1、<p>　　課 程 設 計 說 明 書</p><p>　　題目： PLC與變頻器實現(xiàn)電機正反轉控制 </p><p>　　學院 (系)： 電氣工程學院 </p><p>　　年級專業(yè)： 11級計算機控制1班 </p><p>　　學 號：

2、 </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　教師職稱： </p><p><b>　　目錄

3、</b></p><p>　　目錄﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍4</p><p>　　摘要﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍5</p><p>　　第一章概述﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍6</p><p>　　1． 1PLC和MM440

4、變頻器控制電動機的發(fā)展前景﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍6</p><p>　　1．2變頻器的分類﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍7</p><p>　　1．3本課題的意義﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍8</p><p>　　第二章應用器件的介紹</p><p>　　2．1 PLC的工作原理和結構﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍

5、﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍9</p><p>　　2．2 變頻器的工作原理及其組成結構﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍11</p><p>　　2. 3 A/D轉換器工作原理﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍12</p><p>　　第三章 相關參數(shù)的設置 ﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍13</p><p>　　3．1 MM440快

6、速調制參數(shù)設置﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍13</p><p>　　3. 2 MM440數(shù)字輸入控制端口參數(shù)﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍15</p><p>　　3. 3 PLC數(shù)字量模擬量的輸入輸出約定﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍20</p><p>　　3. 4 恢復出廠設置﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍20</p>

7、<p>　　第四章硬件電路和軟件電路的設計 ﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍15</p><p>　　4.1總體結構設計圖﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍16</p><p>　　4.2外部設備的接線圖﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍19</p><p>　　4.3軟件編程設計﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍

8、﹍20</p><p>　　﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍20</p><p>　　3．4．2 ﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍21</p><p>　　第四章總結﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍26</p><p>　　附錄﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍27&

9、lt;/p><p>　　參考文獻﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍30</p><p>　　摘要 </p><p>　　隨著電力電子技術和自動控制技術的日益發(fā)展，電動機的調速已經(jīng)從繼電器控制時代發(fā)展到今天的由變頻器控制調速。且在工業(yè)各個領域中得到了極為廣泛的應用。在現(xiàn)在的在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，最為常見的是由PLC控制變頻器實現(xiàn)電動

10、機的調速控制。該方法主要通過程序來控制了電動機的變頻調速，從而實現(xiàn)了自動控制。PLC通過進行邏輯運算，順序運算，計時，計數(shù)，和算術運算等操作指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程的工業(yè)計算機的啟停。變頻器的使用加入了模擬量，使用PLC自帶的A/D轉換模塊，通過頻率的變化，使電機實現(xiàn)任意轉速。通過設計能使我們掌握PLC的工程設計方法，同時又能深入了解PLC與變頻器控制電動機控制系統(tǒng)的夠成和在工業(yè)生活中的用處，

11、為我的將來的工作學習打下良好的基礎。</p><p>　　關鍵字：PLC MM440變頻器 控制電機 數(shù)字模擬輸入 </p><p><b>　　第一章概述</b></p><p>　　1.1 PLC和mm440變頻器控制電機的前景</p><p>　　如今，PLC已是工業(yè)自動化應用技術的三大支柱之

12、一，自從它誕生以來得到了廣泛的使用。在工業(yè)自動化應用技術領域，速度調節(jié)和控制是經(jīng)常用到的環(huán)節(jié)。而變頻器具有高效的驅動性能和良好的控制特性，在提高控制質量、減少維護費用和節(jié)能等方面都取得了明顯的經(jīng)濟效益。在這些場合，變頻器所發(fā)揮的作用是其他任何控制設備和裝置都不能取代的。</p><p>　　雖然變頻器可以單獨使用，但大多數(shù)情況還是作為一個組成部分在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中使用。所以，作為主控制器的PLC和作為執(zhí)行及檢

