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1、PLC对变频器的Modbus通讯控制毕业设计南 阳 理 工 学 院 本科生毕业设计（论文） 学院（系）： 电子与电气工程院 专 业： 自动化 学 生： 指导教师 ： 完成日期 年 5 月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）PLC对变频器的Modbus通讯控制Frequency converter with Modbus communication control based on PLC 总 计： 25 页 表 格： 3 个 插 图： 20 幅南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）PLC对变频器的Modbus通讯控制Frequency converter with Modbus
2、communication control based on PLC 学 院（系）： 电子与电气工程系专 业： 自动化学 生 姓 名： 学 号： 1040910 2指 导 教 师（职称）： 评 阅 教 师：完 成 日 期： 年 月 日 PLC对变频器的Modbus通讯控制自动化 摘 要本设计的主要内容为设计和制作运动控制实验台。以伺服电机及配套的驱动器、PLC和变频器为核心设备，实现各种控制要求，方便以后学习伺服及相关传动知识。主要完成以DVP 系列PLC 作为主机，经过其自带的RS485接口，使用MODBUS协议实现对内嵌有RS485 接口的台达VFD-M 变频器进行控制，旋转编码器采集三相
3、异步电机速度反馈给PLC等控制任务。关键字PLC；变频器；MODBUS；控制 Frequency converter with Modbus communication control based on PLC Automatin Specialty YAO Yi-binAbstract:The design is aimed to make designing servo experiments table.Based on the devices, the system regards the servo motor and matching drive.PLC.inverter as t
4、he core components and achieving many kinds of control requirement, it helps to learn the knowledge of servo and transmission.Frequency converter with Modbus communication control based on DELTA DVP40EH PLC.Encoder feedback speed of three-phase asynchronous motor to PLC.Comprehensive use the experim
5、ent equipment.Key word:Programmable Logic Controller;converter;Modbus;control目 录1引言11.1 课题研究的意义11.2 课题研究的目的12硬件介绍12.1VFD-M变频器12.2Delta伺服驱动器与伺服电机22.3人机界面33实验台的组建与各器件的连接43.1电源模块43.2变频器的安装与设置53.2.1VFD-M变频器的安装53.2.2VFD-M变频器的配线53.2.3变频器设置参数63.3伺服硬件的安装63.3.1伺服驱动器的安装63.3.2伺服驱动器的配线73.3.3伺服电机的安装与接线93.4 三相异步电
6、动机与编码器连接104程序设计114.1 Mudbus通讯协议114.2WPLSoft软件编程114.2.1实现Modbus通讯124.2.3速度的采集154.3人机界面155实验结果分析16参考文献18致谢19附录1201引言1.1 课题研究的意义 随着工业自动化技术的不断发展，在工业控制中，交流电机的拖动越来越多地采用变频器完成，而变频器也不但仅作为一个单独的执行机构，而是随着其不断的智能化，能够同主机之间经过一定的通信方式结合成一个有机的整体。 采用RS485 通信接口对交流电机的拖动进行控制，这是一种低成本的联接方案，能够极大地减少线路联接的复杂性，避免现场可能的各种电磁干扰对控制设备
7、的影响。本设计介绍以DVP 系列PLC 作为主机，经过其自带的RS485接口，使用MODBUS协议实现对内嵌有RS485 接口的台达VFD-M 变频器进行控制，VFD-M变频器控制异步电机运行，用旋转编码器测试电机转速反馈给台达PLC，台达PLC控制ASDA-AB伺服电机跟踪异步电机的运行，同时在试验台上实现DOP-AE系列人机界面的监控。当前的变频器调速已经上升为以电气调速传动为主流,变频器调速已经从最初的只能用于风机、泵类的调速过渡到针对各类高精度、快响应的高性能的调速控制。中小容量的变频器采用了自关断器件的全数字控制PWM,已经实现了通用化,变频器调速已经优于直流调速装置。变频器的迅速发
8、展,使传统电气传动观念得到了转变。随着智能化的发展和普及,使用PLC与变频器结合来实现变频器的远程控制,是当前电气传动远程控制中的主流。我们国家的伺服控制系统的研究较国外晚一些，可是台达公司也推出了一些比较好的变频器。但跟国外还是有差距的，主要体现在控制的精度上，随着国内经济的发展，国内设备对控制精度的要求越来越高，现成的控制系统仍有许多需要改进和完善的地方，因此要不断地改进和技术革新。1.2 课题研究的目的完成实验台的设计与制作，主要以PLC对变频器的MUBDUS通讯控制为目标。设计的目的是能使我们掌握自动化控制工程设计能力和安装调试能力，熟悉台达PLC、变频器、伺服驱动器和伺服电机等硬件，
9、掌握WPLsofl的软件编程。为我们毕业后进入自动化行业打下结实的基础。2硬件介绍2.1VFD-M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，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素、过流/过压/过载保护等功能。毕业设计中使用的是台达VFD-M变频器。台达变频器VFD系列是一款高功能低噪音迷你型变频器。具有体积小、低速力矩大、性能完善、使用方便等特点。使用的型号为VFD015M21A-Z(VFD-M系列；2HP；最大适用马达1.5KW；输入电压：220V)变频器。2.2Delta伺服驱动器与伺服电机随着微处理器技术的日新月异，大功
10、率、高性能半导体功率器和伺服电机所需永磁材料制造工艺的发展及其性价比不断提高，交流伺服电机和交流伺服控制系统已经成为当前工业领域中，实现自动化的基础技术。台达ASDA交流伺服驱动器以其掌握核心的电子技术为基础，针对不同生产机械的需求，研发了全方位的伺服驱动器及伺服系统。台达伺服驱动器产品的控制回路均采用高速数字信号处理器，配合增益自动调整、指令平滑功能的设计以及软件分析与监控，可达到高速位移、精准定位等运动控制需求。ECMA系列伺服马达支持低、中、高三种惯量，可解决在不同扭力应用上的需求。支持标准Modbus通讯读写，可与台达PLC, HMI构成通讯控制架构。本系列可适用于各种机械加工行业或产
11、业机械。多用于机械加工中心的刀库控制，分度装配系统、封口机、剪床机、送料机、雕刻机、车床、高速卷绕机、检测机、切割机、PCB点胶机、成型机等。使用的ASDA-AB伺服驱动，其参数如下表1：表1 ASDA-AB伺服驱动参数设置额定输出功率400W输入电压及相数220V编码器分辨率2500ppr是否支持ECMA电机机种是2.2.4伺服电机的工作原理交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似。其定子上装有两个位置互差90的绕组，一个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf上；另一个是控制绕组L，联接控制信号电压Uc。因此交流伺服电动机又称两个伺服电动机。交流伺服电动机的转子一般做成鼠
12、笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。当前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子。空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。交流伺服电机的工作原理与分相式单项异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大的多，因此伺服电机与单相异步电机相比有三个显著
13、的特点：（1）启动转矩大由于转子电阻大，它可使临界转差率SO1，这样不但使其机械特性更接近于线性，而且具有较大的启动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有启动快，灵敏度高的特点。（2）运行范围广（3）无自转现象 正常运转的伺服电机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。伺服主要靠脉冲来定位，基本上能够这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，因此伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，
14、这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它能够用于对成本敏感的普通工业和民用场合。交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。2.3人机界面工业人机界面(Industrial Human-machine Interface 或简称Industrial HMI)是一种带微处理器的智能终端，一般用于工业场合，实现人和机器之间的信息交互，包括文字或图形显示以及输入等功能。当前也有大量的工业人机
