PLC与变频器联合通信

张家口职业技术学院毕业设计课题名称：指导教师：罗振成专业班级：2005级机电一体化（一班）姓名：梁海涛日期：2008年6月5日可编程控制器与变频器联合通信通信指导教师指导教师签字：年月日答辩小组评语答辩小组组长签字：年月日评价等级系部盖章：年月日任务书一．课题的目的、意义利用变频器与可编程控制器之间的通讯方法进行系统调速，降低成本，增大可靠性，丰富极指令，易于掌握、操作。因此由上位计算机与西门子可编程控制器、交流变频器组成的调速系统在各种行业广泛应用。本课题对变频器与可编程控制器之间的通讯方法进行研究。通过毕业设计，可使学生对变频器与可编程控制器的变频调速理论有较深的理解，培养学生对变频调速控制系统设计分析的能力。二．课题的主要内容及要求1.查阅有关可编程控制器与变频器的通讯的参考文献资料。2.深入学习、掌握变频器与可编程控制器的理论知识。3.提出较好的设计方案，介绍研究方法，建立协议，完成安装调试等工作。4.整理资料,毕业答辩。三．成品要求1.完成对资料文献的理解并整理，原文上不能涂改，语言规范，语意表达准确流畅。2.完成毕业设计，包括研究方法、USS协议、连接、安装、编程调试。要求格式规范，条理清楚，引用文献资料注明出处。3.资料整理，装订成册，提交。四．课题的计划进度周次设计各阶段内容日期7认真研究设计课题并制定设计方案2008-04-13—2008-04-198—9先上校园网查阅资料然后去图书馆借阅相关图书最后整理资料2008-04-20—2008-05-0310—11开始设计并与老师交流、沟通多次修改设计并完善设计2008-05-04—2008-05-1712—13调试设计程序熟悉设计的实验设备的操作调控不断修改完善设计程序使其达到设计要求。2008-05-18—2008-05-31摘要在机电一体化产品中经常需要速度调节，通常是利用直流电动机实现。在近些年，随着微处理器技术、控制技术、电力电子等技术的发展，具有矢量变换控制和直接转矩控制的变频器克服了以往从电动机稳态方程出发研究控制特性,静动态效果不理想的情况,使得交流电动机的调速性能可与直流电动机相媲美。因此，在机电一体化产品中交流调速系统得到了广泛的应用。可编程控制器是机电一体化产品中常用的控制器，通常具有通讯功能，利用可编程控制器的通讯功能与变频器通讯来组成交流调速系统具有连线简单、控制精度高、可靠性高的特点。本设计介绍了一种西门子可编程控制器与交流变频器设备联网组成的调速系统,其采用基于RS-485/232接口的USS协议实现了1台可编程控制器和1台交流变频器的串行通信控制，可实现启动、急停、惯性停止、正反转。现场运行表明,该系统具有一定的控制精度、可靠性高、维护简单的特点。[关键词]USS协议；可编程；变频器；通信目录第一章可编程控制器与变频器联合通信简介...................................11.1引言...............................................................11.2常用的可编程控制器（简称PLC）.....................................11.3常用变频器........................................................21.4PLC通信方式.......................................................31.5联合通信的方式....................................................51.6电动机型号及参数...................................................6第二章USS协议指令........................................................72.1USS协议的使用要求.................................................72.2变频器通信时间....................................................72.3编程顺序..........................................................82.4协议指令..........................................................82.5USS执行错误代码..................................................16第三章程序设计..........................................................173.1编程环境..........................................................173.2USS库安装........................................................183.3编写程序..........................................................20第四章安装调试..........................................................224.1检验设备..........................................................224.2系统连接..........................................................224.3调试..............................................................23第五章结论与问题........................................................24第六章心得体会..........................................................25致谢...................................................................26参考文献.................................................................271第一章可编程控制器与变频器联合通信简介1.1引言在可编程控制器出现以前，继电器控制在工业控制领域主导地位，由此构成的控制系统都是按预先设定好的时间或条件顺序地工作，若改变控制的顺序就必须改变控制系统的硬件接线，因此，其通用性和灵活性较差。