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1緒論P(yáng)LC具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、性能優(yōu)越、靈活通用、使用方便、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、壽命長等到一系列優(yōu)點(diǎn)[2]?？删幊炭刂破?PLC)的核心微處理器，通過將計算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來，能夠?qū)崿F(xiàn)高度靈活、高可靠性的工業(yè)控制。為了進(jìn)一步提高設(shè)備的自動化程度，越來越多的企業(yè)將PLC技術(shù)應(yīng)用于其工廠設(shè)備中。將原有電機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)行改造，引入電機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)自動采集、監(jiān)控以及變頻、組態(tài)技術(shù)完善并改良電機(jī)變頻調(diào)速機(jī)構(gòu)。該系統(tǒng)能對電機(jī)轉(zhuǎn)速實現(xiàn)精確控制，實用性強(qiáng)，具有一定的推廣價值隨著電力電子技術(shù)以及控制技術(shù)的開展，交流變頻調(diào)速在工業(yè)電機(jī)拖動領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[5]。交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為開展趨勢。電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)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(diǎn)而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有開展前途的調(diào)速方式[3]。本文對如何利用變頻器連接PLC和控制對象，利用軟件操作來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，到達(dá)遠(yuǎn)程自動控制進(jìn)行了討論[4]。在工業(yè)生產(chǎn)中，電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，被公認(rèn)為最有開展前途的調(diào)速方式。PLC控制技術(shù)在自動控制系統(tǒng)中被普遍采用。本文構(gòu)建了一個變頻囂連接PLC和控制對象，利用軟件操作來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速．以到達(dá)遠(yuǎn)程自動控制的系統(tǒng)[8]。1.2交流變頻調(diào)速技術(shù)的研究情況及其開展在21世紀(jì)電力電子器件的快速開展，使交流變頻調(diào)速技術(shù)優(yōu)越的性能得到迅速開展，同時控制理論進(jìn)步，變頻調(diào)速以其調(diào)速精度高、調(diào)速控制范圍廣、回路保護(hù)功能完善，響應(yīng)速度快、節(jié)能顯著等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在以廣泛的用于電力、制造、運(yùn)輸?shù)葒窠?jīng)濟(jì)領(lǐng)域[6]。變頻調(diào)速技術(shù)現(xiàn)在被公認(rèn)為是最理想、最有開展前景的調(diào)速方式之一，采用變頻器構(gòu)成變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)的主要目的是為了滿足提高勞動生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高設(shè)備自動化程度、提高生活質(zhì)量及改善生活環(huán)境等要求以及節(jié)約能源、降低生產(chǎn)本錢。用戶根據(jù)自己的實際工藝要求和運(yùn)用場合選擇不同類型的變頻器[1]。
國外交流變頻調(diào)速技術(shù)高速開展?fàn)顩r：功率器件的開展：近年來高電壓、大電流的GTR、GTO、IGBT、IGCT等器件的生產(chǎn)以及并聯(lián)、串聯(lián)技術(shù)的開展應(yīng)用，使上下壓大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)及應(yīng)用成為現(xiàn)實?？刂评碚摵臀㈦娮蛹夹g(shù)的開展：矢量控制、磁通控制、轉(zhuǎn)矩控制、模糊控制、適應(yīng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新的控制理論為高性能的變頻器提供了理論根底,32位高性能微處理器及信號處理器和專用集成電路〔ASIC〕，SLE4520等的快速開展，為實現(xiàn)變頻調(diào)速傳動設(shè)備高精度、多功能提供了硬件手段[10]。根底工業(yè)和各種制造業(yè)的高速開展，變頻調(diào)速傳動設(shè)備相關(guān)配套件實現(xiàn)了社會化、專業(yè)化生產(chǎn)使得交流變頻技術(shù)廣泛應(yīng)用。國內(nèi)交流變頻技術(shù)開展現(xiàn)狀：從總體上看我國電氣傳動的技術(shù)水平較國際先進(jìn)水平差距5－10年。在大功率交－交變頻、無換向器電機(jī)等變頻技術(shù)方面，國內(nèi)只有少數(shù)科研單位有能力制造，但在數(shù)字化及系統(tǒng)的可靠性方面與國外還有相當(dāng)差距。而這方面產(chǎn)品在諸如抽水蓄能電站機(jī)組啟動及運(yùn)行、大容量風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和軋機(jī)傳動、礦井卷楊方面有很大需求，開展前景比擬樂觀。在中小功率變頻技術(shù)方面，國內(nèi)學(xué)者作了大量的變頻理論的根底研究，早在80年代，已成功引入矢量控制的理論，針對交流電機(jī)的多變量、強(qiáng)耦合、非線性的特點(diǎn)，采用了線性解耦和非線性解耦的方法，探討交流電機(jī)變頻調(diào)速的策略控制[7]。進(jìn)入90年代，隨著高性能單片機(jī)和數(shù)字信號處理器的使用，國內(nèi)學(xué)者緊跟國外最新控制策略，針對交流感應(yīng)電機(jī)特點(diǎn)，采用高次諧波注入SPWM和空間矢量控制〔SVPWM〕等方法，控制算法采用模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論對感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻、磁鏈和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行在線觀測，在實現(xiàn)無速度傳感器交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究上作了大量的根底研究。隨著大功率變頻器的推廣應(yīng)用，越來越多的企業(yè)在新的建設(shè)工程和技改工程中，開始考慮3KV電壓等級以上的電機(jī)變頻調(diào)速問題，市場開始升溫。在剛剛起步的高壓變頻器領(lǐng)域，技術(shù)方案包括了高－低－高、高－低、高中多電平H橋主回路、三電平主回路和直接串聯(lián)電流源型等多個技術(shù)流派。