13、測器件（設備和裝置）的變頻器之間就必須相互配合，共同完成控制任務。 PLC可以控制變頻器的頻率給定信號，以使變頻器輸出相應的速度控制曲線，控制工藝指標：變頻器上的檢測信號和其他智能信號也可以接入PLC，完成系統(tǒng)的報警和速度控制，比如通過變頻器控制電機的啟動，停止及正、反轉，也可以使用一個變頻器去控制若干臺電動機的運行。</p><p>　　現(xiàn)在的PLC控制電動機已經(jīng)離不開變頻器了，工業(yè)生產(chǎn) ，科研， 石油開采，幾

14、乎所有的現(xiàn)代化都需要變頻調速機的工作 因此 其意義是深遠的。</p><p>　　第二章 應用器件的介紹</p><p>　　2.1 PLC的工作原理和結構</p><p>　　可編程控制器的工作原理與計算機的工作原理基本上是一致的。但PLC裝入了專用程序后成為一種專用機，它采用循環(huán)掃描的方式，系統(tǒng)工作任務管理，及應用程序執(zhí)行都是循環(huán)掃描方式來完成的。</p&

15、gt;<p>　　PLC系統(tǒng)正常工作所要完成的任務如下：</p><p>　　計算機內部各個工作單元的調度，監(jiān)控；</p><p>　　計算機與外部設備間的通訊；</p><p>　　用戶程序所要完成的工作；</p><p>　　PLC采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”作為編程語言。梯形圖、語句表和控制系統(tǒng)流程圖等是PLC

16、常用的編程語言。有些PLC還嘗試使用高級語言編程。在使用PLC進行順序控制時，首先應根據(jù)控制動作的順序，畫出梯形圖，然后將其翻譯成相應的PLC指令，用編程器將程序寫入PLC的內存RAM中，對程序進行調試，發(fā)現(xiàn)錯誤可用變成器進行修改，直到程序調試正確無誤為止。最后將程序寫到PLC的只讀存儲器EEPROM中。PLC投入運行后，便進入程序執(zhí)行過程。在一個掃描周期內，程序執(zhí)行過程分3個階段：輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新。在輸入采樣階段，PLC以

17、掃描方式將所有輸入端的輸入信號讀到輸入映像寄存器中存起來，接著轉人程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行階段，PLC 按照順序進行掃描，如果程序是用梯形圖來表示，則掃描順序總是先上后下，先做后右。每掃描到一條指令，所需的狀態(tài)分別從輸入映像寄存器中讀出，而將執(zhí)行結果寫入元素影響寄存器中當程序執(zhí)行完后，進入最后一個階段----輸出刷新。將元素映像寄存器中的所有輸出繼電器的狀態(tài)轉存到輸出瑣存電路，驅動用戶設備（或負載）工作。PLC寄存器EEPROM的程序隨

18、時可以擦除和修改。如</p><p>　　PLC是在 繼電器控制和計算機控制的基礎上開發(fā)出來的，并逐步發(fā)展成以微處理器為核心的，把自動化技術、計算機技術、通訊技術容為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。早期的PLC只能進行邏輯控制、還能完成模擬量的控制、數(shù)值控制、過程監(jiān)控和通信聯(lián)網(wǎng)等功能。PLC因具有程序可變、可靠性高、功能強、環(huán)境適應性好、抗干擾能力強、體積小和重量輕等特點而在機電一體化系統(tǒng)中得到廣泛的應用。</

19、p><p>　　圖一 PLC硬件組成</p><p>　　2.2變頻器的工作原理和組成</p><p>　　變頻器是指可以用于改變電源頻率，同時也能改變電源電壓的電能轉換的裝置。它是由電力電子器件（例如整流模塊、IGBT）、電子器件（集成電路、開關電源、電阻、電容器等）和微處理器等組成。變頻器使用時串聯(lián)接在輸出端（R、S、T）和電動機輸出端（U、V、W）之間，通常變頻器

