基于PLC的電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)

限制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目名稱：以西門子S7-200為核心的電機(jī)速度監(jiān)控系統(tǒng)學(xué)生姓名/學(xué)號(hào)：盧澤濤1307300108吳鐘森1307300105夏杰東1307300107指導(dǎo)老師：黃崢班級(jí)電氣133專業(yè)名稱電氣工程及其自動(dòng)化提交日期2016年12月15日答辯日期2016年12月15日系統(tǒng)整體功能說明及軟硬件選型 1、通過PLC限制變頻器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程方式限制限制鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)及速度。2、將編碼器中與轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的輸出電壓采集到PLC中。3、通過PLC編寫PID限制程序，限制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。4、應(yīng)用觸摸屏組態(tài)軟件設(shè)計(jì)限制系統(tǒng)的界面，與PLC進(jìn)行動(dòng)態(tài)連接，可在界面中限制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，顯示變頻器的頻率、電機(jī)的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)、實(shí)際轉(zhuǎn)速等。5、設(shè)置電機(jī)的正常轉(zhuǎn)速范圍（上、下限），當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速超出正常范圍時(shí)，停機(jī)并報(bào)警，并可復(fù)位報(bào)警信號(hào)。6、軟硬件選型說明表如下：序號(hào)名稱數(shù)量備注1西門子PLC編程軟件STEP7

軟件2MCGS組態(tài)軟件軟件3PLC1臺(tái)S7-200PLC4變頻器1臺(tái)歐姆龍變頻器3G3JV5電機(jī)1臺(tái)鼠籠式電動(dòng)機(jī)6下載電纜1根7通信電纜1根PC/PPI+I/O點(diǎn)與輸入輸出設(shè)備對(duì)應(yīng)關(guān)系表PLC與變頻器對(duì)應(yīng)接線表PLC端口變頻器端口備注Q0.0S1限制電機(jī)正轉(zhuǎn)Q0.1S2限制電機(jī)反轉(zhuǎn)1LSC供應(yīng)頻率指令電源VFRV為PLC模擬電壓輸出端，F(xiàn)R為變頻器模擬電壓接收端（0--10V）MFC公共端互連組態(tài)軟件與PLC通信關(guān)系表組態(tài)參數(shù)PLC各寄存器備注正轉(zhuǎn)按鈕寫M0.0限制電機(jī)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)按鈕寫M0.1限制電機(jī)反轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)速輸入寫VD0同步輸入修改電機(jī)轉(zhuǎn)速電機(jī)頻率讀VD2實(shí)時(shí)顯示電機(jī)頻率電機(jī)轉(zhuǎn)速讀VD4實(shí)時(shí)顯示電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速另外，變頻器U、V、W端口分別接電機(jī)A、B、C三相，如圖：系統(tǒng)的原理圖，包括主電路和限制電路。PCPC組態(tài)軟件運(yùn)行窗口西門子S西門子S7-200PLC歐姆龍變頻器歐姆龍變頻器3G3JV鼠籠式鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)帶有電壓帶有電壓模擬輸出的測速表軟硬件相關(guān)設(shè)置的說明軟件相關(guān)設(shè)置：MCGS組態(tài)軟件與西門子s7-200PLC連接相關(guān)設(shè)置如下：歐姆龍變頻器參數(shù)設(shè)置：n01=08；n02=01；n03=02；n32=0.4程序功能的具體說明1、MCGS組態(tài)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的界面以及功能如下：（1）電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)前必需先輸入轉(zhuǎn)速（例如800r/min）然后點(diǎn)擊正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)按鈕，為了平安，在電機(jī)轉(zhuǎn)向切換時(shí)，先按停止，待電機(jī)停下再進(jìn)行轉(zhuǎn)向變換。（2）該組態(tài)設(shè)置了電機(jī)轉(zhuǎn)速報(bào)警，大于上限值（例如|1200|r/min）時(shí)停機(jī)報(bào)警。（3）該組態(tài)可精準(zhǔn)轉(zhuǎn)換編碼器轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)頻率。（4）PID限制參數(shù)于PLC程序中編好，采納效果最好的一組。（5）各參數(shù)設(shè)置詳見上文第四硬件設(shè)置部分。