變頻試驗臺直線運動結構及基于S7-200速度示教系統(tǒng)控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設計【說明書+CAD】,說明書+CAD,變頻試驗臺直線運動結構及基于S7-200速度示教系統(tǒng)控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設計【說明書+CAD】,變頻,試驗臺,直線運動,結構,基于,s7,速度,系統(tǒng),控制,節(jié)制,軟件,上位,監(jiān)控,設計 畢業(yè)設計(論文)任務書 學院 ：機電工程學院 專業(yè)：機械設計制造及自動化 班級：機0405 學生情況 指導教師情況 題目類型 姓 名 學 號 姓 名 職 稱 單 位 理論研究 □ 科研開發(fā) □ 房崇民 27 李啟光 副教授 機電工程學院 工程設計 □√ 論文 □ 題目 變頻試驗臺直線運動結構及基于S7-200速度示教系統(tǒng)控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設計 主要 內容 以及 目標 (畢業(yè)設計應完成的主要內容，設計任務達到的目標) 1、進行試驗臺直線運動的總體研究，并進行整體運動方式設計； 2、設計試驗臺電氣傳動系統(tǒng)，進行關鍵部件的設計計算； 3、設計試驗臺傳動部分結構，進行關鍵部件的設計計算； 4、速度示教系統(tǒng)控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設計 5、完成中英文摘要，開題報告、調研報告以及設計說明書。 成果 形式 （畢業(yè)設計完成具體工作量；成果形式；驗收方式） 1、試驗臺直線傳動部分結構裝配圖（1張A0圖紙） 2．零件圖（1張A2圖紙） 3、電氣接線圖（1張A1圖紙） 4、速度示教系統(tǒng)控制軟件及框圖（1張A1圖紙） 5、上位監(jiān)控界面 6、英文翻譯：5000字； 7、開題報告：2000字、調研報告：2000字； 8、論文：1.5~2萬字；1篇論文（其中包括中文摘要400字，英文摘要250~300單詞） 基本 要求 （對完成設計任務方面的具體要求：設計技術參數(shù)、數(shù)據(jù)及來源、調試所用儀器設備） 1、設計的變頻試驗臺行程40CM； 2、上位界面友好，操作方便 實習 調研 要求 （對部分有實習環(huán)節(jié)的專業(yè)，提出實習或調研的具體要求，包括調研提綱、實習時間、地點和具體內容要求） 1、利用各種途徑查找文獻資料，包括網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫、圖書館、情報中心等，通過資料認真了解軟硬件技術及設備特征，了解國內外目前的技術發(fā)展現(xiàn)狀； 2、在機電試驗室現(xiàn)場了解等。 3、掌握軟件設計的基本方法和界面組態(tài)軟件的使用。 4、了解LS變頻器使用方法 變頻試驗臺直線運動結構設計及基于S7-200速度示教系統(tǒng)控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設計 開題報告 班級（學號）機0405-27 姓名 房崇民 指導老師 李啟光 一、 綜述 近年來 ,隨著電力電子技術、計算機技術、自動控制技術的迅速發(fā)展 ,交流傳動與控制技術成為目前發(fā)展最為迅速的技術之一 ,電氣傳動技術面臨著一場歷史革命 ,即交流調速取代直流調速和計算機數(shù)字控制技術取代模擬控制技術已成為發(fā)展趨勢。電機交流變頻調速技術是當今節(jié)電、改善工藝流程以提高產品質量和改善環(huán)境、推動技術進步的一種主要手段。變頻調速以其優(yōu)異的調速和起制動性能 ,高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果 ,廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內外公認為最有發(fā)展前途的調速方式。深入了解交流傳動與控制技術的走向 ,具有十分積極的意義. 在我國，變頻器的發(fā)展隨著生產技術的不斷發(fā)展 ,直流拖動的薄弱環(huán)節(jié)逐步顯露出來。由于換向器的存在 ,直流電機的維護量加大 ,單機容量、最高轉速以及使用環(huán)境都受到限制。人們開始轉向結構簡單、運行可靠、維護方便、價格低廉的異步電動機。但異步電動機的調速性能難以滿足生產的需要。于是 ,從20世紀 30年代開始 ,人們致力于交流調速技術的研究 ,然而進展緩慢。在相當長的時期內 ,直流調速一直以其優(yōu)異的性能統(tǒng)治著電氣傳動領域。20世紀 60年代以后 ,特別是70年代以來 ,電力電子技術、控制技術和微電子技術的飛速發(fā)展 ,使得交流調速性能可以與直流調速相媲美。目前 , 交流調速已進入逐步代替直流調速的時代。 在我國變頻器主要用于交流電動機 異步電機或同步電機。轉速的調節(jié) ,是公認的交流電動機最理想、最有前途的調速方案 ,除了具有卓越的調速性能之外 ,變頻器還有顯著的節(jié)能作用 ,是企業(yè)技術改造和產品更新?lián)Q代的理想調速裝置。自上世紀 80年代被引進中國以來 ,變頻器作為節(jié)能應用與速度工藝控制中越來越重要的自動化設備 ,得到了快速發(fā)展和廣泛的應用。目前 ,中國的設備控制水平與發(fā)達國家相比還比較低 ,制造工藝和效率都不高 ,因此提高設備控制水平至關重要。由于變頻調速具有調速范圍廣、調速精度高、動態(tài)響應好等優(yōu)點 ,在許多需要精確速度控制的應用中 ,變頻器正在發(fā)揮著提升工藝質量和生產效率的顯著作用。 變頻調速這一技術正越來越廣泛的深入到行業(yè)中。它的節(jié)能、省力、易于構成自控系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢應用變頻調速技術也是改造挖潛、增加效益的一條有效途徑。尤其是在高能耗、低產出的設備較多的企業(yè) ,采用變頻調速裝置將使企業(yè)獲得巨大的經濟利益 ,同時這也是國民經濟可持續(xù)發(fā)展的需要。 變頻器在控制上具體有以下優(yōu)點：（一）控制電機的啟動電流，（二）降低電力線路電壓波動，（三）啟動時需要的功率更低，（四）可控的加速功能，（五）可調的運行速度，（六）可調的轉矩極限，（七）受控的停止方式，（八）節(jié)能，（九）可逆運行控制，（十）減少機械傳動部件。 可編程序控制器（PLC）是以微處理器為核心，綜合計算機技術、自動化技術和通信技術發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置。經過 30 多年的發(fā)展，目前，可編程序控制器已成為工業(yè)自動化領域中最重要、應用最多的控制裝置，居工業(yè)生產自動化三大支柱(可編程序控制器、機器人、計算機輔助設計與制造)的首位。變頻器和PLC在系統(tǒng)中的應用其廣泛的深度和廣度成為衡量一個國家工業(yè)自動化程度高低的標志。在該系統(tǒng)中，系統(tǒng)的成功開發(fā)對提高工作效率、改善產品質量、減輕工程技術人員的工作強度都具有很大的意義，并且該系統(tǒng)在控制現(xiàn)場方面，尤其在 PLC 控制現(xiàn)場方面，具有卓越的控制功能和良好的性能價格比。 二、研究內容 1、進行試驗臺直線運動的總體研究，并進行整體運動方式設計； 2、設計試驗臺電氣傳動系統(tǒng)，進行關鍵部件的設計計算； 3、設計試驗臺傳動部分結構，進行關鍵部件的設計計算； 4、速度示教系統(tǒng)控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設計； 5、完成中英文摘要，開題報告、調研報告以及設計說明書。 三、實現(xiàn)方法及預期目標 1. 實施方案 本課題為設計變頻試驗臺直線運動結構及基于S7-200速度示教系統(tǒng)控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)。 1,第一步，先了解LS的GI5系列變頻器的基本操作，和利用變頻器的變頻來控制電機的起停，加減速等控制。 2，第二步將解決，利用外部電源，通過設計變頻器參數(shù)，使變頻器根據(jù)外部電壓的改變，進而對電機進行調壓控制。目前問題在與變頻器的參數(shù)對與電壓的設定，還未完全搞清楚。 3，第三步將解決，利用S7-200PLC與工作臺連接。通過PLC實現(xiàn)模擬電壓控制，進而控制電機的運轉。 4，通過串口和變頻器相連，直接實現(xiàn)電腦控制電機的運轉。其中重點在于搞清出串口與變頻器的通話協(xié)議，用何種語言格式實現(xiàn)連接。 2. 方案設計 硬件方面：我們所使用的設備有E-VIEW一臺，LS變頻器一臺。計算機一臺，S7-200一套，以及變頻實驗臺一套 四、對進度的具體安排 第一周 布置任務, 查找資料； 第二周 調研、查找資料。設計出機械結構的大致尺寸，準備寫開題報告； 第三周 調研、查找資料,。集體討論總體方案。修改方案。翻譯資料準備寫開題報告； 第四周 翻譯資料, 寫開題報告，討論方案。開題 第五周 畫出設計圖，設計計算。 第六周 設計計算；機械設計。 第七周 機械設計畫機械圖。。 第八周 機械設計畫機械圖。。 第九周 設計電路原理圖。 第十周 程序設計。 第十一周 程序設計。 第十二周 程序設計。 第十三周 程序設計與調試。 第十四周 程序設計與調試。 第十五周 程序設計與調試。 第十六周 檢查、修改。編寫、交說明書，準備答辯。 