但總的來講，高壓變頻調(diào)速市場目前在我國仍處于初級階段，市場容量較小，但是高壓變頻技術(shù)、因其特有的自身功耗小的優(yōu)勢，還是吸引了包括國外許多企業(yè)不斷加大研發(fā)和生產(chǎn)、力度。電氣傳動領(lǐng)域因變頻技術(shù)的開展而煥然一新，電壓等級從110～10000V，容量從數(shù)百瓦的伺服系統(tǒng)到數(shù)萬千瓦的特大功率傳動系統(tǒng)；從一般要求的調(diào)速系統(tǒng)到精度、快響應(yīng)的高性能的調(diào)速系統(tǒng)。從單機(jī)調(diào)速到多機(jī)協(xié)調(diào)調(diào)速傳動，幾乎無所不有,實踐證明交流調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及節(jié)能方面帶來了巨大的社會效益[9]。現(xiàn)在交流調(diào)速系統(tǒng)以全面、逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)，交流調(diào)速在電氣傳動領(lǐng)域中占據(jù)了統(tǒng)治地位已是公認(rèn)的事實。變頻器亦叫電動機(jī)變頻調(diào)速器，是一種靜止的頻率變換器。2總體設(shè)計2.1課題研究概述可編程序控制器原理及其應(yīng)用課程是一門實用性、工程性和綜合性很強(qiáng)的專業(yè)課，與工程實際聯(lián)系緊密，應(yīng)當(dāng)通過實驗、生產(chǎn)實習(xí)和課程設(shè)計等實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，增強(qiáng)學(xué)生的綜合運(yùn)用能力。在目前很多的PLC的實習(xí)教學(xué)中，僅僅以可編程序控制器來進(jìn)行實驗教學(xué)，而沒有控制對象，學(xué)生對可編程序控制器進(jìn)行編程之后，通過觀察輸出口曠狀態(tài)來確定程序的運(yùn)行情況。在這類教學(xué)方式中學(xué)生往往只能進(jìn)行驗證性實驗，沒有條件進(jìn)行外圍設(shè)備的連接和控制[11]。本試驗系統(tǒng)采用PLC、變頻器和電機(jī)，構(gòu)建一個PLC控制電機(jī)變頻調(diào)速試驗系統(tǒng)，通過PLC編程、外圍設(shè)備之間的連線，可以使我們在試驗設(shè)計過程中培養(yǎng)實踐動手能力，加深對變頻調(diào)速技及PLC控制技術(shù)的理解。本試驗系統(tǒng)要求在于研究開發(fā)對電機(jī)變頻調(diào)速的正反轉(zhuǎn)五段調(diào)速。2.2本課題系統(tǒng)功能的設(shè)計分析隨著電力電子技術(shù)以及交流控制技術(shù)的開展，交流變頻調(diào)速在工業(yè)電機(jī)拖動領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用?？删幊炭刂破鱌LC作為替代繼電器的新型控制裝置，簡單可靠，操作方便、通用靈活、體積小、使用壽命長且功能強(qiáng)大、容易使用、可靠性高，常常被用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和設(shè)備的控制。本次設(shè)計就是基于PLC的變頻器調(diào)速系統(tǒng)通過PLC和變頻器綜合來實現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)五段調(diào)速。因此，該系統(tǒng)必須具備以下三個主體局部：控制局部、運(yùn)算局部和執(zhí)行局部?？刂七\(yùn)算主要由PLC和變頻器來完成，執(zhí)行元件為變頻器和電機(jī)。本設(shè)計的主要內(nèi)容是基于松下系列PLC、變頻器完成對三相異步電機(jī)的變頻調(diào)速控制的開發(fā)，實現(xiàn)對電機(jī)的正反轉(zhuǎn)五段速控制[14]。正反轉(zhuǎn)五段速控制為開環(huán)控制，通過外部1—5檔和正反轉(zhuǎn)的控制按鈕來控制電機(jī)按照不同轉(zhuǎn)速正反轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。系統(tǒng)主要由三個局部構(gòu)成，即可編程邏輯控制器件PLC、變頻器和電機(jī)。首先通過設(shè)置給定輸入給PLC，再通過PLC控制變頻器，再經(jīng)由變頻器來控制電機(jī)。圖2.1硬件電路圖表2.1硬件型號表格PLC的型號松下FP-C32CT變頻器型號松下VFO電機(jī)三相異步電機(jī)2.4本課題要研究的問題〔1〕系統(tǒng)的組成〔PLC變頻器電機(jī)〕〔2〕PLC的選型及I/O分配〔3〕PLC與變頻器，變頻器與電機(jī)的連接(4)變頻器的選擇和參數(shù)設(shè)計(5)硬件設(shè)計和PLC的編程2.5研究方法、步驟和措施通過查閱利用各種文獻(xiàn)資料，在相關(guān)理論的根底上設(shè)計一套plc的交流變頻調(diào)速方案并利用實驗室現(xiàn)有的硬件和軟件設(shè)備進(jìn)行調(diào)系，掌握PIC的電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作系統(tǒng)和原理。(1)掌握交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計方法(2)掌握PLC的使用方法和編程思路(3)完成PLC梯形圖的編寫(4)掌握變頻調(diào)速的原理控制方式2.6本文內(nèi)容的安排電機(jī)的變頻調(diào)速為本文的主要內(nèi)容且詳細(xì)介紹了相關(guān)技術(shù)的開展概況并且對相關(guān)技術(shù)的原理進(jìn)行了深入理解。具體包括以下幾個方面:〔1)本試驗設(shè)計的研究背景及意義、相關(guān)技術(shù)的開展概況以及本課題研究概述；〔2)總體設(shè)計；〔3〕變頻調(diào)速原理及松下VFO變頻器的介紹；〔4〕系統(tǒng)的硬件設(shè)計；〔5〕系統(tǒng)的軟件設(shè)計；〔6〕電路的調(diào)試；〔7)總結(jié)。3變頻調(diào)速原理及松下VFO變頻器的介紹3.1變頻器原理變頻器是一種把工頻電源(5OHz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以控制電機(jī)的變速運(yùn)行的裝置。變頻器主要由主電路和控制電路兩局部構(gòu)成，其中主電路包括整流電路和逆變電路兩局部，控制電路完成對主電路的控制。整流電路把工頻電源的交流電變換成直流電且對直流電進(jìn)行平滑濾波，逆變電路把直流電再逆變成各種頻率的交流電。對于通用變頻器單元，變頻器一般是指包括逆變電路、整流電路和控制電路局部的裝置[15]?？刂葡到y(tǒng)控制系統(tǒng)電機(jī)逆變電路中間直流電路直流中間電路整流局部~~~~~圖3.1交直交變頻器系統(tǒng)框圖變頻器的它由主電路〔包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器〕和控制電路組成。整流器：整流器的作用是把三相或單相交流電變成直流電。中間直流環(huán)節(jié)：由于逆變器的負(fù)載為電動機(jī)，屬于感應(yīng)負(fù)載，其功率因數(shù)總不會為一，因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動機(jī)之間總會有無功功率的交換，這種無功能量需要考中間直流環(huán)節(jié)的儲能原件來緩沖。逆變器：最常用的逆變器是三相橋式逆變電路，有規(guī)律的控制逆變器中主開關(guān)元器件的通與斷，可以得到任意頻率的三相交流電輸出。控制電路：控制電路通常由運(yùn)算電路、檢測電路、控制信號的輸入、輸出電路和驅(qū)動電路等構(gòu)成。