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1、基于S7-300PLC电机变频调速系统毕业论文 目录1河北大学工商学院2012届本科生毕业论文（设计）1概述11.1课题来源及意义11.2国内外发展现状11.3 主要工作内容22基于S7-300的变频调速系统硬件结构32.1 硬件系统介绍32.2 西门子S7-300系列PLC32.3 西门子MM440变频器52.4 旋转编码器53软件环境介绍63.1 编程软件及环境63.2 软件组态设置63.3PLCSIM仿真器介绍73.4安装电缆驱动84变频调速系统的实现94.1 系统硬件设计94.1.1 S7-300模块组态94.1.2 系统硬件接线104.1.3 输入输出接口地址分配104.1.4 MM
2、440变频器设置104.1.5 编码器计数方式选择114.2 系统控制程序开发114.2.1 主程序设计114.2.2 中断组织块134.2.3功能块程序设计134.2.4 数据块设计174.3实验调试184.3.1 调试方案184.3.2 硬件检查184.3.3 调试程序184.3.4 调试PLC194.3.5 调试变频器194.3.6 联机调试214.4实验总结215总结与展望23参考文献24致 谢25附 录26装订线1概述1.1课题来源及意义 随着电力电子技术和自动控制技术的日益发展，电动机的变频调速已经从继电气控制时代发展到了今天的由变频器控制调速，并在工业各个领域中得到了广泛的发展。
3、在日常的生活中和工业生产中，变频调速系统得到了广泛的应用。采用PLC和MM440变频器控制的运料车，能够实现小车的自动化控制。不仅降低了系统的运行费用，而且系统运行稳定可靠、控制速度快、可维护性好1。在安装了变频器的自动电梯中，能够实现电梯的自动调速，使得电梯平稳启动、加速、停止。这样人在电梯中感觉又舒服有安全2。在工业生产中，过去通常采用人工控制开关对大功率电动机调速，这样做既不安全又不准确，如果采用PLC结合变频器速度控制，就能够有效安全准确地控制大功率设备运转3。所以说，PLC与变频器的变频调速系统具有：安全、高效、稳定和相对简便的特点。对于生活生产中提高工作效率是具有积极意义的。1.2
4、国内外发展现状我国关于变频调速的研究始于20世纪60年代初期，当时典型的技术是交-交变频器供电的交流变频调速传动；继此之后80年代主体技术为电压或电流型六脉冲逆变器供电的交流变频调速传动；从90年代中期至今，随着调制技术以及控制技术的发展，BJT(IGBT)PWM逆变器供电的交流变频调速传动空前发展，并得到广泛应用，而随着SPWM的发展，变频系统的优点越来越突出，应用面也越来越广4。变频调速是强、弱电混合，机电一体的综合技术，既要处理巨大电能的转换，又要处理信息的收集变换和传输。各种高性能变频控制都是国内外研究的热点，目前国外主要的发展方向是： 1.实现变频调速的人工智能化，对于交流电机这样多
5、变量、强耦合的参数非线性时变的复杂被控对象，要获得良好的控制性能较为困难。近年来，国外神经网络在变频调速系统控制中获得了应用，已成为当前神经网络理论及应用的研究热点5。2.实现全数字控制化。全数字控制使硬件简化，柔性的控制算法使控制灵活、可靠，易实现复杂的控制规律，便于故障诊断和监视6。3.实现变频调速系统的通信网络化和技术规格标准化。当前，国外先进的变频器都配有总线适配器模块(如modbus feidbus interbus等)作为选件，外部总线可以双绞线和适配器连接，变频器则作为系统的智能终端。进一步可形成集散式(DCS)变频控制系统和现场总线(FCS)变频控制系统7。4.硬件的集成化为了
6、使变频装置体积更小巧，新型变频系统要求功率和控制单元具有高集成度。利用不断发展的大规模集成电路工艺，把自动控制系统中控制电路集成化为若干个专用IC芯片(ASIC )，使整个系统的构成更小型、可靠，从而构成强弱电一体的智能化电机8。5.实现调速软开关化。近年来，软开关技术被引进变频控制中并己逐渐推向实用。软开关技术可以减小甚至完全消除变换器中开关器件在开关过程中的损耗，使缓冲吸收电路成为多余，提高了开关器件的工作频率，减小了开关器件的散热体积，提高了变频器工作的可靠性和效率9。1.3 主要工作内容本文主要利用可编程控制器PLC、变频器、旋转编码器等来完成对小车变频调速系统的设计，并利用变频调速技
7、术实现自动控制电动机在不同时间下的速度调节。最终目的是实现电动机在不同的给定转速下，通过PLC和变频器来实现动态速度控制。主要工作有：（1）变频调速系统的硬件连接。（2）变频调速系统的软件设计。（3）变频调速系统的联机调试工作。（4）变频调速系统的优化与整理。2基于S7-300的变频调速系统硬件结构 2.1 硬件系统介绍 电动机西门子S7-300PLC西门子MM440变频器欧姆龙E6B2-C旋转编码器调 速 控 制高速计数脉冲转速表 图2-1 系统结构图如图2-1所示，系统主要由五个部分构成，即可编程逻辑控制器PLC、变频器、编码器电机和转速表。首先通过设置给定输入给PLC，再通过PLC控制变
