基于變頻器的多速系統(tǒng)設(shè)計
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目錄 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 第一章 緒 論 1 1.1課題研究的背景及意義 1 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 2.3 本課題研究的主要內(nèi)容 3 第二章 系統(tǒng)的功能設(shè)計和總體思路 5 2.1系統(tǒng)功能設(shè)計分析 5 2.2設(shè)計要求 5 2.3 設(shè)計思路 6 第三章 變頻器設(shè)計 7 3.1變頻器的工作原理 7 3.2變頻器的綜合技術(shù)特性 7 3.3英威騰變頻器的面板簡介 8 第四章 控制設(shè)計 11 4.1變頻器硬件說明 11 4.2變頻器參數(shù)設(shè)置 12 4.3變頻器多段速設(shè)計 13 4.4 PLC程序編程 14 第五章 實驗調(diào)試和數(shù)據(jù)分析 18 5.1程序調(diào)試、分析 18 5.2運(yùn)行結(jié)果 20 第六章 總結(jié)和體會 22 附錄1:變頻器控制回路接線圖 23 附錄2:硬件連接圖 24 2.1變頻器外部接線圖 24 2.1 PLC外部接線圖 25 附錄3:PLC梯形圖 26 參考文獻(xiàn) 28 摘要 基于變頻器的多速系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 隨著工業(yè)自動化控制技術(shù)以及電氣技術(shù)的發(fā)展,變頻技術(shù)在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 本次設(shè)計的主要任務(wù)是實現(xiàn)變頻器多段速的PLC控制。通過PLC的給定數(shù)據(jù)調(diào)整PLC的輸出控制,完成變頻器的給定輸入,最終實現(xiàn)變頻器的多段速輸出。 關(guān)鍵詞 :變頻器 變頻調(diào)速 PLC I Abstract Design?of?multi-speed?system?based?on?inverter. ABSTRACT With the development of industrial automation control technology and electrical technology, converter technique has been widely used in industrial automation control system. The?main?task?of?this?design?is?to?realize?the?PLC?control?of?frequency? converter.?The?output?control?of?PLC?is?adjusted?by?the?given?data?of?PLC,?and?the?given?input? of?frequency?converter?is?completed,?and?the?multi-segment?speed?output?of?the?converter?is?realized. Key words: Variable-frequency Drive Frequency control PLC II 第一章 緒論 第一章 緒 論 1.1課題研究的背景及意義 近年來,計算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展下,各行各業(yè)的生產(chǎn)力都得到了巨大的提高,其中的提高不得不歸功于PLC和變頻調(diào)速技術(shù)的作用。PLC強(qiáng)大的運(yùn)算速度,完善而強(qiáng)大的功能,方便迅捷的編程,和較高的抗干擾性,使得對需要進(jìn)行現(xiàn)場采集的設(shè)備更好的控制。其中的組態(tài)軟件技術(shù)可以幫助用戶在電腦端定制出特定功能的控制界面,利用PLC實現(xiàn)更加方便的設(shè)備控制。由于各行業(yè)對降低勞動力、提高生產(chǎn)工藝,減少生產(chǎn)成本的要求越來越高,生產(chǎn)設(shè)備以及自動化系統(tǒng)往往扮演著重要的角色。 由于閉環(huán)控制實現(xiàn)的變頻節(jié)能系統(tǒng)有廣泛的用途,它可以實現(xiàn)通過消除偏差來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。目前通過PLC控制變頻器,而變頻器控制各種設(shè)備的多層控制方式的應(yīng)用隨處可見。目前另一種常見的方法是利用模擬信號來控制變頻器,但在傳輸?shù)倪^程中,由于模擬量的信號比較低,它的抗干擾能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性都不太強(qiáng),不能應(yīng)用于對精度要求較高的系統(tǒng)中。