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PLC技能考核报告

基于PLC的交流异步电机

转速闭环控制系统设计

成绩：

姓名：

班级：

学号：

日期：

1绪论2

1.1变频器2

1.2PLC可编程逻辑控制器2

1.3触摸屏及组态软件3

2系统硬件设计4

2.1系统设计目的4

2.2系统硬件结构框图4

2.3硬件选型5

2.4硬件接线7

3系统软件设计9

3.1变频器参数9

3.2触摸屏组态画面14

3.3PLC编程16

4系统调试21

5总结22

1绪论

1.1变频器

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。

变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。

随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。

变频器生产厂家国内主要有正弦、英威腾、汇川、森兰、欧瑞、海利普、博世力士乐（康沃）、兰海花腾、四方、日业、利德华福、安邦信、阿尔法、台安、台达、东元、富凌、易能、微能、时代、山宇、格利特、科姆龙、佳能、风光、德力西、伟创、东旭、佳灵、易驱等

1.2PLC可编程逻辑控制器

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

生产厂家：

三菱、西门子、欧姆龙、施耐德ABB、松下、利时海为台达富士永宏罗克韦尔三星等

目前，可编程序控制器已经广泛地应用在各个工业部门。

随着其性能价格比的不断提高，应用范围还在不断扩大，主要有以下几个方面：

（1）逻辑控制

可编程序控制器具有“与”、“或”、“非”等逻辑运算的能力，可以实现逻辑运算，用触点和电路的串、并联，代替继电器进行组合逻辑控制，定时控制与顺序逻辑控制。

数字量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动生产线，其应用领域最为普及，包括微电子、家电行业也有广泛的应用。

（2）运动控制

可编程序控制器使用专用的运动控制模块，或灵活运用指令，使运动控制与顺序控制功能有机地结合在一起。

随着变频器、电动机起动器的普遍使用，可编程序控制器可以与变频器结合，运动控制功能更为强大，并广泛地用于各种机械，如金属切削机床、装配机械、机器人、电梯等场合。

（3）过程控制

可编程序控制器可以接收温度、压力、流量等连续变化的模拟量，通过模拟量I/0模块，实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换和D/A转换，并对被控模拟量实行闭环PID（比例-积分-微分）控制。

现代的大中型可编程序控制器一般都有PID闭环控制功能，此功能已经广泛地应用于工业生产、加热炉、锅炉等设备，以及轻工、化工、机械、冶金、电力、建材等行业。

（4）数据处理

可编程序控制器具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。

这些数据可以是运算的中间参考值，也可以通过通信功能传送到别的智能装置，或者将它们保存、打印。

数据处理一般用于大型控制系统，如无人柔性制造系统，也可以用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

（5）构建网络控制

可编程序控制器的通信包括主机与远程I/0之间的通信、多台可编程序控制器之间的通信、可编程序控制器和其他智能控制设备（如计算机、变频器）之间的通信。

可编程序控制器与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。

当然，并非所有的可编程序控制器都具有上述功能，用户应根据系统的需要选择可编程序控制器，这样既能完成控制任务，又可节省资金。

1.3触摸屏及组态软件

组态软件又称组态监控系统软件。

译自英文SCADA,即SupervisoryControlandDataAcquisition（数据采集与监视控制）。

它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。

它们处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，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具，它的运行必须依赖工控机，也就是所谓的工业用计算机。

触控屏（Touchpanel）又称为触控面板，是个可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。

触摸屏运行的程序也需要相应的编程软件编写。

其实上位机和下位机并没有严格的划分，一般情况下是，触摸屏和装有组态的工控机发送控制指令，因此可以看做是上位机，PLC接收指令，完成相应的动作，PLC就可看做下位机，并且通过通讯，现场的一些数据或者设备运行的状态，及故障信息可以通过PLC反馈到触摸屏或者工控机上，便于操作者对设备运行状况的监控。

