三菱变频器与西门子PLC的通及三菱变频器的运用毕业设计.docx

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三菱变频器与西门子PLC的通及三菱变频器的运用毕业设计.docx

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三菱变频器与西门子PLC的通及三菱变频器的运用毕业设计

毕业设计论文

三菱变频器与西门子PLC的通及

三菱变频器的运用

宋莉娣

指导老师姓名：

徐瑾瑜

专业名称：

电气自动化

班级学号：

08137140

论文提交日期：

2010年11月25日

论文答辩日期：

2010年11月17日

2010年11月25日

【摘要】主要讨论了变频器的运用，变频器与可编程控制器PLC的通信原理，介绍

变频器的控制方式，PLC与变频器远程通信控制的硬件连接等，以西门子S7-200型PLC

及三菱FR-S520变频器为例，介绍三菱变频器的运用，串行通信技术在交流变频调试

控制系统中的运用。

用RS—485通讯来实现西门子PLC与变频器的联机控制，用按钮

控制PLC输出变频器的运行信号，控制变频器运行，从而控制电动机的运行并通过相

应的部分通信控制程序来说明利用可编程控制器实现串行通信编程设计方法。

【关键词】变频器、PLC、通讯协议

【Abstract】ThispaperprimarilydiscussestheuseofinvertersandtherealizationofthecommunicationcontrolofinvertersandPLC,thecontrolmannerofinverters,andhardwareconnectionofinvertersandPLC.WiththeexampleoftheS7-200SiemensPLCandFR-S520inverters,theportcommunicationtechnologyofVVVFareintroduced,andbythepartofRS-485thecommunicationcontrolprogram,thepaperexplainsthemethodoftheportcommunicationprogrambyPLC.

【Keywords】Inverters、PLC、CommunicationProtocol

绪论1

第一章三菱变频器的概述2

1.1三菱变频器的简介2

1.2FR-S520变频器的操作板2

1.3FR-S520变频器的接线总图3

第二章三菱变频器的运用4

2.1三菱变频器面板操作重要参数简介4

2.2三菱（FR-S520SE-1.5K-CH）变频器的运用情况5

2.2.1利用面板操作5

2.2.2利用电位器（1K）操作6

2.2.3利用三段固定频率操作7

第三章可编程控制器（PLC）的简介8

3.1PLC的发展史8

3.2PLC的基本组成及工作原理8

3.3PLC的特点9

3.4PLC的硬件组成9

3.5PLC的软件组成11

第四章三菱变频器与西门子PLC的通讯12

4.1通讯协议12

4.2PLC与变频器的通讯格式12

4.3变频器的通讯参数设置13

4.4指令模块介绍14

4.5SMB30自由口控制器15

4.6数据块16

4.7PLC的编程17

4.8应注意的问题20

第五章触摸屏与PLC的联机应用21

5.1用触摸屏控制电动机的运行21

5.2设计触摸屏窗口21

5.3工程保存及编译22

5.4PLC的编程22

5.5联机调试22

第六章系统安装时的注意事项23

结论25

致谢26

参考文献27

绪论

三菱,在自动化领域应该是个相当有声誉的品牌，PLC、人机界面、变频器、伺服产品以及自动化仪表等等都是三菱公司的优势产品, 在各行业中也都赢得了良好的口碑。

三菱变频器以其稳定的性能, 丰富的功能, 良好的力矩特性, 以及较高的性价比, 在变频器市场占据着重要的地位。

并以其强大的品牌效应, 在中国的市场份额逐年增长。

三菱变频器经过近20年的发展，产品质量和功能都相当稳定与完善。

特别是随着功率器件以及IC芯片的不断改进，变频器产品也是不断地推陈出新，从早期使用分立元件的K系列、Z系列，到现在使用IPM、PIM模块的A系列，三菱变频器应该说又上了一个新台阶。

我们应该提到的是在大功率模块的应用上，三菱变频器可能更有优势。

为了满足市场的需要，三菱变频器还开发了应用于多种场合的选件卡，主要包括要求精确转速的PG反馈卡、用于精确定位的定位控制卡、用于压力控制的PI控制卡以及用于扩展输出点的继电器和晶体管输出卡。