其主要任務(wù)是完成對逆變器的開關(guān)控制，對整流的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能等?？刂品椒梢圆捎媚M控制或數(shù)字控制。高性能的變頻器目前已經(jīng)采用微機(jī)進(jìn)行全數(shù)字控制，采用盡可能簡單的硬件電路，主要靠軟件來完成各種功能。由于軟件的靈活性，數(shù)字控制方式?？梢酝瓿赡M控制方式難以完成的功能[10]。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。它的主電路都采用交—直—交電路。JP6C-T9/J9系列低壓通用變頻器工作電壓為：380～690V，功率為0.75～800kW，工作頻率為0～400Hz；JP6C-YZ系列中壓通用變頻器工作電壓為：1140～2300V，功率為37～1000kW，工作頻率為0～400Hz;JCS系列高壓變頻器工作電壓為：3KV/6KV/10KV，功率為280～20000kW,工作頻率為0～60Hz[5]。變頻調(diào)速技術(shù)的根本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：n=60f〔1-s)／p，〔式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對數(shù)〕；通過改變電動機(jī)工作電源頻率到達(dá)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。由式可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，如果不改變電動機(jī)的極數(shù)，只要改變頻率f即可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在〔0～50Hz〕的范圍內(nèi)變化時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機(jī)電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。節(jié)能調(diào)速原理一般使用的風(fēng)機(jī)、水泵類它們額定風(fēng)量、水量都超過實際需要，又因工藝的需要，往往運(yùn)行中要改變風(fēng)量、水量，而目前多數(shù)采用檔板或閥門來調(diào)節(jié)的，雖然方法簡單，但實質(zhì)是人為增加阻力的方法。因此浪費(fèi)大量電能，屬不經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)方式。從流體力學(xué)原理可知，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、水泵的流量與電機(jī)轉(zhuǎn)速及電機(jī)功率的關(guān)系如下：當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降時，電動機(jī)的功率迅速降低，例風(fēng)量下降到80％，轉(zhuǎn)速亦下降到80％時，那么軸功率下降到額定的51％，假設(shè)風(fēng)量下降到50％，軸功率將下降到額定的13％，其節(jié)電潛力非常大，并有下述曲線、陰影局部表示采用變頻器調(diào)速方式的節(jié)電效果，其節(jié)電可達(dá)30-40％效果十清楚顯。對不同使用頻率時的節(jié)電率N%可查表。上述原理也根本適用水泵，可見采用變頻調(diào)速控制實現(xiàn)節(jié)電是有效的、惟一的途徑。變頻調(diào)速特點(diǎn)是效率高，無附加轉(zhuǎn)差損耗，調(diào)速范圍大、精度高、無級的。容易實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制和閉環(huán)控制，可利用原有異步電動機(jī)對舊設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，它既保存了原有電動機(jī)，具有改造簡單，可靠、耐用，維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，即能到達(dá)節(jié)電的顯著效果，又能恒壓力的工藝需求，還能減小機(jī)械磨損。因此，可理論上認(rèn)為風(fēng)機(jī)、水泵采用交流調(diào)速來實現(xiàn)較大幅度的節(jié)能〔可達(dá)20-50％〕是種較為理想而實用的方法[25]。通過流體力學(xué)的根本定律可知：風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：Q∝n，H∝
n3；即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。PWM是英文PulseWidthModulation(脈沖寬度調(diào)制)縮寫，按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)值方式?？色@得按正弦包絡(luò)電壓波形輸出值調(diào)制方式。PAM是英文PulseAmplitudeModulation(脈沖幅度調(diào)制)縮寫，是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度，以調(diào)節(jié)輸出量值和波形的一種調(diào)制方式?？色@得按一個方波寬窄可變電壓波形輸出值調(diào)制方式[21]。變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容;電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。變頻器的電壓與電流成比例的改變原因是異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩是電機(jī)的磁通與轉(zhuǎn)子內(nèi)流過電流之間相互作用而產(chǎn)生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降低頻率，那么磁通就過大，磁回路飽和，嚴(yán)重時將燒毀電機(jī)。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓，使電動機(jī)的磁通保持一定，防止弱磁和磁飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生。這種控制方式多用于風(fēng)機(jī)、泵類節(jié)能型變頻器[23]。電動機(jī)使用工頻電源驅(qū)動時，電壓下降那么電流增加;對于變頻器驅(qū)動，如果頻率下降時電壓也下降，那么電流是否增加？頻率下降(低速)時,如果輸出相同的功率,那么電流增加,但在轉(zhuǎn)矩一定的條件下,電流幾乎不變。采用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)時，電機(jī)的起動電流、起動轉(zhuǎn)矩分析。采用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)，隨著電機(jī)的加速相應(yīng)提高頻率和電壓，起動電流被限制在150%額定電流以下(根據(jù)機(jī)種不同，為125%～200%)。用工頻電源直接起動時，起動電流為6～7倍，起動轉(zhuǎn)矩為70%～120%額定轉(zhuǎn)矩；對于帶有轉(zhuǎn)矩自動增強(qiáng)功能的變頻器，起動轉(zhuǎn)矩為100%以上，可以帶全負(fù)載起動。V/f模式的意思是頻率下降時電壓V也成比例下降，這個問題已在答復(fù)前面說明。V與f的比例關(guān)系是考慮了電機(jī)特性而預(yù)先決定的，通常在控制器的存儲裝置(ROM)中存有幾種特性，可以用開關(guān)或標(biāo)度盤進(jìn)行選擇。