而采用通信方式作為一種純數(shù)字化的傳輸,是可以完成精確對變頻器的精確控制的,再配合上FVC變頻電機(jī),整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力都很強(qiáng)大,并且PLC的操作系統(tǒng)簡單便捷,功能完善,可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的閉環(huán)控制,因而PLC與變頻器的控制系統(tǒng)越來越多的被應(yīng)用到了各個行業(yè)。 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1PLC的國內(nèi)外現(xiàn)狀 隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大,PLC技術(shù)及其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)都在不斷改進(jìn),功能日益強(qiáng)大,性價比越來越高。 (1) 生產(chǎn)規(guī)模雙向發(fā)展。微型方面正致力發(fā)展反應(yīng)快、性價比高而體積更小的PLC,來滿足對小型機(jī)器的控制;大型方面正大力研究超高反應(yīng)速度和存儲器容量龐大的高性能大型PLC。在微機(jī)技術(shù)和計算機(jī)水平的飛速提高,PLC對信息的處理速度以及對用戶容量的發(fā)展也是越來越快。 (2)通信發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化 ?控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化是指將PLC與各種電子設(shè)備形成通訊網(wǎng)絡(luò),進(jìn)而構(gòu)建成數(shù)據(jù)更通暢的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。許多大型的額PLC生產(chǎn)廠家都已經(jīng)擁有自己的專用通信模塊和軟件,使得PLC的網(wǎng)絡(luò)通信能力更加強(qiáng)大。甚至各大PLC廠商之間也架構(gòu)起通用的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)而形成廠商之間更為龐大的通信網(wǎng)絡(luò)。目前,PLC在集散式控制系統(tǒng)中已經(jīng)扮演了不可或缺的角色。 (3)系統(tǒng)模塊化、智能化 ?隨著工業(yè)自動化的發(fā)展,控制系統(tǒng)的要求也越來越高。為增加PLC的應(yīng)用范圍,加強(qiáng)PLC的功能和提高PLC系統(tǒng)的穩(wěn)定性,許多智能化的模塊被開發(fā)了出來。其中包括智能I/O模塊、溫控模塊和PLC外部故障檢測模塊等。 (4)編程語言和編程工具的多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化 ?多種編程語言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC軟件進(jìn)步的一種趨勢。 PLC廠家在使硬件及編程工具換代頻繁、豐富多樣、功能提高的同時,日益向MAP(制造自動化協(xié)議)靠攏,使PLC的基本部件,包括輸入輸出模塊、通信協(xié)議、編程語言和編程工具等方面的技術(shù)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化[[] .曹歷濤.PLC控制三相異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)的設(shè)計[D].2014. ]。 1.2.2變頻器的國內(nèi)外現(xiàn)狀 國外的工業(yè)自動化比較發(fā)達(dá),變頻器在機(jī)械、化工、紡織、造紙、冶金、食品等各個行業(yè)以及風(fēng)機(jī)、水泵等的節(jié)能場合都被廣泛的應(yīng)用,實現(xiàn)了很高的經(jīng)濟(jì)效益。目前國外的變頻調(diào)速的現(xiàn)狀有以下幾點:(1)功率等級高。隨著GTO和IGBT等功率器件對電壓和電流承受能力的提高以及串聯(lián)并聯(lián)技術(shù)的發(fā)展,電壓等級高、功率值大的變頻器已經(jīng)在實際中得到了應(yīng)用;(2)控制技術(shù)領(lǐng)先。近年來,隨著矢量控制和轉(zhuǎn)矩控制等最近控制理論的問世,高性能變頻器已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了應(yīng)用;(3)微電子技術(shù)發(fā)展快。信號處理器(DSP)、16/32位的高速微處理器以及專用集成電路(ASIC)技術(shù)的發(fā)展,極大的提高了變頻器的性能和相應(yīng)速度,同時為變頻器的多功能化提供了硬件手段[[]. 韓焦.通過變頻器調(diào)速系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].2014. ]。 現(xiàn)在我國已經(jīng)擁有許多自己的變頻器廠商,而且國內(nèi)對變頻器的理論的認(rèn)知也和世界上的發(fā)達(dá)國家非常接近了,但更加客觀的看待國內(nèi)變頻器的發(fā)展,依然和歐美與日本有不小的差距:(1)變頻器的整體技術(shù)相對落后。(2)變頻器適用的核心部件技術(shù)空白。