第十七周 答辯。 五、 參考文獻 1、 PLC編程及應用 2、 S7-200用戶手冊 3、 BUILD500用戶手冊 4、 SIEMENS網(wǎng)站 5、 E-VIEW網(wǎng)站 指導老師:(簽署意見并簽字) 年 月 日 督導老師:(簽署意見并簽字) 年 月 日 領導小組審查意見： 審查人簽字： 年 月 日 北京信息科技大學 畢業(yè)設計（論文） 題 目：變頻試驗臺直線運動機構及基于S7-200速度示教系統(tǒng)控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設計 學 院：機電工程學院 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 學生姓名： 房崇民 班級/學號：機0405-27 指導老師/督導老師：李啟光 起止時間：2008 年 2月 25日 至 2008 年 6月 12日 摘要 本文簡要介紹了PLC，變頻器和人機界面的特點及其在國內外的發(fā)展狀況，并介紹了PLC和變頻器通訊的概念。 本文對變頻試驗臺直線運動結構，以及基于S7-200速度示教系統(tǒng)進行了總體方案的設計，并對其進行了分布方案的劃分，設計出了整體機械控制臺，并繪制出了電路原理圖和機械設計圖。在這基礎上計算編寫出了變頻器的通訊協(xié)議，設置了PLC的自由口方式通訊，整體上控制了電機的起停，正反轉等。 由于模擬操作在工程上應用越來越廣，本文設計出了通過可編程控制器，即PLC對變頻器的實時數(shù)據(jù)存儲，并將其發(fā)送出去的程序，實現(xiàn)了PLC對手控操作變頻器的模擬。并繪制出了程序框圖。 關鍵詞：可編程控制器（plc），變頻器，通訊，協(xié)議，模擬 Abstract This paper introduces the characteristics and the development of the situation at home and abroad of the PLC, converter and man-machine interface,and introduces the concept of Communication between the plc and converter. In this paper, line motion agencies of the converter’s test-bed,and the teaching design of rate based on the S7-200 systems have been designed for overall programme,and the the distribution of its programme have been divised.And then, the overall design of the machine’ test-bed have been designde too,the map of the circuit’s methed,and the mechanical’s design have been drawed. On the basis of these,the communication’s agreements of the converter have been calculated and writed. And the way of the plc’s communication with the freedom port has been set up.For these,the running,stoping and the direction of the motor have been controled. Because of the simulated operation have applied more and more widely on the project,the programming of controller have been designed to store the data of the converter on the real-time ,and send the data out in this paper. On the basis of these,the contorling of people to converter have simulated by plc,and the map of the Procedures have been drawed. Key words: PLC, inverter, communication, agreement, simulation 目 錄 中文文摘 Abstract 第一章 緒論 1 1.1 變頻器的概述 1 1.2 可編程控制器PLC的概述 2 1.3 可編程控制器和變頻器通訊的概述 2 1.4 人機界面的概述 3 第二章 方案設計與準備工作 4 2.1 設計準備及方案設計 4 2.2 電路的設計 5 2.3 機械部分的設計 6 第三章 通訊協(xié)議的編寫與計算 12 3.1 變頻器的參數(shù)設置 12 3.2 變頻器調頻調速 13 3.3 變頻器外部電壓控制調速 13 3.4 協(xié)議的撰寫 13 第四章 可編程控制器的編程及通訊 20 4.1 可編程控制器plc編程對變頻器的控制 20 4.2 可編程控制器對變頻器的數(shù)據(jù)的實時存儲 22 4.3 存儲數(shù)據(jù)的管理 23 4.4 數(shù)據(jù)的取出 25 4.5 存儲數(shù)據(jù)的發(fā)送 26 4.6 人機界面控制設計 28 結束語 29 參考文獻 30 IV 主程序： Network 1 // 網(wǎng)絡標題 // 初始化 LD SM0.1 CALL SBR0 Network 2 // 發(fā)送公共部分 LD SM0.1 MOVB 16, VB100 MOVB 16#05, VB101 MOVB 16#30, VB102 MOVB 16#31, VB103 MOVB 16#57, VB104 Network 3 // 發(fā)送寫好的協(xié)議 LD M0.0 CALL SBR2 Network 4 LD M0.1 CALL SBR3 Network 5 LD M0.2 CALL SBR7 Network 6 LD M0.3 CALL SBR4 Network 7 LD M0.4 CALL SBR8 Network 8 LD M0.5 CALL SBR6 Network 9 LD M0.6 CALL SBR5 Network 10 // 將輸入的電壓整數(shù)轉換成是實數(shù)，并轉化成頻率值 LD SM0.0 CALL SBR9, AIW0, 32000, 0, 50.0, 0.0, VD117 Network 11 LD SM0.0 ROUND VD117, VD211 DTI VD211, VW215 Network 12 LD SM0.0 MOVW +100, VW217 *I VW215, VW217 Network 13 LD SM0.0 HTA VB217, VB219, 2 Network 14 // 網(wǎng)絡標題 // 網(wǎng)絡注釋 LD M3.0 EU MOVD &VB1100, VD1008 Network 15 LD M3.0 CALL SBR10 Network 16 LD M3.0 A SM0.5 EU LD M3.0 EU CTU C1, 32000 Network 17 LD M3.0 ED MOVW C1, VW400 Network 18 LD M9.0 EU MOVD &VB1095, VD1008 Network 19 LD M9.0 A SM0.5 EU S M3.1, 1 Network 20 LD M3.2 TON T37, 5 A T37 CALL SBR13 Network 21 Network 22 LD M3.1 LPS EU +D 5, VD1008 LPP CALL SBR14 Network 23 Network 24 LD M9.1 CALL SBR12 R M9.1, 1 Network 25 LD M9.0 A SM0.5 EU LD M9.0 EU CTD C3, VW400 Network 26 LD M9.0 AW= C3, 0 CALL SBR12 R M9.0, 1 初始化： Network 1 LD SM0.0 MOVB 16#09, SMB130 MOVB 16#4B, SMB189 MOVW +0, SMW190 MOVW +2000, SMW192 MOVB 255, SMB194 FILL 0, MW0, 15 ATCH INT0, 26 ENI 發(fā)送子程序： TITLE= Network 1 LD SM0.0 R SM187.7, 1 S M11.0, 1 Network 2 // VB1700 LD SM4.6 XMT VB100, 1 R M0.0, 8 CRET 允許寫入子程序： Network 1 // 網(wǎng)絡標題 // 網(wǎng)絡注釋 LD SM0.0 MOVB 16#30, VB105 MOVB 16#30, VB106 MOVB 16#30, VB107 MOVB 16#34, VB108 MOVB 16#31, VB109 MOVB 16#30, VB110 MOVB 16#30, VB111 MOVB 16#30, VB112 MOVB 16#31, VB113 MOVB 16#36, VB114 MOVB 