按比例地改V和f時，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩變化情況。頻率下降時完全成比例地降低電壓，那么由于交流阻抗變小而直流電阻不變，將造成在低速下產(chǎn)生地轉(zhuǎn)矩有減小的傾向。因此，在低頻時給定V/f,要使輸出電壓提高一些,以便獲得一定地起動轉(zhuǎn)矩,這種補(bǔ)償稱增強(qiáng)起動。可以采用各種方法實現(xiàn),有自動進(jìn)行的方法、選擇V/f模式或調(diào)整電位器等方法[20]。閉環(huán)、開環(huán)的意義。給所使用的電機(jī)裝置設(shè)速度檢出器(PG)，將實際轉(zhuǎn)速反響給控制裝置進(jìn)行控制的，稱為“閉環(huán)〞，不用PG運(yùn)轉(zhuǎn)的就叫做“開環(huán)〞。通用變頻器多為開環(huán)方式，也有的機(jī)種利用選件可進(jìn)行PG反響。實際轉(zhuǎn)速對于給定速度有偏差時處理方法。開環(huán)時，變頻器即使輸出給定頻率，電機(jī)在帶負(fù)載運(yùn)行時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)差率的范圍內(nèi)(1%～5%)變動。對于要求調(diào)速精度比擬高，即使負(fù)載變動也要求在近于給定速度下運(yùn)轉(zhuǎn)的場合，可采用具有PG反響功能的變頻器(選用件)。失速防止功能就是如果給定的加速時間過短，變頻器的輸出頻率變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過轉(zhuǎn)速(電角頻率)的變化，變頻器將因流過過電流而跳閘，運(yùn)轉(zhuǎn)停止，這就叫作失速。為了防止失速使電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，就要檢出電流的大小進(jìn)行頻率控制[9]。當(dāng)加速電流過大時適當(dāng)放慢加速速率。減速時也是如此。兩者結(jié)合起來就是失速功能。變頻器選型時要確定以下幾點(diǎn)：〔1)采用變頻的目的；恒壓控制或恒流控制等?！?)變頻器的負(fù)載類型；如葉片泵或容積泵等，特別注意負(fù)載的性能曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時的方式方法?！?)變頻器與負(fù)載的匹配問題：電壓匹配：變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符；電流匹配：普通的離心泵，變頻器的額定電流與電機(jī)的額定電流相符。對于特殊的負(fù)載如深水泵等那么需要參考電機(jī)性能參數(shù)，以最大電流確定變頻器電流和過載能力；轉(zhuǎn)矩匹配：這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝置時有可能發(fā)生?！?)在使用變頻器驅(qū)動高速電機(jī)時，由于高速電機(jī)的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。因此用于高速電機(jī)的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機(jī)的選型?！?)變頻器如果要長電纜運(yùn)行時，此時要采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，防止變頻器出力缺乏，所以在這樣情況下，變頻器容量要放大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。〔6)對于一些特殊的應(yīng)用場合，如高溫，高海拔，此時會引起變頻器的降容，變頻器容量要放大一擋[12]。綜合上面的選型要求我選擇松下VF0變頻器作為本畢業(yè)設(shè)計的硬件材料。為了滿足各類機(jī)器小型化的需要，實現(xiàn)了同類產(chǎn)品中最小型化的目標(biāo).0.2KW和0.4KW型，寬78mm×高110mm，體積僅松下公司過去產(chǎn)品的40%～50%.可與PLC直接調(diào)節(jié)頻率、直接接收PLC的PWM信號并可控制電動機(jī)頻率.采用了新設(shè)計的調(diào)頻電位器，用操作盤就可容易地操作正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn).內(nèi)裝8段速控制制動功能〔0.2KW無制動功能〕，再試功能等[15].圖3.3操作面板的詳細(xì)說明圖3.3.2變頻器的接線變頻器的主接線圖接線〕將電源連接到輸入端子〔L,N)上，電動機(jī)連接到輸出端子(UVW)上?！?〕電源和電動機(jī)的端子請使用帶套筒的圓形壓緊式端子?！?〕主電路接線后，一定要確認(rèn)連接的是否牢固。否那么一旦控制電路接線后會因電線的進(jìn)出收到限制而不能從新擰緊主電路?！?〕以最短的方式連接到大容量電源變壓器時〔500kv以上〕，在變頻器的輸入端一定要設(shè)置改善功率因數(shù)的扼流圈?！?〕有關(guān)連接設(shè)備和電線尺寸等參照接線圖，變頻器的輸入端必須設(shè)置過電流、短路以及漏電保護(hù)設(shè)備[17]。3.3.3VF0變頻器工作模式及控制方式••監(jiān)控模式、3.旋轉(zhuǎn)方向設(shè)定模式、4.功能設(shè)定模式。通常情況下使用輸出頻率•電流顯示模式。施加電源時即是這種模式。變頻器控制方式：1、U/f=C的正弦脈寬調(diào)制〔SPWM〕控制方式，2、電壓空間矢量〔SVPWM〕控制方式，3、矢量控制〔VC〕方式，4、直接轉(zhuǎn)矩控制〔DTC〕方式，5、矩陣式交—交控制方式、微型計算機(jī)和大規(guī)模集成電路為根底的全數(shù)字化控制技術(shù)、自整定技術(shù)等。3.3.4VF0變頻器的頻率設(shè)定正轉(zhuǎn)運(yùn)行/反轉(zhuǎn)運(yùn)行方式(將參數(shù)P08設(shè)定為“0〞)：按下操作面板上的上升鍵(正轉(zhuǎn))或下降(反轉(zhuǎn))來選擇旋轉(zhuǎn)方向,按下RUN鍵那么開始運(yùn)行.按下STOP鍵為停止運(yùn)行，僅按下RUN鍵時不會運(yùn)行。當(dāng)頻率設(shè)定為數(shù)字設(shè)定方式,MOP功能不能使用。運(yùn)行/停止旋轉(zhuǎn)方向模式設(shè)定方式(參數(shù)P08設(shè)定為“1〞)最初按兩次MODE鍵使其變?yōu)樾D(zhuǎn)方向設(shè)定模式,用SET鍵顯示旋轉(zhuǎn)方向數(shù)據(jù)。用上升鍵或下降鍵改變旋轉(zhuǎn)方向,用SET鍵進(jìn)行設(shè)定，然后,按下RUN鍵使用開始運(yùn)行,按下STOP鍵使用停止運(yùn)行[9]。電位器設(shè)定方式(將參數(shù)P09設(shè)定為“0〞)：旋轉(zhuǎn)操作板上的頻率設(shè)定鈕的角度進(jìn)行設(shè)定.Min的位置是停止,Max的位置是最大設(shè)定頻率。數(shù)字設(shè)定方式(將參數(shù)P09設(shè)定為“1〞)：按下操作面板上的MODE鍵,選擇頻率設(shè)定模式(Fr),按下SET鍵之后,顯示出用上升鍵或下降鍵所設(shè)定的頻率,按下SET鍵進(jìn)行設(shè)定確定.另外,在運(yùn)行過程中可以通過持續(xù)按著上升鍵或下降鍵而改變頻率(而稱為MOP功能).但是,當(dāng)參數(shù)P08為“1〞時,MOP功能不能使用。4系統(tǒng)的硬件設(shè)計4.1PLC的介紹PLC〔可編程邏輯控制器〕是用于各種自動控制系統(tǒng)和過程的可控網(wǎng)絡(luò)集線器。他們包含多個輸入輸出，輸入輸出是用晶體管和其它電路，模擬開關(guān)和繼電器來控制設(shè)備的。