目前完全國產(chǎn)化的變頻器還沒有出現(xiàn),而半導(dǎo)體功率器件的制造業(yè)更是沒有進(jìn)展。(3)主要產(chǎn)品集中在低壓產(chǎn)品和中低端市場。從V/F控制和電壓控制來看,國內(nèi)還處于手工加工的生產(chǎn)階段,質(zhì)量和安全性同國外相比難以保證,因此在國際上,仍是以歐美和日本品牌為主導(dǎo)。 2.3 本課題研究的主要內(nèi)容 本設(shè)計系統(tǒng)主要由可編程序控制器PLC、變頻器、電機(jī)幾部分組成。按下啟動按鈕以后,PLC根據(jù)已經(jīng)寫好的程序進(jìn)行循環(huán)掃描而執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)字量輸出,根據(jù)數(shù)字量輸出的不同組合方式控制變頻器的多段速輸入,然后變頻器再根據(jù)不同的輸出,使電機(jī)在不同的頻率下運(yùn)行。本系統(tǒng)主要是利用PLC對變頻器進(jìn)行多段速控制,所以采用開環(huán)系統(tǒng)。具體流程圖如下: 電機(jī)機(jī)機(jī)器機(jī) 變頻調(diào)速系統(tǒng) PLC控制 速度給定 圖1.1開環(huán)控制流程圖 因此,本課題的研究內(nèi)容的關(guān)鍵技術(shù)就包括:PLC對變頻器的控制、變頻器的調(diào)速系統(tǒng)。 其中PLC常常通過以下方法對變頻器速率進(jìn)行修改: (1) 模擬量控制,PLC利用模擬量輸入模塊采集變頻器的反饋信號或者連接在電機(jī)上編碼器的的信號,通過內(nèi)部運(yùn)算,利用模擬量輸出模塊對變頻器進(jìn)行模擬信號控制。 (2) 串行總線通訊控制,通過編寫PLC程序,利用Modbus串行通信協(xié)議所定義的串行通信中異步傳輸?shù)膸瑑?nèi)容及使用格式,達(dá)到通訊控制及數(shù)據(jù)采集。該方法有很高的性價比,操作方便,靜差率小,穩(wěn)定性好,調(diào)速范圍廣而且具有一定的精度,是目前很有前景的控制方法。 (3) 開關(guān)量的非線性頻率控制,該方法一般用于要求不是很高的場合,對于需要精確控制的情況很難控制。 考慮到以上幾種方法,我選擇了第二種性價比最高的方式,即利用通信控制實現(xiàn)可編程控制器(PLC)對變頻器的控制,進(jìn)而完成對三相異步電動機(jī)的多段速控制。 38 第二章系統(tǒng)的功能設(shè)計和總體思路 第二章 系統(tǒng)的功能設(shè)計和總體思路 2.1系統(tǒng)功能設(shè)計分析 隨著工業(yè)自動化控制技術(shù)和理論的不斷發(fā)展,交流變頻調(diào)速模式已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各種工業(yè)控制領(lǐng)域;可編程序控制器PLC作為新型控制儀器具有優(yōu)良的工業(yè)特性,可靠性高、穩(wěn)定性好,能適合較為惡劣的環(huán)境,系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)律、安裝方便、發(fā)現(xiàn)問題及時,修改方便,編程語言簡單易學(xué)、體積小、能耗低,PLC通過對現(xiàn)場安裝于設(shè)備上的儀器、儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析達(dá)到對現(xiàn)場設(shè)備的集中自動控制。 PLC常常通過以下幾種方式對變頻器頻率進(jìn)行修改: (1)模擬量控制,PLC利用模擬量輸入模塊采集變頻器的反饋信號或者連接在電機(jī)上編碼器的的信號,通過內(nèi)部運(yùn)算,利用模擬量輸出模塊對變頻器進(jìn)行模擬信號控制。 (2)串行總線通訊控制,現(xiàn)在市面上的主流變頻器都已配備通信接口,像西門子的profibus DP;Modbus通訊協(xié)議;匯川、英威騰等品牌的RS485通信等,通過編寫PLC程序,利用Modbus串行通信協(xié)議所定義的串行通信中異步傳輸?shù)膸瑑?nèi)容及使用格式,達(dá)到通訊控制及數(shù)據(jù)采集。其中通訊方式是利用數(shù)字化的信息傳輸方式來控制變頻器的,它的精確度可以達(dá)到很高的水準(zhǔn),而且系統(tǒng)的穩(wěn)定性、抗干擾能力都很好。 (3)開關(guān)量的非線性頻率控制,首先通過變頻器內(nèi)部進(jìn)行頻率多段速設(shè)置,然后通過PLC的數(shù)字量模塊,對變頻器的開關(guān)量端子進(jìn)行控制及信號反饋,從而達(dá)到非線性頻率控制。 2.2設(shè)計要求 根據(jù)Goodrive100變頻器的參數(shù)說明,我們知道該變頻器最多可以實現(xiàn)16級的不同速率的多段速控制,而我們要求做到8段速控制即可,加上初始速度,我們設(shè)計成7段固定頻率控制檔。 設(shè)定七個檔位,檔位0,10Hz;檔位1,15Hz;檔位2,24Hz;檔位3,35Hz;檔位4,49Hz;檔位5,40Hz;檔位6,30Hz。 (1)按下啟動按鈕后,電動機(jī)運(yùn)行,經(jīng)過加速時間,頻率有0爬升到檔位0的頻率。 (2)20S后,電動機(jī)運(yùn)行檔位1頻率 (3)30S后,電動機(jī)運(yùn)行檔位2頻率 (4)20S后,電動機(jī)運(yùn)行檔位3頻率 (5)40S后,電動機(jī)運(yùn)行檔位4頻率 (6)40S后,電動機(jī)運(yùn)行檔位5頻率 (7)30S后,電動機(jī)運(yùn)行檔位6頻率 2.3 設(shè)計思路 本設(shè)計系統(tǒng)由可編程序控制器PLC、變頻器、電機(jī)三部分來實現(xiàn)。按下啟動按鈕以后,PLC根據(jù)已經(jīng)寫好的程序進(jìn)行循環(huán)掃描而執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)字量輸出,根據(jù)數(shù)字量輸出的不同組合方式控制變頻器的多段速輸入,然后變頻器再根據(jù)不同的輸出,使電機(jī)在不同的頻率下運(yùn)行。本系統(tǒng)主要是利用PLC對變頻器進(jìn)行多段速控制,所以采用開環(huán)系統(tǒng)。具體流程圖見圖1.1。 第三章 變頻器設(shè)計 第三章 變頻器設(shè)計 3.1變頻器的工作原理 變頻器,英文名是Variable-frequency Drive,簡稱VFD是應(yīng)用變頻技術(shù)和微電子技術(shù),變換成各種頻率的交換電源,是一種將交流工頻電源轉(zhuǎn)換成電壓、頻率均可變得適合交流電動的電力電子變換裝置。主要有以下幾個部分構(gòu)成整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器和控制4個部分組成[[]. 英威騰變頻器CHV160 說明書.2013. ],[[]. INVT英威騰說明書CHE說明書(1.3版).2012. ],[[]. 變頻器使用說明.2012. ],[[]. 英威騰IPR200系列工程型變頻器.2016. ]。 整流器就是是把交流電變成直流電的裝置。 中間直流環(huán)節(jié)就是為了抑制整流工作過程中產(chǎn)生的電壓波動,主要采用電感和電容組合來吸收產(chǎn)生的電壓波動。 逆變器是把直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能,其實就是一種電壓逆變的過程。 控制電路是將信號傳送同時并接收給整流器、中間電路和逆變器,它的主要功能就是監(jiān)視變頻器的工作狀態(tài),提供保護(hù)變頻器正常運(yùn)行的功能。 3.2變頻器的綜合技術(shù)特性 (1)輸入輸出特性 ① 輸入電壓范圍:AC 3PH 380V(-15%)~440V(+10%)[[]. 英威騰IPE200系列工程型變頻器(V2.0).2017. ] ② 輸入頻率范圍:50Hz或60Hz ③ 輸出電壓范圍:0~額定輸入電壓 ④ 輸出頻率范圍:0~400Hz (2)外圍接口特性 ① 可編程數(shù)字輸入:7路開關(guān)量輸入,1路高速脈沖輸入,支持PNP、NPN雙極性光耦隔離輸入。 ② 可編程模擬量輸入:AI:-10V~10V,AI2:0-10V或4-20mA輸入。 ③ 可編程開路集電極輸出:1路輸出(開路集電極輸出或高速脈沖輸出) ④ 繼電器輸出:2路繼電器輸出 ⑤ 模擬量輸出:2路輸出,分別可選0/4-20mA或0-10V (3)技術(shù)性能特性 ① 控制方式:空間電壓矢量控制模式,無PG矢量控制模式 ② 過載能力:150%額定電流 1分鐘;180%額定電流10秒,200%額定電流1秒 ③ 調(diào)速比:異步電機(jī)1:100(SVC)[[]. 英威騰變頻器說明書.2016. ] (4)功能特性 ① 頻率設(shè)定方式:數(shù)字設(shè)定、模擬量設(shè)定、脈沖頻率設(shè)定、Modbus設(shè)定、多段速及簡易PLC設(shè)定、PID設(shè)定等,不同設(shè)定的組合和方式切換。 ② PID控制功能。 ③ 簡易PLC、多段速控制功能。 ④瞬時停電不停機(jī)功能[7]。 ⑤穩(wěn)壓功能:當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)波動時,能夠自動保持穩(wěn)定電壓輸出,不會因為電壓波動不穩(wěn),而造成電機(jī)輸出不穩(wěn)。 ⑥提供多種故障保護(hù)功能:提供三十多種故障保護(hù)功能。 3.3英威騰變頻器的面板簡介 鍵盤控制面板Goodrive100變頻器、讀取狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)和調(diào)整參數(shù)。 圖3.1 變頻器面板 Goodrive100系列鍵盤的顯示狀態(tài)分為停機(jī)參數(shù)顯示、運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)顯示、功能碼參數(shù)編輯狀態(tài)顯示、故障報警狀態(tài)顯示等。 表3.1 變頻器面板說明[3] 序號 名稱 說明 1 狀態(tài)指示燈 RUN/TUNE 燈滅時表示變頻器處于停機(jī)狀態(tài);燈閃爍表示變頻器處于參數(shù)自學(xué)習(xí)狀態(tài);燈亮?xí)r表示變頻器處于運(yùn)行狀態(tài) FWD/REV 正反轉(zhuǎn)指示燈 燈滅表示處于變頻器正轉(zhuǎn)狀態(tài),燈亮?xí)r表示變頻器處于反轉(zhuǎn)狀態(tài) LOCAL/REMOT 鍵盤操作,段子操作與遠(yuǎn)程通訊控制的指示燈。