時(shí)可能變化信息的多功能顯示屏幕。隨著機(jī)械設(shè)備的飛速發(fā)展，以往的操作界面需要由熟練的操作人員才能操作，而且操作困難， 無法提高工作效率。 但是使用人機(jī)界面能夠明確指示并告知操作員機(jī)器設(shè)備目前的狀況，使操

12、作變得簡單生動(dòng)， 并且可以減少操作上的失誤，即使是新手也可以很輕松的操作整個(gè)機(jī)器設(shè)備。使用人機(jī)界面還可以使機(jī)器的配線標(biāo)準(zhǔn)化，簡單化，同時(shí)也能減少PLC控制所需的I/O 點(diǎn)數(shù)，降低生產(chǎn)成本同時(shí)由面板控制的小型化及高性能，相對提高了整套設(shè)備的附加價(jià)值。為了操作上的方便， 人們用觸摸屏來代替鼠標(biāo)或鍵盤。工作時(shí)，我們必須首先用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標(biāo)或菜單位置來定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置， 接受后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測裝置上接收觸摸信息，并

13、將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再送給CPU，它同時(shí)能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。第三章調(diào)試與運(yùn)行3.1 系統(tǒng)硬件組成和連接系統(tǒng)硬件組成如圖1所示，主要由下列組件構(gòu)成；11如圖 1 系統(tǒng)硬件組成如圖 2 變頻器之間的通訊3.1.1 組網(wǎng)方式三菱變頻器 A500/E500/F500 系列都可以采取組網(wǎng)方式進(jìn)行通信。方式一為單主機(jī)多從機(jī)方式（如圖 3.3 所示），方式二為單主機(jī)單從機(jī)方式。主機(jī)可以選用個(gè)人計(jì)算機(jī)、可編程控制器、 DCS；從機(jī)則指的是變頻器。FX2N-16MR為系統(tǒng)的核心組成。2、FX2N-16MR為 FX2N 系統(tǒng) PLC 的通訊適配器，主要用于PLC 和變頻器之間的數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。3、

14、RS-422 電纜用于 PLC 和計(jì)算機(jī) RS-232 之間的數(shù)據(jù)傳送。4、通訊電纜采用五芯電纜自行制作。下文介紹通訊電纜的制作方法和連接方式：變頻器端的 PU 接口用于 RS485 通訊時(shí)的接口端子排定義如下圖 3 所示：（從變頻器下面看如圖 3.3 三菱變頻器 FRS540的 PU端3.1.2 通信接口通信接口一般包含接口方式、數(shù)據(jù)格式和波特率三種。12三菱變頻器的接口方式為 RS485接口，且為異步半雙工。 數(shù)據(jù)格式根校驗(yàn)方式的不同可以分為無校驗(yàn)、奇校驗(yàn)和偶校驗(yàn) 3 種，波特率可以包括300-38400b/s 之間的一種。3.1.3 功能定義通過通信可以監(jiān)視變頻器的內(nèi)容包括一下幾方面。1

15、）監(jiān)視從機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。從機(jī)的運(yùn)行參數(shù)：當(dāng)前運(yùn)行頻率、輸出電壓、輸出電流、無單位顯示量 （運(yùn)行轉(zhuǎn)速） 、模擬閉環(huán)反饋、 速度閉環(huán)反饋、 輸出轉(zhuǎn)矩等。 從機(jī)運(yùn)行設(shè)定參數(shù)：當(dāng)前設(shè)定頻率、設(shè)定轉(zhuǎn)速、設(shè)定線速度、模擬等閉環(huán)設(shè)定、速度閉環(huán)設(shè)定、供水變頻器的壓力設(shè)定等。從機(jī)運(yùn)行狀態(tài)：I/O 狀態(tài)、當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)等。2）控制從機(jī)運(yùn)行，包括開機(jī)、停機(jī)、點(diǎn)動(dòng)、故障復(fù)位、自由停車、緊急停車、設(shè)置當(dāng)前運(yùn)行頻率給定值等。3）讀取從機(jī)的功能碼參數(shù)值。4）設(shè)置從機(jī)的功能碼參數(shù)值。5）系統(tǒng)配置和查詢命令。配置從機(jī)當(dāng)前運(yùn)行設(shè)置、查詢從機(jī)設(shè)備系列類型、輸入并驗(yàn)證用戶密碼。3.1.4 通信規(guī)格通信規(guī)格通信方式遵循下表所示的規(guī)

16、定。三菱變頻器通.符合的標(biāo)準(zhǔn)RS485 可連接的變頻器數(shù)量1N（最多 32 臺變頻器） 通信速率可選擇19200b/s、9600b/s 和 4800b/s 控制協(xié)議異步通信方式半雙工通信規(guī)格字符方式ASCII(7 位 /8 位 )可選停止位長可在 1 位和 2 位之間選擇結(jié)束 CR/LF（有 /沒有）可選 校驗(yàn)方式奇偶校驗(yàn)可選擇有 （奇或偶）或無總和校驗(yàn)有等待時(shí)間設(shè)定在有和無之間選擇頻器之間的485 通訊協(xié)議和數(shù)據(jù)定義PLC 和變頻器之間進(jìn)行通訊， 通訊規(guī)格必須在變頻器的初始化中設(shè)定， 如果沒有進(jìn)行設(shè)定或有一個(gè)錯(cuò)誤的設(shè)定， 數(shù)據(jù)將不能進(jìn)行通訊。 且每次參數(shù)設(shè)定后， 需復(fù)位變頻器。確保參數(shù)的設(shè)定