[6]电气控制技术是随着科学技术不断发展、生产工艺不断提出新的要求而得到迅速发展的。继电器—接触器控制系统采用固定接线的，则无法满足复杂的自动控制要求，可编程控制器（ProgrammableLogicController,简称PLC）应运而生。之后在工业控制和机电一体化产品中得到了广泛的应用。在当前的工业控制和机电一体化产品中需要自动控制和较大范围的调速。变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为功率输出器件。因此，它具有很高的运行可靠性和功能的多样性。其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，因而降低了电动机运行的噪声。变频器既可用于单机驱动系统，也可集成到自动化系统中，具有较宽调速范围，非常适合远程通信控制。作为工控行业的主流产品，PLC与变频器在各种机械设置上的应用可谓无处不在。常见的用法是使用模拟信号（一般是电压）来完成对变频器的控制。这种方法的缺点是成本高，易受干扰（电压方式），控制精度也很难作得很高，而采用通信方式就可以很好地避免这个缺点。可编程控制器S7-200如同由用户程序控制那样监控输入并改变输出，可以包含布尔型逻辑计算、定时、复杂数学运算和与其它智能设备通讯。紧凑的设计、灵活的配置和功能强大的指令集组合在一起，使得S7-200成为控制多种应用程序的理想解决方案。1.2常用的可编程控制器（简称PLC）现在的PLC有好多的品牌有西门子、欧姆龙、LG、三菱、ABB、施耐德等，本设计主要用到西门子可编程控制器。[6]西门子可编程控制器具有联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能系统设备间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散设备的集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS-232接口，通过双绞线、同轴光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。[1]当然，PLC之间的通信网络是各厂家专用的，一些生产厂家在PLC与计算机之间的通信上采用工业标准总线，并向标准协议靠拢，这将使不同的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地通信与联网。[1]2SIMATICS7系列的PLC是德国SIEMENS公司1996年推出的新产品，它包括小型PLCS7-200、中型PLCS7-300和PLCS7-400。由于设计试验现要求S7-200具有紧凑设计、良好的扩展性、低廉的价格和强大的指令系统，它能近乎完美地满足小规模的控制设计要求。[1]它的特点有：极高的可靠性，极丰富的指令集，易于掌握，便捷的操作，丰富的内置集成功能，实时特性，强大的通信能力，丰富的扩展模块。[1]1.3常用变频器现在的变频器有好多的品牌有西门子、欧姆龙、LG、ABB、施耐德等。西门子MICROMASTER420是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列。本系列有多种型号，从单相电源电压，额定功率120W到三相电源电压，额定功率11KW可供用户选用。本变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为功率输出器件。因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，因而降低了电动机运行的噪声。全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保MICROMASTER420具有缺省的工厂设置参数，它是给数量众多的简单的电动机控制系统供电的理想变频驱动装置。由于MICROMASTER420具有全面而完善的控制功能，在设置相关参数以后，它也可用于更高级的电动机控制系统。MICROMASTER420既可用于单机驱动系统，也可集成到自动化系统中。[5]MICROMASTER420系列变频器特点：（1）主要特性：易于安装，易于调试，牢固的EMC设计，可由IT（中性点不接地）电源供电，对控制信号的响应是快速和可重复的，参数设置的范围很广，确保它可对广泛的应用对象进行配置，电缆连接简便，采用模块化设计，配置非常灵活，脉宽调制的频率高，因而电动机运行的噪音低，详细的变频器状态信息和信息集成功能，有多种可选件供用户选用：用于与PC通讯的通讯模块，基本操作面板（BOP）高级操作面板（AOP），用于进行现场总线通讯的PROFIBUS通讯模块。[5]（2）性能特征：磁通电流控制（FCC），改善了动态响应和电动机的控制特性，快速电流限制（FCL）功能，实现正常状态下的无跳闸运行，内置的直流注入制动，复合制动功能改善了制动特性，加速/减速斜坡特性具有可编程的平滑功能，具有比例，积分（PI）控制功能的闭环控制，多点V/f特性。（3）保护特性：过电压/欠电压保护，变频器过热保护，接地故障保护，短路保护，I2t电动机过热保护，PTC电动机保护。[5]31.4PLC通信方式（1）选择网络通讯接口S7-200支持许多不同类型的通讯网络。网络选择可在“设置PG/PC接口”属性对话框中完成。所选网络将作为接口引用。有不同类型的接口可用于访问这些通讯网络：①PPI多台主设备电缆②CP通讯卡③以太网通讯卡（2