5.2 基于PLC、变频器的转速闭环调速系统
一种基于PLC控制的变频器PID闭环调速系统
一种基于PLC控制的变频器PID闭环调速系统作者：陈科来源：《科学与财富》2015年第36期【摘要】本文介绍了一种基于西门子S7-200 PLC的变频器PID闭环调速系统。
其中，变频器采用西门子MM420，速度反馈采用光电编码器实现，速度采集利用PLC的高速脉冲采集功能实现，电机转速观测与显示通过组态软件实现。
通过实验电机速度趋于稳定，误差很小，达到了满意的控制效果。
【关键词】PLC；变频器；PID一、引言调速系统的快速性、稳定性、动态性能好是工业自动化生产中的基本要求。
在工业控制领域，调速控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。
就当前的控制策略而言，占统治地位的仍旧是常规的PID控制。
PID结构简单、稳定性好、工作可靠、使用中不必弄清系统的数学模型，为快速搭建合适的参数控制系统提供了方便。
目前，变频调速已被公认为最理想的调速方式之一，在实际应用中用户可根据自己的实际工艺要求和运用场合选择不同类型的变频器。
本设计就基于S7-200 PLC的PID调节模块实现变频器的闭环调速，最后通过上位机组态软件观测电机转速。
二、系统设计该系统主要由三个部分构成，即可编程逻辑控制器件S7-200、变频器MM420和电机。
首先通过设置给定输入给PLC，再通过PLC控制变频器，再经由变频器来控制电机，随后将电机的转速反馈给PLC，经比较后输出给变频器从而实现无静差调速。
速度的测量可以通过光电编码器和PLC来实现。
速度采集可利用S7-200的高速脉冲采集功能，采集频率可以达到30KHz，共有6个高速计数器（HSC0～HSC5），工作模式有12种。
在固定时间间隔内采集脉冲差值，通过计算即可以获得电动机的当前转速。
例如：设采样周期为100ms 即是每隔100ms采集脉冲一次，光电开关每转发出8个脉冲，那么就可以得到速度为。
其中，？驻m为采样周期内接受到的脉冲数。
转速的单位为r/min。
基于PLC控制的变频闭环调速系统设计
基于PLC控制的变频闭环调速系统设计张芬【摘要】利用PLC、变频器、异步电动机及旋转编码器构建交流变频闭环调速控制系统。
文章介绍了变频调速系统的组成及工作原理，给出了系统控制方案并设计了相关梯形图程序，利用MCGS组态软件对该系统的上位机监控界面进行设计。
运行结果表明：该系统可靠性高，扩展性好，动态响应速度快。
%This paper using PLC, inverter, asynchronous motor and rotary encoder to structure a closed loop system of AC variable frequency drive. The thesis described the constitution and working prin-ciple of the variable-frequency drive,give a control method of system and design the ladder diagram pro-gram, using MCGS configuration software to design the monitoring interface of system. The trial operation results show that the system has high reliability,good scalability and fast dynamic response.【期刊名称】《工业仪表与自动化装置》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】3页(P78-80)【关键词】PLC;变频调速系统;变频器【作者】张芬【作者单位】西安航空职业技术学院自动化工程学院，西安710089【正文语种】中文【中图分类】TP2770 引言变频器是在保证电机原有性能的情况下，通过改变电机的供电频率和电压的方式，实现电机转速调节的现代电力电子设备。
基于PLC的变频器调速系统综述
毕业论文基于PLC的变频器调速系统系别 _________________专业 _________________班级 _____________姓名 __________________2012 〜2013 学年第一学期学号 ________________三相交流异步电动机是工农业中最重要的拖动设备之一，因为其结构简单、维修容易而得到了广泛的应用，而随着社会进一步的发展，交流电机已经不仅仅局限于简单的恒速控制，在更多的现代工业生产中，很多设备需要根据不同的工作环境，要调节到一个特定的转速。
从而对三相交流异步电动机的速度提出要求，希望能对电机运行速度进行调节，并能稳定运行。
电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。
三相交流异步电动机变频技术有调速时平滑性好，效率高；低速时，特性静关率高，相对稳定性好，调速范围大，精度高等特点和优点。
变频器不但在传统的电力拖动系统中得到了广泛的应用，而且几乎已经扩展到了工业生产的所有领域，尤其在空调、洗衣机、电冰箱等家电产品中的应用。
为了实现在恶劣的工作环境中对三相交流异步电动机进行远程控制，引入PL（Programmable Logic Con troller,可编程逻辑控制器）控制单元，实现了对变频调速系统的智能控制，使得该调速系统性能更加优越，满足了现代工业化生产的需要。
本次设计就是基于PLC的变频器调速系统，将现在应用最广泛的PLC和变频器综合起来实现电机的正反转，加减速以及快速制动等。