变频器功能的不断加强和选件卡的开发，使得三菱变频器更好地满足了不同用户的需要，也成为三菱变频器能够迅速壮大的动力。

PLC具有可靠性高、灵活性好、开关量控制能力及通信联网能力强等特点，使其在开关量控制上发挥了巨大的威力。

同时，PLC在模拟量控制上也富有特色，具有配置灵活、通用性好、价格便宜等特点，特别在开关量、模拟量混合控制的系统上更显出独特的优越性。

现代工业生厂的很多领域将变频器与PLC相结合使用对自动化设备进行智能控制。

随着网络技术的发展，PLC既可以独立对自动化设备进行控制，也可以作为工作站与整个工厂网络系统的各个单元进行信息交换，有利于“无人化”工厂的实现。

第一章三菱变频器的概述

1.1三菱变频器的简介

三菱变频器是以电力电子技术、微电子技术和现代控制理论在交流调速系统中的应用基础上发展起来的智能型的调速设备。

变频器不仅调速平滑、范围大、效率高、启动电流运行平稳，而且节能效果明显。

变频器作为一种新型的调速节能设备，是目前最简便得一种速节能方式。

三菱变频器是通过对电力半导体器件的通断控制将电压和频率固定不变的交流电电源变换为电压或频率可变交流电的电能控制装置。

在实际应用时，不仅要实现调速，还要求调速系统能满足机械特性和调速指标。

1.2FR-S520变频器的操作板

如图1-1FR-S520SE-1.5K-CH变频器的操作面板

图1-1变频器操作面板

1.3FR-S520变频器的接线总图

如图1-2FR-S520SE-1.5K-CH变频器的接线总图

图1-2变频器的接线总图

第二章三菱变频器的运用

2.1三菱变频器面板操作重要参数简介

（1）Pr.79操作模式选择

变频器的操作模式可以用外部信号操作也可以用PU（旋钮RUN键）操作任何一种操作模式都可固定或组合使用

（2）参数清零

（3）把Pr.30的设定值从0变到1

Pr.30扩张功能显示选择的设定值为1时扩张功能参数有效。

2.2三菱（FR-S520SE-1.5K-CH）变频器的运用情况

利用面板操作、电位器（1K）、三段固定频率这三种方法分别来实现电动机的正反转。

2.2.1利用面板操作

（1）电源和电动机的接线

（2）设定面板基本操作参数

参数

显示

名称

设定范围

最小设定单位

出厂时设定值

实际设定值

转矩提升

0~15%

0.1%

6%/5%/4%

上限频率

0~120Hz

0.1Hz

50Hz

下限频率

0~120Hz

0.1Hz

0Hz

基准频率

0~120Hz

0.1Hz

50Hz

加速时间

0~999s

0.1s

减速时间

0~999s

0.1s

电子过电流保护

0~50A

0.1A

额定输出电流

0.1A

P17

RUN键旋转方向选择

0正转

1反转

0,1

P30

扩张功能显示设置

0,1

P79

运行模式选择

0~4,7,8

CLr

参数清零

不实行

参数清零

10:

全部清零

0,1,10

2.2.2利用电位器（1K）操作

（1）电源和电动机的接线

（2）电动机正转：

把变频器的STF端连接PLC，电动机正转运行，转速由外接

电位器来控制，旋转电位器，使模拟信号从0V~+10V变化，

对应变频器的频率从0~50Hz变化，通过调节电位器改变变

频器的“2”端口模拟输入电压信号的大小，可平滑无极地

调节电动机转速的大小。

电动机反转：

把变频器的STR端连接PLC，电动机反转运行，与电动机正转相同，转速由外接电位器来控制，旋转电位器，使模拟信号从0V~+10V变化，对应变频器的频率从0~50Hz变化，通过调节电位器改变变频器的“2”端口模拟输入电压信号的大小，可平滑无极地调节电动机转速的大小。

