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1、目录1第一章系统的功能设计分析和总体思路21.1 概述21.2 系统功能设计分析31.3 系统设计的总体思路4第二章PLC和变频器的型号选择52.1 PLC的型号选择52.2 变频器的选择和参数设置72.2.1 变频器的选择72.2.2 变频调速原理82.2.3 变频器的工作原理92.2.4 变频器的快速设置9第三章硬件设计以及PLC编程123.1 开环控制设计及PLC编程123.1.1 硬件设计123.1.2 PLC软件编程133.2 闭环控制设计203.2.1 硬件和速度反响设计203.2.3 闭环的程序设计以及源程序22第四章实验调试和数据分析284.1 PID参数整定284.2 运行结
2、果29第五章总结和体会30第六章附录326.1 变频器部原理框图32第七章参考文献33第一章系统的功能设计分析和总体思路1.1 概述调速系统快速性、稳定性、动态性能好是工业自动化生产中根本要求。在科学研究和生产实践的诸多领域中调速系统占有着极为重要的地位特别是在国防、汽车、冶金、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。调速控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。可编程控制器PLC可编程控制器是一种工业控制计算机，是继续计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。它具有抗干扰能力强，价格廉价，可靠性强，编程简朴，易学易用等特点，在工业领域中深
3、受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用。目前在控制领域中，虽然逐步采用了电子计算机这个先进技术工具，特别是石油化工企业普遍采用了分散控制系统DCS。但就其控制策略而言，占统治地位的仍旧是常规的PID控制。PID构造简朴、稳定性好、工作可靠、使用中不必弄清系统的数学模型。PID的使用已经有60多年了，有人称赞它是控制领域的常青树。变频调速已被公认为是最理想、最有开展前景的调速方式之一，采用变频器构成变频调速传动系统的主要目的，一是为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求；二是为了节约能源、降低生产本钱。用户根据自己的
4、实际工艺要求和运用场合选择不同类型的变频器。组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编写程序来实现的。编写程序不但工作量大、周期长，而且轻易犯错误，不能保证工期。组态软件的出现，解决了这个问题。对于过去需要几个月的工作，通过组态几天就可以完成。组态王是海一家较有影响力的组态软件开发公司开发的，组态王具有流程画面，过程数据记录，趋势曲线，报警窗口，生产报表等功能，已经在多个领域被应用。1.2 系统功能设计分析随
5、着电力电子技术以及控制技术的开展，交流变频调速在工业电机拖动领域得到了广泛应用；可编程控制器PLC作为替代继电器的新型控制装置，简单可靠，操作方便、通用灵活、体积小、使用寿命长且功能强大、容易使用、可靠性高，常常被用于现场数据采集和设备的控制；组态软件技术作为用户可定制功能的软件开发平台工具，可实现显示电机转速，可实现远程调速控制，在PC机上可开发友好人机界面，通过PLC可以对自动化设备进展“智能控制。在此，本次设计就是基于PLC的变频器调速系统。将现在应用最广泛的PLC和变频器综合起来主要功能实现了变压变频调速。电机的正反转，加减速以及快速制动等。因此，该系统必须具备以下三个主体局部：控制运
6、算局部、执行和反响局部。控制运算主要由PLC和变频器来完成；执行元件为变频器和电机；反响局部主要为速度反响。1.3 系统设计的总体思路系统主要由三个局部构成，即可编程逻辑控制器件PLC、变频器和电机。首先通过设置给定输入给PLC,再通过PLC控制变频器，再经由变频器来控制电机，随后将电机的转速反响给PLC,经比拟后输出给变频器从而实现无静差调速。具体如下列图所示:速度闭环控制的机构控制图第二章PLC和变频器的型号选择2.1 PLC的型号选择在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照
7、易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩大其功能的原那么选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统综合了输入输出I/O点数、存储器容量、各项控制功能和机型的考虑以及性价比等各方面的因素，在此我为该系统设计选择了S7-
8、200PLC一台状态显示存M器卡-通信口顼部端子董电源及精川端子前盖方式开美、 电位器、扩展IA）迎接底笥端子盅输入端子，也城器也源S7-200PLCCPU的外形模型图S7-200有5种CPU模块、6个有12种工作方式的高速计数器和两点高速计数器/和脉冲宽度调制器、直接读写的模拟量I/O模块、先进的程序构造、灵活方便的寻址方式以及程序化的PID编程控制。强大的通讯功能，它支持多种通信协议。价格是它在所有品牌在同一功能区很有竞争力的。最重要的是它还提供了完善的的网上支持。这些都为实现本系统的设计提供很好的条件和方便。例如，高速计数器可以用来测速从而实现速度反响。2.2 变频器的选择和参数设置2.