关键词：变频器、PLC交流电机、调速ABSTRACTAC in ducti on motor is one of the most importa nt in dustrial and agricultural drag equipment. It has been widely used because of its simple structure and easy maintenance. With the further development of society, AC motor is not limited to simple constant speed con trol, i n the more moder n in dustrial producti on. Many devices n eed to be adjusted to a specific speed according to different working environments. For AC motor speed proposed requireme nts. The realizati on of operati on speed regulati on and stable operati on.AC variable freque ncy tech no logy is en ergy sav ing, a major means to improve the process to improve product quality and improve the en vir onment, promoti ng tech no logical progress. AC motor freque ncy con versi on tech no logy are speed smooth and good, high efficiency; low speed characteristics, static clearance rate high, relatively good stability, wide speed ran ge, high precisi on adva ntages and characteristics. Variable-freque ncy Drive has bee n widely used not only in traditi onal electric drive system, and almost has bee n exte nded to all areas of in dustrial producti on. Especially in air con diti on ers, wash ing machines, refrigerators and other appliances. In order to achieve the remote control in poor working conditions in the motor, the introduction of the PLC (Programmable Logic Controller ) control unit, realize the variable frequency speed regulation system of intelligent control, makes the speed regulation system performance more superior, meet the n eed of moder n in dustrial product ion.The desig n is based on PLC, freque ncy con verter speed con trol system, PLC and frequency converter together to achieve the reversing of the motor, acceleration and decelerati on, and rapid brak ing.Keywords: Variable-freque ncy Drive; PLC; AC motor ; speed control目录1. 绪论 (1)1.1. 本设计的背景 (1)1.1.1. 变频调速的背景与研究意义 (1)1.12 变频调速技术介绍 (1)1.1.3. 变频调速技术发展和现状 (3)1.2. 本设计的主要内容 (5)2. 本设计方案的确定 (6)2.1. 变频调速系统 (6)2.1.1. 三相交流异步电动机 (6)2.1.2. 西门子MM420 变频器 (10)2.2. 系统功能分析 (13)2.3. 设计方案的确定 (14)2.3.1. 变频调速的控制方式及选定 (14)2.3.2. PLC 的选择 (14)2.3.3. 变频器的选择 (14)2.3.4. 电动机的选择 (15)3. 变频调速系统的硬件设计和软件设计 (16)3.1. 变频调速系统电路设计 (16)3.2. 变频调速系统的软件设计 (16)3.2.1. 变频调速系统PLC程序设计 (16)3.2.2. MM420变频器参数设定 (17)4. 变频器调试系统安装与调试 (19)4.1. 变频器的安装、布线及抗干扰 (19)4.1.1. 变频器的安装 (19)4.1.2. 变频器的布线 (20)4.1.3. 变频器的抗干扰 (21)4.2. 变频器的保护功能及故障处理 (21)4.2.1. 变频器的保护功能 (21)4.2.2. 变频器的故障分析及处理 (22)5. 设计总结 (23)6. 附录 (24)参考文献 (27)31. 绪论1.1. 本设计的背景1.1.1. 变频调速的背景与研究意义我国对交流变频调速技术的研究起步较晚，直到上个世纪90年代才有产品出现，而且采用的控制技术相对单一，主要以V/F控制方式为主，而且性能较低，无法满足动态性能要求和生产节能需求。
