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1、I毕业设计S7-200PLC在纸机传动中的应用摘 要 本文是关于纸机传动控制系统的设计，该系统实际上是异步电机变频调速的PLC控制系统，PLC和变频器之间通过Modbus协议进行串行数据通讯，共同实现对电机的速度同步控制。首先对PLC和变频器的工作原理和主要组成进行了介绍，在此基础上，再对变频调速的基本原理进行了一定的讨论。变频器采用的是ABB公司的变频器，因此本文对ACS550变频器的参数设置也进行了讨论。而PLC采用的是西门子公司S7-200系列，变频器和PLC之间的通讯协议在文中也有很详细的介绍。最后是系统的具体设计，包括硬件和控制程序的设计，对其设计思路也有相应的讨论，控制程序部分不仅
2、给出了具体的程序，还有相应的注解。该系统能够实现交流传动的速度链和负荷分配以及张力控制，具有很强的工程模拟性能和实用价值。关键词：可编程序控制器（PLC），MODBUS协议，变频器VS7-200PLC在纸机传动中的应用Based on the Paper Machine S7-200 PLC Control SystemABSTRACTThis paper is on the paper machine transmission control system design, the system is actually asynchronous motor VVVF the PLC contr
3、ol system, PLC and inverter agreement between the Modbus serial data communication, common to achieve the speed synchronous motor control .First of all PLC and inverter of the working principle and the main components were introduced, on the basis of this, then the VVVF the basic principle of a cert
4、ain amount of discussion. the inverter is used in ABBs inverter, this converter on the set of parameters ACS550 also discussed.The PLC is based Siemens S7-200 series, Drives and communications between the PLC in the text of the agreement are also very detailed presentation. Finally, there is a speci
5、fic system design, hardware and control procedures, including the design, its design concept is also a corresponding discussion, the control procedures are not only part of a specific procedure, the corresponding notes. The system can be realized exchange rate of transmission chain and load distribu
6、tion, and tension control, with strong engineering simulation performance and practical value.KEYWORDS：Programmable Logic Controller (PLC)，MODBUS agreement，Converter 目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论11.1概论11.2交流调速的发展概况11.3 PLC技术的发展概况21.4变频器在纸机传动中的应用2第二章 速度链与负荷分配42.1速度链的定义42.2速度链的分类42.3 负荷分配控制的原理与实现62.4负荷分配设计方
7、法7第三章 PLC和变频器技术简介93.1 PLC概述93.2 PLC的基本组成与各部分的作用93.2.1 PLC的基本组成93.2.2 PLC各部分的作用93.3 A/D和D/A转换概念103.3.1 A/D和D/A原理103.3.2模拟量输入输出系统113.3.3 输入输出数据的处理113.4 PLC的主要特点123.5 SiemensS7-200系列PLC特性123.6 变频器简介133.6.1 变频器主电路133.6.2变频器的控制电路143.6.3变频调速的基本原理153.6.4 变频调速的优点163.6.5 ABB公司的ACS550变频器性能介绍16第四章 通信协议184.1 Mo
8、dbus协议概述184.2 Modbus的数据传输方式194.3 Modbus消息帧204.3.1 消息帧的组成204.3.2 消息帧组成部分具体定义204.4 Modbus错误检测方法22第五章 系统的设计实现265.1 系统结构265.1.1 PLC控制系统与系统构建265.1.2 .工业现场265.2 系统硬件实现285.2.1上位机人机交互设备的选型:285.2.2 PLC及其它模块的选型285.3 变频器的选型及其系统功能设定295.3.1.容量选择295.3.2 ACS550系列变频器的参数及设置295.4 系统的实现315.4.1 技术数据315.4.2 变频器及低压电器的选择3
