PLC的变频器调速系统设计毕业设计(论文)

绪论 ........................................................................................................................................... 3 任务 ........................................................................................................................................... 4 一、设计题目 ....................................................................................................................... 4 二、设计的原始资料 ........................................................................................................... 4 三、设计目的要求及步骤 ................................................................................................... 4 总体设计方案 ........................................................................................................................... 6 1.选择机型 ............................................................................................................................ 6 2.确定系统控制结构 ............................................................................................................ 6 3. 系统流程图 ...................................................................................................................... 6 4.系统原理接线图 ................................................................................................................ 7 5. 设计步骤 .......................................................................................................................... 8 硬件部分设计 ........................................................................................................................... 9 1. CS1W-MAD44模拟量I/0模块图 .................................................................................... 9 2. CS1W-MAD44模拟量I/0功能块 .................................................................................... 9 3.模拟量输出回路 .............................................................................................................. 10 4. 输出规格 ........................................................................................................................ 10 5. 标度转换 ........................................................................................................................ 10 6. 数据交换概要 ................................................................................................................ 11 7. I/O刷新数据 .................................................................................................................. 11 8. 固定数据 ........................................................................................................................ 11 9. 模拟量I/0模块的软件设置过程 ................................................................................. 11 软件部分设计 ......................................................................................................................... 15 1. 程序的主体主要由以下三部分组成 ............................................................................ 15 2. I/0分配表 ....................................................................................................................... 15 3. 程序助记符 .................................................................................................................... 15 4. 程序说明 ........................................................................................................................ 17 5.调试过程： ...................................................................................................................... 17 6.调试结果： ...................................................................................................................... 18

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总结 ......................................................................................................................................... 19 参考文献 ................................................................................................................................. 19

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绪论

近年来,随着我国经济的发展,城市的交通拥挤问题日趋严重,因此提高城市路网的通行能力、实现道路交通的科学化管理迫在眉睫。传统的十字路口交通控制灯,通常的做法是：事先经过车辆流量的调查,运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而,实际上车辆流量的变化往往是不确定的,有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、较适用的方案,仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆,而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的,统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状,更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。目前,有多种对十字路口交通灯的改良设计,有一种用PLC对道路十字路口交通灯作自适应模糊控制的方法,较好地解决了车辆流量不均衡、不稳定的问题。因此,十字路口交通灯控制的设计还存在非常广阔的前景。

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任务

一、设计题目

PLC的变频器调速系统设计

二、设计的原始资料

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0 r/min；

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

三、设计目的要求及步骤

（一）设计目的

通过课程设计使学生将课本中所学的专业知识应用于设计实践，以巩固课堂学的专业知识，为今后的毕业设计打下良好的基础。

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。 （二）设计要求

1、要求每个学生完成设计任务。 2、要正确运用设计资料。

3、确定控制方案，选择PLC和变频器及电动机型号。

4、画出电气控制线路原理图，画出PLC端子接线图及控制梯形图 5、设计程序。

6、完成PLC控制系统梯形图软件的编制任务。

7、完成PLC端子接线工作，并利用编程器输入梯形图控制程序。 8、在实验室条件下，通过试验调试初步验证其程序的正确性。

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9、完成毕业设计说明书。 10、要求提交成果。 （1）设计报告书一份；

（2）PPT答辩书 （电子版）一份。 （三）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。

(7)整理报告书、制作PPT。

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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-CPM2A PLC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1500 r/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

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4.系统原理接线图

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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。

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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

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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:0~10 V：

5. 标度转换

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输出范围:0~10V所对应的16进制数为:0000H~0FA0H

6. 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。

7. 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。

8. 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。

9. 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。

开关设置 单元号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 单元#0 单元#1 单元#2 单元#3 单元#4 单元#5 单元#6 单元#7 单元#8 单元#9 特殊I/O单元区域地址 特殊I/O单元DM区域地址 CIO2000～CIO2009 CIO2010～CIO2019 CIO2020～CIO2029 CIO2030～CIO2039 CIO2040～CIO2049 CIO2050～CIO2059 CIO2060～CIO2069 CIO2070～CIO2079 CIO2080～CIO20 CIO2090～CIO2099 D20000～D20099 D20100～D20199 D20200～D20299 D20300～D20399 D20400～D20499 D20500～D20599 D20600～D20699 D20700～D20799 D20800～D209 D20900～D20999 D21000～D21099 单元#10 CIO2100～CIO2109 11