2.2.3利用三段固定频率操作

（1）电源和电动机的接线

（2）变频器设定参数如下表，通过操作可以实现变频器的三段固定频率。

参数

显示

名称

设定范围

最小设定单位

出厂设定值

实际设定值

3速设定（高速）

0~120Hz

0.1Hz

50Hz

3速设定（中速）

0~120Hz

0.1Hz

30Hz

3速设定（低速）

0~120Hz

0.1Hz

10Hz

P79

运行模式选择

0~4,7,8

第三章可编程控制器（PLC）的简介

3.1PLC的发展史

在可编程序控制器问世之前，继电器接触器控制在工业控制领域中占有主导地位。

继电器接触器控制系统是采用固定接线的硬件实现控制逻辑。

如果生产工艺发生变化，就必须重新设计，改变硬件机构，这样造成时间和金钱的浪费。

另外，大型控制系统用继电器接触器控制，使用的继电器多，控制系统的体积大，耗电多，工作频率低等缺点，为了解决这些问题，早在1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM公司），为了适应汽车型号的不断翻新，提出要用一种新型的控制装置取代它，为此，特定以下10项公开招标的技术要求，即：

（1）编程简单方便，可在现场修改程序。

（2）硬件维护方便，采用插件式结构。

（3）可靠性高于继电器接触器控制装置。

（4）体积小于继电器控制装置。

（5）可将数据直接送入计算机。

（6）用户程序存储器容量至少可以扩展到4KB。

（7）输入可以是交流115V。

（8）输出为交流115V，能直接驱动电磁阀，交流接触器等。

（9）通用性强，扩展方便。

（10）成本上要有竞争力。

美国数字设备公司根据GM公司招标的技术要求，于1969年研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车自动装配线上试用，获得成功。

80年代以后，随着大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，以16位和32位微处理器为核心的可编程序控制器得到迅速发展。

这时的PLC具有了高速计数、中断技术、PID调节和数据通信功能，从而使PLC的应用范围和应用领域不断扩大。

3.2PLC的基本组成及工作原理

PLC是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，更要靠软件的支持。

FX系列PLC是由基本单元、扩展单元及特殊功能单元构成。

基本单元包括CPU、存储器、I/O接口部件和电源，是PLC的主要部分。

扩展单元是扩展I/O点数的装置，内部有电源；扩展模块用于增加I/O点数和改变I/O口点数比例，内部电源，由基本单元和扩展单元供给。

扩展单元和扩展模块内无CPU，必须与基本单元一起使用。

特殊功能单元是一些特殊用途的装置，如进行模拟量控制的A/D、D/A转换模块，高速计数器模块（HC），过程控制模块（PID）等特殊功能单元。

PLC的工作原理与计算机相比有较大的不同，PLC从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条执行用户程序，直到END指令结束。

然后再从头开始执行，并周而复始地重复，直到停机或运行（RUN）切换到停止（STOP）工作状态。

PLC对输入、输出信号的处理与微型计算机不同：

微型计算机对输入、输出信号实时处理，而PLC对输入、输出信号是集中批处理。

3.3PLC的特点

PLC是综合继电器接触控制的有点及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展的，这就使PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点：

（1）可靠性高，抗干扰能力强。

（2）配套齐全，功能完善，适用性强。

（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎。

（4）系统设计、建造工作量小，维护方便。

（5）体积小，重量轻，能耗低。

3.4PLC的硬件组成

主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口电源等部分组成。

其中CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元式连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机的外设连接。

对于整体式PLC，所有部件都装在同一机壳内，其组成框图如图3-1所示；对于模块式PLC，各部件独立封装成模块，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上，其组成框图如图3-2所示。

