基于PLC数字量方式多段速控制

1基于PLC数字量方式多段速控制学生：安坤09级机械学院机械设计制造及其自动化学号：0908030218摘要：的经济效益。本系统就是采用PLC来控制变频器实现三相交流异步电机的速度调节。本文根据变频调速系统的特点和原理进行了硬件和软件的设计介绍了变频器的参数设置多段调速硬件设计在此基础上对软件进行设计编写出相应的程序流程图及相关的梯形图程序实现了三相交流异步电动机的调速。关键词：PLC多段式一、绪论（一）课题的背景1、电机的起源和发展uu型磁铁之间产生相互吸引和排斥作用32018382.2源成本太大、不实用。直到第一台实用直流发动机问世18701879电机车当时只有3迪生试验的电机车已达12─15马1888年南斯拉夫出生的美1902年瑞典工程师丹尼2电唱机和磁带录音机。个国家现代化程度如稀土永磁材料Nd-Fe-B2、变频调速技术的发展和应用变频技术是近年来国际家电领域全面开发和应用的50Hz的固定供电频率转换为30-130Hz上个世纪80器实现了商品化。在近20用BJT到采用IGBT两个大发展过程。80年代初采用的BJT的PWM变频器实现了通用化。到了90BJT通用变频器的容量达到了600KVA,400KVA以下。前几年主开关器件开始采用IGBTIGBT变频器的单机容量己达800IVAIGBT变频多功能化和高性能化方向发人一种具有高度软件控制功能的新机种。目前出现了一类“多控制方式”通用变频器。例如安川公司的VS616—G5变频器就有:无PG(速度传感器)V/f控制:有PGV/f控制:无PG矢量控制:有PG矢量控制等四种控制通用变频器经历了最初通用变频器仅用于风机、泵类负载的节能调速和化纤工业中高速缠绕的多机3负载的搬运车辆、带式运输机到位能负载的起重机、提升机、立体仓库、立体停车厂等都已采用了通用变频器。各类切削机床直到高速磨床乃至数控机床、加工中心超高速伺服机的精确位置控制都己应用通用变频器。（二）PLC的应用领域作为通用工业控制计算机30多年来可编程控制器从无到有实现了工业控制过程控制及离散控制等各种任务的跨越。今天的可编程控制器正在成为工业领域PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算的电子装置。它采用可编制程序的存储器用来在其内部存储执行PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体易于扩展PLC力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保文化娱乐等各个行业。使用情况可分为下列几类：1、开关量的逻辑控制它PLC最基本的功能、最广泛的线。所控制的逻辑可以是各种各样102、模拟量的闭环控制PLC具有A/D、D/APLC还具有PID调节控制或模糊控制的功能。可用于闭环的位置控制速度控制和过程控制。3、数字量的智能控制利用PLC能接收和输出高速脉冲的。较高级的PLC还专门开发了位控单元模块、运动单元模块等。可实现曲线插补。新开发的运动单元还能识别PLC进行数字量的智能控制提供了方便。4、数据采集与监控PLC一步的分析研究。较普遍使用的是PLC通讯、联网及离散控制PLC通讯联网能力很强PLC和PLC之间的通信联PLC还可以与计算机进行通讯联网计算机来实现对其编程和管理。PLC还可以与计算机进行联网通讯计算机来实现对其编程和管理。PLC也能与智能仪表、智能执行装置、如变频器的、进行通信和联网、互相交换数据并对其实施控4制。二、PLC的指令系统及基本结构（一）PLC的基本指令助记符名称功能LD装载指定位用于指令行的开始或使用权用ANDLD和ORLD指令时定义逻辑块。AND与指定位与执行条件进行逻辑与运算。ANDLD逻辑块与前面程序块进行逻辑与运算的结果。ANDNOT与非指定位的非与执行条件进行逻辑与运算。OR或指定位与执行条件进行逻辑或运算。ORNOT或非指定位的非与执行条件进行逻辑或运算。OUT输出在执行条件为ON时使操作数位变ON；在执行条件为OFF时使操作数位变OFF。SET置位在执行条件为ON时使操作数位变ON，在执行条件为OFF时不影响操作位的状态。RSET复位在执行条件为ON时使操作位数变OFF,在执行条件为OFF时不影响操作数位的状态。NOP空操作不作任何操作，程序转移到下一个指令。END结束用于程序结束。JMP跳转如果跳转条件为OFF，则JMP（04）与JME（05）之间的所有指令均被忽略JME跳转结束SFT移位寄存器生成一个位移位寄存器KEEP保持将一个位定义为由置位输入和复位输入控制的锁存。TIM定时器ON延迟（减数）定时器操作。CNTR可逆计数器增加或减少输入信号由OFF变ON时，增加或减小PV值。DIFU上升沿微分在输入信号的上升沿时刻将某个指定位变ON一个循环周期。DIFD下降沿微分在输入信号的下降沿时刻将某个指定位变ON一个循环周期。@MOV传送将源数据（字或常数）复制到目标字中。@ASL算术左移将单字数据中的每一位向左进行带CY移位。@ASR算术右移将单字数据中的每一位向右进行带CY移位。ANDLD逻辑块与前面程序块进行逻辑与运算的结果。ORLD逻辑块或前面程序块进行逻辑或运算的结果。5NETRNETWTABLE,PORTTABLE,PORT网络读网络写SLCRSLCTSLCENN顺控继电器段的启动顺控继电器段的转换顺控继电器段的结束（二）PLC的基本结构可编程控制器主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成（如下图所示）。1、CPU模块CPU模块又叫中央处理单元或控制器，它主要由微处理器（CPU）和存储器组成。它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。2、I/O模块I/O模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号。输入信号有两类：一类是从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变化的模拟输入信号。