16#45, VB115 MOVB 16#04, VB116 Network 2 LD SM0.0 CALL SBR1 Network 3 LD SM0.0 R V105.0, 96 給定頻率子程序： Network 1 // 網(wǎng)絡標題 // 網(wǎng)絡注釋 LD SM0.0 MOVB 16#30, VB105 MOVB 16#30, VB106 MOVB 16#30, VB107 MOVB 16#35, VB108 MOVB 16#31, VB109 MOVB 16#30, VB110 MOVB 16#33, VB111 MOVB 16#45, VB112 MOVB 16#38, VB113 MOVB 16#38, VB114 MOVB 16#45, VB115 MOVB 16#04, VB116 Network 2 LD SM0.0 CALL SBR1 Network 3 LD SM0.0 R V105.0, 96 正向子程序： // 網(wǎng)絡注釋 LD SM0.0 MOVB 16#30, VB105 MOVB 16#30, VB106 MOVB 16#30, VB107 MOVB 16#36, VB108 MOVB 16#31, VB109 MOVB 16#30, VB110 MOVB 16#30, VB111 MOVB 16#30, VB112 MOVB 16#32, VB113 MOVB 16#37, VB114 MOVB 16#31, VB115 MOVB 16#04, VB116 Network 2 // 網(wǎng)絡標題 // 網(wǎng)絡注釋 LD SM0.0 CALL SBR1 Network 3 LD SM0.0 R V105.0, 96 停止子程序： Network 1 // 網(wǎng)絡標題 // 網(wǎng)絡注釋 LD SM0.0 MOVB 16#30, VB105 MOVB 16#30, VB106 MOVB 16#30, VB107 MOVB 16#36, VB108 MOVB 16#31, VB109 MOVB 16#30, VB110 MOVB 16#30, VB111 MOVB 16#30, VB112 MOVB 16#30, VB113 MOVB 16#36, VB114 MOVB 16#46, VB115 MOVB 16#04, VB116 Network 2 LD SM0.0 CALL SBR1 Network 3 LD SM0.0 R V105.0, 96 反向子程序： // 網(wǎng)絡注釋 LD SM0.0 MOVB 16#30, VB105 MOVB 16#30, VB106 MOVB 16#30, VB107 MOVB 16#36, VB108 MOVB 16#31, VB109 MOVB 16#30, VB110 MOVB 16#30, VB111 MOVB 16#34, VB112 MOVB 16#30, VB113 MOVB 16#37, VB114 MOVB 16#33, VB115 MOVB 16#04, VB116 Network 2 // 網(wǎng)絡標題 // 網(wǎng)絡注釋 LD SM0.0 CALL SBR1 Network 3 LD SM0.0 R V105.0, 96 加速子程序： Network 1 // 網(wǎng)絡標題 // 網(wǎng)絡注釋 LD SM0.0 MOVB 16#30, VB105 MOVB 16#30, VB106 MOVB 16#30, VB107 MOVB 16#37, VB108 MOVB 16#31, VB109 MOVB 16#30, VB110 MOVB 16#30, VB111 MOVB 16#33, VB112 MOVB 16#32, VB113 MOVB 16#37, VB114 MOVB 16#35, VB115 MOVB 16#04, VB116 Network 2 // 網(wǎng)絡標題 // 網(wǎng)絡注釋 LD SM0.0 CALL SBR1 Network 3 LD SM0.0 R V105.0, 96 減速子程序： Network 1 // 網(wǎng)絡標題 // 網(wǎng)絡注釋 LD SM0.0 MOVB 16#30, VB105 MOVB 16#30, VB106 MOVB 16#30, VB107 MOVB 16#38, VB108 MOVB 16#31, VB109 MOVB 16#30, VB110 MOVB 16#30, VB111 MOVB 16#33, VB112 MOVB 16#32, VB113 MOVB 16#37, VB114 MOVB 16#36, VB115 MOVB 16#04, VB116 Network 2 // 網(wǎng)絡標題 // 網(wǎng)絡注釋 LD SM0.0 CALL SBR1 Network 3 LD SM0.0 R V105.0, 96 數(shù)值轉換子程序： Network 1 // Scaling routine // The formula is as follows: // Ov = [(Osh - Osl) * (Iv - Isl) / (Ish - Isl)] + Osl // // Ov = scaled output value // Iv = analog input value // Osh = high limit of the scale for the scaled output value // Osl = low limit of the scale for the scaled output value // Ish = high limit of the scale for the analog input value // Isl = low limit of the scale for the analog input value // Network 2 LD SM0.0 -R LD10, LD6 -I LW4, LW0 ITD LW0, LD22 DTR LD22, LD18 *R LD18, LD6 -I LW4, LW2 ITD LW2, LD22 DTR LD22, LD18 /R LD18, LD6 +R LD10, LD6 MOVR LD6, LD14 數(shù)據(jù)存儲子程序： Network 1 LD I1.0 AN M2.1 = M2.0 Network 2 LD I1.1 AN M2.0 = M2.1 Network 3 LD M2.0 = Q1.0 Network 4 LD M2.1 = Q0.7 Network 5 LD SM0.0 R M2.2, 6 Network 6 LD SM0.5 EU MOVD VD219, VD1000 MOVB MB2, VB1004 BMB VB1000, *VD1008, 5 +D 5, VD1008 結束在線模擬子程序： // 網(wǎng)絡注釋 LD SM0.0 MOVB 0, *VD1024 CALL SBR13 發(fā)送方向子程序： Network 1 Network 2 // 網(wǎng)絡標題 LD M3.2 MOVD +4, VD1024 +D VD1008, VD1024 Network 3 LD SM0.0 LPS AB= *VD1024, 0 CALL SBR5 LRD AB= *VD1024, 1 CALL SBR4 LPP AB= *VD1024, 2 CALL SBR6 發(fā)送頻率子程序： Network 1 // 網(wǎng)絡標題 // 網(wǎng)絡注釋 LD SM0.0 MOVB 16#30, VB105 MOVB 16#30, VB106 MOVB 16#30, VB107 MOVB 16#35, VB108 MOVB 16#31, VB109 BMB *VD1008, VB110, 4 BMB *VD1008, VB300, 4 MOVB VB300, VB310 MOVB VB301, VB312 MOVB VB302, VB314 MOVB VB303, VB316 Network 2 // 計算協(xié)議的SUM值 LD SM0.0 MOVW 16#01AE, VW200 +I VW309, VW200 MOVW VW200, VW202 +I VW311, VW202 MOVW VW202, VW204 +I VW313, VW204 MOVW VW204, VW206 +I VW315, VW206 Network 3 // 把協(xié)議轉換成AIISC碼，保留后兩個字節(jié)的AIISC碼進行發(fā)送 LD SM0.0 HTA VB206, VB208, 4 MOVB VB210, VB114 MOVB VB211, VB115 MOVB 16#04, VB116 Network 4 LD SM0.0 CALL SBR1 Network 5 LD SM0.0 R V105.0, 96 中斷： Network 1 Network 2 // 網(wǎng)絡標題 // 網(wǎng)絡注釋 LD M3.2 R M3.2, 1 Network 3 LD M3.1 R M3.1, 1 S M3.2, 1 各位老師們好!我的畢設題目是:變頻試驗臺直線運動結構及基于S7-200速度示教系統(tǒng)控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設計本設計需要達到的最終目標是:人工手控外部調壓調向變頻器示教,PLC軟件控制,在線自動模擬.