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1、徐州建筑职业技术学院毕业设计说明书目 录第一章 绪论11.1 PLC、变频器概述11.2 选题背景及设计意义41.3设计方案论证4第二章 硬件设计52.1硬件电路的设计52.2各元器件介绍9第三章 系统软件设计223.1各部分流程图223.2 PLC程序22第四章 调 试274.1综合调试27致谢和结束语28参考文献3010第一章 绪论1.1 PLC、变频器概述1.1.1 PLC概述可编程控制器是以微处理器为基础，综合计算机技术，自动控制技术和通讯技术而展起来的一种新型工业控制装置，它将传统继电器控制技术和现代计算机信息处理两者的优点结合起来成为工业自动化领域中最重要，应用最多的控制设备，并已
2、跃居工业生产自动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造）的首位。PLC基本组成包括中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口(缩写为I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等)、外部设备编程器及电源模块组成，见图1。PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。PLC的特点：1、高可靠性（1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms.（3）各模块均采用屏蔽措施，以
3、防止辐射干扰。（4）采用性能优良的开关电源。（5）对采用的器件进行严格的筛选。（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。（7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。2、丰富的I/O接口模块PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部，它还有多种
4、通讯联网的接口模块，等等。3、采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。4、编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。5、安装简单，维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便
5、于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。PLC应用：1开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/
6、D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。P
7、ID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5数据处理 现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。6通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展
8、得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。1.1.2 变频器概述变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。对于如矢量控制变频这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。只要改变频率f即可
9、改变电动机的转速，当频率f在050Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。 变频器应用领域：1、节能 ：应用变频调速，可以大大提高电机转速的控制精度，使电机在最节能的转速下运行。以风机水泵为例，根据流体力学原理，轴功率与转速的三次方成正比。当所需风量减少，风机转速降低时，其功率按转速的三次方下降。因此，精确调速的节电效果非常可观。与此类似，许多变动负载电机一般按最大需求来生产电动机的容量，故设计裕量偏大。而在实际运行中，轻载运行的时间所占比例却非常高。如采用变频调速，可大大提高轻载运行时的工作效率。因此
10、，变动负载的节能潜力巨大。 2、工艺控制（速度控制）：由于变频调速具有调速范围广、调速精度高、动态响应好等优点，在许多需要精确速度控制的应用中，变频器正在发挥着提升工艺质量和生产效率的显著作用。 3、变频家电 ：除了工业相关行业，在普通家庭中，节约电费、提高家电性能、保护环境等受到越来越多的关注，变频家电成为变频器的另一个广阔市场和应用趋势。带有变频控制的冰箱、洗衣机、家用空调等，在节电、减小电压冲击、降低噪音、提高控制精度等方面有很大的优势。 1.2 选题背景及设计意义一、选题背景随着生产技术的不断发展，齿轮传动无法实现实时变速，而直流拖动的薄弱环节逐步显露出来。由于换向器的存在，直流电机的
11、维护量加大，单机容量、最高转速以及使用环境都受到限制。人们开始转向结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉的异步电动机。但异步电动机的调速性能难以满足生产的需要。于是，从20世纪30年代开始，人们致力于交流调速技术的研究，然而进展缓慢。在相当长的时期内，直流调速一直以其优异的性能统治着电气传动领域。20世纪60年代以后，特别是70年代以来，电力电子技术、控制技术和微电子技术的飞速发展，使得交流调速性能可以与直流调速相媲美。目前，交流调速已进入逐步代替直流调速的时代。 二、设计意义本设计通过PLC和变频器的配合工作，可以满足运料移栽机的自动化运行。移栽机可以自动识别物料，有可以缓冲的斜坡加速状态和
12、减速状态，消除因突然启动和突然停止时，移栽机因为惯性将物料抛出，损坏物料。在实现斜坡加速和高速运行两种状态间的转换中，满足快速、准确、安稳的将物料送到目的地。终点处有物料识别光电开关，延时后，移栽机自动返回，回到原点，为下次运料做准备。完全满足自动化要求。1.3设计方案论证方案一：为实现移栽机在运行中的速度变换，采用带有多档变速箱来实现。此方案需手动完成变速或另加控制电路来选档，无法实现移栽机的自动化运行，或者外围控制电路变得复杂，控制不便，稳定性差。在两档之间的变换顺间，会产生移栽机的晃动，影响整个装置的使用寿命。方案二：采用直流电机，实现移栽机运行中的速度变换。直流电机调速困难，结构复杂，
13、体积大惯性大，造价高，维修困难，且无法软启动，有火花，环境适用能力差。在工业现场，采用的都是市电，还需要整流电路，投入费用大。方案三：采用变频器调速方式，实现移栽机在自动运行中的速度变换。此设计中，变频器可根据移栽机上行程光电的信号，及时改变频率，实现实时变速的要求。在变速过程中，由于采用频率的变化实现速度的变化，可以使移栽机均匀的提升或降低速度，实现移栽机的平稳运行，不会因惯性影响破损工件。此设计可以完全满足工程要求。综述三个方案，选择第三个方案。设计总体方框图如下：图中，PLC采用三菱FX0-30MR,变频器采用施奈德Vltivar31,电动机用的是YSZ-30转扇电机。第二章 硬件设计2
14、.1硬件电路的设计变频器控制主电路PLC配置图输入分配表移栽机设计系统主要组成如下： 三菱FX0-30MR此PLC为系统控制装置，负责控制信号的接收，逻辑处理和处理结果的输出，实现移栽机按照设计思路运行。 施奈德Vltivar31此变频器为电机控制装置，根据PLC提供的控制信息，控制电动机频率的变换，实现电动机的启动、停止、加速、减速、正转、反转，使移栽机的运行得到精确控制，完成工件的输送过程。 移栽机机体 移栽机完成工件运输的载体，包括动力电动机YSZ-30转扇电机、位置检测光电、传送链条、工件托盘。 控制盒 控制电机的启动、停止，实现自动手动的转换，在手动状态下的移动控制 控制信号转换中心
15、 由中间继电器组成，从PLC获取的正反转和速度的变换信号控制变频器的控制端子，实现的变换，完成输送过程。2.2各元器件介绍1.变频器控制电路施奈德变频器是现今变频器主流产品之一，本系统采用的施奈德Vltivar31变频器集灵巧精致、性能一流、操作便捷和稳定可靠四大优势于一身,是简单工业机械和民用设备的最优选择。1.1 变频器动力端子功能1.2 变频器动力端子布置1.3 变频器控制端子1.4 变频器控制端子的功能和特性1.5 控制端子接线编程设置：1.6 速度设置本设计共使用到三个不同的速度，根据变频器提供的速度设置模式，选择预置4个速度。速度分配是：低速时频率设置为5 Hz,高速设置为15 Hz,中速为10 Hz.对应的转速为150 r/min、450 r/min、300 r/min。2. PLC控制电路 2.1 PLC的工作原理 2.1.1 循环扫描PLC可被看成是在系统软件支持下的一种扫描设备。它一直周而复始地循环扫描并执行由系统软件规定好的任务。用户程序只是扫描周期的一个组成部分，用户程序不运行时PLC也在扫描，只不过在