20、的功率范圍為0.75-500KW（大于此功率值建議選用中壓電動機及中壓變頻器）。交流電動機調速控制變頻器的最早形式是用旋轉發(fā)電機組作為可變頻率的電源，供給交流發(fā)電機。隨著電力半導體器件的發(fā)展，靜止式的變頻電源以成為了變頻器的主要形式。</p><p><b>　　變頻器的內部框圖</b></p><p>　　如圖所示為MM440變頻器的內部功能方框圖.其控制電路CPU

21、、模擬輸入/輸出、數(shù)字輸入/輸出、操作面板等部分組成。分為4類：輸入信號端子、頻率模擬設定輸入端子、監(jiān)視信號輸出端子和通信端子。</p><p>　　下圖則表示各個控制端子的功能：</p><p>　　表一 MM440控制端子</p><p>　　2.3 A/D轉換器的工作原理</p><p>　　A/D轉換器的作用是將模擬量轉換成數(shù)字量。&

22、lt;/p><p>　　在A/D轉換過程中，輸入的是時間上、幅值上都是連續(xù)的模擬量，而輸出的則是時間上，幅值上均離散的數(shù)字量，因此，要把模擬量轉換成數(shù)字時需經(jīng)采</p><p>　　樣，保持，量化，編碼：</p><p>　　圖二A/D轉換原理圖</p><p>　　A/D模塊選用FX1N-2AD-BD</p><p>　

23、　FX1N-2AD-BD的特點：可以通過切換專用的輔助繼電器來設置數(shù)字模擬轉換是電壓輸入（0~10V）還是電流輸入（4~20MA）。而且，如下圖所示，各個通道的轉換后的數(shù)字值被存儲在專用的特殊數(shù)字寄存器中。</p><p>　　對CH1通道而言，M8112為ON,是電流輸入模式，對應端子為I1+,I2+;</p><p>　　M8112為OFF,是電壓輸入模式，對應端子為V1+,V2+;&

24、lt;/p><p>　　對CH2通道而言，M8113為ON,是電流輸入模式，對應端子為I1+,I2+;</p><p>　　M8113為OFF,是電壓輸入模式，對應端子為V1+,V2+;</p><p>　　各通道的公共端子為VI-。</p><p><b>　　相關參數(shù)設置</b></p><p>

25、　　3．1 MM440快速調制參數(shù)設置</p><p>　　快速調制的參數(shù)設置是根據(jù)電機銘牌上的數(shù)據(jù)進行設置，這樣做使變頻器明確了自己要控制什么樣的電機，明確了輸入輸出的關系。</p><p>　　3.2 MM440數(shù)字輸入控制端口參數(shù)</p><p>　　MM440有6個數(shù)字量輸入口，分別是DIN1-DIN6，它們可通過參數(shù)P0701~P0708 直接賦以功能，當

26、相應端子被觸發(fā)時，變頻器變執(zhí)行相應功能。</p><p>　　各個參數(shù)設置值所代表不同的功能，如下圖所示：</p><p>　　由此，我們可進行如下定義：</p><p>　　3.3 MM440模擬輸入控制端口參數(shù)</p><p>　　MM440有2個模擬輸入，利用合適的模擬量輸入可將模擬量給定值、實際值和控制信號讀入傳動變頻器中，并且利用A

27、DC變換器變換成數(shù)字信號/值。</p><p>　　利用在I/O 板上的2 個開關DIP1(1，2)和利用參數(shù)P0756 可將設定選擇為電壓輸入為10V 的模擬量輸入或電流輸入為20mA 的模擬量輸入。</p><p><b>　　所以做如下定義：</b></p><p>　　P0756=0，即通過電壓0-10V的變化對應頻率0-50HZ的變化

28、。</p><p>　　3. 3 PLC數(shù)字量模擬量的輸入輸出約定</p><p>　　該步驟即定義PLC的I/O接線和變頻器的接線。</p><p>　　PLC的輸入接按鈕控制，通過編程控制輸出，其輸出接MM440的數(shù)字量輸入端口，變頻器與電機相連，從而實現(xiàn)之前定義的功能。</p><p>　　數(shù)字量模擬量輸出約定</p>&

