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1、钟山职业技术学院毕业设计论文 基于PLC的变频网络控制【摘要】变频器作为一种控制拖动的装置系统在冶金等行业的运行越来越广泛，随着工业自动化程度的不断提高，通过网络通讯的方式进行数据的交换越来越普遍，PLC作为企业自动化控制的中心枢纽，在设备的自动化方面已经不可缺少，PLC与变频器的通讯功能的实现，为自动化程度的提高向前迈了一大步，通过profibus网线实现通讯功能，由PLC将信号传输给变频器实现控制电机的运转功能。变频器的出现，使得复杂的调速控制简单化，用变频器与交流鼠笼式感应电动机组合替代了大部分原先只能用直流电机完成的工作，缩小了体积，降低了维修率，使传动技术发展到新阶段。因此，使用PL
2、C来控制变频器，将会以其简单的控制编程，联系起变频器，通过PLC来控制变频器，能更方便的控制电机，并且能更好地实现工业上的控制。 【关键词】变频器 PLC可编程控制 网络连接 profibus 模块化目 录第一章可编程序控制器技术11.1引言11.2PLC的发展趋势11.3PLC的特点21.4PLC的结构和工作原理31.4.1PLC的基本结构31.4.2PLC的工作原理51.5PLC的基本性能指标5第二章 变频器技术82.1我国变频器的发展态势82.2变频器的工作原理82.3变频器的运行和相关参数的设置92.4西门子变频器MicroMaster42010第三章 艾默生 PLC在变频器网络控制中
3、的通信程序设计113.1MODBUS协议简要介绍113.2艾默生PLC集成的MODBUS协议功能113.3艾默生变频器通信协议113.4程序流程图123.5程序清单：( 子程序和主程序 )13第四章 总结15参考文献：16- 15 -第一章可编程序控制器技术1.1引言 作为离散控制的首选产品，二十世纪七十年代PLC就已进入我国，而且应用增长十分迅速。最初由于价格昂贵，引进的PLC主要用于冶金、电力、自动化生产线等大的设备和系统。近十年来，随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小型设备开始采用PLC进行控制。变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源的频率和幅度的
4、方式来控制交流电动机的电力传动元件。变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素、具有过流、过压、过载保护等功能。变频器集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术，得到广泛应用。变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值，因而改变其运动磁场的周期，达到平滑控制电动机转速的目的。变频器的出现，使得复杂的调速控制简单化，用变频器与交流鼠笼式感应电动机组合替代了大部分原先只能用直流电机完成的工作，缩小了体积，降低了维修率，使传动技术发展到新阶段。主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的
5、主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。变频器它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。因此，使用PLC来控制变频器，将会以其简单的控
6、制编程，联系起变频器，通过PLC来控制变频器，能更方便的控制电机，并且能更好地实现工业上的控制。1.2PLC的发展趋势 可编程控制器(ProgrammableC ontroller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLogic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大的超过了逻辑控制的范围。因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。为了使P
7、LC生产和发展标准化，国际电工委(IEC)先后颁布了PLC标准草案第一稿，第二稿，并在1987年2月通过对它的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境应用而设计的，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计的。”可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运
8、算等操作的指令，并通过数字式模块式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器诞生后不久即显示了在工业控制中的重要地位，日本、德国、法国等国家相继研制成各自的PLC。PLC技术随着计算机和微电子技术的发展而迅速发展，由一位机发展为8位机。随着微处理器CPU和微型计算机技术在PLC中的应用，形成现代意义上的PC。之后的PLC产品已使用了16位、32位高性能微处理器，而且实现了多处理器的多道处理。通信技术使PLC的应用得到进一步发展。如今，可编程序控制器技术已比较成熟。目前，世界上有200多个厂家生产可编程序控制器产品，比较着名的如美国的A-B、通用GE，日本的三菱、欧姆龙、松下电工
9、，德国的西门子，法国的TE，许多亚洲国家如韩国的三星、LG等发展也十分迅速。我国自20世纪70年代末改革开放以来，先是引进先进技术，后来是合作开发，现在是自行设计开发。可编程序控制器的总发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。1.3PLC的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强任何电子设备产生的故障，通常为两种：偶发性故障。由于外界恶劣环境如电磁干扰、超高温、超低温、过电压、欠电压、振动等引起的故障。这类故障，只要不引起系统部件的损坏，一旦环境条件恢复正常，系统也随之恢复正常。但对PLC而言，受外界影响后，内部存储的信息可能被破坏。永久性故障。由于元器件不可恢复的破坏而
10、引起的故障。如果能限制偶发性故障的发生条件，如果能使PLC在恶劣环境中不受影响或能把影响的后果限制在最小范围，使PLC在恶劣条件消失后自动恢复正常，这样就能提高平均故障间隔时间；如果能在PLC上增加一些诊断措施和适当的保护手段，在永久性故障出现时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，就能降低PLC的平均修复时间。为此，各PLC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使PLC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PLC具有了很强的抗干扰能力。（2）通用性强，控制程序可变，使用方便PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自
11、己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。（3）功能强，适应面广现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。（4）编程简单，容易掌握目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握
12、。梯形图语言的编程组件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。（5）减少了控制系统的设计及施工的工作量由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的
13、用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。（6）体积小、重量轻、功耗低、维护方便PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。1.4PLC的结构和工作原理1.4.1PLC的基本结构 从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机
14、架，这些模块可以按照一定规则组合配置。图1-1PLC的硬件结构图（1）中央处理单元中央处理器（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片上。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入输出借口电路相连接。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单。CPU的主要功能：储器中读取指令。CPU在地址总线上给出的地址，在控制总线上给出读指令，从数据总线上得到读出存储器单元中的指令，并存入CPU内的指令寄存器。执行指令。对存放指令寄存器
15、重点指令操作码进行忆码，识别并执行指令规定的操作，如逻辑运算或算术运算、将结果输出给有关部分。顺序取指令。CPU执行完一条指令后，能根据条件生成下一条指令的地址，以便取出和执行下一条指令。处理中断。CPU除顺序执行程序外，还能接受外部或内部发来的中断请求，并进行中断处理，中断处理完成后，再返回原址，继续顺序执行。（2）存储器存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存储系统程序、用户程序、逻辑变量、系统组态和其他一些信息。系统程序是用来控制和完成PLC各种功能的程序，这些程序是由PLC制造厂家用相应CPU的指令系统编写的，并固化到ROM中。用户程序存储器用来存放由变成器或其他编程设备输入的用户程序。用户程序由使用者根据工程现场的生产过程和工艺要求而编写，可通过变成器或编程软件修改。在PLC中使用的两种类型存储器：一种是只读类型的存储器，如ROM、PROM、EPROM和EEPROM等；另一种是可读写的随机存储器RAM。（3）输入输出单元可编程序控制器的输入和输出信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。输入输出单元从广义上包括两部分，一是与被控设备相连的接口电路，另一部分是输入和输出的映像寄存器。 输入单元接
