PLC控制变频器调速系统设计与调试.docx

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PLC控制变频器调速系统设计与调试

绪 论 

可编程控制器（PLC）是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发出来的，现已广泛应用于工业控制的各个领域。

它以微处理器为核心，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。

如今，PLC在我国各个工业领域中的应用越来越广泛。

在就业竞争日益激烈的今天，掌握PLC设计和应用是从事工业控制研发技术人员必须掌握的一门专业技术。

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。

在现代控制设备中，机-电、液-电、气-电配合得越来越密切，虽然生产机械的种类繁多，其电气控制设备也各不相同，但电气控制系统的设计原则和设计方法基本相同。

在最大限度满足生产设备和生产工艺对电气控制系统要求的前提下，力求运行安全、可靠，动作准确，结果简单、经济，电动机及电气元件选用合理，操作、安装、调试和维修方便。

要完成好电气控制系统的设计系统，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，我感到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。

目 录 

课程设计任务书--------------------------------------------1

绪论------------------------------------------------------2

课程设计内容----------------------------------------------5

一.设计要求----------------------------------------------5

二.设计任务和目的----------------------------------------5

三.课题要求----------------------------------------------5

四.控制要求----------------------------------------------5

五.总体设计方案------------------------------------------6

六．硬件部分设计------------------------------------------9

七．软件部分设计------------------------------------------13

八．调试过程和结果----------------------------------------17

心得体会-------------------------------------------------18

参考文献-------------------------------------------------19

课程设计内容

一.设计要求

1.确定控制方案，选择PLC和变频器及电动机型号。

2.画出电气控制线路原理图。

3.设计程序

4.完成PLC控制系统梯形图软件的编制任务。

5.在实验室条件下，通过试验调试初步验证其程序的正确性。

二.设计任务和目的

1.了解PLC控制变频调速系统。

2.了解OMRON-CS系列CPU加CS1W-MAD44模拟量I/0模块和ID模块。

3.了解电气控制系统设计的基本原则、内容与一般步骤。

掌握PLC控制变频调速系统调试基本过程及方法。

三.课题要求

1.按题意要求，画出PLC端子接线图及控制梯形图；

2.完成PLC端子接线工作，并利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试；

3.完成课程设计说明书

电气控制系统设计的基本原则：

在最大限度满足生产设备和生产工艺对电气控制系统要求的前提下，力求运行安全、可靠、动作准确、结构简单、经济、电动机及电气元件选用合理，操作、安装、调试和维修方便。

四.控制要求

1.变频调速器受0~10V输入电压控制；

0V输出频率为0HZ，对应同步转速为0r/min；

5V输出频率为18HZ，对应同步转速为1500r/min；

10V输出频率为36HZ，对应同步转速为3000r/min；

输入电压与输出频率按线性关系变化。

2.要求输出转速按函数变化，请编写梯形图控制程序，并完成调试。

3.改变输出转速~时间的变化函数，重复上述过程. 

五.总体设计方案

本次设计是实现控制变频调速系统，选用PLC和变频器的组合可完成数字量的输入，实现模拟量和数字量的输出控制。

可以通过对频率的调节来实现对速度的控制，使得速度变化更加平滑和实现精确调速。

1.选择机型

本次设计PLC控制变频调速系统设计系统中可以用OMRON-CPM2APLC加模拟量扩展单元,也可以用OMRON-CS系列CPU加CS1W-MAD44模拟量I/0模块.在这里选用OMRON-CS系列CPU加CS1W-MAD44模拟量I/0模块和ID模块.变频器采用欧姆龙公司的变频器，电机选择380V,3000W，3000r/min。

2.确定系统控制结构

由PLC和变频器组成的开环控制系统，模拟量输入端由两输入，开始与停止按钮；PLC输出端是从0—10V的模拟量作为变频器的输入。

实现如下控制：

0V输出频率为0Hz，对应同步转速为0r/min;5V输出频率为18Hz，对应同步转速为1500r/min;10V输出频率为36Hz，对应同步转速为3000r/min。

