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PLC控制变频器调速系统实训1第一章实训内容及PLC初步了解1.1实训要求1.确定控制方案，选择PLC和变频器。2.画出电气控制线路原理图。3.设计程序4.完成PLC控制系统梯形图软件及其语句表的编制任务。5.在实验室条件下，通过试验调试初步验证其程序的正确性。1.2实训任务和目的1.了解PLC控制变频调速系统。2.了解S7-200系列CPU加MM440变频器参数设置。3.了解电气控制系统设计的基本原则、内容与一般步骤。4.掌握PLC控制变频调速系统调试基本过程及方法。1.3系统控制要求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50HZ，对应同步转速为1500r/min；10V输出频率为100HZ，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.要求输出转速按函数变化，请编写梯形图控制程序，并完成调试。图1-1转速与时间的函数关系3.改变输出转速~时间的变化函数，重复上述过程.1.4PLC简介1.4.1PLC的基本概念国际电工委员会对PLC做了定义为“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系PLC控制变频器调速系统实训2统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器机器有关设备，都应该按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其能力的原则设计”。从上述定义可以看出，PLC是一种用于程序来改变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种各样的控制能力外，还有与其他计算机通行联网的功能。1.4.2PLC的基本结构PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。PLC的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。PLC主要由CPU模块、I/O模块、变成装置和电源组成。根据硬件结构的不同，可以将PLC分为整体式、模块式和混合式。整体式PLC又叫做单元式或箱体式，他的体积小、价格低、小型PLC一般采用整体结构。模块式PLC一般用于大、中型PLC，它由机架和模块组成。（1）输入部件输入部件是PLC与工业生产现场被控对象之间的连接部件，是现场信号进入PLC的桥梁。该部件接收由主令元件、检测元件来的信号。（2）输出部件输出部件也是PLC与现场设备之间的连接部件，其功能是控制现场设备进行工作(如电机的启、停、正/反转，阀门的开、关，设备的转动、移动、升降等)。对于PLC，希望它能直接驱动执行元件，如电磁阀、微电机、接触器、灯和音响等，因此，输出部件中的输出级常是一些大功率器件，如机械触点式继电器、无触点交流开关(如双向可控硅)及直流开关(如晶体三极管)等。（3）CPU模块CPU模块主要有微处理器和存储器组成。在PLC控制系统中CPU模块相当于人的大脑和心脏，他不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来存储程序和数据。（4）I/O模块输入模块和输出模块简称I/O模块，他们相当于人的眼、耳、手、脚，是联系外部设备和CPU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号，开关量输入模块用来接受从按钮、选择开关、数字拨号开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流电压信号。（5）编程器编程器用来生成用户程序，并用它来编辑、检查、修改用户程序，监视用户程序的PLC控制变频器调速系统实训3执行情况。手持式编程器不能直接接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器，它的体积小，价格便宜，一般用来给小型PLC编程，或者用于现场调试和维护。（6）电源PLC使用AC220V电源或DC24V电源。内部开关电源为各模块提供不同电压等级的直流电源。小型PLC可以为输入电路和外部的电子传感器提供DC24V电源，驱动PLC负载的直流电源一般有用户提供。1.4.3PLC的工作原理PLC通电后，需要对硬件和软件做一些初始化工作。为了使PLC的输出及时地响应各种输入信号，初始化后PLC要反复不停地分段处理各种不同的任务，这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。1、初始化过程：与其它单片机运行一样，上电运行或复位时进行处理（1）硬件初始化，复位输出输入模块，清零（2）清除数据区（3）输出输入地址分配2、扫描过程（1）扫描输入，将输入口状态读入至输入口映像区（2）时钟处理，特殊寄存器更新（3）执行用户程序（4）输出，将输出口映像区输出至输出端口刷新（5）自诊断检查3、出错处理检查PLC内部电路CPU、电池电压、程序存储器、I/O、通讯异常致命错误，CPU强制STOP方式，所有扫描停止。PLC控制变频器调速系统实训4第二章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。2.1控制系统的I/0点图2.1控制系统I/0分配图2.2选择机型本次设计采用西门子S7-200系列PLC进行控制，从以上分析可以知道，该系统只需开关量输入点2个，模拟量输出点1个。参照西门子S7-200产品目录及市场实际价格，选用主机为CPU224XP(2个模拟量输入，1个模拟量输出)，本系统变频器采用西门子MM440通用变频器。2.3系统控制结构由PLC和变频器组成的控制系统，开关量输入端由两输入，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50Hz，对应同步转速为1500r/min;7.5V输出频率为75HZ,对应同步转速为2250r/min;10V输出频率为100Hz，对应同步转速为3000r/min。