29、lt;p>　　數(shù)字量模擬量輸入約定</p><p>　　3. 4 恢復出廠設置</p><p>　　當有合適的連接和合適的電動機-變頻器組合時，當從工廠運出且不需任何附加參數(shù)設置時，MM440變頻器已準備好投入運轉。你可以隨時執(zhí)行一個參數(shù)復位到工廠設定來再一次建立初始狀態(tài)。這樣取消傳動變頻器在供貨以后</p><p><b>　　所作的參數(shù)變更。&l

30、t;/b></p><p>　　第四章硬件電路和軟件電路的設計</p><p>　　4.1總體結構控制設計圖</p><p>　　本設計采用啟停按鈕進行操作，采用PLC進行控制</p><p>　　4.2外部設備接線圖</p><p><b>　　4.3軟件編程設計</b></p>

31、;<p>　　4系統(tǒng)控制功能及控制方案。</p><p>　　4．1 本設計采用啟停按鈕進行操作，采用PLC進行控制，系統(tǒng)控制結構圖如圖4-1所示：</p><p><b>　　，</b></p><p>　　圖5-3控制電路接線圖</p><p><b>　　PLC程序設計</b>

32、</p><p>　　按照電動機的控制要求及MM440變頻器數(shù)字輸入接口、PLC數(shù)字輸入/輸出接口所做的變量約定，PLC應實現(xiàn)下列控制：</p><p>　　5.4.1 輸出狀態(tài)</p><p>　　當按下正轉啟動按鈕SB1時，PLC數(shù)字輸出端Q0.4為邏輯“1”，MM440變頻器“16”接口為“ON”，允許電動機運行。</p><p>　　

33、PLC輸出接口狀態(tài)、變頻器輸出頻率、電動機轉速變化如表所示。</p><p>　　設置15段固定頻率控制狀態(tài)表</p><p><b>　　表 5-4-1</b></p><p>　　當按下停止按鈕SB2時,PLC數(shù)字輸出端Q0.4為邏輯“0”，MM440變頻器“16”接口為“OFF”。電動機停止運行。</p><p>

34、;　　5.4.2 I/0 表</p><p><b>　　表 5-4-2</b></p><p>　　5.4.3 梯形圖</p><p>　　電氣工程學院課程設計評審意見表</p><p>　　6 參考文獻</p><p>　　[01] 李道霖，電氣控制與PLC 原理及應用,電子工業(yè)

35、出版社，2006．</p><p>　　[02] 楊興瑤編著.電動機調速的原理及系統(tǒng).[M] 水利電力出版社出版，1979.8</p><p>　　[03] 陳伯時，陳敏遜編著.交流調速系統(tǒng).[M] 北京：機械工業(yè)出版社，1998.4</p><p>　　[04] 王子文， 電梯PLC 控制策略及其程序設計起重運輸機械2006.7．</p>&l

36、t;p>　　[05] 葉安麗.電梯技術基礎(第1版)[M].北京: 中國電力出版社,2004.</p><p>　　[06] 童夢菊,陳景和.淺談電梯制動器電氣控制及其檢驗[J].福建質量信息,2007。</p><p>　　[07] 姚玉剛.電梯智能控制系統(tǒng)研究[D].長春理工大學碩士學位論文,2008.</p><p>　　[08] 陳恒亮.電梯結

37、構與原理[M].北京:中國勞動社會保障出版社,2005.</p><p>　　[09] 張福恩等編著.交流調速電梯原理、設計及安裝維修.[M] 北京：機械工業(yè)出版社，1999.6</p><p>　　[10] 張漢達，王錫仲，朱學莉編著.現(xiàn)代電梯控制技術.[M] 哈爾賓工業(yè)大學出版社發(fā)行，2001.3</p><p>　　[11] 錢平主編.交直流傳動系統(tǒng).[

