PLC控制变频调速系统设计系统.docx
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PLC控制变频调速系统设计系统
目录
课程设计任务书1
绪论3
一设计目的4
二控制要求4
三设备选型4
四总体设计方案及设计步骤5
五硬件设计方法及设计过程5
(一)模拟量I/0单元的设计
(二)变频器设计及操作说明
(三)系统设计接线图
六软件设计15
(一)I/O地址分配表:
(二)流程图:
(三)PLC梯形图程序:
(四)程序说明
(五)助记符:
七调试及设计结果21
参考文献22
心得体会23
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。
要完成好电气控制系统的设计系统,除掌握必要的电气设计基础知识外,还必须经过反复实践,深入生产现场,将不断积累的经验应用到设计中来。
课程设计正是为这一目的而安排的实践性教学环节,它是一项初步的工程训练。
通过课程设计的工作,了解一般电气控制系统的设计要求、设计内容和设计方法。
一设计目的:
1、掌握OMRON-CS系列CPU加CS1W-MAD44模拟量I/0模块、ID模块和OD模块。
2、掌握变频器的调速系统调试基本步骤及方法。
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控制的变频器调速系统。
二控制要求:
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.要求输出转速按下图〔见附图〕函数变化,请编写梯形图控制程序,并完成调试。
(V)
3000
1500
t(s)
01020304050606570
3.改变输出转速~时间的变化函数,重复上述过程.
三设备选型:
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3G3RV高功能变频器
四总体设计方案及设计步骤
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。
五硬件设计方法及设计过程
(一)模拟量I/0模块单元的设计
(1)使用模拟量I/0单元时的步骤
1.将单元后板上的操作模式开关设置为普通模式。
2.使用单元前板上的单元号开关来设置单元号。
3.接通PLC电源。
4.创建I/O表。
5.进行特殊I/O单元DM区域的设置
·设置将使用的I/O号。
·设置输入和输出信号范围。
·设置均值处理采样号。
·设置输出保持功能。
·设置比率转换用法,比率设置值,和偏差值。
6.关闭然后接通PLC电源,或将特殊I/O单元重启动位开到ON.
(2)CS1W-MAD44模拟量I/0模块图:
模模
拟拟
量量
输输
出出
模模
拟拟
量量
输输
入入
(3)CS1W-MAD44模拟量I/0功能块:
(4)模拟量输出回路:
(5)输出规格:
如果设置值超过下面提供的规定范,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.
输出范围:
0~10V:
(6)标度转换:
输出范围:
0~10V所对应的16进制数为:
0000H~0FA0H
(7)模拟量输出接线图:
(8)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。
(9)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.
(10)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。
模拟量I/0模块的硬件设置过程
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关设置的。
在此系统中单元号设置成4.
模拟量I/0模块的软件设置过程
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.
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
根据输入使用设置表设置D20400为:
000FH
根据输入信号范围表设置D20401为:
0055H
上面的所有设置在程序的1~3条完成。
(二)变频器的设计及操作说明
首先确定变频器的型号,然后按照说明接线。
使用变频器的关键是设置正确的参数。
本操作说明仅针对欧姆龙公司的3G3RV高功能变频器。
数字操作器由显示部分和操作部分构成,下面分别介绍两个部分的名称和功能。
1数字操作器的显示部分
2显示运行模式
在数字操作器最上方有5个LED显示灯,它们对应的名称在灯的下方,用来显示变频器的运行模式。
FWD:
正转指令输入时点亮
REV:
反转指令输入时点亮
SEQ:
从控制回路端子输入的运行指令有效时点亮
REF:
从控制回路端子A1,A2输入的频率指令有效时点亮
ALARM:
发生故障,警告时点亮
3数据显示部分
显示监视数据,参数编号及设定值(5位)
4显示模式
DRIVE:
驱动模式时点亮
QUICK:
QUICK程序模式时点亮
ADV:
ADVANCED程序模式时点亮
VERIFY:
校验模式时点亮
A·TONE:
自学习模式时点亮
5数字操作器的操作部分
键名
功能
LOCAL/RRMOTE
(运行操作选择)
根据参数o2-01的设定可以设定该键的有效/无效。