PLCS用軟件接口，標(biāo)準(zhǔn)計算器接口，專門的語言和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備編程[17]?？删幊踢壿嬁刂破鱅/O通道規(guī)那么包括所有的輸入觸點(diǎn)和輸出觸點(diǎn)，擴(kuò)展能力和最大數(shù)量的通道。觸點(diǎn)數(shù)量是輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)的總和。PLCS可以指定這些值的任何可能的組合。擴(kuò)展單元可以被堆棧或互相連接來增加總的控制能力。最大數(shù)量的通道是在一個擴(kuò)展系統(tǒng)中輸入和輸出通道的最大總數(shù)量。PLC系統(tǒng)規(guī)那么包括掃描時間，指令數(shù)量，數(shù)據(jù)存儲和程序存儲。掃描時間是PLC需要的用來檢測輸入輸出模塊的時間。指令是用于PLC軟件〔例如數(shù)學(xué)運(yùn)算〕的標(biāo)準(zhǔn)操作。數(shù)據(jù)存儲是存儲數(shù)據(jù)的能力。程序存儲是控制軟件的能力[13]。用于可編程邏輯控制器的輸入設(shè)備包括DC，AC，中間繼電器，熱電偶，RTD，頻率或脈沖，晶體管和中斷信號輸入；輸出設(shè)備包括DC，AC，繼電器，中間繼電器，頻率或脈沖[15]。可編程邏輯控制器用各種軟件編程語言來控制。這些語言包括IEC61131-3，順序執(zhí)行表〔SFC〕，動作方塊圖〔FBD〕，梯形圖〔LD〕，結(jié)構(gòu)文本〔ST〕，指令序列〔IL〕，繼電器梯形圖〔RIL〕，流程圖，C語言和Basic語言。IEC61131-3編程環(huán)境能支持五種語言，用國際標(biāo)準(zhǔn)加以標(biāo)準(zhǔn)，分別為SFC，F(xiàn)BD，LD，ST和IL。這便允許了多賣主兼容性和多種語言編程[18]。SFC是一種圖表語言，它提供了編程順序的配合，就能支持順序選擇和并列選擇，二者擇其一即可。FBD用一種大的運(yùn)行庫，以圖表形式建立了一些復(fù)雜的過程。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)行可以與用戶交流和接口運(yùn)行相結(jié)合。LD是適用于離散控制和互鎖邏輯的圖表語言。它在離散控制上與FBD是完全兼容的。ST是一種文本語言，用于復(fù)雜的數(shù)學(xué)過程和計算，不太適用于圖表語言。IL是與組合編碼相似的低級語言。它用在相比照擬簡單的邏輯指令。繼電器梯形圖或梯形圖是適用于可編程邏輯控制器的重要的編程語言。梯形圖編程是設(shè)計成繼電器邏輯程序的圖表表示法。流程圖是一種圖表語言，用于在一個控制器或應(yīng)用軟件中描述順序操作，它用于建立有標(biāo)準(zhǔn)組件的可循環(huán)使用的運(yùn)行庫。C語言是一種高級編程語言，適用于處理最復(fù)雜的計算，連續(xù)的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。它典型地在PC機(jī)上運(yùn)行調(diào)試。BASIC語言是用于處理數(shù)據(jù)的連續(xù)的數(shù)字采集和接口運(yùn)行的高級語言[5]。4.2PLC的組成PLC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用了典型的計算機(jī)結(jié)構(gòu)，PLC主要是由RAM,CPU,ROM和專設(shè)計的輸入輸出接口電路等組成，如下列圖所示：圖4.1PLC結(jié)構(gòu)示意圖(1)中央處理機(jī)，即PLC的大腦，它由中央處理器(CPU)和存儲器等組成。中央處理器(CPU)一般由運(yùn)算器、控制電路和存放器等組成，這些電路通常都集成在一個芯片上。CPU通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與輸入輸出(I/O)接口電路、存儲單元相連接。存儲器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，用來存放用戶程序、系統(tǒng)的程序、邏輯變量和其它一些信息[16]。(2)電源部件，是將交流電源轉(zhuǎn)換成供PLC的中央處理器、存儲器等電子電路工作所需要的直流電源，使PLC能正常工作，PLC內(nèi)部電路使用的電源是整機(jī)的能源供應(yīng)中心，它的好壞直接影響PLC的功能和可靠性。因此目前大局部PLC采用開關(guān)式稍壓電源供電[5]。(3)輸入、輸出局部是PLC與被控對象相連接的接口電路。用戶設(shè)備需輸入PLC的各種控制信號，如選擇開關(guān)、限位開關(guān)、行程開關(guān)、操作按鈕以及其它一些傳感器輸出的模擬量或開關(guān)量等。通過輸入接口電路將這些控制信號轉(zhuǎn)換成PLC中央處理器能夠接收和處理的信號。輸出接口電路將中央處理器送出的弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號，以驅(qū)動電機(jī)、電磁閥、接觸器等被控設(shè)備的執(zhí)行元件[16]。除了上述的幾個主要局部外，PLC上還配有和各種外圍設(shè)備的接口，均用插座引出到外殼上，使PLC可配接計算機(jī)、編程器、錄音機(jī)、打印機(jī)以及串行通信模塊、A/D、D/A模塊等，可以通過電纜十分方便地進(jìn)行連接。4.3PLC的工作原理PLC運(yùn)行時，需要進(jìn)行大量的操作，這迫使PLC中的CPU只能根據(jù)分時操作原理，按一定的順序，每一時刻執(zhí)行一個操作。這種分時操作的方式，稱為CPU的掃描工作方式，是PLC進(jìn)行實時控制的常用的一種方式[11]。PLC用于控制的還有中斷方式，在中斷請求被響應(yīng)后，CPU停止正在運(yùn)算的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行相關(guān)的中斷處理，待處理完畢，返回運(yùn)行原來的程序。顯然在中斷方式下工作，使PLC的資源得到了充分的利用。處理中斷時要分清各中斷請求的輕重緩急，假設(shè)所有工作都由中斷方式來處理就使問題復(fù)雜化了，最好采用掃描加中斷的處理方式。除了中斷，還可利用I/O立即刷新的方法加快對輸入信號的響應(yīng)，假設(shè)將中斷與立即刷新合并使用，可使輸出得到更快的反響[14]。PLC雖然具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但PLC的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。微機(jī)一般采用等待命令的工作方式，如常見的I/O掃描方式或鍵盤掃描方式，I/O動作或有鍵按下那么轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，無鍵按下那么繼續(xù)掃描。PLC那么采用循環(huán)掃描工作方式，在PLC中，用戶程序按先后順序存放，CPU周而復(fù)始的循環(huán)執(zhí)行程序，從第一條指令開始執(zhí)行，直至遇到結(jié)束符后才返回到第一條。PLC的這種工作方式是在系統(tǒng)軟件的控制下進(jìn)行，順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按用戶程序進(jìn)行運(yùn)算處理，然后順序向輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號。整個工作過程共分為五個階段:自診斷，與編程器等的通信，輸入采樣，用戶程序執(zhí)行，輸出刷新[18]?！?)每次掃描用戶的程序之前，PLC都會先執(zhí)行故障自診斷程序。自診斷內(nèi)容分別為CPU,I/O局部、存儲器等。