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1、课程设计说明书 名称 基于PLC控制的变频调速系统设计 2010年7月4日至 2010年7月8日共 1 周院 系 电子信息工程系 班 级 09电气（1） 姓 名 学 号 目录绪论1第一章 PLC的介绍21.1 PLC的基本概念21.2 PLC的基本组成21.3 PLC的工作原理41.4 欧姆龙CP1H型PLC的特性及功能简介51.4.1 CP1H型PLC的基本特性51.4.2 CP1H中断功能61.4.3 模拟输入/输出功能71.4.4 串行通信功能7第二章 VF0变频器82.1变频器的工作原理82.2 VF0变频器的特点82.3 VF0变频器操作面板的介绍92.4 VF0变频器工作模式及控制
2、方式102.4.1 VF0变频器工作模式102.4.2 VF0变频器的控制方式11第三章 调速系统总体方案设计143.1 VF0变频器主电路和控制电路的接线143.1.1 主电路的接线方法143.1.2 控制电路的接线方法153.2 系统电路接线163.3 I/O地址分配173.4 梯形图程序编写18第四章 调试过程及结果194.1 VF0变频器的调试说明194.1.1设定频率194.1.2 正转/反转功能194.1.3 功能组合设定204.2 调试过程204.3 调试结果20第五章 心得体会22参考文献23附录24梯形图程序24基于PLC控制的变频调速系统设计绪论可编程序控制器（Progra
3、mmable Logic Controller，简称PLC）。它是一种新型的控制器件，集微电子技术、计算机技术、通信技术于一体，在取代继电器控制系统，实现多种设备的自动控制中，充分体现其诸多优点，受到广大用户的欢迎和重视。PLC是一种以微处理技术为基础，将控制处理规则存储于存储器中，应用于以控制开关量为主或包括控制参量在内的逻辑控制、机电运动控制或过程控制等工业控制领域的新型工业控制装置。用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料在工业控制领
4、域中，PLC控制技术的应用必将形成世界的潮流。PLC程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。任何生产机械电气控制系统的设计，都包括两个基本方面：一个是满足生产机械和工艺的各种控制要求，另一个是满足电气控制系统本身的制造、使用以及维修的需要。因此，电气控制系统设计包括原理设计和工艺设计两个方面。前者决定一台设备使用效能和自动化程度，即决定着生产机械设备的先进性、合理性，而后者决定着电气控制设备生产可行性、经济性、外观和维修等方面的性能。要完成好电气控制系统的设计系统
5、，除要求我们掌握必要的电气设计基础知识外，还要求我们必须经过反复实践，深入生产现场，将我们所学的理论知识和积累的经验技术应用到设计中来。本次课程设计正是本着这一目的而着手实施的实践性环节，它是一项初步的模拟工程训练。通过这次课程设计，可以更深地了解一般电气控制系统的设计要求、设计内容和设计方法。第一章 PLC的介绍1.1 PLC的基本概念可编程控制器(PLC)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(Programmable Logic 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
6、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。1.2 PLC的基本组成PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，其基本组成结构示意图如图1-1所示，主要由电源、CPU单元、存储器、I/O接口和通信单元等组成。图1-1 PLC的组成结构示意图a、电源PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以
7、不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去 。b、中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直
8、到停止运行。 为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。c、存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 d、输入/输出接口电路 、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。 、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 e、功能模块 如计数、定位等功能模块。f、通信模块 如以太网、RS485、Pro
9、fibus-DP通讯模块等。1.3 PLC的工作原理PLC运行时，需要进行大量的操作，这迫使PLC中的CPU只能根据分时操作原理，按一定的顺序，每一时刻执行一个操作。这种分时操作的方式，称为CPU的扫描工作方式，是PLC进行实时控制的常用的一种方式。 PLC采取按顺序循环扫描的工作方式，当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 (一) 输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得
10、单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (二) 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对
11、应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 (三) 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。1.4 欧姆龙CP1H型PLC的特性及功能简介欧姆龙公司CP1H型高功能PLC的外形图如图1-2所示 图1-2 CP1H型PLC外形图1
12、.4.1 CP1H型PLC的基本特性 处理速度：基本指令0.1s；特殊指令0.3s；I/O容量：最多7个扩展单元，开关量最大320点，模拟量最大37路；程序容量：20K步； 数据容量：32K字 ；机型类别：本体40点，24点输入，16点输出，继电器输出或晶体管输出可选； 4轴脉冲输出：100kHz2和30 kHz2（X型和XA型），最大1MHz（Y型）；4轴高速计数：单向100kHz或相位差50 kHz4（X型和XA型），最大1MHz（Y型）；内置模拟量： 4输入，2输出（XA型）；通信接口：最大2个串行通信口（RS-232A或RS-422/485任选）；本体附带一个USB编程端口；2位7段码
13、发光二极管显示故障信息；支持欧姆龙中型机CJ1系列高功能模块（最大2块）；支持FB/ST编程，可以利用欧姆龙的Smart FB库，与CJ1/CS1系列程序统一，可以互换。 1.4.2 CP1H中断功能CP1H的CPU单元，通常周期性重复（公共处理运算处理I/O刷新外围服务）的处理，运算处理中执行周期执行任务。与此不同，根据特定要求的发生，可以在该周期的中途中断，使其执行特定的程序。中断功能种类如下：（1）输入中断（直接模式）CPU单元的内置输入发生OFFON的变化，或ONOFF的变化时，执行中断任务的处理。耕具中断接点中断任务140147被固定分配。（2）输入中断（计时器模式）通过对向CPU单
14、元的内置输入的输入脉冲进行计数及计数达到，执行中断任务的处理。输入频率，作为所使用的输入中断（计时器模式）的合计为5kHz以下。（3）定时中断通过CPU单元的内置定时器，按照一定的时间间隔执行中断任务的处理。时间间隔的单位时间可从10ms、1ms、0.1ms中选择。（4）高速计数器中断用CPU单元内置的高速计数器来对输入脉冲进行计数，根据当前值，与目标值一致、或通过区域比较来执行中断任务的处理。可通过指令语言分配中断任务0255。（5）外部中断连接CJ系列的高功能I/O单元、CPU高功能单元时，通过单元侧的控制，指定中断任务0255并执行处理。 1.4.3 模拟输入/输出功能XA型的CP1H
15、CPU单元内置模拟输入4点及模拟输出2点。分辨率分为1/6000或1/12000两种。输入输出分别刻选择：05V、15V、010V、10V10V、020A、420A等6种方式。 1.4.4 串行通信功能CP1H CPU单元支持串行通信功能有串行网关、串行PLC链接、NT链接1：N、上位链接、工具总线等。第二章 VF0变频器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。它主要由两部分电路构成，一是主电路（整流模块、电解电容和逆变模块），二是控制电路（开关电源板、控制电路板）。CPU就安装在控制电路板上，变频器的操作软件烧录在CPU上，同一型号的变频器软件是固定的，唯一例外的就是三晶变频器，软件可根据使用需求更