2系统硬件设计

2.1系统设计目的

采用PLC及其外部接口设备对电机进行检测和控制。

对于经常正、反转运行的调速系统，利用双闭环调速系统具有十分明显的优势。

它能充分利用电机的过载能力，在过渡过程中保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统以最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。

这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。

2.2系统硬件结构框图

为实现转速和电流两种负反馈分别作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。

二者之间实行嵌套连接，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。

从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。

这就形成了转速、电流双闭环调速系统。

PLC要从外部输入电流反馈和转速反馈信号，输出触发脉冲信号，其余工作均在PLC内部完成，数字给定也是用软件方法在PLC内部设定。

在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例积分微分控制，简称PID控制，又称PID调节。

PID控制器问世至今已有近60年的历史了，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制主要和可靠的技术工具。

当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它设计技术难以使用，系统的控制器结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。

即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统的参数的时候，便最适合用PID控制技术。

PID控制包含比例、积分、微分三部分，实际中也有PI和PD控制器。

PID控制器就是根据系统的误差利用比例、积分、微分计算出控制量，图4.1中给出了一个PID控制的结构图：

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。

我们现在使用的变频器主要采用交－直－交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。

变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。

2.3硬件选型

西门子触摸屏smart700硬件特点　

6AV6648-0AC11-3AX0Smart700精彩系列如今，人机界面已经成为大多数工业机械设备的标准配置，尤其在使用小型机器和简单应用时，成本成了关键因素。

西门子顺应市场需求推出的全新SIMATIC精彩系列面板（SmartLine），准确地提供了人机界面的标准功能，经济实用，具备高性价比。

精彩系列面板采用全新的高分辨率16:

9宽屏液晶显示和先进的工业设计理念，使设备操作变得更加轻松快捷，引领人机界面产品进入高分辨率宽屏显示时代。

西门子触摸屏smart700强大且丰富的通讯能力　

1、PPI通讯协议确保精彩系列面板与S7-200建立高速无缝的连接，和S7-200PLC组成完美的小型自动化解决方案

2、集成的RS422/485通讯口使精彩系列面板的通讯更加灵活，可以和市场主流的小型PLC建立稳定可靠的通讯连接。

（三菱FX系列；欧姆龙CP1系列）

3、当采用PPI通讯时，通信速率高达187.5kb/s

注意事项：

1.请确保在HMI设备外部为所有连接电缆预留足够的空间。

2.安装HMI设备时，确保人员、工作台和整体设备正确接地。

3.连接电源：

仅限DC24V。

700面板说明面板说明:

Smart700面板说明

PLC200适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。

PLC200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。

PLC200系列出色表现在以下几个方面：

极高的可靠性、极丰富的指令表、易于掌握、便捷的操作。

选型问题：

一般来说都是用24VDC的，低压电源安全，虽然220VAC的也很安全，但一般公司都选用24VDC的；你自己学24V需要弄个24V稳压电源，220V可能不需要。

但是端口输入都是24V的，你要是只是看plc上的指示灯也可以220V就可以来了

控制功能：

线性v/f控制，并带有增强电机动态响应和控制特性的磁通电流控制（FCC），多点v/f控制；内置PID控制器；快速电流限制，防止运行中不应有的跳闸；数字量输入6个，模拟量输入2个，模拟量输出2个，继电器输出3个；具有15个固定频率，4个跳转频率，可编程；采用BiCo技术，实现I/O端口自由连接；集成RS485通讯接口，可选PROFIBUS-DP通讯模块；灵活的斜坡函数发生器，可选平滑功能；三组参数切换功能：

电机数据切换，命令数据切换；风机和泵类专用功能：

多泵切换旁路功能手动/自动切换断带及缺水检测节能方式保护功能：

过载能力为140％额定负载电流，持续时间3秒和110％额定负载电流，持续时间60秒;过电压、欠电压保护；变频器过温保护；接地故障保护，短路保护；I2t电动机过热保护；PTC/KTY电机保护。