如發(fā)現(xiàn)異常即停機(jī)，并顯示出錯;假設(shè)自診斷正常，那么PLC繼續(xù)向下掃描?！?)PLC自檢查是否有與編程器、計算機(jī)等的通信請求，假設(shè)符合通訊的條件那么進(jìn)行相應(yīng)處理，如接收由編程器送來的程序、命令和各種數(shù)據(jù)，并把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、以及出錯信息等發(fā)送給編程器并進(jìn)行顯示。如果有與計算機(jī)等的通信請求，也在這段時間完成數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送任務(wù)?！?)PLC的中央處理器對各個輸入端進(jìn)行掃描，并將輸入端的狀態(tài)送到輸入到狀態(tài)存放器中，這個階段及為輸入采樣階段?！?)中央處理器CPU將指令逐條凋出并執(zhí)行，以對輸入和原輸出狀態(tài)(這些狀態(tài)統(tǒng)稱為數(shù)據(jù))進(jìn)行“處理〞，即按程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行邏輯、算術(shù)運(yùn)算，再將正確的結(jié)果送到輸出狀態(tài)存放器中，這個階段及為程序執(zhí)行階段?！?)當(dāng)PLC把所有的指令執(zhí)行完時，PLC會集中把輸出狀態(tài)存放器的狀態(tài)通過輸出部件轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備所能接受的電壓或電流信號，從而驅(qū)動被控設(shè)備，這個階段及為輸出刷新階段。上面是PLC五個階段的工作過程，稱為一個掃描周期，在完成一個周期后，又重新執(zhí)行上述過程，PLC掃描周而復(fù)始地進(jìn)行。掃描周期的長短是PLC的重要指標(biāo)之一，在不考慮第二個因素(和編程器等外圍設(shè)備通訊)時，掃描周期T為:T=(讀入一點(diǎn)時間X輸入點(diǎn)數(shù))+(運(yùn)算速度X程序步數(shù))+(輸出一點(diǎn)時間X輸出點(diǎn)數(shù))+故障診斷時間顯然掃描時間主要取決于程序的長短，一般每秒鐘可掃描數(shù)十次以上，這對于工業(yè)設(shè)備通常并沒有什么太大影響，但是對控制時間要求比擬嚴(yán)格，響應(yīng)速度要求快的系統(tǒng)，就應(yīng)該精確的計算響應(yīng)時間，細(xì)心編排程序，合理安排指令的順序，從而盡可能的由減少掃描周期造成的響應(yīng)延時等不良影響[15]。PLC與繼電接觸器控制的最重要區(qū)別之一就是工作方式不同，繼電接觸器是以“并行〞方式工作的，也就是說是按同時執(zhí)行命令的工作方式，只要繼電接觸器形成電流通路，就可能有幾個電器同時動作，這樣做可能會導(dǎo)致被控對象做出錯誤的響應(yīng)。而PLC采用反復(fù)掃描的工作方式，“反復(fù)掃描〞是循環(huán)地連續(xù)逐條執(zhí)行程序，任一時刻它只能執(zhí)行一條指令，也就是說PLC是以“串行〞方式工作。PLC這種串行工作方式的優(yōu)點(diǎn)就是可以防止繼電接觸器控制的觸點(diǎn)競爭、時序失配問題。可以看出，PLC采用循環(huán)掃描的工作方式也是區(qū)別于微機(jī)的最大特點(diǎn)，使用者應(yīng)特別注意[20]。4.4PLC型號的選擇在PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原那么選型所選用PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)[6]。根據(jù)本設(shè)計的要求從輸入輸出〔I/O〕點(diǎn)數(shù)、存儲器容量、各項控制功能和機(jī)型的考慮以及性價比等各方面的因素，因此該系統(tǒng)設(shè)計選擇了松下FP-C32PLC。4.5I/O地址分配表表4.1I/O地址分配表PLC的I/O地址連接的外部設(shè)備系統(tǒng)中的功能X0SB1停止X1SA1啟動1速X2SA2啟動2速X3SA3啟動3速X4SA4啟動4速X5SA5啟動5速X6SB2正轉(zhuǎn)X7SB3反轉(zhuǎn)Y07變頻器的輸入端子多功能的速度輸入選擇端子Y18Y29Y35〔正向〕電動機(jī)方向控制端Y46〔反向〕圖4.2PLC正反轉(zhuǎn)五段速程序調(diào)試連接圖圖4.3電機(jī)正反轉(zhuǎn)五段調(diào)速連接圖圖4.4電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路接線電機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行說明按下SB2按鈕KM2線圈失電〔線線主觸點(diǎn)閉合電動機(jī)正傳KM1輔助動合觸點(diǎn)閉合〔自鎖〕KM1輔助動斷觸點(diǎn)斷開〔互鎖〕按下SB3按鈕KM1線圈失電〔線主觸點(diǎn)斷開電動機(jī)停止KM1輔助動合觸點(diǎn)斷開〔自鎖KM1輔助動斷觸點(diǎn)閉合〔互鎖〕KM2線主觸點(diǎn)斷開電動機(jī)反轉(zhuǎn)KM2輔助動合觸點(diǎn)閉合〔自鎖〕KM2輔助動斷觸點(diǎn)斷開〔互鎖〕按下SB1按鈕電機(jī)急速停止4.7.1控制方案本次畢業(yè)設(shè)計控制方案采是用PLC和變頻器實現(xiàn)對電機(jī)的開環(huán)五段正反轉(zhuǎn)速控制，基于松下VFO系變頻器的八段速功能，在變頻器中設(shè)置五個不同的輸出頻率，建立PLC與變頻器的連接，通過PLC編程來控制變頻器的輸出，從而到達(dá)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。在此我們通過外部的8個按鈕作為PLC的輸入，分別控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、停止及五個段速檔位。具體實現(xiàn)步驟為:〔1)設(shè)置變頻器參數(shù)；〔2)建立PLC與變頻器的連接；〔3)編寫PLC程序來控制變頻器的輸出。圖4.5變頻器八段速運(yùn)行圖4.7.2變頻器參數(shù)設(shè)置松下VFO系列變頻器具有外部控制的功能，要實現(xiàn)PLC對變頻器輸出頻率的控制，需對變頻器的內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。八段速控制設(shè)計中變頻器參數(shù)設(shè)置具體如下:參數(shù)P03設(shè)定為FF，P03為FF模式參數(shù)，設(shè)定為FF時為自由模式時，可用P15,P16設(shè)定V/F方式，用P15設(shè)定最大輸出頻率，用P16設(shè)定基底頻率。參數(shù)P08設(shè)定為3，P08為選擇運(yùn)行指令參數(shù)，可選擇操作板(面板操作)或用外控操作的輸入信號來進(jìn)行運(yùn)行/停止、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)。設(shè)定為數(shù)值3時，變頻器山外部的輸入信號來控制運(yùn)行/停止、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)的操作。參數(shù)P09設(shè)定為4時，P09為頻率設(shè)定信號，可選擇利用板前操作或用遙控操作的輸入信號來進(jìn)行頻率操作的輸入信號。設(shè)定為數(shù)值4時，設(shè)定內(nèi)容由變頻器面板上的電位器進(jìn)行設(shè)定，此設(shè)定值即為八段速的第1速頻率。參數(shù)P15設(shè)定為100HZ,P16設(shè)定為50H,P15,P16為最大輸出頻率、基底頻率。用參數(shù)P15設(shè)定最大輸出頻率，數(shù)據(jù)設(shè)定范圍為50.0-25.0(Hz);用參數(shù)P16設(shè)定基底頻率，數(shù)據(jù)設(shè)定范圍為45.0-25.0(Hz)。