為達到這個目的,我在軟件部分,主要需要設計以下幾部分:1,數(shù)據(jù)的存儲2,數(shù)據(jù)的管理3,數(shù)據(jù)的取出4,數(shù)據(jù)的發(fā)送5,協(xié)議的編碼6,通訊的實現(xiàn)在程序設計中主要遇到的問題:v1,存儲之前,數(shù)據(jù)轉換的問題v2,數(shù)據(jù)的采集問題v3,數(shù)據(jù)發(fā)送重疊的問題v4,數(shù)據(jù)實時性管理的問題v5,實時性數(shù)據(jù)協(xié)議計算的問題v6,數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)發(fā)送時間的問題在機械上,我主要設計的是一個直線運動機構機械設計部分主要分為以下幾個部分:v1,同步帶的設計v2,電機的選型v3,V帶的設計v4,減速器的選型謝謝各位老師,再見!30 變頻器試驗臺直線運動結構及基于S7-200速度示教控制軟件與上位監(jiān)控系統(tǒng)設計 第一章 緒論 1．1,變頻器的概述 近年來 ,隨著電力電子技術、計算機技術、自動控制技術的迅速發(fā)展 ,交流傳動與控制技術成為目前發(fā)展最為迅速的技術之一 ,電氣傳動技術面臨著一場歷史革命 ,即交流調速取代直流調速和計算機數(shù)字控制技術取代模擬控制技術已成為發(fā)展趨勢。電機交流變頻調速技術是當今節(jié)電、改善工藝流程以提高產品質量和改善環(huán)境、推動技術進步的一種主要手段。變頻調速以其優(yōu)異的調速和起制動性能 ,高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果 ,廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內外公認為最有發(fā)展前途的調速方式。深入了解交流傳動與控制技術的走向 ,具有十分積極的意義. 變頻器的發(fā)展隨著生產技術的不斷發(fā)展 ,直流拖動的薄弱環(huán)節(jié)逐步顯露出來。由于換向器的存在 ,直流電機的維護量加大 ,單機容量、最高轉速以及使用環(huán)境都受到限制。人們開始轉向結構簡單、運行可靠、維護方便、價格低廉的異步電動機。但異步電動機的調速性能難以滿足生產的需要。于是 ,從20世紀 30年代開始 ,人們致力于交流調速技術的研究 ,然而進展緩慢。在相當長的時期內 ,直流調速一直以其優(yōu)異的性能統(tǒng)治著電氣傳動領域。20世紀 60年代以后 ,特別是70年代以來 ,電力電子技術、控制技術和微電子技術的飛速發(fā)展 ,使得交流調速性能可以與直流調速相媲美。目前 , 交流調速已進入逐步代替直流調速的時代。 在我國變頻器主要用于交流電動機 異步電機或同步電機。轉速的調節(jié) ,是公認的交流電動機最理想、最有前途的調速方案 ,除了具有卓越的調速性能之外 ,變頻器還有顯著的節(jié)能作用 ,是企業(yè)技術改造和產品更新?lián)Q代的理想調速裝置。自上世紀 80年代被引進中國以來 ,變頻器作為節(jié)能應用與速度工藝控制中越來越重要的自動化設備 ,得到了快速發(fā)展和廣泛的應用。目前 ,中國的設備控制水平與發(fā)達國家相比還比較低 ,制造工藝和效率都不高 ,因此提高設備控制水平至關重要。由于變頻調速具有調速范圍廣、調速精度高、動態(tài)響應好等優(yōu)點 ,在許多需要精確速度控制的應用中 ,變頻器正在發(fā)揮著提升工藝質量和生產效率的顯著作用。 變頻調速這一技術正越來越廣泛的深入到行業(yè)中。它的節(jié)能、省力、易于構成自控系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢應用變頻調速技術也是改造挖潛、增加效益的一條有效途徑。尤其是在高能耗、低產出的設備較多的企業(yè) ,采用變頻調速裝置將使企業(yè)獲得巨大的經濟利益 ,同時這也是國民經濟可持續(xù)發(fā)展的需要。 變頻器在控制上具體有以下優(yōu)點：（一）控制電機的啟動電流，（二）降低電力線路電壓波動，（三）啟動時需要的功率更低，（四）可控的加速功能，（五）可調的運行速度，（六）可調的轉矩極限，（七）受控的停止方式，（八）節(jié)能，（九）可逆運行控制，（十）減少機械傳動部件。 1．2， 可編程控制器PLC的概述 PLC可編程序控制器：PLC英文全稱Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。DCS集散系統(tǒng): DCS英文全稱 DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM ,中文全稱為集散型控制系統(tǒng)。DCS可以解釋為在模擬量回路控制較多的行業(yè)中廣泛使用的，盡量將控制所造成的危險性分散,而將管理和顯示功能集中的一種自動化高技術產品。DCS一般由五部份組成：1：控制器2：I/O板3：操作站4：通訊網(wǎng)絡5：圖形及遍程軟件。 PLC是基于電子計算機，且適用于工業(yè)現(xiàn)場工作的電控制器。它源于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過電路的物理過程實現(xiàn)控制，而主要靠運行存儲于PLC內存中的程序，進行入出信息變換實現(xiàn)控制。 PLC基于電子計算機，但并不等同于普通計算機。普遍計算機進行入出信息變換，多只考慮信息本身，信息的入出，只要人機界面好就可以了。而PLC則還要考慮信息入出的可靠性、實時性，以及信息的使用等問題。特別要考慮怎么適應于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，抗干擾等問題。 在工業(yè)生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。 個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。 PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。 上世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。 PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。 依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出"網(wǎng)絡就是控制器"的觀點說法。 1．3，可編程控制器和變頻器通訊的概述 在傳統(tǒng)的plc——變頻控制集成系統(tǒng)中，變頻器的啟動/停止與故障監(jiān)控由PLC通過開關量實現(xiàn)端對端控制。變頻器頻率是由PLC通過模擬量輸出端口輸出0～5(10)V或4～20mA信號控制，需要PLC配置昂貴的模擬量輸出端口模塊。變頻器出現(xiàn)故障時由PLC讀取變頻器的故障報警觸點，對具體故障原因并不清楚，需查詢變頻器報警信息后再閱讀變頻器說明書才知道。隨著交流變頻控制系統(tǒng)及通訊技術的發(fā)展，可以利用PLC及變頻器的串行通訊的方式來實現(xiàn)PLC對變頻器的控制。 PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內置有支持各自通信協(xié)議的接口。 PLC的通信，還未實現(xiàn)互操作性，IEC規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標準，PLC各廠家均有采用。 對于一個自動化工程(特別是中大規(guī)?？刂葡到y(tǒng))來講，選擇網(wǎng)絡非常重要的。首先，網(wǎng)絡必須是開放的，以方便不同設備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴展；其次，針對不同網(wǎng)絡層次的傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡的形式，這必須在較深入地了解該網(wǎng)絡標準的協(xié)議、機制的前提下進行；再次綜合考慮系統(tǒng)成本、設備兼容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網(wǎng)絡標準。 在現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中，PLC和變頻器的綜合應用最為普遍。比較傳統(tǒng)的應用一般是使用PLC的輸出接點驅動中間繼電器控制變頻器的啟動、停止或是多段速;更為精確一點的一般采用PLC加D/A擴展模塊連續(xù)控制變頻器的運行或是多臺變頻器之間的同步運行。但是對于大規(guī)模自動化生產線，一方面變頻器的數(shù)目較多，另一方面電機分布的距離不一致。采用D/A擴展模塊做同步運動控制容易受到模擬量信號的波動和因距離不一致而造成的模擬量信號衰減不一致的影響，使整個系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性降低。而使用RS-485通訊控制，僅通過一條通訊電纜連接，就可以完成變頻器的啟動、停止、頻率設定;并且很容易實現(xiàn)多電機之間的同步運行。該系統(tǒng)成本低、信號傳輸距離遠、抗干擾性強。 1．4，人機界面的概述 從計算機問世以來，早期用戶是以計算機專業(yè)人員為主，但隨著計算機廣泛進入人們的工作生活領域，計算機用戶發(fā)生了改變，非計算機專業(yè)的普通用戶成了用戶的主體。