变频器的选型原则和注意事项

　　1根据负载特性选择变频器。

如负载为恒转矩负载可选择西门子MMV/MDV,MM420/MM440变频器，ABB公司ACS400系列变频器等；如负载为风机、泵类负载可选择西门子ECO、MM430变频器，ABB公司ACS800系列变频器等。

　　2选择变频器时应以实际电机电流值作为变频器选择的依据，电机的额定功率只能作为参考。

另外，应充分考虑变频器的输出含有丰富的高次谐波，会使电动机的功率因数和效率变坏。

因此，用变频器给电动机供电与用工频电网供电相比较，电动机的电流会增加10％而温升会增加20％左右。

所以在选择电动机和变频器时，应考虑到这种情况，适当留有余量，以防止温升过高，影响电动机的使用寿命。

作电动机运行的三相异步电机。

三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。

选用三相异步电动机的一般要求如下：

1、按现有的电源供电方式及容量选用电机额定电压及功率。

a、目前我国供电电网频率为50Hz，主要常用电压等级110V、220V、380V、660V、1000（1140V）、3000V、6000V、10000V。

b、电机功率选用除了满足拖动的机械负载要求外，还应考虑是否具备足够容量的供电网络。

2、电机类型选择

电机类型的选择与使用要求、运行地点环境污染情况和气候条件等有关。

3、外壳防护等级

外壳防护等级的选用直接涉及人身安全和设备可靠运行，应根据电机使用场合，防止人体接触到电机内部危险部件，防止固体异物进入机壳内，防止水进入壳内对电机造成有害影响。

电机外壳防护等级由字母IP加二位特征数字组成，第一位特征数字表示防固体，第二位特征数字表示防液体。

如IP44：

第一位特征数字是表示防护1mm固体的电机，能防止直径或厚度大于1mm的导线或直条能触及或接近机壳内带电或转动部件。

第二位特征数字是表示防溅水，电机能承受任何方向的溅水应无有害影响。

又如IP23：

第一位特征数字是表示防护大于12mm固体进入电机，能防止手指或长度不超过80mm的类似物体触及或接近机壳内带电或转动部件，能防止大于12mm的固体异物进入机壳内。