參數(shù)P19--P21都設(shè)定為O，P19-P21為SW1.2.3功能選擇，用于設(shè)定SW123(控制電路端子N0.7,8,9)的控制功能。P19設(shè)定為0即為多速SW1輸入，P20設(shè)定為0即為多速SW2輸入，P21設(shè)定為0即為多速SW3輸入。參數(shù)P32-P38分別設(shè)定為10,15,20,25,30,35,40P32-P38為第2-8速頻率，可設(shè)定進(jìn)行多速運(yùn)行的第2-8速頻率。其中參數(shù)P32設(shè)定第2速頻率，參數(shù)P33設(shè)定第3速頻率，參數(shù)P34設(shè)定第4速頻率，參數(shù)P35設(shè)定第5速頻率，參數(shù)P36設(shè)定第6速頻率，參數(shù)P37設(shè)定第7速頻率，參數(shù)P38設(shè)定第8速頻率。表4.3電機(jī)正反轉(zhuǎn)五段調(diào)速變頻器的參數(shù)設(shè)置值P01P181P02P190P03FFP290P083P210P094P3225HZP15100HZP3330HZP1650HZP3435HZP171P3515HZ4.7.3PLC與變頻器的連接變頻器參數(shù)設(shè)定完之后，通過PLC與變頻器之間的連接就能實現(xiàn)PLC對變頻器輸出頻率的控制。變頻器的控制電路共有14個端子，分別為端子A、B、C、和端子1—11。圖4.6變頻器的控制電路圖其中端子A,B,C為繼電器輸出端子;端子1為頻率設(shè)定用電位器連接端子;端子2為頻率設(shè)定模擬信號的輸入端子;端子3為1,2,4-9端子的共用端子;端子4為多功能模擬信號輸出端子;端子5為運(yùn)行/停止、正轉(zhuǎn)運(yùn)行信號的輸入端子;端子6為正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)、停止運(yùn)行信號的輸入端子;端子7為多功能控制信號SW1的輸入端子;端子8為多功能控制信號SW2的輸入端子;端子9為多功能控制信號SW3的輸入端子。要實現(xiàn)對電機(jī)的八段速控制，需要將變頻器的5-9號控制端子分別與PLC的對應(yīng)輸出端子相連接。其中控制端子5與PLC的Y3輸出端子相連，用于控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)運(yùn)行(OFF為停止);控制端子6與PLC的Y4輸出端子相連，用于控制電機(jī)的反轉(zhuǎn)運(yùn)行(OFF為停止);控制端子7-9分別與PLC的輸出端子Y0-Y2相連。通過上面對變頻器參數(shù)的設(shè)定，此時端子7,8,9為SW多速功能。端子NO端子功能關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)1頻率設(shè)定用電位器連接端子〔+5V)P092頻率設(shè)定模擬信號的輸入端子P093(1)(2)(4)(9)輸入信號共用端子4多功能模擬信號輸出端子〔0~~5V)P58，,595運(yùn)行停止、正轉(zhuǎn)運(yùn)行信號輸入端子P086正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)運(yùn)行信號輸入端子P087多功能控制信號說SW1的輸入端子P19，20，218多功能控制信號說SW2的輸入端子PWM控制的頻率信號切換端子P19~~P21P22~~P249多功能控制信號說SW3的輸入端子PWM控制的PWM信號輸入端子P19~~P21P22~~P2410開路式集電極輸出端子〔C:集電極〕P2511開路式集電極輸出端子〔E:發(fā)射極〕P25A繼電器接點(diǎn)輸出端子〔NO:出廠設(shè)置)P26B繼電器接點(diǎn)輸出端子(NC:出廠設(shè)置〕P26C繼電器接點(diǎn)輸出端子(COM)P26表4.5SW功能設(shè)定為多速功能時SW的輸入組合動作表SW1(端子NO.7)SW2(端子NO.8)SW3(端子NO.9)運(yùn)行頻率OFFOFFOFF第1速ONOFFOFF第2速OFFONOFF第3速ONONOFF第4速OFFOFFON第5速ONOFFON第6速OFFONON第7速ONONON第8速這樣就可以通過控制PLC的輸出來控制變頻器的不同輸出頻率，同時使電機(jī)按不同的頻率進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。其中運(yùn)行頻率的大小是在變頻器的參數(shù)設(shè)置中設(shè)定的。第1速為用參數(shù)P09所設(shè)定的頻率設(shè)定信號的指令值，第2-8速為用參數(shù)P32-P38所設(shè)定的頻率。在本次設(shè)計中，我們設(shè)定電機(jī)的第1速為4Hz、第2速為25Hz、第3速為30Hz、第4速為35Hz、第5速為15Hz。5變頻調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計5.1設(shè)計步驟〔1〕根據(jù)設(shè)計要求分析出程序流程圖；〔2〕根據(jù)程序流程圖編寫梯形圖和語句表；〔3〕將外部的接線連接正確后下載程序看其工作情況。5.2PLC程序設(shè)計通過對變頻器參數(shù)的設(shè)置及PLC與變頻器之間的連接，編寫PLC程序主控制PLC的輸出端子Y0-Y2,Y3,Y4的輸出狀態(tài)。本設(shè)計中通過外部的8個來控制PLC這些輸出端子的輸出，這8個控制按鈕分別對應(yīng)PLC的X0-X7輸入端子。其中X0為停止控制輸入、X6為正轉(zhuǎn)啟動控制輸入、X7為反轉(zhuǎn)啟動控制輸入、X1-X5為第一速到第五速控制輸入。按照SW輸入組合動作表可知，要使PLC的Y0-Y4輸出端子的狀態(tài)與變頻器的控制端子N0.-N0.9的狀態(tài)和5，6的狀態(tài)對應(yīng)起來，就要通過外部的8個控制按鈕來控制Y0-Y4的五種不同的狀態(tài)，其對應(yīng)關(guān)系如下表所示:表5.1PLC與變頻器各端子狀態(tài)對應(yīng)表變頻器端子78956Y0Y1Y2運(yùn)行頻率Y3Y4X1(0N)OFFOFFOFF第1速正傳反轉(zhuǎn)X2(0N)ONOFFOFF第2速正傳反轉(zhuǎn)X3(0N)OFFONOFF第3速正傳反轉(zhuǎn)X4(0N)ONONOFF第4速正傳反轉(zhuǎn)X5(0N)OFFOFFON第5速正傳反轉(zhuǎn)5.4時序圖圖5.2正轉(zhuǎn)五段時序圖圖5.3反轉(zhuǎn)五段時序圖6電路的調(diào)試6.1PLC程序的調(diào)試按照要求正確連接好電路plc的輸入口與相應(yīng)的開關(guān)連接，輸出口連接指示燈。電機(jī)正反轉(zhuǎn)五段調(diào)速的實現(xiàn)可以從PLC調(diào)試工具箱上的輸出所接指示燈的亮燈和滅燈來觀察。通過在實驗室進(jìn)行程序調(diào)試驗證了plc控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)五段調(diào)速所寫程序是正確的。下面是其中某段速的連接圖圖6.1第四速正轉(zhuǎn)顯示連接圖圖6.2第五速正轉(zhuǎn)顯示連接圖6.2PLC、電機(jī)和變頻器的連接按照外部接線圖把電路連接好，當(dāng)用開關(guān)量控制某段速的啟動時變頻器操作面板上會顯示與參數(shù)設(shè)計相對應(yīng)的頻率，這樣我就成功的完成了本次畢業(yè)設(shè)計的要求。圖6.3電路完整接線總結(jié)通過這次畢業(yè)設(shè)計我對松下plc變頻調(diào)速系統(tǒng)變頻器有了深刻的認(rèn)識并且深入理解了其中的原理，對在做畢業(yè)設(shè)計中出現(xiàn)的問題進(jìn)行認(rèn)真分析解決，也鍛煉了我的動手能力。