可编程序控制器通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速输入模块CPU模块输出模块可编程序控制器编程装置接触器电磁阀指示灯电源电源限位开关选择开关按钮6装置等执行器，可编程序控制器控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。3、电源可编程序控制器一般使用220V交流电源。可编程序控制器内部的直流稳压电源为各模块内的元件提供直流电压。4、编程器编程器是PLC的外部编程设备，用户可通过编程器输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。也可以通过专用的编程电缆线将PLC与电脑联接起来，并利用编程软件进行电脑编程和监控。5、输入/输出扩展单元I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）连接在一起。6、外部设备接口此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪,变频器等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。三、可编程控制器的编程语言概述本实验装置（箱）选用的主机型号为欧姆龙CPM2AH系列的主机。现代的可编程控制器一般备有多种编程语言，供用户使用。IEC1131-3—可编程序控制器编程语言的国际标准详细的说明了下述可编程控制器编程语言：1）顺序功能图1）梯形图2）功能块图3）指令表4）结构文本其中梯形图是使用得最多的可编程控制器图形编程语言。梯形图与继电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂熟悉继电器控制的电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图的主要特点1）可编程控制器梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器（即硬件继电器），而是在软件中使用的编程元件。每一编程元件与可编程序控制器存储器中元件映像寄存器的一个存储单元相对应。2）梯形图两侧的垂直公共线称为公共母线（BUSbar）。在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继电器电路的分析方法，可以想象左右两侧母线之间有一个左正右负的直流电源电压，当图中的触点接通时，有一个假想的“概念电流”或“能流（Powerflow）从左到右流动，这一方向与执行用户程序时的逻辑运算的7顺序是一致的,如图所示：3）根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑解算。逻辑解算是按梯形图中从上到下、从左到右的顺序进行的。4）梯形图中的线圈和其他输出指令应放在最右边。5）梯形图中各编程元件的常开触点和常闭触点均可以无限多次地使用。四、基于PLC数字量方式多段速控制（一）控制设备序号名称型号与规格数量备注1网络型可编程控制器高级实验装置THORM-D12实验挂箱CM5113电机WDJ2614实验导线3号/4号若干5通讯电缆USB16计算机1自备(二)控制要求1.正确设置变频器输出的额定频率、额定电压、额定电流。2.通过PLC控制变频器外部端子。打开开关“K1”变频器每过一段时间自动变换一种输出频率，关闭开关“K1”电机停止；开关“K2”、“K3”、“K4”、“K5”按不同的方式组合，可选择15种不同的输出频率。3.运用操作面板改变电机启动的点动运行频率和加减速时间。（三）参数功能表及接线图1、参数功能表序号变频器参数出厂值设定值功能说明1n1.0050.0050.00最高频率2n1.051.50.01最低输出频率3n1.0910.010.0加速时间4n1.1010.010.0减速时间85n2.0101控制回路端子（2线式或3线式）6n4.04012线式（运转/停止（S1）、正转/反转（S2））7n4.05141多段速指令18n4.0652多段速指令29n4.0713多段速指令310n4.0824多段速指令411n5.000.005.00频率指令112n5.010.0010.00频率指令213n5.020.0015.00频率指令314n5.030.0020.00频率指令415n5.040.0025.00频率指令516n5.050.0030.00频率指令617n5.060.0035.00频率指令718n5.070.0040.00频率指令819n5.080.0045.00频率指令920n5.090.0050.00频率指令1021n5.100.0040.00频率指令1122n5.110.0030.00频率指令1223n5.120.0020.00频率指令1324n5.130.0010.00频率指令1425n5.140.005.00频率指令15注:（1）设置参数前先将变频器参数复位为工厂的缺省设定值（2）设定n0.02=0可设定及参照全部参数2、变频器外部接线图（四）控制程序梯形图及程序1、梯形图下面是通过X—one软件对控制系统仿真输出的程序梯形图9102、程序及解释LDP_On常开触点P打开OUT1.00输出到继电器1.00LD0.00常开触点0.00与左母线连接ANDNOT0.01串联一个常闭触点0.01ANDNOT0.02串联一个常闭触点0.02ANDNOT0.03串联一个常闭触点0.03ANDNOT0.04串联一个常闭触点0.04MOV(021)#130传送(021)#130OUT20.00输出到继电器20.00LD20.00常开触点20.00与左母线连接ANDNOTT0000串联一个常闭触点T0000TIM0000#100定时100LDP_Off常开触点P关闭LD20.00常开触点20.00与左母线连接ANDT0000常开触点T0000与常开触点串联11LDNOT0.00常闭触点0.00与左母线连接SFT(010)3031移位寄存3031LD30.01常开触点30.01与左母线连接OR30.03常开触点30.03与常开触点3