第二位特征数字是表示防滴水电机，即与垂直线成60°角范围内的滴水应无有害影响。

以上特征数字越大即表示防护等级越高，可查阅GB/T4942.1《电机外壳防护分级》标准。

4、安装结构形式

应按配套设备的安装要求选用合适的电机安装型式，安装型式采用代号’IM’为国际统一标注形式。

再由大写字母代表’卧式安装’为B或代表立式安装为V，连同1位或2位阿拉伯数字表示结构特点和类型型式。

一般卧式安装电机为IMB3，即二个端盖，有机底、底脚、有轴伸安装在基础构件上。

另外，一般立式安装电机为IMV1即二个端盖，无底脚、轴伸向下，端盖上带凸缘、凸缘有通孔，凸像在电机的传动端，借凸缘在底部安装。

2.4硬件接线

3系统软件设计

3.1变频器参数

变频器的构成

变频器基本原理：

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。

变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。

基本参数

序号

参数

说明

P0003=3

专家访问级

P400=2

编码器类型

P1237=5

制动周期

P1240=0

禁止VDC控制器

P1800=8

脉冲频率

P0295=600

停车后风机延时停止时间

P1511=2889

附加转矩

DDS数据拷贝

序号

参数

说明

P0819.0=0

P0819.1=1

P0819.2=1

将DDS0拷贝到DDS1

P0819.0=0

P0819.1=2

P0819.2=1

将DDS0拷贝到DDS2

P700=2，这是数字命令的信号源，可以选择由键盘（数值设为1）或端子排输入（数字设为2）

在电机自学习时，要把它改为1，可以通过面板来操作；完成后可改为2实现正常运行。

P701、P702、P703、P704、P705、P706是数字输入1、2、3、4、5、6的功能，对应变频器的端子号5、6、7、8、16、17。

我们定义为多段速度选择位1、2、3、和使能BICO参数化，即分别设定为17、17、17、99、99、99

P820=2835

P821=2811这两个参数是运行曲线及速度调节器的切换

条件

P820

P821

激活的DDS组

单层

多层低速段（〈7HZ〉

多层高速段（）7HZ）

以1.6m/s的电梯为例，其单层速度为28HZ，多层速度为45HZ。

我们以给定速度为判断条件，当给定速度小于35HZ时,激活单层曲线DDS0，否则激活DDS1。

另外，对于多层速度，我们对速度调节器的增益系数和积分时间常数做了一下切换，当实际速度小于7HZ时，激活DDS1，当实际速度大于7HZ时，激活DDS2，

P2890=70%

P2885=1024（r1024是实际的固定频率）P2885是比较器1（说明书10-212页），

当r1024大于或等于P2889时r2886=1;当r1024小于P2889时r2886=0;

要激活P2885需要P2800=1P2802[12]=1，比较的结果是r2886,我们把比较结果设在P2834（D—FF1即D-触发器1）中，

P2834[0]=2886：

0，置位

P2834[1]=0：

0，D-输入

P2834[2]=0：

0，存储脉冲

P2834[3]=2813：

0，复位

D-触发器1有两个结果，r2835和r2836，而我们设定P820=2835，就选择DDS1。

而D-触发器1的激活级是P2801[12]，故我们设定P2801[12]=3（优先级）

而当P821=2811=1时，则选择DDS2，其中用到的参数有

r53.2p1080变频器的实际频率是否大于或等于P1080如果是则是1，如果不是则是0；其结果由p2828（NOT1）转换后由r2829输出，p2801[9]是p2828的激活级;而r2829又和r2835通过p2812（AND2）与后由r2813输出结果，p2812p2801[1]又是p2812的激活级r2813r53.4p2155变频器的实际频率是否大于P2155如果是则是1，如果不是则是0,这个结果又通过p2810（AND1）由2811输出p2801[0]是2810的激活级r2811

P2828=53:

P840=722：

3=数字输入4，（要求P704设定为99，BICO）正向运行的ON/OFF命令

P842=722：

4=数字输入5，（要求P705设定为99，BICO）反向运行的ON/OFF命令

这两个参数的社的设定只有在P719=0时才能激活。

P731[0]=2852:

0P731[1]=52:

3P731[2]=52:

P732[0]=53:

2P732[1]=52:

7P732[2]=52:

P733[0]=52:

2P733[1]=0P733[2]=0

以上这三个参数是分别定义数字输出1、数字输出2、数字输出3的功能。

设定为2852:

0是定时器1的输出；设定为52:

3是变频器故障；设定为53:

2是变频器频率低于最小频率P1080；设定为52:

7是变频器报警；设定为52:

2是变频器正在运行；设定为0是变频器准备；

对于定时器1，P2849、P2850、P2851是它的输入，设定值如下：

P2849=2831:

0定时器1

P2850=5.0定时器1的延迟时间

P2851=0定时器1的工作方式，设为0是ON（接通）延时

而r2831又是P2830（NOT2）的输出

P2830=52.3,这样的目的是当变频器出了故障或断电后又上电时，即P2830=52.3=1时，P2849=2831:

0=0，通过P2850=5.0即5秒的延迟后，输出r2852，也即P731（数字输出1）有输出，变频器又可正常工作，5秒是变频器的准备时间。

定时器1是变频器准备用的。

P2801[10]=1是P2830（NOT2）的激活级。

P852=2817:

P1000是频率设定的选择

P1001到P1015是固定频率的设定值

P1020=722:

0固定频率选择位位0数字输入1

P1021=722:

1固定频率选择位位1数字输入2

P1022=722:

2固定频率选择位位2数字输入3

只有在P701-P706=99才起作用，在此没作用

P1035=19:

13使能MOP（UP-升速命令）

P1036=2857:

0使能MOP（DOWN-减速命令）

P1040=0.01MOP设定值

r2857是定时器2的输出结果，这几个参数是起动小平台，为了缓解起动时的冲击。

P2854=2817：

0定时器2

P2855=2.0定时器2的延迟时间

P2856=2定时器2的工作方式，设为2是ON/OFF（接通/断开）延时

以上三个参数是定时器2的输入，r2857、r2858则是定时器2的输出。

r2817是P2816（OR1）的输出，即P2816[0]和P2816[1]或的结果，P2801[3]是P2816的激活级。

P2816[0]=722.3,上行

P2816[1]=722.4下行

小平台的设定是为了克服起动是冲击或抖动，有时加上起动频率，也可以克服125%的上行时可能拉不动的现象。

即定时器2是用来加小平台的，小平台在运行命令也即方向给出2秒后撤掉。

不过P1035=19：

13和P1036=2857：

0不太明白？

P1080=0.1HZ

P1082=50HZ实际上这两个参数是缺省值，不用改动。

P1120=2.2斜坡上升时间，斜坡函数曲线不带平滑圆弧时电动机从静止状态加速到最高频率时所用的时间。

P1121=2.2斜坡下降时间，斜坡函数曲线不带平滑圆弧时电动机从最高频率减速到静止停车时所用的时间。

P1130=3.00斜坡上升曲线的起始段圆弧时间

P1131=1.2斜坡上升曲线的结束段圆弧时间

P1132=1.5斜坡下降曲线的起始段圆弧时间

P1133=1.5斜坡下降曲线的结束段圆弧时间

P1142=2862：

0RFG使能设定值。

确定RFG（斜坡函数发生器）使能设定值命令的信号源。

而r2862是定时器3的输出，定时器3的输入是下面三个参数：

P2859=2817:

0也是P2816（OR1）的输出。

P2860=0.5定时器3的延迟时间

P2861=0定时器3的工作方式，设为0是ON（接通）延时

而P2802[2]是定时器3的激活级。

定时器3是斜坡函数发生器起作用的。

P1300=21控制方式，设为21是带有传感器的矢量控制，在有的现场有可能编码器没有安装，为了走慢车，可以先设定为20即无传感器的矢量控制。

P1460[0]=35，P1460[1]=30，P1460[2]=20速度控制器的增益系数P

P1462[0]=250，P1462[1]=250，P1462[2]=300速度控制器的积分时间I

P1477[0]=2868P1477[1]=0，P2868[2]=0设定速度控制器的积分器。

选择读入速度控制器使能命令的信号源.

而r2868是定时器4的输出取反，P2864、P2865、P2866则是定时器4的输入，P2802[3]是定时器4的激活级。

P2864=2817也是P2816（OR1）的输出

P2865=0.5定时器4的延迟时间

P2866=0定时器4的工作方式，设为0是ON（接通）延时

定时器4是加预转矩的。

P1478[0]=2889P1478[1]=0P1478[2]=0设定速度控制器的积分值。

选择速度控制器速度部分的信号源。

P2889=-5，以[%]表示的固定设定值1。

P2890=70以[%]表示的固定设定值2。

通过以上的参数说明可以看出，西门子440变频器的逻辑性很强，如果不注意，可能出现变频器不动作，有几个参数是必须设的，其它有些相关的参数由于容易理解，就不说明了。

必须设定的参数如下：

P2800=1

P2801[0]=1

P2801[1]=3

P2801[3]=3

P2801[9]=1

P2801[10]=1

P2801[12]=1

P2802[0]=1

P2802[1]=1

P2802[2]=3

P2802[3]=1

P2802[12]=1

通过给参数做完解释后，可能我们对440的应用会更好一些，有助于大家的调试，如果有什么错误请大家指出，以便改进。

还有几个问题不明：

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