9、25.5 电路图简介335.5.1变频器电路图335.5.2 变频器其它电路图简介365.5.3 PLC部分的设计38图5-10 S7-200PLC接线电路图错误！未定义书签。5.6系统程序实现405.6.1 程序流程图405.6.2 具体程序415.7抗干扰措施535.8系统运行情况53第六章 全文总结54致 谢55参 考 文 献561S7-200PLC在纸机传动中的应用第一章 绪 论1.1概论 电气传动技术以运动机械的驱动装置电动机为控制对象，以微电子装置为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下完成电气传动自动控制系统，控制电动机的转矩和转速，将电能转换成机械能，实
10、现工作机械的旋转运动或反复运动。因电机的种类的不同，我们可以将其分为直流电动机传动和交流电动机传动。自19世纪80年代起至19世纪末，工业上传动用的电动机一直被直流电机垄断，到了19世纪末，出现了三相电源和结构简单且坚固耐用的交流鼠笼型电机以后，交流电机才在调速的领域代替了直流电动机传动装置。随着生产的不断发展，速度可调节成了电动装置的一项基本要求，并且，除了满足一定的调速范围和连续可调的同时，还必须具有持续的稳定性和良好的瞬态性能。随着电力电子学与电子技术的发展，使得采用半导体变流调速系统得以实现，70年代以来，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，现代控制理论的应用，为交流电机拖动系统的发
11、展创造了有利条件，促进了各种类型的交流电机调速系统，如串级调速系统、变频调速系统、无换相器电动机调速系统以及大量控制调速系统等的飞速发展。1.2交流调速的发展概况交流调速系统大致经历过以下几个阶段:(1)异步电动机调压调速系统。(2)串级调速系统 。(3)变频调速系统。其中变频调速具有高效率、宽范围和高精度等特点，是运用最广、最有发展前途的调速方式。交流电机变频调速系统的种类很多，有电压源型变频器，电流源型、脉宽调制型等各种变频器。目前变频调速的主要方案有:交一交变频调速，交一直一交变频调速，同步电动机自控式变频调速系统，正弦波脉宽调制(PSWM)，矢量控制、直接转矩控制变频调速等，而且无速度
12、传感技术日益成熟.许名智能技术逐步渗透到其中，如模糊控制、专家系统、神经网络、自适应控制等，与这些控制方式相结合，大大提高了变频器调速系统的控制效果，这些变频器调速技术的发展很大程度上依赖于大功率半导体器件的制造水平以及电力电子技术的发展水平。日、美、德、英等国家在结合现代微处理器控制技术、电力电子技术、电机传动技术的基础上，相继推出了一系列的变频器，且不断进行更新换代。57S7-200PLC在纸机传动中的应用1.3 PLC技术的发展概况第一台可编程控制器(以下简称PLC)的设计规范是美国通用汽车公司提出的。美国数字设备公司D(EC)于1969年研制成第一台PLC，型号为PDP一14，投入通用
13、汽车公司的生产线控制中，取得了令人满意的效果，从此开创了PLC的新纪元。在短时间内，PLC在其他工业部门也得到应用。到20世纪70年代初，食品、金属和制造等工业部门相继使用PLC代替继电器控制设备，迈出其实用化阶段的第一步。70年代中期，由于大规模集成电路的出现，使8位微处理器和位片处理器相继问世，在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算。闭环控制，提高了运算速度，扩大了输入输出规模。70年代末由于超大规模集成电路的出现，使PLC向大规模、高速性能方向发展，形成了多种系列化产品。进入八九十年代后，PLC的软硬件功能进一步得到加强，PLC已发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统，能与其他设备通
14、信，生成报表，调度产出，可诊断自身故障及机器故障。PLC未来的发展不仅依赖于对新产品的开发，还在于PLC与其他工业控制设备和工厂管理技术的综合。无疑，LPC将在今后的工业自动化中扮演重要角色。在未来的工业生产中，PLC技术和机器人、CAD/CMA将成为实现工业生产自动化的三大支柱。目前PLC朝以下几个方向发展:(1)大型网络化 (2)多功能(3)高可靠性、好兼容性 (4)编程语言向高级语言发展。1.4变频器在纸机传动中的应用造纸机对电气传动系统的主要性能要求是线速的稳定性，要求速度长期稳定；另一点就是速度的可调性及快速响应的特点。全球一些著名的电气公司象西门子、ABB、东芝、三菱等，在这一领域
15、的开发与研究都取得了巨大成就，使得变频调速技术迅速发展并日渐成熟，它较直流调速系统及其它类型的调速系统有以下3个最突出的特点：(l)省电节能：使电耗降低.是因为，一方面是因为交流电机的效率比其它类型的电机都要高；另一方面，一般的电机控制回路中都有过流，过压，失相等安全保护元件，而“变频器电机”控制回路则没有这些耗能元件，更不需要像直流源调速系统所必备的励磁电源，变压器等元件。(2)系统造价低：同直流传动系统相对比，异步电机的价格要比直流电机的价格低130-350；另外，技术的发展使得变频器成本逐年下降，现市场价格约为1000元/千瓦，而直流整流设备110kw容量以下平均每套的价格约为21000元。因此对于纸机电气传动系统，单机容量不超过160kw，在同样装机容量下，交流传动系统的造价要比直流传动系统低5%-15%。针对中低档纸机来说，装机容量不太大交流调速具有大的价格优势。(3)维护工作量小：变频器普遍采用大规模、超大规模集成电路，设有附加的外围元器件，因此从某种意义上说，变频器是免费维护设备