這一重大轉變使計算機的可用性問題變得日益突出起來。人機界面應當是什么樣的？如何去建造這樣的界面？人們開始關注和研究這些問題。這些問題既涉及人也涉及計算機及一些相關的學科如：心理學、人的因素學（HumanFactors）、社會學、語言學等。八十年代以來，人機界面的研究有了前所未有的發(fā)展，微型計算機的迅速普及為此起了重要的推動作用。研究人機界面的各種理論和方法:(1)分析與評價技術:用于分析、評價用戶界面有效性的理論和經驗方法，如任務分析、話語分析、內容分析及可用性評價等。(２)設計方法論:用來產生好的用戶界面設計的方法與技術，如：軟件心理學、環(huán)境因素設計法、多方參與設計法以及支持設計過程的工具和表記法。(３)開發(fā)工具和方法:支持用戶界面開發(fā)的工具箱、用戶界面管理系統(tǒng)（UIMS）、快速原型法和程序設計輔助工具等。(４)交互方式與設備:新的輸入／輸出設備和設備運用策略，包括視覺、聲音、觸覺、姿態(tài)等通信模態(tài)及多種模態(tài)的集成。(５)關鍵用戶界面成分：如用戶界面隱喻（metaphor）、用戶界面風格、智能界面技術、取消、超文本／超媒體以及聯(lián)機幫助。(６)用戶模型：包括用戶行為模型、關于系統(tǒng)的用戶內心模型、用戶個體差異等。(７)特定應用的用戶界面設計：滿足某類應用問題對人機交互作用的特定限制條件和要求的用戶界面設計。如：虛擬現(xiàn)實、智能輔導系統(tǒng)、信息檢索、Internet/WWW、CAD/CAM、專家系統(tǒng)過程控制、決策支持等。(８)計算機輔助協(xié)同工作（CSCW）：關于如何使用計算機系統(tǒng)幫助人的群體有效協(xié)同工作的研究，包括現(xiàn)場觀察研究、理論模型、群體用戶界面開發(fā)設計等。(９)法律與標準：關于用戶界面的專利和版權問題、用戶界面的標準化。這些研究方向目前大多處于十分活躍的發(fā)展階段，并且有著較強的分化和相互滲透傾向，有些方向甚至有可能發(fā)展為具有相當規(guī)模的相對對立的研究領域資源參考相關示例站點鏈接知識回顧疑難解答信息反饋 人機界面是人與機器進行交互的操作方式,即用戶與機器互相傳遞信息的媒介,其中包括信息的輸入和輸出。好的人機界面美觀易懂、操作簡單且具有引導功能,使用戶感覺愉快、興趣增強,從而提高使用效率.狹義的人機界面(Human Computer Interface)是計算機學科中最年青的分支學科之一。它是計算機科學和認知心理學兩大科學相結合的產物,它涉及當前許多熱門的計算機技術,同時也是吸收了語言學、工業(yè)設計、人機工程學和社會學的研究成果,是一門交叉性、邊緣性、綜合性的學科。 最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。 第二章 方案設計與準備工作 2．1,設計準備及方案設計 本設計主要設計變頻試驗臺直線運動結構及基于S7-200速度示教系統(tǒng)控制軟件。 需要實現(xiàn)的功能基本上為： （1） 實現(xiàn)PLC和變頻器的通訊 （2） 實現(xiàn)變頻器控制電機的起停，正反轉，加減速等 （3） 實現(xiàn)PLC通訊對變頻器的控制，從而間接控制電機 （4） 實現(xiàn)PLC對變頻器的實時數(shù)據(jù)的存儲,管理。 （5） 實現(xiàn)操作的在線模擬. 根據(jù)這些設計要求，設計以下方案： （1），第一步，先了解LS的GI5系列變頻器的基本操作，熟悉其參數(shù)，并基本可以利用變頻器的變頻來控制電機的起停，加減速等控制。 （2），第二步，利用外部電源，通過設計變頻器參數(shù)，使變頻器根據(jù)外部電壓的改變，進而對電機進行調壓控制。 （3），第三步，利用計算機編寫協(xié)議，通過計算機編寫的協(xié)議對變頻器進行手動發(fā)送。 （4），第四步，將計算編寫完的程序編寫到PLC程序中去，再程序編寫完成過后，再用PLC通過串口發(fā)送接收軟件對計算機進行程序協(xié)議的發(fā)送，核對程序發(fā)送出的協(xié)議正確與否。 （5），第五步，將PLC直接與變頻器連接，對變頻器進行協(xié)議發(fā)送，從而控制變頻器。 （6），第六步，試著用PLC存儲變頻器的實時數(shù)據(jù)。 （7），第七步，將存儲的實時數(shù)據(jù)再次對計算機進行發(fā)送，觀察串口發(fā)送接收軟件所接收到協(xié)議，計算核對正確與否 （8），第八步，直接將PLC存儲的程序發(fā)送到變頻器中去，實現(xiàn)PLC的模擬控制。 （9），第九步，設計人機界面，并通過能使在觸摸屏上控制的方式來實現(xiàn)以上各個功能。 硬件方案的設計如下： 設計PLC控制變頻器操作，變頻器輸出到電機，控制電機運行。電機連接同步帶傳動，從而使同步帶帶動傳送物件以規(guī)定的速度和方向傳動。設計同步帶的行程為1m，設計限速為0.2m/s。由于限速要求，故設計在電機與同步帶之間加上V帶和減速器，以便達到減速要求，控制速度。 根據(jù)此設計方案，初步準備以下器材： LG的IG5變頻器一臺，西門子S7-200PLC一臺，含有COM口的計算機一臺，Eview觸摸屏一個，二級減速器一個，交流電機一臺，交流繼電器和二級管兩個，V帶輪和同步帶輪分別兩個，V帶n根和同步帶1根，滑塊一個，電線若干，458轉232通訊線一個，PPI電纜一根，PPI轉PC電纜一根及其他待定零件若干。 2．2，電路的設計 根據(jù)設計原理，畫出電路原理圖。并根據(jù)電路原理圖，參考變頻器電路電路接口圖，連接電路。 連接當中，應該特別注意通訊線的連接，通訊線是從變頻器的S+，S-引出兩根線和PLC相連，PLC的通訊線為PORT口的3，8幀，故在連線時，需要做一個公頭的串口線，把3，8幀用線給引出來，連在S+ S-上。 變頻器電線連接時，還應該注意以下幾點： 如果電源連接提供到了輸出端子(U,V,W)， 變頻器的內部將會損壞。 不要將配線碎片遺留在變頻器內。 配線碎片可以導致錯誤， 衰減和故障。 在配線時， 要檢查是否LCD和電源端子的負荷燈處于OFF。在電源斷開的時候， 電容器仍然充滿高電壓，十分危險， 小心。 電源供給必須連接到 R, S, T 端子. 如果連接到端子U, V, W ，將導致變頻器內部的損壞。 安排相序時不需要考慮。. 電機應該連接到端子U, V, W 。如果正轉開關(FX)處于on，從電機負載的方向看， 電機應該按順時針方向轉動計數(shù)器。如果電機處于反轉狀態(tài)， 應該轉換 U 和 V端子的接線. 變頻器的各端子接線如下： 2．3，機械部分的設計 由于同步帶的限速為0.2m/s，行程為1000mm，滑塊為輕負載，日工作時間小于10小時。 根據(jù)此，基本設計和計算如下： 初估滑塊的體積為2×10m,材料為45號鋼。 則滑塊的重量m=7.8×10×2×10 =15.6kg 45號鋼的摩擦因數(shù)為μ=0.15 則同步帶帶動滑塊時，所需要的拉力F=μG=0.15×156=2.34N 則W=FV=234×0.2=0。434kw 考慮到同步帶兩側有兩根支架幫助同步帶分擔大部分壓力。 所以初估設計功率P=0.3kw 由于同步帶的轉速限制在0.2m/s以內，為了滿足速度要求，降低電機轉速，所以設計直線運動機構的傳動機構為電機連接V帶，再連接減速器傳動。根據(jù)設計要求，選取減速比為12.5的二級減速器。選取減速器為河北橋星減速機制造有限公司生產的型號為 ZLY 112-12.5-I ZB J19004的減速器。 電動機的選擇與校核 1、 選擇電動機系列 同步帶的限速為0.2m/s，同步帶的傳動比為12級 預估同步帶輪的直徑在100mm以下， 則同步帶輪的轉速n== 則減速器的主動軸的轉動速度n1=n×12=458.60r/min 算上V帶的傳動比，V帶傳動比預估在2~3左右 所以電機的預估計轉動速度在1000r/min~1500r/min 電動機的功率應該大與同步帶功率0.3KW 根據(jù)以上預算，初步選用YS系列三相異步電動機（JB90s）。 2、電動機校核 （1）、同步帶傳動所需有效功率 （2）、傳動裝置總效率 （3）、所需電動機功率 過載系數(shù)K取1，=0.35kw 所選電機的功率為370W，轉速為1440r/min 所以所選電機符合設計要求 電動機型號選擇YSJB90S,選取電動機的外形及安裝尺寸：總長L＝310mm，總高A＝140㎜，軸伸長直徑D＝20mm，長度E=50㎜。 帶傳動設計 工作情況系數(shù) 計算功率 kw 選帶型號選取Z型 初選帶傳動的傳動比為2.5 小帶輪直徑選取 大帶輪直徑 大帶輪轉速 驗算傳動比誤差 設計的傳動比 實際傳動比 傳動比誤差 合適 計算帶長 初取中心距 帶長 基準長度 求中心距和包角 中心距 求帶根數(shù) 根據(jù)傳動比為2.525，計算功率為0.3KW， 取帶的根數(shù)為2根 求軸上載荷 張緊力q=0.10kg/m， 軸上載荷 結構設計 小帶輪； 大帶輪 ； 帶輪寬度B＝（z－1）×e＋2×f ＝（2－1）×15＋2×10=35mm 同步帶的設計 同步帶的主動輪轉速n=1440/（2.525×12）=47.52r/min 選擇設計功率 選擇帶型和節(jié)距 選取帶型為H型 則節(jié)距 根據(jù)帶型H和小帶輪轉速n1 最小齒輪，此處取Z=16 小帶輪節(jié)圓直徑d1 則根據(jù)標準選取其外徑 設計Z2=Z1=16 帶速v= 定軸間距=1000mm 帶長及其齒數(shù) 應選用帶長代號為900的H型同步帶，其節(jié)線長，節(jié)線上的齒數(shù)Z=180 實際軸間距a= 小帶輪嚙合齒數(shù) 基本額定功率 得 所需帶寬 則根據(jù)標準取H型帶 所以應選擇帶寬代號為200的H型帶，其 帶輪結構和尺寸 傳動選用同步帶為H200 帶輪Z1=Z2=16，d1=d2=64,71mm,da1=da2=63.31mm 軸和軸承的設計 設計同步帶的從動輪，用軸和軸承固定，連接。