燈滅時表示鍵盤操作控制狀態(tài);燈閃爍表示端子操作控制狀態(tài);燈亮表示處于遠(yuǎn)程操作控制狀態(tài) TRIP 故障指示燈 當(dāng)變頻器處于故障狀態(tài)下,該燈點亮;正常狀態(tài)下為熄滅;當(dāng)變頻器處于預(yù)報警狀態(tài)下,該燈閃爍。 2 單位指示燈 表示鍵盤當(dāng)前顯示的單位。 Hz 頻率單位 RPM 轉(zhuǎn)速單位 A 電流單位 % 百分?jǐn)?shù) V 電壓單位 3 數(shù)碼管顯示區(qū) 5位LED顯示設(shè)定頻率、輸出頻率等各種監(jiān)視數(shù)據(jù)以報警代碼。 顯示字母 對應(yīng)字母 顯示字母 對應(yīng)字母 顯示字母 對應(yīng)字母 顯示字母 對應(yīng)字母 0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 A A B B C C D D E E F F H H I I L L N N n n o o P P r R S S t t U U v V . . - - 4 模擬電位器 相當(dāng)于AI1(P00.06,P00.07) 5 按鈕區(qū) 編程鍵 進(jìn)入或退出菜單 確定鍵 進(jìn)入不同菜單頁面和設(shè)定參數(shù) UP遞增鍵 數(shù)據(jù)或功能碼的遞增 DOWN遞減鍵 數(shù)據(jù)或功能碼的遞減 右移位鍵 可以在修改參數(shù)時,移動數(shù)據(jù)位,進(jìn)行快捷操作。 運(yùn)行鍵 用于變頻器處于鍵盤控制方式下操作 停止/復(fù)位鍵 變頻器運(yùn)行時,按此鍵可進(jìn)行停機(jī)操作;該功能碼受P07.04制約。故障時可以用來進(jìn)行報警復(fù)位。 快捷多功能鍵 該鍵功能由功能碼P07.02確定 第四章 控制設(shè)計 第四章 控制設(shè)計 4.1變頻器硬件說明 通過對變頻器Goodriver100的參數(shù)說明,得到了輸入輸出特性: ① 輸入電壓范圍:AC 3PH 380V(-15%)~440V(+10%) ② 輸入頻率范圍:50Hz或60Hz (2)外圍接口特性 ① 可編程數(shù)字輸入:7路開關(guān)量輸入,1路高速脈沖輸入,支持PNP、NPN雙極性光耦隔離輸入。 ② 可編程模擬量輸入:AI:-10V~10V,AI2:0-10V或4-20mA輸入。 ③ 可編程開路集電極輸出:1路輸出(開路集電極輸出或高速脈沖輸出) ④ 繼電器輸出:2路繼電器輸出 ⑤ 模擬量輸出:2路輸出,分別可選0/4-20mA或0-10V (3)技術(shù)性能特性 ① 控制方式:空間電壓矢量控制模式,無PG矢量控制模式 ② 過載能力:150%額定電流 1分鐘;180%額定電流10秒,200%額定電流1秒。 圖4.1 變頻器控制回路接線圖 4.2變頻器參數(shù)設(shè)置 變頻器功能參數(shù)見表4.1 表4.1變頻器參數(shù)一覽表 功能碼 名稱 參數(shù)詳細(xì)說明 出廠值 設(shè)定值 P00.00 速度控制模式 0:無PG矢量控制模式0 此模式適用于中小功率場合。 1:無PG矢量控制模式1 適用于控制要求較高的場合,具有轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩精度高且無需安裝編碼器的優(yōu)點。 2:空間電壓矢量控制模式 適用于對控制精度要求不高的場合。 1 1 P00.01 運(yùn)行指令通道 選擇變頻器控制指令的通道 變頻器控制指令包括:啟/停、正/反轉(zhuǎn)、點動、復(fù)位等。 0:鍵盤運(yùn)行指令通道 1:端子運(yùn)行指令通道 2:通訊運(yùn)行指令通道 0 1 P00.06 A頻率指令選擇 0:鍵盤數(shù)字設(shè)定 1:模擬量AI1設(shè)定 2:模擬量AI2設(shè)定 3:模擬量AI3設(shè)定 4:高速脈沖HDI設(shè)定 5:簡易PLC設(shè)定 6:多段速運(yùn)行設(shè)定 7:PID控制設(shè)定 8:MODBUS設(shè)定 2 6 P02.01 異步電動機(jī)額定功率 0.1~3000.0KW 機(jī)型確定 1.1KW P02.03 異步電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速 1~36000rpm 機(jī)型確定 1480rpm P02.03 異步電動機(jī)額定電壓 0~1200V 機(jī)型確定 380V P02.04 異步電動機(jī)額定電流 0.8~6000.0A 機(jī)型確定 2.3A P05.01 S1端子功能選擇 0:無功能 1:正轉(zhuǎn)運(yùn)行 2:反轉(zhuǎn)運(yùn)行 3:三線式運(yùn)動控制 16:多段速端子1 17:多段速端子2 18:多段速端子3 19:多段速端子4 1 16 P05.02 S2端子功能選擇 4 17 P05.03 S3端子功能選擇 7 18 P05.04 S4端子功能選擇 0 1 P05.13 端子控制運(yùn)行模式 0:兩線制控制,使能和方向合一 1:兩線制控制,使能和方向分離 0 0 4.3變頻器多段速設(shè)計 在第二章中的設(shè)計要求中,我們看到的是8段不同頻率下變頻器控制電機(jī)的運(yùn)行。因此。我們需要根據(jù)設(shè)計要求對變頻器的參數(shù)進(jìn)行一些必要的調(diào)整。