— n — 单元#n — CIO2000+(nx10) ～ CIO2000+(nx10)+9 — D20000+(nx100) ～ D20000+(nx100)+99 — D29500～D29599 — 95

— — 单元#95 CIO2950～CIO2959 (2)根据系统原理接线图，A1 A2电压输出1和CIO区中转换可用字表设置2040为: 0001H

在CIO区域中字和位的分配表示在下表中

I/O 字 16 输出（CPU到单元） n n+1 163 n+2 n+3 n+4 Input(unit to CPU) n+5 163 n+6 n+7 n+8 n+9 162 15 13 12 11 10 位 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 未使用 峰值保持 转换可用 输输输输输输输输入 入 入 入 入 入 入 入 4 3 2 1 4 3 2 1 输出1设置值 161 输出2设置值 输出3设置值 输出4设置值 输出1装转换值/回路1设计结果 162 161 160 160 输出2装转换值/回路2设计结果 输出3装转换值/回路3设计结果 输出4装转换值/回路4设计结果 报警信号标志 断开检测 输出设置错误 12

输输输输输输输输入 入 入 入 入 入 入 入 4 3 2 1 4 3 2 1

(3)根据输入使用设置表，设置D20400为: 0001H

DM分配内容 下表表示普通和调试模式下DM字和位的分配 DM字 15 14 13 12 11 10 9 D（m） 比率转换使用设置 回路4 回路3 回路2 位 8 7 6 5 4 3 2 1 0 输入使用设置 输出使用设置 回路1 输输输输输输输输入入入入入入入入4 3 2 1 4 3 2 1 输出信号范围设置 D（m+1） I/O信号范围设置 输入4 D（m+2） 未使用 D（m+3） 未使用 D（m+4） 未使用 D（m+5） 未使用 D（m+6） 输入1：均值处理设置 D（m+7） 输入2：均值处理设置 D（m+8） 输入3：均值处理设置 D（m+9） 输入4：均值处理设置

输入3 输入2 输入1 输出4 输出3 输出2 输出1 输出1：转换停止时的I/O状态 输出2：转换停止时的I/O状态 输出3：转换停止时的I/O状态 输出4：转换停止时的I/O状态 (4)根据输入信号范围表，设置D20401为: 0001H

输入信号范围 00：-10～10V 01:0～10V 10：1～5V/4～20mA（见注1） 11:0～5V 13

上面的所有设置在程序的1~3条完成。

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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

启动按钮 停止按钮 启动保持 电机正转 模拟量电压输出 BOOL BOOL BOOL BOOL CHANNEL 1.00 1.01 2100.00 0.00 2041

3. 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) #000F 2040 // 转换可用位置1 LD 启动保持

MOV(021) #000F D20400 // 输出使用位置1 LD 启动保持

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

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ANDNOT T0004

@MOV(021) #0000 D0 // 一个循环开始时置#0000 LD 启动保持

MOV(021) D0 2041 // 送D0 值至输出通道 LD 启动保持 ANDNOT T0004

TIM 0000#0200 // 时间变化流程 TIM 0001 #000 TIM 0002 #0400 TIM 0003 #0600 TIM 0004 #0650 LD 启动保持 AND P_0_02s ANDNOT T0000

@+(400) D0 #0004 D0 // D0值增加,使输出值连续增加 LD 启动保持 AND P_0_02s AND T0001 ANDNOT T0002

@-(410) D0 #0004 D0 // D0值减小,使输出值连续减小 LD 启动保持 AND P_0_02s AND T0003 ANDNOT T0004

@-(410) D0 #0008 D0 // D0值减小,使输出值连续减小 LD 启动保持

OUT 0.00 // 变频器正转启动信号

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END(001)

4. 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A1 A2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：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。

5.调试过程：

1.先将PLC程序传入OMRON-CS PLC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。

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显示的最大频率是36HZ。

6.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。

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总结

通过这次学习，对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，希望老师多多指导。

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

OMRON公司的CPM2A编程手册、CPM2A操作手册 OMRON公司的NT31/NT31C操作手册

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