選取軸的直徑為24mm，選取其材料為45號鋼。軸的最大彎距集中在與齒輪配合的中間處。從動輪的轉距M＜F×R=234×31.6=7.4N.m，根據(jù)類比法，此軸的強度符合設計。 滾動軸承在類型選擇時，應該考慮多種因素的影響。如軸承所受載荷的大小，方向及性質；軸向固定型式；調心性能要求；剛度要求；轉速與工作環(huán)境；經濟性等。由于本設計中和軸承配合的軸的轉速較低，載荷較小，軸承需要受到徑向和軸向雙向的力，所以選用深溝球軸承。深溝球軸承的價格較低，經濟性好。并且軸向和徑向均可以受力，精度較高，噪聲較低，摩擦性能好，使用壽命長。根據(jù)軸承所需內徑d=20mm,選擇16004型號的深溝球軸承。此深溝球軸承外徑D=42mm,厚度B=8mm，軸向載荷=4.45KN，徑向載荷=7.9KN遠遠大于設計載荷。極限轉速15000r/min＞45.72r/min。故此軸承符合設計要求。 第三章 通訊協(xié)議的編寫與計算 3.1變頻器的參數(shù)設置 運用到的參數(shù)如下 編碼 說明 顯示鍵 設定范圍 單位 出廠值 DRV-00 運行中：輸出頻率, 停止時：顯示給定頻率 0.00 0 –最高頻率. (FU1-20) 0.01 0.00 [Hz] DRV-01 加速時間 ACC 0 to 6000 秒 0.1 10.0 秒 DRV-02 減速時間 DEC 0 to 6000 秒 0.1 20.0 秒 DRV-03 運行模式 (Run/Stop 方式) Drv 0 (操作面板) - Fx/Rx-1 1 1 (Fx/Rx-1) 2 (Fx/Rx-2) 3 (RS485) DRV-04 頻率模式 (Freq. 設定方式) Frq 0 [操作面板-1] - 操作面板-1 0 1 (操作面板-2) 2 (V1) 3 (V2) 4 (V1+I) 5 (RS485) DRV-13 顯示旋轉方向 drc F (正向運行) - F r (反向運行) 變頻器的控制面板的主要按鍵和顯示燈如下： 區(qū)分 顯示 名稱 說明 鍵 FUNC 設定值 數(shù)據(jù)設定模式開始/結束 ▲ (Up) Up key 使用于移動代碼或增加設定值時. ▼ (Down) Down key 使用于移動代碼或減少設定值時 RUN 運行 key 用于運行變頻器 STOP/RESET 停止/復位鍵 運行中暫停指令鍵 故障發(fā)生時，解除故障 LED REV 反向顯示 反向運行時點燈 FWD 正向顯示 正向運行時點燈 SET 設定值 使用FUNC鍵，設置參數(shù)時點燈 RUN 運行 定速時點燈，加減速度中時閃亮 變頻器的參數(shù)設置方法： 變頻器內存很多參數(shù)。使用LCD運行時可以設必要的參數(shù)或可以根據(jù)負荷和運行輸入適當?shù)闹怠? 首先移動欲變更的編碼 按下 FUNC 鍵LCD的LED（SET）會點燈。 按下 ▲ 或 ▼ 鍵移動到想得到的參數(shù)代碼，再按下 FUNC 鍵數(shù)據(jù)顯示閃亮及設定 設定數(shù)據(jù)不變更時 在變頻器運行期間不能調整參數(shù)。 在FU2-94[參數(shù)閉鎖]中啟動參數(shù)閉鎖功能 。 （1） 變頻器變頻調速時的參數(shù)設計 先將運行模式設定為0，即操作面板模式，再將頻率模式設定為0，即操作面板1模式。最后將顯示鍵的0.00鍵調到需要的頻率即可 （2） 變頻器外部電壓控制調速 先將運行模式設定為1，即Fx/Rx-1模式，再將頻率模式設定為0，即操作面板1模式。 （3） 加減速，正反轉的設定 設定如上表格所示 3.2變頻器調頻調速 通過變頻器面板的頻率控制，來直接控制電機的轉速。這種方法為最直接的控制電機轉速的方法。優(yōu)點：調控比較準確。缺點：調控不方便，效率低，實時性較差。 3.3變頻器外部電壓控制調速 按電路圖將外部調壓的電路線給接上，設置完參數(shù)后，旋轉電壓調控按鈕即可調控變頻器頻率，從而控制電機的轉速，起停。優(yōu)點：調控方便，快捷。缺點：調控不準確。 3.4協(xié)議的撰寫 （1） 計算機的串口調試 用一根含兩232串口的數(shù)據(jù)線連接計算機，進行16進制數(shù)的對發(fā)，測試串口的好壞，并熟悉串口數(shù)據(jù)發(fā)送軟件。 （2） 協(xié)議的計算與編寫 LG變頻器版本5.0C以上可以選擇兩種通訊方式。一個是LG變頻器專用協(xié)議另外是MODBUS-RTU方式。這里選用專用協(xié)議進行計算與編寫。通訊架構是iG5變頻器作為從機，計算機作為主機。 協(xié)議的基本格式： 請求: ENQ Drive No. CMD Data SUM EOT 1 byte 2 bytes 1 byte n bytes 2 bytes 1 byte 應答回復: ACK Drive No. CMD Data SUM EOT 1 byte 2 bytes 1 byte n * 4 bytes 2 bytes 1 byte 拒絕應答回復: NAK Drive No. CMD Error Code SUM EOT 1 byte 2 bytes 1 byte 2 bytes 2 bytes 1 byte 說明: 以頭碼 ‘ENQ’尾碼 ‘EOT’發(fā)送請求. 應答回復頭碼是‘ACK’，尾碼是 ‘EOT’. 拒絕回復應答頭碼為 ‘NAK’，尾碼為 ‘EOT’. 變頻器編號（‘Drive No.’）是 ‘I/O 48’中的設定值，該編號是兩位 ASCII-HEX. (ASCII-HEX: hexadecimal consists of ‘0’ - ‘9’, ‘A’ - ‘F’) ‘CMD’:特征字符 Character ASCII-HEX Command ‘R’ 52h 讀取 ‘W’ 57h 寫入 ‘X’ 58h 監(jiān)控請求 ‘Y’ 59h 監(jiān)控作用 ‘Data’: ASCII-HEX （例如. 當數(shù)據(jù)值是 3000 時: 先十進制的3000 轉換成十六進制的‘0’’B’’B’’8’h 再將其轉換成ASCII碼 30h 42h 43h 38h ‘Error Code’: ASCII(20h - 7Fh) 接收/發(fā)送緩沖區(qū)大小：發(fā)送= 39 byte, 接收=44 byte 監(jiān)控器注冊緩沖區(qū)： 8 Word ‘SUM’: 用以檢測通訊錯誤. SUM= (Drive NO. + CMD + DATA) ASCII-HEX 格式時的低8位 例如.) 請求讀取地址 ‘3000’ ENQ Drive No. CMD Address The Number of Address to read SUM EOT 05h “01” “R” “3000” “1” “A7” 04h 1 byte 2 bytes 1 byte 4 bytes 1 byte 2 bytes 1 byte SUM = ‘0’ + ‘1’ + ’R’ + ‘3’ + ‘0’ + ‘0’ + ‘0’ + ‘1’ = 30h + 31h + 52h + 33h + 30h + 30h + 30h + 31h = 1A7h 詳細請求寫入的通訊協(xié)議 請求寫入 ENQ Drive No. CMD Address The number of Address to Write Data SUM EOT 05h “01” - “1F” “W” “XXXX” “1” - “8” = n “XXXX…” “XX” 04h 1 byte 2 bytes 1 byte 4 bytes 1 byte n * 4 bytes 2 bytes 1 byte 總共的字節(jié) = 12 + n * 4 =最大 44 bytes 應答回復 (寫入請求時) ACK Drive No. CMD Data SUM EOT 06h “01” - “1F” “W” “XXXX…” “XX” 04h 1 byte 2 bytes 1 byte n * 4 bytes 2 bytes 1 byte 總共的字節(jié) = 7 + n * 4 = 最大. 39 bytes 拒絕應答回復 (寫入請求時) NAK Drive No. CMD Error Code SUM EOT 15h “01” - “1F” “W” “**” “XX” 04h 1 byte 2 bytes 1 byte 2 bytes 2 bytes 1 byte 總共的字節(jié) = 9 bytes 對請求寫入的通用協(xié)議的詳細說明： 開頭請求寫入，以十六進制數(shù)05h開頭，Drive No是變頻器的編號，變頻器的默認值是1，若只有1臺變頻器，或無須改動變頻器編號，則在Drive No里面填上01，CMD為特征字符，這里為寫指令故寫上W，Address參考參數(shù)地址表，并從中選出所需要的。 The numberof Address to Write是需要寫入?yún)⒖嫉刂返臄?shù)目，最大為8，Data為需要寫入的數(shù)據(jù)，SUM用以檢測通訊錯誤，這里SUM=(Drive NO. + CMD + Address + The numberof Address to Write+DATA)算出來之后的ASCII-HEX 格式時的低8位。最后以05結尾。 注：發(fā)送協(xié)議時，都是以ASCII-HEX格式發(fā)送，開頭結尾各一字節(jié)，Drive No為2字節(jié)，01的發(fā)送碼即為30 31，CMD為W，發(fā)送碼即為57，Address為4個字節(jié)，例如：Address0005，則其發(fā)送碼為30 30 30 35。