目 录
目 录 ............................................................................................................................................1 第一章 系统的功能设计分析和总体思路.....................................................................................2
1.1 概述 .................................................................................................................................2 1.2 系统功能设计分析 .........................................................................................................3 1.3 系统设计的总体思路 .....................................................................................................3 第二章 PLC和变频器的型号选择 ..........................................................................................4
2.1 PLC的型号选择 ..........................................................................................................4 2.2 变频器的选择和参数设置 ..........................................................................................6
2.2.1 变频器的选择 ........................................................................................................6 2.2.2 变频调速原理 ......................................................................................................7 2.2.3 变频器的工作原理 ..............................................................................................7 2.2.4 变频器的快速设置 ..............................................................................................8
第三章 硬件设计以及PLC编程 ........................................................................................... 11
3.1 开环控制设计及PLC编程 ....................................................................................... 11
3.1.1 硬件设计 .............................................................................................................. 11 3.1.2 PLC软件编程 ....................................................................................................12 3.2 闭环控制设计 ...............................................................................................................17
3.2.1 硬件和速度反馈设计 ........................................................................................17 3.2.3 闭环的程序设计以及源程序.........................................................................19
第四章 实验调试和数据分析 ..................................................................................................23
4.1 PID 参数整定 ...............................................................................................................23 4.2 运行结果 .......................................................................................................................24 第五章 总结和体会 ................................................................................................................25 第六章 附录 ............................................................................................................................26
6.1 变频器内部原理框图 ...................................................................................................26 第七章 参考文献 ....................................................................................................................27
1
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基本要求。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,价格便宜,可靠性强,编程简朴,易学易用等特点,在工业领域中深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结构简朴、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、最有发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、降低生产成本。用户根据自己的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
2
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。组态王是海内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
随着电力电子技术以及控制技术的发展,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行“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部分:控制运算部分、执行和反馈部分。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;反馈部分主要为速度反馈。
1.3 系统设计的总体思路
系统主要由三个部分构成,即可编程逻辑控制器件PLC、变频器和电机。
3
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馈给PLC,经比较后输出给变频器从而实现无静差调速。
具体如下图所示: 速度给定 + PLC(PID) 变频调速系统 电机
速度反馈信号 - 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求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的,按照易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则选型所选用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,明确控制任务和范围确
4
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S7-200 PLC一台。
S7-200 PLC CPU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、先进的程序结构、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内很有竞争力的。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馈。
5
基于PLC控制的变频器调速系统
![](/skin/haowen/images/icon_star.png)
![](/skin/haowen/images/icon_star.png)
![](/skin/haowen/images/icon_star.png)
![](/skin/haowen/images/icon_star.png)