首先根據(jù)變頻器產(chǎn)品說明書,我們可以知道該變頻器最多可以實現(xiàn)16級的不同頻率的多段速控制。而我們要求的為八段速控制,因為我們的根據(jù)產(chǎn)品說明書對以下參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。如4.2多段速控制參數(shù)一覽表。 表4.2多段速控制參數(shù)一覽表 功能碼 名稱 參數(shù)詳細(xì)說明 出廠值 設(shè)定值 P10.02 多段速0 Goodrive100變頻器可設(shè)定16段速度,由多段速端子1-4的組合編碼選擇,對應(yīng)多段速0至多段速15。 當(dāng)S1=S2=S3=S4=OFF時,頻率的輸入方式由代碼P00.06或P00.07選擇。 0.0% 20% P10.04 多段速1 0.0% 30% P10.06 多段速2 0.0% 48% P10.08 多段速3 0.0% 70% P10.10 多段速4 0.0% 98% P10.12 多段速5 0.0% 80% P10.14 多段速6 0.0% 60% P10.34 0-7段的加減速時間選擇 0x0000 0 根據(jù)產(chǎn)品說明書的16段速度由端子1-4的組合編碼選擇,而我們的設(shè)計要求為8段速,因此我們只需要用到其中的三個端子即可完成設(shè)計要求,而這也就確定了PLC的輸出端子。S1、S2、S3端子與多段速的關(guān)系如4.3表。 表4.3端子與多段速的關(guān)系 輸入端子 轉(zhuǎn)速檔次 頻率(Hz) S1(Q0.0) S2(Q0.1) S3(Q0.2) 0 0 0 0 1 0 0 0 10 0 1 0 1 15 0 0 1 2 25 1 1 0 3 35 1 0 1 4 50 0 1 1 5 40 1 1 1 6 30 4.4 PLC程序編程 4.4.1 PLC硬件選型及說明 目前市面上主流的品牌PLC廠家有西門子、ABB、三菱、歐姆龍、信捷、微控等。PLC的種類繁多,其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等各有不同,適用的場合也各有側(cè)重。因此,合理選擇PLC,對于提高PLC控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。下面從PLC的機(jī)型選擇、容量選擇、I/O模塊選擇、電源模塊選擇等方面中和考慮,我選擇了西門子小型PLC Smart200系列下的ST20(輸入電源DC24V),12點輸入、8點輸出。輸出采用繼電器輸出: (1)PLC機(jī)型要做到在滿足對控制變頻器功能的要求情況下,系統(tǒng)的可靠性、維護(hù)方便性的性價比也要盡量達(dá)到最佳。 (2)PLC的I/O容量選擇:根據(jù)之前變頻器的設(shè)計,可以知道系統(tǒng)需要2個輸入端口來實現(xiàn)開關(guān)和6個端子輸出來完成變頻器的7個段速控制。而ST20擁有12個輸入和8點輸出,可以在有一定余量的情況下實現(xiàn)對變頻器的控制。 (3)I/O模塊的選擇: ①開關(guān)量輸入模塊的選擇:常用的開關(guān)量輸入模塊有三種:直流輸入、交流輸入和交流/直流輸入。其中交流輸入模塊接觸可靠,適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用;直流輸入模塊的延遲時間較短,還可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)等電子輸入設(shè)備鏈接。由于本設(shè)計的工作環(huán)境比較簡單,而且對控制的即時性要求較高,選擇了直流輸入模塊。 ②輸入接線方式選擇:按輸入電路接線方式的不同,開關(guān)量輸入模塊可分為匯點式輸入和分組式輸入兩種。由于本設(shè)計只有開關(guān)兩個輸入點,因此采用最簡單的匯點式輸入接線。 ③考慮到同時接通的輸入點數(shù)量一般不要超過輸入點數(shù)的60%,而ST20有12個輸入端,完全滿足設(shè)計要求。 (4)開關(guān)量輸出模塊的選擇: 輸出方式的選擇:開關(guān)量輸出方式有三種:繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出。由于繼電器輸出的價格便宜,可以完成交流負(fù)載和直流負(fù)載,而且適用的電壓大小范圍較寬,同時承受瞬時過的電壓和電流能力較強(qiáng),雖然其缺點是觸點反應(yīng)較慢而且可靠性不強(qiáng),但是本系統(tǒng)不用頻繁通斷,選擇了繼電器輸出[[]. 許翏.王淑英.電器控制與PLC控制技術(shù)[J].機(jī)械工業(yè)出版社.2005. [11]. 崔堅.西門子S7可編程控制器—STEP7編程指南 [M].機(jī)械工業(yè)出版社,2007.4 [12]. 龔運(yùn)新.PLC技術(shù)及應(yīng)用—基于西門子S7-200[M].清華大學(xué)出版社,2009.9 [13]. 龔仲華.S7-200/300/400PLC應(yīng)用技術(shù)—通用篇[M].電子工業(yè)出版社,2006.4 [14].鄭鳳翼.圖解PLC控制系統(tǒng)梯形圖和語句表[M].人民郵電出版社.2010-06 [15]. 孫亞峰等.PLC與變頻調(diào)速在橋式起重機(jī)中的應(yīng)用[J].