PLC控制变频器调速系统实训5第三章硬件部分设计3.1系统主电路图图2-1系统主电路图3.2系统控制电路图图2-2系统控制电路图3.3系统外围接线图PLC控制变频器调速系统实训6图2-3外围接线图3.6输出规格图3-1输出规格图PLC控制变频器调速系统实训7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:0~10V.3.2标度变换输出范围:0~10V所对应的十进制数为:00000~32000标度变换公式：V=AIWO/32003.3变频器参数设置表图3-2变频器参数设置图PLC控制变频器调速系统实训8第四章软件部分设计4.1设计步骤(1)使用PLC的两个输入点I0.0和I0.1分别作为系统的启动和停止信号的输入点；(2)使用PLC的一个模拟量输出点AQWO作为使电机正转启动的输出信号，接到MM440变频器的AIN1+，AIN1-端子上；(3)调节变频器使其输出频率受模拟量输入电压控制；(4)然后编制输出按时间函数循环的梯形图程序；(5)最后调试并运行。4.2系统流程框图图2-4系统流程框图PLC控制变频器调速系统实训94.3程序的主体（1）初始化变量及判断按键和锁定相应的状态位（2）0-25秒上升子程序（3）25-35秒平衡子程序（4）35-40秒下降子程序（5）40-60秒平衡子程序（6）60-65秒下降子程序（7）有循环位时启动下一次循环子程序（8）外部电压给定子程序4.4控制程序4.4.1初始化变量及判断按键和锁定相应的状态位网络1每次按键都复位LDI0.0OI0.1OI0.2OI0.3MOVW0,VW0AENOMOVWVW0,AQW0网络2每次按键都清除中间状态LDI0.0OI0.1OI0.2OI0.3RM0.0,8RQ0.0,6RM1.0,8RM2.0,8网络3单环电压输出状态锁定LDI0.0OM0.0ANI0.1ANI0.2ANI0.3PLC控制变频器调速系统实训10=M0.0=Q0.0网络4循环电压输出状态锁定LDI0.1OM0.1ANI0.0ANI0.2ANI0.3=M0.1=Q0.1网络5切断所有状态LDI0.2OM0.2OM1.6ANI0.1ANI0.0ANI0.3=M0.2网络6外部电压输出状态锁定LDI0.3OM0.3ANI0.1ANI0.2ANI0.0=M0.3=Q0.2网络7单环或循环电压上升锁定LDI0.0OI0.1OM1.6ANM2.0ANM2.1ANM2.2=M0.5网络8单环或循环电压平衡锁定LDM0.5PLC控制变频器调速系统实训11OM2.0LDM0.0OM0.1ALDANM1.7ANM0.6ANM0.7=M2.0=Q0.3网络9单环或循环电压下降锁定LDM0.6OM2.1//M0.6和M2.1同时触发电路LDNM2.6//M2.6用于空闲保持电路AM2.7OLDLDM0.0OM0.1//程序工作条件ALDANM2.6ANM1.7ANM0.5ANM0.7//程序动作的互锁以及用于切除程序工作=M2.1=Q0.4//驱动状态显示网络10LDM0.7OM2.2OM2.6//M0.7，M02.2M2.6用于触发和锁定程序工作。LDM0.0OM0.1//程序工作的条件（在M0.0或M0.1有效的情况下工作）ALDANM0.6ANM1.7ANM2.7ANM0.5//程序动作的互锁以及用于切除程序工作=M2.2PLC控制变频器调速系统实训12=Q0.5//驱动状态显示4.4.20-25秒上升子程序网络11LDM0.0OM0.1ANM1.0TONT32,1网络12LDM0.0OM0.1AT32=M1.0//网络11和网络12程序内部的电压上升频率的设定网络13LDM0.0OM0.1//程序工作条件（电压单环或电压循环输出）AM2.0//程序工作条件（在电压上升时刻）AM1.0//引入电压动作频率+I20,VW0//电压上升每次改变20数字量AENO//上一步执行正确做下一步MOVWVW0,AQW0//将电压送给模拟输出口网络14LDM0.0OM0.1//程序工作条件（电压单环或电压循环输出）AM2.0//程序工作条件（在电压上升时刻）AW=VW0,23000//将现在的电压值和设定值比较当电压值大于设定是动作=M0.6=M3.7=M2.4//输出各个控制量4.4.325-35秒平衡子程序网络15//第一次电压平衡工作副状态锁定LDM2.4OM3.1ANM3.4=M3.1//第一次电压平衡工作副状态锁定网络16//电压平衡时间定时LDM0.0PLC控制变频器调速系统实训13OM0.1AM2.1AM3.1TONT38,70网络17定时时间到后输出各个控制状态LDM0.0OM0.1AT38=M0.7=M3.4网络18切除电压平衡副状态锁定第一次电压下降副装态LDM3.4OM3.2ANM3.6=M3.24.4.435-40秒下降子程序网络19第一次电压下降LDM0.0OM0.1AM2.2AM1.0AM3.2//程序工作条件-I20,VW0AENO//电压下降幅度MOVWVW0,AQW0//电压及时的送给模拟输出端口网络20电压比较LDM0.0OM0.1ANM2.6AM2.2AM3.2程序工作条件AWVW0,7750//电压最低值比较=M2.7=M3.6=M2.5//状态输出PLC控制变频器调速系统实训144.4.540-60秒平衡子程序网络21切除电压下降副状态锁定第二次电压平衡副装态LDM2.5OM3.0ANM3.5=M3.0网络22电压平衡定时LDM0.0OM0.1AM2.1AM3.0TONT39,70网络23定时时间到后输出各个控制状态LDM0.0OM0.1AM2.1AT39=M2.6=M3.5.//用于启动负状态锁定4.4.660-65秒下降子程序网络24切除电压平衡副状态锁定第二次电压下降副装态LDM3.5OM3.3ANM2.4=M3.3网络25，电压下降幅度控制LDM0.0OM0.1AM2.2AM3.3AM1.0//程序工作条件-I10,VW0AENO//电压下降幅度MOVWVW0,AQW0//电压及时送给模拟输出端口网络26//