无论是哪种结构类型的PLC，都可根据用户需要进行配置与组合。

图3-1整体式PLC组成框图

图3-2模块式PLC组成框图

3.5PLC的软件组成

PLC的软件由系统程序和用户程序组成。

系统程序由PLC制造产商设计编写的，并存入PLC的系统存储器中，用户不能直接改写与更改。

系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、消息传送程序、监控程序等。

PLC用户程序是用户利用PLC的编程语言，根据控制要求编制的程序。

在PLC应用中，最重要的是用PLC的编程语言来编写用户程序，以实现控制的目的。

由于PLC是专门为工业控制而开发的装置，其主要使用者是广大电气技术人员，为了满足他们的传统习惯和掌握能力，PLC的主要编程语言采用比计算机语言相对简单、易懂、形象的专业语言。

第四章三菱变频器与西门子PLC的通讯

4.1通讯协议

计算机与变频器之间的数据通信执行过程如图4-1所示

图4-1通讯过程

（1）通信过程中，如果发现数据错误，变频器将要求进行再试，从用户程序执行再试操作。

如果连续再试次数超过参数设定值，变频器将进入到报警停止状态。

（2）通信过程中，发生接收一个错误数据时，变频器给计算机返回再试数据➂。

如果连续数据错误次数达到或超过参数设定值，变频器进入到报警停止状态。

4.2PLC与变频器的通讯格式

变频器的通讯格式中的字符方式是ASCII码，PLC与变频器进行数据传输时采用十六进制,数据在PLC可编程控制器与变频器之间自动使用ASCII码传输。

变频器控制的PLC指令规格，为正确建立通讯,必须在变频器中设置有关的参数,由操作面板进行。

4.3变频器的通讯参数设置

表4-3变频器的通讯参数设置

参数号

名称

设定值

通讯站号

通讯频率

9600bps

停止位长/数据长

有无奇偶校验

通讯再试次数

通讯校验时间间隔

2.0

等待时间设定

---

运行指令权

速度指令权

n10

通讯启动模式选择

n11

CR·LF有无选择

n12

选择写入有无

n13

PU表示言语切替

n14

PU蜂鸣器音控制

n15

PU对比度调整

n16

PU主显示画面数据选择

n17

PU脱落检测/PU设定自锁

p30

扩张功能显示设置

P79

通讯参数

4.4指令模块介绍

表4-4指令模块介绍

LAD

STL

操作数及数据类型

功能

数据传送指令

MOVB

（输入）IN,

（输出）OUT

IN：

VB,IB,QB,MB,

SB,SMB,LB,

AC,常量

OUT：

VB,IB,QB,

MB,SB,SMB，

LB,AC

数据类型：

字节

使能输入有效时，即EN=1时，将一个输入IN的字节送到OUT指定的存储器输出。

在传送过程中不改变数据的大小。

传送后，输入寄存器IN中的内容不变。

信号发送指令

XMT

（输入）TABLE

（输出）PORT

TBL：

VB,IB,QB,

MB,SB,SMB，

PORT：

数据类型：

字节

指令在自由端口模式中只用，

通过通讯端口传送数据。

4.5SMB30自由口控制器

端口0

描述

SMB30格式

位格式

MSB

LSB

SM30.6和SMB30.7

PP奇偶选择

00=无奇偶校验

01=偶校验

10=无奇偶校验

11=奇校验

SM30.5

d每个字符的数据位

0=每个字符8位

1=每个字符7位

SM30.2到SM30.4

bbb自由口波特率

000=38,400波特

001=19,200波特

010=9,600波特

011=4,800波特

100=2,400波特

101=1,200波特

110=600波特

111=300波特

SM30.0和SM30.1

mm协议选择

00=点到点接口协议（PPI/从站模式）

01=自由口协议

10=PPI/主站模式

11=保留（缺省设置为PPI/从站模式）

表4-5SMB30自由口输出器

4.6数据块

VB11911

VB12016#05,16#30,16#32,16#46

VB12416#41

VB12516#31

VB12616#30

VB12716#32

VB12816#37

VB12916#43

VB13016#0D

VB16113