当PLC模拟量输出0—10V变化时，变频器输出频率为36Hz；电机经过20s速度由0—3000r/min；电机以最大速度运行10s，PLC模拟量输出由10V将到5V，变频器输出频率为18Hz，对应同步转速降为1500r/min经历10s达到一定值速度运行20s后，PLC模拟量输出由5V降到0V，变频器输出为0Hz，电机转速为0r/min。

3.系统流程图

4.系统原理接线图

5.设计步骤

（1）使用PLC的OD模块的两个输入点作为系统的启动和停止信号的输入点；

（2）使用PLC的ID模块的一个输出点作为使电机正转启动的输出信号，接到变频器的S0端子上；

（3）连接CS1W-MAD44模拟量I/0模块的A1+、A2-至变频器的电压输入端；

（4）调节变频器使其输出频率受模拟量输入电压控制；

（5）然后编制输出按时间函数循环的梯形图程序；

（6）最后调试并运行。

六.硬件部分设计

1.CS1W-MAD44模拟量I/0模块图

2.CS1W-MAD44模拟量I/0功能块

3.模拟量输出回路

4.输出规格

如果设置值超过下面提供的规定，将发生输出设置错误，并将输出有输出保持功能规定的输出量。

根据设计要求选取输出范围:

0~10V：

5.标度转换

输出范围:

0~10V所对应的16进制数为:

0000H~0FA0H

6.模拟量输出接线图

7.数据交换概要

数据通过特殊I/O单元区域（用来操作单元的数据）和特殊I/O单元DM区域（用来进行初始设置的数据）在CPU单元和CS1W-MAD44模拟量I/O单元之间交换。

8.I/O刷新数据

模拟输入转换值，模拟输出设置值，和其它用来操作单元的数据根据单元号在CPU单元的特殊I/O单元区域里分配，并在I/O刷新过程中交换.

9.固定数据

单元的固定数据，如模拟量输入信号范围和模拟量输出信号范围，根据单元号在CPU单元的特殊I/O单元DM区域里分配，并在电源接通或单元重启动时交换。

10.设置单元号开关

每个模拟量I/O单元占据的特殊I/O单元区域和特殊I/O单元DM区域字地址是通过单元前板上的单元号开设置的。

在此系统中单元号设置成4.

11.模拟量I/0模块的软件设置过程

（1）根据下表，特殊I/0单元域地址CIO2040-CIO2049,特殊I/0单元DM区域地址D20400-D20499.

（2）根据系统原理接线图，A1A2电压输出1和CIO区中转换可用字表设置2040为:

0001H

（3）根据输入使用设置表，设置D20400为:

0001H

（4）根据输入信号范围表，设置D20401为:

0001H

上面的所有设置在程序的1~3条完成。

七.软件部分设计

系统的软件设计是根据系统给定的时间函数运行的，所以软件的设计主要是以时间原则来设计。

1.程序的主体主要由以下三部分组成

（1）控制字的设置

（2）时间段设计

（3）数据的增减

2.I/0分配表

3.系统设计程序

  PLC梯形图

4.程序助记符

LD                   启动按钮

LD                   停止按钮

KEEP（011）            启动保持

LD                   启动保持

MOV（021）#000F2040  // 转换可用位置1

LD                   启动保持

MOV（021）#000FD20400 // 输出使用位置1

LD                   启动保持

MOV（021）#0055D20401//输出信号范围置0101.0-10V

LD                   启动保持

ANDNOTT0004

@MOV（021）#0000D0   // 一个循环开始时置#0000

LD                   启动保持

MOV（021）D02041     // 送D0值至输出通道

LD                   启动保持

ANDNOTT0004

TIM0000#0200        // 时间变化流程

TIM0001#000

TIM0002#0400

TIM0003#0600

TIM0004#0650

LD                   启动保持

ANDP_0_02s

ANDNOTT0000

@+（400）D0#0004D0  //D0值增加,使输出值连续增加

LD                    启动保持

ANDP_0_02s

ANDT0001

ANDNOTT0002

@-（410）D0#0004D0   //D0值减小,使输出值连续减小

LD                      启动保持

ANDP_0_02s

ANDT0003

ANDNOTT0004

@-（410）D0#0008D0   //D0值减小,使输出值连续减小

LD                       启动保持

OUT0.00              // 变频器正转启动信号

END（001）

5.程序说明

第0条：

起动和停止信号，用KEEP保持在2100.00中，表示程序启动运行。

第1条：

程序启动运行过程中，根据接线图A1A2电压输出1和CIO区中转换可用字表设置2040为:

000FH

第2条：

程序启动运行过程中，根据输入使用设置表设置D20400为:

000FH

第3条：

程序启动运行过程中，根据输入信号范围表设置D20401为:

0055H

第4条：

程序启动时并且每个循环的开始时D0置#0000，所以输出电压每次都是从0V开始

第5条：

只要是在运行过程中，在程序每次扫描过程中D0中的值置入2040通道中转换成电压输出。

第6条：

程序启动运行过程中，每次循环中设置成五个时间段T0000—T0004，T0004为复位信号。

第7条：

程序启动运行过程中，从0—20秒，D0中的数在每个0.02秒脉冲的上升沿时加#0004，则20秒时刚好D0值为#0FA0，即10V。

第8条：

程序启动运行过程中，从30—40秒，D0中的数在每个0.02秒脉冲的上升沿时减#0004，则10秒后刚好D0值为#07D0，即为5V。

第9条：

程序启动运行过程中，从60—65秒，D0中的数在每个0.02秒脉冲的上升沿时减#0008，则5秒时刚好D0值减为#0000，即0V。

第10条：

程序启动运行过程中电机正转信号保持为ON。

第11条：

程序结束标志。

八.调试过程及结果

调试过程：

1.先将PLC程序传入OMRON-CSPLC中，只连接启动与停止开关，先不与变频器相连接，以免输出电压不正确导致变频器出错。

2.按下启动按钮，然后用万用表测CS1W-MAD44模拟量I/0模块的A1、A2两点间的电压，看是否按照规定曲线运行，如果运行正确则证明PLC部分调试成功。

3.连接PLC的输出点与变频器的输入点，并且调试好变频器的参数设置，最后把变频器的输出与电机接好。

4.最后打开启动按钮，电机正常运行，并且按照给定的时间函数循环运行。

显示的最大频率是36HZ。

调试结果：

系统按照给定的时间函数连续循环运行，如图所示，由此说明系统设计合理可靠，此设计完全符合设计要求。

心得体会

通过本次课程设计，对欧姆龙系列PLC的特点有了更深的理解。

利用了欧姆龙系列PLC的特点，对按钮、开关等输入/输出进行控制，实现了变频器在控制作用下的自动化。

在本次课程设计的实践环节中，我更深刻地理解和掌握了电器控制及可编程控制器（PLC）的理论知识和动手技能。

参阅了大量的电器控制及可编程控制器（PLC）系统设计的书籍资料，查询了大量的图表、程序和数据，使得课程设计的方案和数据更为翔实和准确，力求科学严谨，使本次以变频器为主题的课程设计精益求精。

经历一周的方案设计、比较、论证、探讨等步骤，经过不懈的努力和反复的验证，积聚了同组同学的一致讨论并通过，再加上指导老师的细心点拨和教诲，终于成功地完成了本次课程设计。

但是，由于学识浅薄和资历肤浅，对待解决问题还不成熟，望老师不吝纠正，深感谢意！

参考文献

电器控制及可编程控制器       祖龙起主编   轻工业出版社

可编程控制器原理与程序设计   谢客明主编   电子工业出版社

日本OMRON公司CPM2A编程手册    张立科 主编   2003