9、2.1 变频器的选择正确选择通用型变频器对于传动系统能够正常运行时至关重要的，首先要明确使用通用变频器的目的，按照生产机械的类型、调速围、速度响应和控制精度、启动转矩等要求，充分了解变频器所驱动负载特性，决定采用什么功能的通用变频器构成控制系统，然后决定选用哪种控制方式最适宜。所选用的通用变频器应是既满足生产工艺要求，又要在技术经济指标上合理。假设对通用变频器选型、系统设计及使用不当，往往会使通用变频器不能正常的运行、达不到预期目标，甚至引发设备故障，造成不必要的损失。另外，为了确保通用变频器长期可靠的运行，变频器的地线的连接也是非常重要的。变频器在调速系统中的优点：1 .控制电机的启动电流；
10、2 .降低电力线路的电压波动；3 .启动时需要的功率更低；4 .可控的加速功能；5 .可调的运行速度；6 .可调的转矩极限;7 .受控的停顿方式；8 .节能；9 .可逆运行控制；10 .减少机械传动部件在本系统中，选用了由西门子生产的通用变频器MM420状态显示起动变频器功能停止变频器访问参数BOP操作面板改变电动机 的转动才向01 增加/成小数值150.00150.00变频器MM420为我们提供了很好的BOP控制面板具体如下列图2.2.2 变频调速原理变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来到达调速的目的。n=60f(1-s)/p对于成品电机，其磁极对数p已经确定，转差率s变化不大，故电机
11、的转速n与电源的频率f成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速,进而到达异步电机的调试目的。2.2.3 变频器的工作原理变频器的工作原理是把市电380V、50Hz通过整流器变成平滑直流，然后利用半导体器件GTO、GTR或IGBT组成的三相逆变器，将直流电变成可变电压和可变频率的交流电。2.2.4 变频器的快速设置如果所用的变频器刚刚出厂的变频器，那么需对它进展快速调试，试验中用到的变频器都已经完成了快速调试。序号变频器参数出厂值设定值功能说明1P0304230380电动机的额定电压（380V）2P03053.250.35电动机的额定电流（0.35A）3P03070.750.06电
12、动机的额定功率（60W）4P031050.0050.00电动机的额定频率（50Hz）5P031101430电动机的额定转速（1430r/min）6P100021用操作面板BOP控制频率的升降7P108000电动机的最小频率（0Hz）8P10825050.00电动机的最大频率（50Hz）9P11201010斜坡上升时间（10S）10P11211010斜坡下降时间（10S）11P070022选择命令源由端子排输入12P0701110正向点动13P07021211反向点动14P10585.0030正向点动频率30Hz15P10595.0020反向点动频率20Hz16P106010.0010点动斜坡上
13、升时间10S17P106110.005点动斜坡下降时间5S注：1设置参数前先将变频器参数复位为工厂的缺省设定值2设定P0003=2允许访问扩展参数3设定电机参数时先设定P0010=1（快速调试），电机参数设置完成设定P0010=0维备）例如：修改下表参数P0719选择命令/设定这源操作步骑显示的结果1按。|访问拳数r00002按IS宜到显示出P0719P01193按例进入参数数佰访问级irtOGO4按剧显示力前的设定位。5按或。选择运行所需矍的量大崛串6按，输认和存储P0719的设定值P01I97按R直到显示出10000rOOOO&|班眶回也批的生领器显示i由目户定义）图）6用BOP修改参数说
14、明-忙碌信息-修改参数的数值时,BOP有时金显示:-.可修编-.r嫁级、发明变频器正忙于处理优先级更高的任务改变参数数值的一个数字为了快速修改参数的数值，可以单独修改显示出的每个数字，操作步骤如下:1 .按尊功能键，最右边的一个数字闪烁。2.按0修改这位数字的数值。3.再按功能键，相邻的下一位数字闪烁。4 .执行2s4步，直到显示出所要求的数值。5.按退出参数数值的访问级。以下为变频器的设置一般方法第三章硬件设计以及PLC编程3.1 开环控制设计及PLC编程3.1.1 硬件设计在没有反响信息的比拟，通过直接给定控制信息的控制调速系统称之为开环调速系统。其控制思想的构造框图如下列图所示：开环控制的外部硬件连接图:IL ；CO. LQ叩F=“Hl1;西门子MM420变救器3.1.2 PLC软件编程系统采用开环控制方式来控制电机的调速，根据PID控制的整体思想:故在编写程序的时候可以分为三局部：主程序、中断程序和子程序主程序：主要是用来启动中断程序以及控制量的输入和输出。中断程序：调用PID指令进展运算以及数据类型的转换。子程序：设置PID控制的参数PID算法PLC的PID控制器设计是以连续系统PID控制规律为根底，经采样将其数字化写成离散形式P