17、生效。 設(shè)定好參數(shù)后將按如下協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。 （如圖45）13如圖 4 變頻器之間的通訊圖 5： RS485 通訊協(xié)議圖1 從 PLC 到變頻器的通訊請求數(shù)據(jù)2 數(shù)據(jù)寫入時(shí)從變頻器到PLC 的應(yīng)答數(shù)據(jù)3 讀出數(shù)據(jù)時(shí)從變頻器到PLC 的應(yīng)答數(shù)據(jù)4 讀出數(shù)據(jù)時(shí)從 PLC 到變頻器發(fā)送數(shù)據(jù)14通訊數(shù)據(jù)定義如下：1 控制代碼2 通訊數(shù)據(jù)類型所有指令代碼和數(shù)據(jù)均以 ASCII 碼（十六進(jìn)制）發(fā)送和接收。例如：（頻率和參數(shù)）依照相應(yīng)的指令代碼確定數(shù)據(jù)的定義和設(shè)定范圍3.2 三菱 FX 系列 PLC與三菱變頻5 通信參數(shù)設(shè)置3.2.1 三菱變頻器的設(shè)置PLC 和變頻器之間進(jìn)行通信。通信規(guī)格必須在變頻器的初

18、始化中設(shè)定，如果沒有進(jìn)行初始化設(shè)定或有一個(gè)錯(cuò)誤的設(shè)定，數(shù)據(jù)將不能進(jìn)行傳輸。注：每次參數(shù)初始化設(shè)定完成以后，需要復(fù)位變頻器。如果改變與通信相關(guān)的參數(shù)后，變頻器沒有復(fù)位，通信將不能進(jìn)行。參 數(shù)名稱設(shè) 定說明號值Pr117站號0設(shè)定頻率站號為0Pr118通信速率96設(shè)定波特頻率為9600b/sPr119停止位長 / 數(shù)據(jù)11設(shè)定停止位 2 位，數(shù)據(jù)位 7 位位長Pr120奇偶校驗(yàn)有 /無2設(shè)定為偶校驗(yàn)Pr121通信再試次數(shù)9999即使發(fā)生通信錯(cuò)誤， 變頻器也不停止Pr122通信效驗(yàn)時(shí)間9999通信校驗(yàn)終止間隔Pr123等待時(shí)間設(shè)定9999用通信數(shù)據(jù)設(shè)定Pr124CR、LF 有 /無選0選擇 CR、

19、LF擇對于 122 號參數(shù)一定要設(shè)成 9999，否則當(dāng)通信結(jié)束以后且通信校驗(yàn)互鎖時(shí)間到時(shí)變頻器會產(chǎn)生報(bào)警并停止（ E.PUE）對于 79 號參數(shù)要設(shè)成1，即 PU 操作模式15注：以上參數(shù)設(shè)置適用于A500 、E500、 F500、 F700 系列變頻器當(dāng)在 F500、 F700 系列變頻器上要設(shè)定上述通信參數(shù)，首先要將 Pr160 設(shè)成 0.對于 S500 系列變頻器（帶 R）的相關(guān)參數(shù)設(shè)置如下本次變頻器需要與PLC 進(jìn)行通信，相應(yīng)參數(shù)如下：參數(shù)號名稱設(shè)定值說明n1站號0設(shè)定變頻器站號為 0n2通信速率96設(shè)定波特率為9600b/sn3停止位長 /數(shù)據(jù)位長11設(shè)定停止位 2 位，數(shù)據(jù)位 7位

20、n4奇偶檢驗(yàn)有 /無2設(shè)定為偶校驗(yàn)n5通信再試次數(shù)-即使發(fā)生通信錯(cuò)誤，變頻器也不停止工作n6通行校驗(yàn)時(shí)間間隔-通信校驗(yàn)終止n7等待時(shí)間設(shè)定-用通信數(shù)據(jù)設(shè)定n8運(yùn)行指令權(quán)0指令權(quán)在計(jì)算機(jī)n9速度指令權(quán)0指令權(quán)在計(jì)算機(jī)n10聯(lián)網(wǎng)啟動(dòng)模式選擇1用計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行模式啟動(dòng)n11CR， LF 有/無選擇0選擇無 CR， LFPr79運(yùn)行模式0面板 /外部模式對于 79 設(shè)置成 0 即可。注意：當(dāng)在 S500 系列變頻器上要設(shè)定上述通信參數(shù)，首先要將Pr30 設(shè)置成 1.3.2.2 三菱 PLC 的設(shè)置三菱 FX 系列 PIC 在進(jìn)行計(jì)算機(jī)連接（專用協(xié)議）和無協(xié)議指令（RS 指令）時(shí)均需要通信格式（ D8120 ）進(jìn)行設(shè)定。 其中包含有波特率、數(shù)據(jù)長度、 奇偶校驗(yàn)、 停止位和協(xié)議格式等。在修改了 D8120的設(shè)置后，確保關(guān)掉 PLC 的電源，然后打開。在這里對D8120 進(jìn)行設(shè)置如下：RS485b15b000001100100011100C8E即數(shù)據(jù)長度為7 位，偶校驗(yàn)位，2 位停止位，波特率為9600b/s，無標(biāo)題符和終算符，沒有添加和校驗(yàn)碼，采用無協(xié)議通信（RS485