江蘇冶金,(2007). [16].孫敏等.基于PLC控制技術(shù)在橋式起重機(jī)檢測中的應(yīng)用設(shè)計[J].江西冶金,(2006). [17].肖桃李.淺談西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與應(yīng)用[J].內(nèi)燃機(jī)與配件. 2016(10) [18].劉天菊.西門子PLC技術(shù)在現(xiàn)代冶金工業(yè)上的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程. 2017(09) [19].呂偉. 西門子PLC自動化的控制網(wǎng)絡(luò)配置[J].電子技術(shù)與軟件工程. 2017(12) [20]. 祝玉勇.西門子PLC組網(wǎng)技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].中國設(shè)備工程. 2017(20) [21] 朱潔.西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù). 2015(24) [22].丁超.西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與應(yīng)用探析[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用. 2017(03) [23]. 帥旗.基于西門子840D系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床PLC應(yīng)用[J].機(jī)械制造與自動化. 2014(05) [24].商丹丹. 西門子PLC控制網(wǎng)絡(luò)的配置策略與應(yīng)用[J]. 科技展望. 2016(15) [25].劉界武.西門子PLC在化工行業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用. 2016(30) [26].施啟迪;宋宏;劉釗.酸、堿廢水電氣自動控制中和處理技術(shù)的應(yīng)用[J]. 熱電技術(shù). 2017. ]。 4.4.2 PLC程序設(shè)計 (1)PLC輸入/輸出地址分配 變頻器Goodrive100的數(shù)字輸入S1、S2、S3、S4端口通過P05.01、P05.02、P05.03、P05.04參數(shù)設(shè)置為七段速固定頻率控制端。每一段頻率由S1、S2、S3組合設(shè)置決定。PLC的輸入/輸出分配地址見表4.3.3。 表4.3.3PLC入輸出分配表 輸入 輸出 電路符號 地址 功能 地址 功能 說明 SB0 I0.0 停止按鈕 Q0.1 S1 多段速控制信號 SB1 I0.1 啟動按鈕 Q0.2 S2 Q0.3 S3 Q0.4 S4 變頻器啟停信號 (2)PLC程序設(shè)計思路 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計,可以計算出整個系統(tǒng)八個段速循環(huán)一次的時間為180S,而SMart-200 PLC內(nèi)部的時間繼電器T37~T63的計數(shù)單位為100mS,因此整個循環(huán)系統(tǒng)的時間應(yīng)該為1800mS。 圖4.2 PLC接線圖 當(dāng)按下啟動按鈕后,變頻器開始運(yùn)行,同時M0.0得電,此時變頻器的運(yùn)行頻率為10Hz,檔位0;繼續(xù)運(yùn)行20S以后,M0.1得電,M0.0斷電,此時變頻器 的運(yùn)行頻率為15H,檔位1;繼續(xù)運(yùn)行30S(即整個周期運(yùn)行50S)以后M0.2得電,M0.1斷電,此時變頻器運(yùn)行頻率為24Hz,檔位2;繼續(xù)運(yùn)行20S后(即整個周期運(yùn)行70S)后,M0.3得電,M0.2斷電,此時變頻器運(yùn)行頻率為35Hz,檔位3;繼續(xù)運(yùn)行40S(即系統(tǒng)運(yùn)行110S)后,M0.4得電,M0.3斷電,此時變頻器運(yùn)行頻率為49Hz,檔位4;繼續(xù)運(yùn)行40S(即系統(tǒng)運(yùn)行150S)后,M0.5得電,M0.4斷電,此時變頻器運(yùn)行頻率為40Hz,檔位5;繼續(xù)運(yùn)行30S(即系統(tǒng)運(yùn)行180S)后,M0.6得電,M0.5斷電,此時變頻器運(yùn)行頻率為30Hz,檔位6。當(dāng)按下停機(jī)按鈕后,整個系統(tǒng)繼電器回復(fù)初始狀態(tài),變頻器自由停車。 此次設(shè)計思路忽略變頻器的加減速時間。如果計算上變頻器的加減速時間,那么相應(yīng)的運(yùn)行時間會縮短。當(dāng)然也可以通過改變變頻器的相關(guān)代碼,計算出加減速時間,從而重新計算整個系統(tǒng)循環(huán)的周期以及各個段速階段的運(yùn)行時間。 圖4.3 程序流程圖 PLC梯形圖見附錄3。 第六章 總結(jié)和體會 第五章 實驗調(diào)試和數(shù)據(jù)分析 5.1程序調(diào)試、分析 由于Smart-200沒有西門子公司開發(fā)的官方仿真軟件,而S7-200的仿真軟件對于Smart-200程序和S7-200程序可以通用,所以利用S7-200的仿真軟件對Smart的程序進(jìn)行仿真。