2、西門子s7-200PLC原程序具體說明如下：（見下頁）（1）主程序詳解：//調(diào)用子程序SBR_0，初始化PID模塊//限制電機(jī)正轉(zhuǎn)//限制電機(jī)反轉(zhuǎn)（2）子程序SBR_2詳解//將輸入轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為0—1的大小，并保存至AC1（3）子程序SBR_0詳解（PID模塊初始化）：//過程變量值PVn=0.75//比例項(xiàng)增益Kc=50.0//采樣周期Ts=0.1s//積分時(shí)間常數(shù)T1=10.0min//微分時(shí)間常數(shù)Td=0.0//將SMB35定時(shí)器設(shè)置為100ms//使能、調(diào)用中斷程序（4）中斷程序INIT_0詳解：//將模擬量輸入值A(chǔ)IW0轉(zhuǎn)換為雙整數(shù)//將AC0雙整數(shù)轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)//AC0/285.0=實(shí)際頻率保存至VD2//AC0/10.81=實(shí)際轉(zhuǎn)速保存至VD4//AC0/32000=“-1--1”//推斷AC0＜0若小于，則乘以-1，變正數(shù)//將AC0的值傳送到VD100過程變量值PVn處//調(diào)用子程序SBR_2//將AC1的值傳送到VD104給定值SPn處調(diào)試過程：調(diào)試階段的問題分析，解決措施，測試記錄以及結(jié)果分析。運(yùn)用變頻器干脆限制轉(zhuǎn)速，測得的一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：轉(zhuǎn)速V(r/min)模擬電壓輸入U(xiǎn)(v)VIW0（AD轉(zhuǎn)換值）VIW0/V(倍數(shù))3061330010.786022650010.798933965010.80119041286010.81148351609010.8417285.831873010.84分析數(shù)據(jù)可得：AD轉(zhuǎn)換值與實(shí)際轉(zhuǎn)速倍數(shù)大約在10.81；1728r/min為最大轉(zhuǎn)速，對(duì)應(yīng)VIW0為18730；輸入轉(zhuǎn)速V/最大轉(zhuǎn)速Vmax->“0-1”；“0-18730”*1.7084->“0-32000”。2、由數(shù)據(jù)分析換算關(guān)系，可用于程序編寫設(shè)計(jì)運(yùn)用，使調(diào)速、速度監(jiān)控更加精確。小組成員收獲體會(huì)、系統(tǒng)存在的問題和進(jìn)一步的改進(jìn)看法1、小組成員分工：（1）盧澤濤主要負(fù)責(zé)PLC程序設(shè)計(jì)編寫；（2）吳鐘森主要負(fù)責(zé)MCGS組態(tài)界面設(shè)計(jì)；（3）夏杰東主要負(fù)責(zé)硬件接線，變頻器參數(shù)設(shè)置；（4）三人合作一起完成調(diào)試階段，數(shù)據(jù)記錄，問題分析，解決措施，改進(jìn)建議，報(bào)告撰寫等。系統(tǒng)存在的問題及進(jìn)一步改進(jìn)：目前電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大，在±50r/min左右。改進(jìn)看法：可以在采樣時(shí)進(jìn)行濾波，即提中學(xué)斷采樣速度，每10才采樣值相加，再去平均值，可較好的抑制波動(dòng)。3、成員收獲體會(huì)：（1）盧澤濤：本次課程設(shè)計(jì)我主要負(fù)責(zé)PLC程序編寫，設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體原理思路，撰寫報(bào)告等。從本次限制系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)中，我對(duì)西門子s7-200的編程指令，功能模塊（PID指令），系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)等更加熟識(shí)了，對(duì)變頻器的基本參數(shù)設(shè)定、對(duì)MCGS組態(tài)界面設(shè)計(jì)，搭建與PLC的通信也有了肯定的了解?；抉{馭了運(yùn)用組態(tài)—PLC—變頻器的閉環(huán)PID系統(tǒng)限制?？偟膩碚f，本次課程設(shè)計(jì)的編程技術(shù)，參數(shù)設(shè)定，通信技術(shù)以及報(bào)告的撰寫我有學(xué)習(xí)到東西，收獲頗豐！（2）吳鐘森：隨著老師驗(yàn)收結(jié)束，課程設(shè)計(jì)也告一段落。在課程設(shè)計(jì)過程中，我體會(huì)頗多、收獲頗多。這次限制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容是用西門子PLC做一個(gè)閉環(huán)調(diào)速的的電機(jī)限制系統(tǒng)，并運(yùn)用組態(tài)軟件實(shí)時(shí)操控電機(jī)。在確定課題后，當(dāng)天晚上就翻查變頻器說明書和PLC課本，自學(xué)PLC模擬量的運(yùn)用以及組態(tài)軟件的運(yùn)用，確定大致的進(jìn)度表，因?yàn)槲矣X得對(duì)待設(shè)計(jì)項(xiàng)目，必需樹立一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目捶?，仔?xì)對(duì)待。次日先進(jìn)行了變頻器測試，干脆用變頻器限制鼠籠式電機(jī)，用旋鈕調(diào)速。測試完就和組員探討具體接線，我們之所以先確定接線，是為了便利同步進(jìn)行組態(tài)軟件的通信設(shè)置，這點(diǎn)細(xì)微環(huán)節(jié)也就成為了我們組進(jìn)度較快的確定性因素。在完成基本編程任務(wù)后，我就主要負(fù)責(zé)組態(tài)搭建任務(wù)了。在自學(xué)組態(tài)的過程中，我遇到了許多困難，通信失敗，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫理解有誤。于是我請(qǐng)教老師，在老師的解說下漸漸摸索到要領(lǐng)，最終擔(dān)起演示限制系統(tǒng)的任務(wù)。本次課設(shè)不僅鞏固了了PLC的學(xué)問，還學(xué)習(xí)了組態(tài)的運(yùn)用，駕馭了歐