8、频器，再经由变频器来控制电机，随后将电机的转速反馈给PLC，经比较后输出给变频器从而实现调速10。转速表用来监控电动机转速。2.2 西门子S7-300系列PLC系统采用西门子的可编程逻辑器件S7-300PLC，型号为315-2DP，其外观如图2-2所示。图2-2 S7-300PLC如图2-2，SIMATIC S7-300 是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。如图2-2，各种单独西门子PLC的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.60.1s）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件
9、工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送；CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（例如：超时，模块更换，等等）；多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改；同时具备强大的通信功能，S7-300 PLC可通过编程软件Step 7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。S7-300 PLC具有多种不同
10、的通信接口，并通过多种通信处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统；串行通信处理器用来连接点到点的通信系统；多点接口（MPI）集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统。2.3 西门子MM440变频器图2-3 西门子MM440变频器如图2-3所示，MicroMaster440是全新一代可以广泛应用的多功能标准变频器。它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。输入200V-240V 10%，单相/三相，交流。输出380V-480V10%，三相，交流，0.
11、55kW。矢量控制方式可构成闭环矢量控制，具有闭环转矩控制；高过载能力，内置制动单元；三组参数切换功能。2.4 旋转编码器图2-4 欧姆龙E6B2-CWZ6C 如图2-4所示，编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。欧姆龙E6B2-CWZ6C编码器是以集电极开路输出的NPN型旋转通用编码器，外径40，具有A、B、Z三相脉冲输出，AB相输出频率为100P/R。3软件环境介绍3.1 编程软件及环境采用Step7 v5.5编程软件对电梯控制系统进行编程。西门子STEP7是用于SIMATIC S7-300/400站创建可编程逻辑控制程序的标准软件，可使用梯形图逻辑、
12、功能块图和语句表进行编程操作，如图3-1。标准软件在自动化任务创建过程的所有阶段都将给予支持，如：创建和管理项目、为硬件和通讯组态并分配参数、管理符号、创建程序、测试自动化系统、诊断设备故障等。图3-1 SIMATIC Manager Step73.2 软件组态设置双击SIMATIC Manager图标，打开STEP7 主画面。点击FILE NEW，按照图例输入文件名称（TEST）和文件夹地址，然后点击OK；系统将自动生成TEST项目。点亮TEST项目名称，点击右键，选中 new object，点击SIMATIC 300 STATION将生成一个S7-300的项目。 TEST左面的+点开，选中
13、SIMATIC 300，然后选中Hardware并双击/或右键点OPEN OBJECT，硬件组态画面即可打开。双击SIMATIC 300RACK-300,然后将Rail 拖入到左边空白处。生成空机架。选中PS 307 2A、CPU-315-2DP、SM321、SM322将其拖到机架RACK上，在Address 中选择分配地址。检查组态，点击STATION Consistency check ,如果弹出NO error 窗口,则表示没有错误产生如图3-2。图3-2 Step7硬件组态界面3.3 PLCSIM仿真器介绍如图3-3，S7-PLCSIM是用于STEP 7的可选项软件包。该软件可以在电脑
14、上用一台模拟的PLC对所编程序进行运行和测试。由于模拟完全存在于STEP 7软件上，因此无需连接到任何S7硬件（如CPU或I/O模块）。用模拟的S7系列CPU，可以对用于S7-300和S7-400系列CPU的程序进行测试和监控。图3-3 PLCSIM仿真器界面3.4 安装电缆驱动如图3-4，用USB电缆下载程序前需要安装驱动。将USB驱动安装文件拷贝到系统盘根目录下，运行SETUP.EXE。进入安装界面，按顺序安装电缆驱动。图3-4 USB电缆驱动安装界面4变频调速系统的实现 4.1 系统硬件设计4.1.1 S7-300模块组态 PS电源模块CPUSM: DISM: DOPS3076ES7307-1EA00-0AA0315-2DP6ES7315-2AH14-0AB0SM3226ES7322-1BL00-0AA0SM3216ES7321-1BL00-0AA0图4-1 PLC硬件组态PLC硬件组态连接如图4-1所示。将PS307、CPU、SM321和SM322按顺序连接到背部硬件连接器上，再将各个模块用螺丝固定在导轨上，如图4-2所示。图4-2 导轨和背部连接器4.1.2 系统硬件接线图