通過應(yīng)用這些知識并且經(jīng)過幾個月的努力我終于順利完成了畢業(yè)設(shè)計，為我4年來的大學(xué)學(xué)習(xí)做了一次考核，也為我的大學(xué)生活劃上了完美的句號?，F(xiàn)在回想起來，一路走來，有太多的感想，有快樂，有痛苦，像是打翻了五味瓶，酸，甜，苦，辣交織在一起，這一切都已成為過去，他們讓我感到充實非常。我的畢業(yè)設(shè)計題目是：基于PLC的電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計。通過收索資料整理好開題報告之后，便立即投入到了我的準(zhǔn)備工作中，用盡一切方法收集相關(guān)題材的資料，很大一局部時間是在圖書館和實驗室度過，期間遇到很多的困難就向沈老師求助，那時我才真正認(rèn)識到當(dāng)你全身心投入到做某件事中時，你會感到多么充實，學(xué)到的東西真的很多。做畢業(yè)設(shè)計多我來說真是一個巨大的工程，中間很多環(huán)節(jié)，環(huán)環(huán)相扣，任何一個環(huán)節(jié)出問題都會止步不前的，橫在你面前的是一個一個的難題需要你去不斷攻克。以前課堂上學(xué)到的知識，還沒有完全消化，吃透。這就需要你去查資料，求教老師和同學(xué)，自己不斷的論證、推翻、再論證，如此反復(fù)，畢業(yè)設(shè)計總算有了個皺形。面對自己的勞動成果，你會情不自禁的感到幸福。每天遨游在知識的海洋里，不停地汲取知識的營養(yǎng)，不斷的成長壯大。正所謂：“一分耕耘，一分收獲〞。附錄：附表1指令表附1；指令表附圖1正轉(zhuǎn)第一段速梯形圖附圖2正轉(zhuǎn)第二段速梯形圖附圖3正轉(zhuǎn)第三段速梯形圖附圖4正轉(zhuǎn)第四段速梯形圖附圖5正轉(zhuǎn)第五段速梯形圖附圖6反轉(zhuǎn)第一段速梯形圖附圖7反轉(zhuǎn)第二段速梯形圖附圖8反轉(zhuǎn)第三段速梯形圖附圖9反轉(zhuǎn)第四段速梯形圖附圖10反轉(zhuǎn)第五段速梯形圖附圖11運(yùn)行中頻率顯示參考文獻(xiàn):[2]張雪琴，常榮勝,張立濤等.基于PLC的電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計[J].機(jī)電信息，2023,15:152～153[4]彭燕.基PLC的控制電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計[J].科技資訊，2023,10:58[5]黃永紅,吉裕暉,楊東等.PLC控制電機(jī)變頻調(diào)速試驗系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2023,10:40～43[6]王建偉.基于PLC的電機(jī)變頻調(diào)速試驗系統(tǒng)開發(fā)[D].碩士學(xué)位論文.山西:中北大學(xué),2023[7]陳元勇.PLC控制電機(jī)變頻調(diào)速試驗系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].碩士學(xué)位論文.山東:山東大學(xué),2023[8]劉建華,張靜之.三菱FX2N系列plc應(yīng)用技術(shù)[M].北京市:機(jī)械工業(yè)出社，2023,05[11]鄭晟,鞏建平,張學(xué)等.現(xiàn)代可編程序控制器原理與應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社，elligentControlandAutomation,2023,2:330-339[13]張曉坤.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,1998.13～18[14]崔亞軍.可編程控制器原理及程序設(shè)計[M].北京:電子工業(yè)出版社2000.2～50[15]陳雨春,李景學(xué).可編程控制器應(yīng)用軟件設(shè)計方法與技巧[M].北京:電子工業(yè)出版社，1992:5～16[16]陳宇.可編程程序控制器根底及編程技巧[M].華南理工大學(xué)出版社,1999.34～38[17]趙昌穎.電力拖動根底[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1991.68～69[18]韓安榮.通用變頻器及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1991.45～48[19]張燕賓.SPWM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1997.12～17[20]MustafaCenkGursoyandH.VincentPoor.TheCapacityandPowerEfficiencyofOOFSKSignalingoverWidebandFadingChannels[J].IEEECommunicationsSociety2004:441-445[21]M.C.Gursoy,H.V.Poor,S.Verd´u,On-Offfrequency-shiftkeyingforwidebandfadingchannels[J].EURASIPJournalonWirelessCommunicationsandNetworking,2006[22]袁洪，李忠波.電子設(shè)計與仿真技術(shù)[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2023,4.[23]任文霞，呂文哲，王彥朋等.電子電路仿真技術(shù)[M]，北京：中國電力出版社，2023,1.[24]董增文.基于通用變頻器的電梯PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計[D].碩士學(xué)位論文.江西:南昌大學(xué)，2007[25]程思學(xué).基于PLC及變頻器的集成控制方法研究及其應(yīng)用[D].碩士學(xué)位論文.沈陽:沈陽工業(yè)大學(xué)，2007致謝：首先我要對我的指導(dǎo)老師沈老師，表示衷心的感謝。可以說沒有沈老師的嚴(yán)格要求與無私幫助，就沒有我畢業(yè)設(shè)計的順利完成。沈老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，平易近人，給我以后的學(xué)習(xí)生活以及人生道路樹立了典范。這次畢業(yè)設(shè)計得到了沈老師和同學(xué)的幫助，其中我的導(dǎo)師沈國偉老師對我的關(guān)心和支持尤為重要，每次遇到難題，我最先做的就是向沈老師尋求幫助，而沈老師每次不管忙或閑，總會抽空來找我面談，然后一起商量解決的方法。另外，也感謝學(xué)校給予我這樣一次時機(jī)，能夠獨(dú)立地完成一個畢業(yè)設(shè)計課題，并在這個過程當(dāng)中，給予我們各種方便，使我們在即將離校的最后一段時間里，能夠更多學(xué)習(xí)一些實踐應(yīng)用知識，增強(qiáng)了我們實踐操作和動手應(yīng)用能力，提高了獨(dú)立思考的能力。再一次對我的母校表示感謝。同時也感謝在整個畢業(yè)設(shè)計期間和我密切合作的同學(xué)，和曾經(jīng)在各個方面給予過我?guī)椭幕锇閭?，在大學(xué)生活即將結(jié)束的最后的日子里，我們再一次演繹了團(tuán)結(jié)合作的童話，把一個龐大的，從來沒有上手的課題，圓滿地完成了。正是因為有了你們的幫助，才讓我不僅學(xué)到了本次課題所涉及的新知識，更讓我感覺到了知識以外的東西，那就是團(tuán)結(jié)的力量。在此我向我的導(dǎo)師和可愛的同學(xué)們致以崇高的敬意，愿他們身體健康，工作順利！
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