The numberof Address to Write為1字節(jié)，DATA為4個字節(jié)的倍數(shù)。SUM為校驗碼，Drive NO. + CMD + Address + The numberof Address to Write+DATA相加為ASCII-HEX當成十六進制相加，加完以后，取出最后兩位，再轉為ASCII-HEX，例如：SUM算出來以后是1A7h，取最后兩位，則其發(fā)送碼為40 37。 具體編寫與計算： 計算中所用到的參數(shù)地址： 0004 允許參數(shù)寫入 - R/W 0: 禁止寫入(出廠值) 1: 允許寫入 0005 給定頻率 0.01 Hz R/W 0006 運行指令 - R/W Bit 0: 停止(R/W) Bit 1: 正向運行(R/W) Bit 2: 反向運行(R/W) Bit 3: 故障重啟(W) Bit 4: 故障停止(W) 0007 加速時間 0.1 sec R/W 0008 減速時間 0.1 sec R/W a) 允許參數(shù)寫入的編寫與計算： 按照格式 ENQ Drive No. CMD Address The number of Address to Write Data SUM EOT 05h “01” - “1F” “W” “XXXX” “1” - “8” = n “XXXX…” “XX” 04h 1 byte 2 bytes 1 byte 4 bytes 1 byte n * 4 bytes 2 bytes 1 byte 編寫得出：05h 01 W 0004 1 0001 SUM 04h SUM=30+31+57+30+30+30+34+31+30+30+30+31 =26Eh 即SUM值為6Eh 則其發(fā)送碼為05 30 31 57 30 30 30 34 31 30 30 30 31 36 45 04 b) 給定頻率的編寫與計算 編寫得出：05h 01 W 0005 1 03E8 SUM 04h 這里輸入的頻率值為10，由于頻率的單價為0.01，所以輸入頻率的十進制數(shù)就應該是1000，轉換成十六進制，則是03E8。 SUM=30+31+57+30+30+30+35+31+30+33+45+38 =28Eh 即SUM值為87h 則其發(fā)送碼為05 30 31 57 30 30 30 35 31 30 33 45 38 38 45 04 c) 運行指令的編寫與計算 編寫停止運行指令得出：05h 01 W 0006 1 0000 SUM 04h 這里特別注意DATA的編寫，在計算機里，一個字節(jié)有8位，這里若只有0位有數(shù)的話，則表示停止，例如：二進制00 01 都代表停止，轉換成4個字節(jié)的16進制，就是0000h 0001h 若1位上有數(shù)，但 1位以上的位沒數(shù)的話，則表示正向，如：二進制10 11 都是表示正向，轉換成個字節(jié)的16進制，就是0002h 0003h。同理：100，101，110，111都代表反向，所以轉換成十六進制以后就是0004h 0005h 0006h 0007h SUM=30+31+57+30+30+30+36+31+30+30+30+30 =26Fh 即SUM值為6Fh 則其發(fā)送碼為05 30 31 57 30 30 30 36 31 30 30 30 30 36 46 04 同理編寫出正向與反向的發(fā)送碼分別為： 05 30 31 57 30 30 30 36 31 30 30 30 32 37 31 04 05 30 31 57 30 30 30 36 31 30 30 30 34 37 33 04 4，加減速運行指令的編寫與計算 編寫得出：05h 01 W 0007 1 0032 SUM 04h 加速時間的單價為0.1加速時間設置為5秒，則十進制數(shù)為50，轉換十六進制就是0032 SUM=30+31+57+30+30+30+37+31+30+30+33+32 =275h 即SUM值為75h 則其發(fā)送碼為05 30 31 57 30 30 30 37 31 30 30 33 32 37 35 04 同理寫出反向的發(fā)送碼為： 05 30 31 57 30 30 30 38 31 30 30 33 32 37 36 04 ASCII參考如下： ASCII 編碼目錄 特性 Hex 特性 Hex 特性 Hex A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z a b c d e f g h i j k l m n o p 41 42 43 44 45 46 47 48 49 4A 4B 4C 4D 4E 4F 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 5A 61 62 63 64 65 66 67 68 69 6A 6B 6C 6D 6E 6F 70 q r s t u v w x y z 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 space ! " # $ % & ' ( ) * + , - . / : ; < = > ? 71 72 73 74 75 76 77 78 79 7A 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 2A 2B 2C 2D 2E 2F 3A 3B 3C 3D 3E 3F @ [ \ ] { | } - BEL BS CAN CR DC1 DC2 DC3 DC4 DEL DLE EM ACK ENQ EOT ESC ETB ETX FF FS GS HT LF NAK NUL RS S1 SO SOH STX SUB SYN US VT 40 5B 5C 5D 5E 5F 60 7B 7C 7D 7E 07 08 18 0D 11 12 13 14 7F 10 19 06 05 04 1B 17 03 0C 1C 1D 09 0A 15 00 1E 0F 0E 01 02 1A 16 1F 0B （4） 協(xié)議對變頻器進行控制之前的硬件設置 - 連接RS485通訊線至變頻器控制端子排的(S+),(S-). - 再次確認連接正確與否后, 接通變頻器電源. - 如正確連接, 把相關通訊參數(shù)設置如下 - DriveView 運行時在 DriveView上設置, 其他情況時在操作面板上設置. 運行組 [Drive mode] : 3(RS485) 運行組 [Freq. mode] : 5(RS485) I/O-46 [Inv. Number] :1-32 (多于一臺變頻器時，不要重復變頻器號碼) 這里設置為1 I/O-47 [Baud-rate] 9,600 bps (出廠值) 0:1200, 1:2400, 2:4800, 3:9600, 4:19200 這里波特率取9600bps，故選3 I/O-48 [Lost Mode] 0 - No action (出廠值) I/O-49 [Time-Out] 10 – 1.0sec (出廠值) I/O-50 [Comm.Prot] 0 – LG專用通訊協(xié)議, 7 - Modbus-RTU, 由于對于Modbus協(xié)議，PLC和LG變頻器都只能支持從站，故通訊無法進行，所以這里應該選專用通訊協(xié)議，故選0 運行步驟 - 檢查電腦, 變頻器是否正確連接 - 變頻器上電, 確認 電腦和通訊穩(wěn)定與否之前, 不要在變頻器里連接負載. - 開始在電腦上啟動變頻器運行程序. 按照變頻器操作程序操作變頻器 （5） 電腦串口發(fā)送協(xié)議對變頻器的控制 用計算機通過串口控制對變頻器進行協(xié)議發(fā)送，觀察串口從變頻器收到回復信息， 檢測協(xié)議正確與否。 出現(xiàn)以下格式回復 ACK Drive No. CMD Data SUM EOT 06h “01” - “1F” “W” “XXXX…” “XX” 04h 1 byte 2 bytes 1 byte n * 4 bytes 2 bytes 1 byte 表明，協(xié)議發(fā)送成功，無錯誤。 當出現(xiàn)下列格式回復時 NAK Drive No. CMD Error Code SUM EOT 15h “01” - “1F” “W” “**” “XX” 04h 1 byte 2 bytes 1 byte 2 bytes 2 bytes 1 byte 表明，協(xié)議發(fā)送未成功，協(xié)議有錯誤。 錯誤代碼 Error Code Description SE Sum Error FE Frame Error FC Frame Error (Command): Not in use FS Frame Error (Size) EE Parameter EEP Access Error 當出現(xiàn)錯誤時，根據(jù)上列錯誤代碼檢查錯誤，重新編寫，再次調試。 第四章 可編程控制器的編程及通訊 4.1可編程控制器plc編程對變頻器的控制 （1） plc的通訊設置 在本設計中，我們用的是串行數(shù)據(jù)通信。串行數(shù)據(jù)通信是以二進制的位為單位的數(shù)據(jù)傳輸方式，每次只傳送一位，除了公共線外，在一個數(shù)據(jù)傳輸方向上只需要一個數(shù)據(jù)線，這根線既作為數(shù)據(jù)線又作為通信聯(lián)絡控制線，數(shù)據(jù)信號和聯(lián)絡信號在這根線上按位 傳送。