有效时,按此键切换用数字操作器运行还是用控制回路端子控制运行。
MENU
(菜单)
按此键在五种模式之间进行切换。
ESC
(退回)
按此键,返回到前一个状态。
JOG
(点动)
在操作器运行场合的点动运行键。
FWD/REV
(正转/反转)
在操作器运行场合,切换旋转方向。
SHIFT/RESET
(移位/复位)
参数设置时的数位选择键。
故障发生时作为复位键。
∧
(增加键)
选择方式、组,功能,参数的名称,设定值(增加)等时按此键。
∨
(减少键)
选择方式、组,功能,参数的名称,设定值(减少)等时按此键。
DATA/ENTER↙
(数据/输入)
确定方式,功能,参数,设定值时,按此键。
RUN
(运行键)
用操作器运行时,按此键变频器开始运行。
STOP
(停止键)
用操作器运行时,按此键变频器停止运行。
用控制回路端子运行的场合,根据参数o2-02的设定可以设定该参数有效/无效。
6关于变频器模式的说明:
驱动模式:
是变频器的运行模式。
同时监视显示频率指令、输出电流等,也可以显示故障内容、故障履历等。
QUICK程序模式:
可以参照设定变频器运行所必要的最低限度参数(变频器的数字操作器的使用环境)。
ADVANCED程序模式:
可以参照设定变频器全部的参数。
校验模式:
可以参照设定从出厂设定变更了的参数。
自学习模式:
如果要让不知道电机参数的电机进行矢量控制模式运行时,自动计算、设定电机参数。
也可以只测定电机线间电阻。
变频器只有在驱动模式下才可以运行,在其它模式下主要完成参数的设定和修改。
模式的切换
按MENU键选择操作模式,例如进入到QUICK程序模式时,对应的LED指示灯开始闪烁,继续按MENU键则进入下一个ADV程序模式,如此循环。
如果确定要进入某一种模式,则在该模式的指示灯闪烁时按一次↙键,则指示灯保持点亮状态而不再闪烁。
此时可以进一步修改具体的参数。
8参数设定模拟量输入操作:
要将参数H3—02设置成输出频率为60%,即60HZ的60%为36HZ,在单位设定为10V输入电压时的频率。
1:
接通电源,数字操作器显示“F0.0”。
2:
按下MENU键,选择驱动模式,此时DRIVE的指示灯闪烁。
3:
按下MENU键,选择QUICK程序模式,此时QUICK的指示灯闪烁。
4:
按下MENU键,选择ADVANCED程序模式。
此时ADV的指示灯闪烁,数字操作器显示“A1-00”。
5:
按下↙键,进入参数参照画面,此时ADV的指示灯点亮。
6:
按增加、减少键,找到参数H3—02,此时H3不停地闪烁,02保持点亮状态。
7:
要选择参数H3—02,先按SHIFT/RESET键,使H3—02的H3不变,02开始闪烁。
再按增加键就找到了参数H3—02。
8:
按↙键,进入参数参照画面,显示H3—02的设定值60.00。
显示值中闪烁的数字可以进行修改。
按SHIFT/RESET键移动要修改的数字位,按增加、减少键确定数值大小。
9:
参数设定后,按下↙键确定,变频器会显示END,表示参数成功设定完毕。
10:
按ESC键,返回。
最后按MENU键返回到驱动模式。
(三)系统设计接线图
如总图所示
六软件设计
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。
所以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
(一)I/O地址分配表:
名称
数据类型
地址/通道
启动按钮
BOOL
1.00
停止按钮
BOOL
1.01
启动保持
BOOL
2100.00
电压输出通道
CHANNEL
2041
电机正转
BOOL
0.00
(二)流程图:
1.00
2100.00
T0000
20秒
T0000
T0001
30秒
T0001
T0002
40秒
T0002
T0003
60秒
T0003
T0004
65秒
T0004
否
(三)PLC梯形图程序:
(四)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。
(五)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)D0电压输出通道
//送D0值至输出通道
LD启动保持
ANDNOTT0004
TIM0000#0200
//时间变化流程
TIM0001#0300
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
OUT电机正转
//变频器正转启动信号
END(001)
七调试及设计结果
调试过程如下:
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。
(HZ)
36
18
t(s)
01020304050606570
运行曲线
心得体会
经过本次课程设计,我对自动控制系统的设计方法有了进一步的认识,在设计和调试的过程中对欧姆龙系列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运行过程。
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。
经历了这次的方案设计、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!
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