VB16216#05,16#30,16#32,16#46,16#44,16#31,16#39,16#36,16#39,

16#36,16#46,16#42

VB17416#0D

VB18011

VB18116#05,16#30,16#32,16#46,16#41,16#31,16#30,16#30,16#37,

16#41,16#0D

VB19216#0D

VB19911

VB20016#05,16#30,16#32,16#46,16#41,16#31,16#30,16#34,16#37,

16#45,16#0D

VB21116#0D

VB40013

VB40116#05,16#30,16#32,16#45,16#44,16#31,16#30,16#33,16#45,

16#38,16#46,16#43

VB41316#0D

VB60013

VB60116#05,16#30,16#32,16#45,16#44,16#31,16#30,16#37,16#44,

16#30,16#46,16#37

VB61316#0D

VB80011

VB80116#05,16#30,16#32,16#46,16#41,16#31,16#30,16#30,16#37,

16#41,16#0D

4.7PLC的编程

4.8应注意的问题

（1）通讯规格必须在变频器的初始化中设定，如果没有进行或有一个错误的设定,，数据将不能进行传输。

（2）每次参数初始化设定后，需要复位变频器,，如未复位，通讯将不能进行。

（3）通过改变数据格式,即可改变变频器的运行频率和对变频器的数据来进行监视。

第五章触摸屏与PLC的联机应用

5.1用触摸屏控制电动机的运行

主要针对控制电路进行改造，而主电路部分保留不变。

可以在触摸屏上设置6个按钮开关，再设置6个指示灯，再结合PLC控制接触器KM线圈。

系统框图如图5-1。

图5-1系统框图

5.2设计触摸屏窗口

触摸屏画面设计时可以设计两个窗口，一个是启动画面窗口，如图5-2-1所示；另一个是电动机控制窗口，如图5-2-2所示，运行灯是用于反映电机运行情况，即接触器KM线圈的通电情况。

两个窗口可相互切换。

图5-2-1启动画面

图5-2-2电动机控制窗口

5.3工程保存及编译

5.4PLC的编程

参照P18（4.7PLC编程）

5.5联机调试

将MT5-PC电缆线的PLC端连接到PLC，把MT5-PC电缆线的HMI连接到触摸屏的PLC（RS-485）通信口，PC端连接到计算机的COM口，通上电源。

在EasyManager中设置好COM口及其各种通信参数。

之后进行组态工程下载以及调试。

第六章系统安装时的注意事项

虽然PLC具有很高的可靠性，并且有很强的抗干扰能力，但在过于恶劣的环境或安装使用不当等情况下，都有可能引起PLC内部信息的破坏而导致控制混乱，甚至造成内部元件损坏。

为了提高PLC系统的运行的可靠性，安装时应注意以下几方面的问题。

（1）环境温度适宜

通常PLC允许的环境温度约在0～55ºC。

安装时不要把发热量大的元件放在PLC的下方；PLC四周要有足够的通风散热空间；不要把PLC安装在阳光直接照射或离暖气、加热器、大功率电源等发热器件很近的场所。

（2）注意环境污染

不一把PLC安装在有大量污染物（如灰尘、油烟、铁粉等）、腐蚀性气体和可燃性的场所，尤其是有腐蚀性气体的地方，易造成元件及印刷线路板的腐蚀。

（3）远离振动和冲击源

安装PLC的控制柜应当远离有强烈振动和冲击的场所，尤其是连续、频繁的振动。

必要时可以采取相应措施来减轻振动和冲击的影响，以免造成接线或插件的松动。

（4）远离强干扰源

PLC应远离强干扰源，如大功率晶闸管装置、高频设备和大型动力设备等，同时PLC应该远离强电磁场和强放射源，以及易产生强静电的地方。

（5）选用适当的电线接线

为使电压下降在2%以内，请用适当型号的电线接线。

变频器和电机间的接线距离较长时，特别是低频率输出情况下，会由于主电路电缆的电压下降而导致电机的转矩下降。

（6）注意总接线长度

长距离布线时，由于受到布线的寄生电容充电电流的影响，会使快速相应电流限制功能降低，接于2次侧的仪器误动作等而产生故障。

（7）正确的接地

良好的接地是PLC安全可靠运行

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