串行通信需要的信號線少，最少的只需要兩根線。計算機和PLC都有通用的串行通信接口。這里，我們的PLC是RS-485接口，計算機是RS-232接口。在連接的時候，我們用一根PPI轉PC線將PLC和計算機相連，再在PLC另一個PORT口上引出一根3號線和一根8號線，和變頻器的S+，S-相連。這樣就完成了計算機，PLC和變頻器的通信硬件設置。下圖是PLC和計算機的通訊設置。 在PLC的通訊協(xié)議上，我們選擇自由端口模式的通訊，即通過使用接受中斷、發(fā)送中斷、字符中斷、發(fā)送指令、和接受指令來控制S7-200CPU的通信口的操作。這種通信協(xié)議可以連接多種智能設備。 在plc程序的設置上，我們得設置plc的通訊初始化。plc中有一些特殊儲存器。 在本程序的通訊初始化中，需要用到以下特殊儲存器: SM130.2~SM130.4: bbb:自由端口的波特率 000=38400，001=19200，010=9600，011=4800，100=2400，101=1200，110=115.2k,111=57.6k 根據(jù)變頻器的波特率設置為9600，古plc的也選成9600，所以SM130.2~SM130.4為010 SM130.0和SM130.1:mm:協(xié)議選擇，00=PPI/從站模式，01=自由口模式，10=PPI/主站模式，11=保留（默認設置為PPI/從站模式）。 因為設計選擇的是自由口模式通訊，故選擇01 所以在通訊初始化中，將十六進制的09放到SM130中去。 SM187.7有0和1兩種狀態(tài)。0=禁止報文接收，1=允許報文接收，每次執(zhí)行RCV指令時檢查允許/禁止接收報文位。 在每次發(fā)送時，需要將SM187.7復位，即禁止報文接收。 SM194為接收的最大字符數(shù)（1~255字節(jié)），即使不用字符計數(shù)來終止報文，這個值也應該按希望的最大緩沖區(qū)來設置。所以在初始化時將255放入SM194即可。 （2）plc手動發(fā)送協(xié)議程序的編寫 在上一章中，對變頻器的控制協(xié)議，已經編寫計算成型，總結，基本如下： 05 30 31 57 30 30 30 34 31 30 30 30 31 36 45 04 允許通訊 05 30 31 57 30 30 30 35 31 30 33 45 38 38 45 04 給定頻率 05 30 31 57 30 30 30 36 31 30 30 30 32 37 31 04 正向 05 30 31 57 30 30 30 36 31 30 30 30 34 37 33 04 反向 05 30 31 57 30 30 30 36 31 30 30 30 30 36 46 04 停止 05 30 31 57 30 30 30 37 31 30 30 33 32 37 35 04 加速 05 30 31 57 30 30 30 38 31 30 30 33 32 37 36 04 減速 要實現(xiàn)PLC對變頻器的手動控制，就必須先把這些ASCII碼送到PLC的緩存區(qū)，在將這些數(shù)據(jù)通過手動控制給發(fā)送出去。 變頻器對與協(xié)議的響應只能一次響應一個，所以對于協(xié)議的發(fā)送只能一次發(fā)送一個，發(fā)送完之后必須立馬將對應的發(fā)送開關復位，清除緩存區(qū)。 這里需要將這些數(shù)據(jù)當成十六進制數(shù)給發(fā)送出去。在將數(shù)字寸入緩存區(qū)時，需要在前面加16#，以便表明是發(fā)送的十六進制數(shù)據(jù)。 當把協(xié)議寫入存儲區(qū)的緩存區(qū)后，需要將存儲區(qū)的緩存區(qū)復位，清零。本程序中，所用到的緩存區(qū)為VB100~VB116，因為VB100到VB104中存儲的數(shù)據(jù)在各個協(xié)議中均一樣，所以只需將VB105~VB116復位即可。 把數(shù)據(jù)存入存儲區(qū)的緩存區(qū)后，需要把緩存區(qū)里的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，引入XMT指令即可。在發(fā)送完成后，需要將發(fā)送按鈕復位。否則，程序將會無限發(fā)送，導致發(fā)送過快，而無法發(fā)送。注：每次只能發(fā)送一個協(xié)議，否則，變頻器將會只能認得最后一個協(xié)議。 發(fā)送的子程序如下： LD SM0.0 R SM187.7, 1 S M11.0, 1 LD SM4.6 XMT VB100, 1 R 允許寫入_1, 8 程序中，先檢查允許或禁止接受報文位，因為為發(fā)送指令，所以給SM187.7復位, 禁止報文的接受。而后列入發(fā)送前提，由于我們選擇的端口1發(fā)送，所以，我們在發(fā)送前串聯(lián)一個SM4.6，即當端口1發(fā)送器空閑時，該位置1。 （3）plc和計算機進行程序試發(fā) 在所有協(xié)議子程序都完成的情況下，在主程序里通過按鈕對子程序進行調用，從而發(fā)送協(xié)議。 因為設置的plc發(fā)送端口為1端口，故將plc的端口1和計算機串口連接，再連接plc的PPI電纜。打開串口調試軟件，選擇相應的計算機端口和波特率。在程序編譯無誤后，下載程序，運行，通過各協(xié)議按鈕，挨個發(fā)送協(xié)議，并在串口調試器中，接收，得到協(xié)議，和自己編寫的協(xié)議對照，檢測有無錯誤。在接收和plc程序運行均無錯誤的情況下，即可進行下一步。 4.2 可編程控制器對變頻器的數(shù)據(jù)的實時存儲 在工程實際應用中，需要將人工的手動操作記錄下來，并通過plc把人工的手動操作演示出來，這樣便可以節(jié)省人力，方便工程操作。安全性，誤差也比人工操作好很多。本設計中，主要通過人工調控變頻器的外部電壓和操控變頻器的的開關量，來進行示教。而后，再通過可編程控制器對示教進行模擬，達到要求。要實現(xiàn)這一步，首先就得進行變頻器的頻率和方向的采集。 在前面，我們是通過將十六進制常數(shù)直接放入發(fā)送緩存區(qū)，發(fā)送出去。但現(xiàn)在需要存儲的是實時的數(shù)據(jù)，故需要發(fā)送的數(shù)據(jù)并不確定，因而不能直接把十六進制常數(shù)送入發(fā)送緩存區(qū)。所以這里，我們運用變量存儲區(qū)V。變量儲存區(qū)在程序執(zhí)行的過程中存放中間變量，或用來保存與工序或任務有關的其他數(shù)據(jù)。 Plc數(shù)據(jù)存儲的具體實現(xiàn)： 本程序中，設計VB1000到VB1005為變量存儲緩存區(qū)。其中，VB1000到VB1004為頻率的存儲緩存區(qū)，VB1005為方向值的存儲緩存區(qū)。 設定完存儲緩存區(qū)以后，需要將響應的數(shù)據(jù)送入對應的緩存區(qū)。首先，我們將頻率值送入，但變頻器的頻率值無法直接讀入，所以，我們需要通過可編程控制器的模擬量輸入來讀取變頻器的電壓值，來間接的得到頻率值。變頻器在使用時，有外部調壓模式，即改寫變頻器參數(shù)，通過改變外部電壓的改變來實現(xiàn)變頻器的頻率值的改變。但輸入的電壓值是模擬量，而PLC的CPU只能處理數(shù)字量，所以PLC需要用A/D轉換器將它們轉換成數(shù)字量。模擬量輸入模塊的數(shù)字量范圍是0~32000，輸入的模擬量將會按比例轉換成數(shù)字量。例如：4~20mA的電流值對應的數(shù)字范圍就是6400~32000。我們需要輸入的電壓值范圍為0~10V，所以對應的數(shù)字量是0~32000。對于模擬量輸入有4個接入口，這里，我們從調壓電路中引出兩根線，接入plc的模擬量輸入端。即接入M和A+端。當電壓值輸入以后，由于電壓值是以數(shù)字量表示的按比例擴大的整數(shù)值，為了不丟數(shù)，所以需要將電壓值轉換成實數(shù)，再按比例轉換成對應的頻率值。輸入電壓值的范圍是0~10V，而頻率值的范圍為0~50HZ，即對等關系，數(shù)字量0~32000就對應著頻率值的0~50GHZ。要得到正確的頻率值，我們將輸入的數(shù)字量的值乘以50，再除以32000，變可以得到頻率值。為了不丟數(shù)，我們將頻率值設定為實數(shù)值。所以在運算時，先將存入的數(shù)字量轉換為實數(shù)值，在進行計算。因為頻率值在協(xié)議中的單價是0.01HZ,并以ASCII碼格式發(fā)送，所以，在得出的頻率值以后，還需要將得到值擴大100倍，并圓整，從雙整數(shù)轉換成整數(shù)。再將其轉換成ASCII碼。最后，將得到的4個字節(jié)的ASCII碼傳送到緩存區(qū)。 上圖為轉換成ASCII碼的功能塊，IN輸入需要轉換的存儲區(qū)里的數(shù)據(jù)，LEN為轉化的個數(shù)，如IN輸入VB200，LEN為4，則將VD200里面的數(shù)據(jù)都轉換成ASCII碼。 變頻器的開關量讀入有3種情況。分別是停止，正向和反向。在電路設計時，設計一個實物開關放在PLC的I1.0和I1.1跟電源的兩端。而在程序中，我們用Q0.7和Q1.0來分別控制兩個繼電器。這兩個繼電器的線圈是和變頻器的正向觸點FX，反向觸點RX相連接，繼電器的常開觸點交叉放在彼此對應的PLC輸出端，常開觸點接在彼此對應的變頻器接口上，這樣繼電器就可以實現(xiàn)變頻器的互鎖功能。在PIC的兩個輸出端給繼電器開關量信號，繼電器的線圈便可以通斷，從而引發(fā)常開觸點的閉合和常閉觸點的斷開，來實現(xiàn)變頻器的正反轉。而輸