38、M] 高等教育出版社，2001.7</p><p>　　[12] 呂宋元主編.半導體變流技術.[M] 天津大學出版社出版</p><p>　　[13] 顧戰(zhàn)松，陳鐵年編著.可編程控制器原理與應用.[M] 北京：國防工業(yè)出版社，1996</p><p>　　[14] 楊寧主編.微機控制技術.[M] 北京：高等教育出版社，2001.8</p><

39、;p>　　[15] 周良全權主編；傅恩錫等編.模擬電子技術基礎.[M] 北京：高等教育出版社，1993.10</p><p>　　[16] 丁樹模主編.機械工程學.[M] 北京：機械工業(yè)出版社</p><p>　　[17] 吳中俊等編著.可編程序控制器原理及應用.北京:機械工業(yè)出版社.2004</p><p>　　[18] 肖軍,孟令軍編著.可編程序控

40、制器原理及應用.北京:清華大學出版社.2008</p><p>　　[19] 賀哲榮,曾龍飛編著.流行可編程序控制器梯形圖識圖入門.北京:機械工業(yè)出版社.2008</p><p>　　[20] 陳金華等編著.可編程序控制器(PC)應用技術.北京:電子工業(yè)出版社.1995</p><p>　　[21] 王整風，謝云敏.可編程控制器原理與實踐教程.上海：上海交通大

41、學出版社，2007.</p><p>　　[22] 郁漢琪.電氣控制與可編程序控制器應用技術.南京：東南大學出版社，2003.</p><p>　　[23] 常曉玲.電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器.北京：機械工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　[24] 嚴盈富，羅海平，屋海勤.監(jiān)控組態(tài)軟件與PLC入門.北京：人民郵電出版社，2006.</p>

42、<p>　　[25] 張運剛，宋小春.從入門到精通——西門子工業(yè)網(wǎng)絡通信實戰(zhàn).北京：人民郵電出版2007.</p><p>　　[26] 西門子公司.SIMATIC S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊.</p><p>　　[27] 崔堅 西門子工業(yè)網(wǎng)絡通信指南. 機械工業(yè)出版社， 2005.5</p><p><b>　　總結<

43、/b></p><p>　　隨著暑假的到來，課程設計也接近了尾聲。經(jīng)過兩周的奮戰(zhàn)我的課程設計終于完成了。在沒有做課程設計以前覺得課程設計只是對這學期來所學知識的單純總結，但是通過這次做課程設計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。課程設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點

44、眼高手低。通過這次課程設計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質。 </p><p>　　在這次課程設計中也使我們的同學關系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。在整個設計中我還懂得了一個道理：做什么事情，都要對認真，既然是該你做的事，肯定是你應該有這個能力，即使能

45、力不夠，也是應該借這個機會來培養(yǎng)。所以放心大膽地做，對自己有信心，就有動力。有人說，世上的事就怕認真二字。確實，做什么，只是認真地去做，踏踏實實，戒躁戒躁，靜靜地思考，慢慢地進步，真的是天下無難事。這就是我這次課程設計中得到的最大的體會，受益匪淺.</p><p>　　我的心得也就這么多了，總之，不管學會的還是學不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負的感覺。此外，還得

46、出一個結論：知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。</p><p>　　在此要感謝我們的**老師對我們悉心的指導，感謝老師給我們的幫助。在設計過程中，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經(jīng)驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。</p><p>　　題目剛

47、下來的時候，覺得題目太抽象了，我有些不知所措，這時老師給我們認真的講解每個題目的核心本質問題，才時我豁然開朗，并且老師鼓勵我們一定可以完成，這給了我非常大的鼓舞，堅定了我完成這次課程設計的信心。在設計修改過程中，我遇到許多在學習中不曾想到的問題和麻煩，是*老師一次次以她淵博的學識、嚴謹求實的科學精神和一絲不茍的治學態(tài)度幫助我解決問題。李老師不僅在我的原理圖、接線圖初稿設計時糾正了許多錯誤，還指導了我應該去查找哪些方面的資料去完善設計，彌