不過首先在程序編程界面將程序?qū)С?.awl格式,然后將軟件打開進(jìn)行仿真運(yùn)行,點擊菜單欄的程序,然后 裝載導(dǎo)出的程序文件即可。 圖5.1 未啟動時運(yùn)行圖 此時PLC處于運(yùn)行狀態(tài),但是并沒有按下啟動按鈕,這個時候可以看到PLC的并沒有輸出。 圖5.2 0段速模式運(yùn)行圖 當(dāng)按下啟動按鈕之后,可以看到Q0.0(0段速模式)和Q0.4(變頻器運(yùn)行)同時運(yùn)行,此時變頻器處于運(yùn)行狀態(tài),運(yùn)行頻率為10Hz,檔位為0。此運(yùn)行結(jié)果與設(shè)計結(jié)果一致。 圖5.3 檔位3運(yùn)行圖 通過仿真軟件,當(dāng)T37=859時,M0.3得電,PLC輸出Q0.0、Q0.1得電,Q0.4保持通電,通過端子與多段速的關(guān)系表,可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)前正處于檔位3,頻率為35Hz。實際運(yùn)行結(jié)果和理論設(shè)計相同。 圖5.4 檔位4運(yùn)行圖 通過仿真軟件,當(dāng)T37=1180時,M0.4得電,PLC輸出Q0.0、Q0.3得電,Q0.4保持通電,通過端子與多段速的關(guān)系表,可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)前正處于檔位4,變頻器運(yùn)行頻率為50Hz。實際運(yùn)行結(jié)果和理論設(shè)計相同。 圖5.4 檔位7運(yùn)行圖 通過仿真畫面可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)時間繼電器T37=8540時,PLC輸出Q0.0、Q0.1、Q0.2得電,Q0.4保持運(yùn)行。變頻器處于檔位7,運(yùn)行頻率為30Hz。通過對比端子與多段速理論數(shù)值相比較,完全符合。因為理論通過實際數(shù)據(jù)驗證。 圖5.4 停止后繼電器復(fù)位運(yùn)行圖 點擊停止按鈕I0.0,可以看到變頻器運(yùn)行繼電器Q0.4復(fù)位,其他繼電器全部復(fù)位。變頻器停止運(yùn)行,時間繼電器計數(shù)復(fù)位。 5.2運(yùn)行結(jié)果 通過仿真軟件所得實驗數(shù)據(jù)和通過理論所得數(shù)據(jù)相比較,發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)完全一樣。這樣就可以論證,該項目設(shè)計完全符合從理論到實驗再到現(xiàn)實中的運(yùn)用,并且可以得到完美的體現(xiàn)。再根據(jù)變頻器的產(chǎn)品說明書,仔細(xì)調(diào)整變頻器的參數(shù)設(shè)置,通過PLC為基礎(chǔ)的調(diào)整變頻器的多段速運(yùn)行得到完美實現(xiàn)。 第六章 總結(jié)和體會 本設(shè)計以PLC和變頻器為核心,通過PLC控制變頻器帶動電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的詳細(xì)分析和仿真實驗,完成了對硬件和軟件系統(tǒng)的驗證,實現(xiàn)了對電機(jī)的電氣控制。主要的工作內(nèi)容有通過Smart-200編程軟件對PLC程序進(jìn)行編寫、同AutoCAD-2015對電氣圖紙進(jìn)行繪制,調(diào)出程序文件POU,然后在S7-200仿真軟件上進(jìn)行程序的模擬仿真,并且得到了較好的結(jié)果。 PLC是利用傳統(tǒng)控制理論在微處理器上研發(fā)出來的一種控制裝置,它融合了傳統(tǒng)繼電器電路、計算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)。雖然PLC出現(xiàn)的時間不長,但是在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域取得的效果是空前,大大的節(jié)省了人力、物力,并提高了產(chǎn)品的質(zhì)量,有力的推動了工業(yè)自動化及社會的發(fā)展。隨著工業(yè)領(lǐng)域的要求不斷提高,工藝水平的不斷改進(jìn),相信PLC在自動控制發(fā)展中會越來越好。 針對本次設(shè)計中,還有很多功能沒有做到位,在以后的工作中會繼續(xù)的學(xué)習(xí)和討論,以提高自己的技術(shù)水平。 在進(jìn)行這一次畢業(yè)設(shè)計的過程中,發(fā)現(xiàn)需要了解的知識和資料還有很多,對自己知識的儲備有了清醒的認(rèn)識,并且對自己的實際動手能力有了進(jìn)一步的提高。由于第一次做這種大型的設(shè)計,其中難免有一些不足和需要改進(jìn)的地方,還望老師批評指正。 附錄1 附錄1:變頻器控制回路接線圖 附錄3 附錄2:硬件連接圖 2.1變頻器外部接線圖 2.1 PLC外部接線圖 附錄3:PLC梯形圖 參考文獻(xiàn)- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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