基于PLC控制的变频器调速系统_毕业设计论文
目录目录 (1)第一章系统的功能设计分析和总体思路 (2)1.1 概述 (2)1.2 系统功能设计分析 (3)1.3 系统设计的总体思路 (3)第二章PLC和变频器的型号选择 (4)2.1 PLC的型号选择 (4)2.2 变频器的选择和参数设置 (5)2.2.1 变频器的选择 (5)2.2.2 变频调速原理 (6)2.2.3 变频器的工作原理 (6)2.2.4 变频器的快速设置 (7)第三章硬件设计以及PLC编程 (9)3.1 开环控制设计及PLC编程 (9)3.1.1 硬件设计 (9)3.1.2 PLC软件编程 (10)3.2 闭环控制设计 (14)3.2.1 硬件和速度反馈设计 (14)3.2.3 闭环的程序设计以及源程序 (16)第四章实验调试和数据分析 (21)4.1 PID 参数整定 (21)4.2 运行结果 (22)第五章总结和体会 (22)第六章附录 (24)6.1 变频器内部原理框图 (24)第七章参考文献 (25)第一章系统的功能设计分析和总体思路1.1 概述调速系统快速性、稳定性、动态性能好是工业自动化生产中基本要求。
在科学研究和生产实践的诸多领域中调速系统占有着极为重要的地位特别是在国防、汽车、冶金、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。
调速控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。
可编程控制器（PLC）可编程控制器是一种工业控制计算机，是继续计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。
它具有抗干扰能力强，价格便宜，可靠性强，编程简朴，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用。
目前在控制领域中，虽然逐步采用了电子计算机这个先进技术工具，特别是石油化工企业普遍采用了分散控制系统（DCS）。
但就其控制策略而言，占统治地位的仍旧是常规的PID控制。
PID结构简朴、稳定性好、工作可靠、使用中不必弄清系统的数学模型。
基于PLC模拟量方式的变频闭环调速控制系统设计
************************************** 基于PLC模拟量方式的变频闭环调速控制系统设计学生学号：**********学生姓名：******专业班级：**********指导教师：******职称：****起止日期：***************************************************************专业综合设计任务书一．设计题目：基于PLC模拟量方式的变频闭环调速控制系统设计二．设计目的1．掌握S7-200PLC数据转换指令的使用及编程。
2．掌握S7-200PLC模拟量控制变频器进行闭环调速的接线、调速、操作；三．设计任务及要求1．总体控制要求：PLC根据模拟量输入端的给定值和过程变量值，控制信号及模拟量输入端的给定值信号和过程变量值信号，经过程序运算后由模拟量输出端输出值到变频器；2．电机运行速度超出设定值时开始减速；3. 电机运行速度低于设定值时开始减速。
四．设计时间及进度安排（宋体，小四号字，加黑）设计时间共三周（20**.**.**~20**.**.**）,具体安排如下表：- I -基于PLC模拟量方式的变频闭环调速控制系统设计目录专业综合设计任务书 (I)第1章专业综合设计的目的 (1)第2章三相交流异步电动机 (2)2.1 三相交流异步电动机工作原理 (2)2.2 电机极对数 (3)2.3 三相异步电动机的调速方式 (4)2.3.1 变极调速 (4)2.3.2 变频调速 (4)2.3.3 变转差率调速 (4)第3章MM440变频器简介 (6)3.1 MM440概述 (6)3.1.1 MM440简介 (6)3.1.2 MM440特点 (6)3.1.3 MM440参数设置 (6)3.2 变频器MM440启动三相异步电机 (8)第4章西门子S7-200概述 (9)4.1 S7-200介绍 (9)4.2 S7-200系列PLC的基本硬件组成 (10)4.3 可编程控制器的工作扫描方式 (13)4.4 以太网电缆与STEP7 Micro/WIN SMART的编程设备进行通信连接 (14)第5章变频调速系统结构 (15)5.1 系统结构控制模型 (15)5.2 PLC变频调速闭环系统流程图 (15)第6章程序设计 ·········································································错误！未定义书签。
基于PLC和变频器调速控制的系统全自动控制实现路径
基于PLC和变频器调速控制的系统全自动控制实现路径标签：PLC;变频器调速控制;全自动控制;实现路径1.引言本文通过PLC和变频器调速控制的系统设计，其配置较为灵活，并且其具有较高的控制进度、良好的经济效益、可靠性及系统的软启动优势，其被广泛应用到多数工控领域中。
2.调速控制系统的设计2.1启动暂停控制的设计现代工业在工作过程中，其中一般都具有三个启动暂停按钮，分别为启动、暂停和寸进。
寸进按钮也就是点动按钮，其能够实现工业生产过程中的试车。
在按下启动按钮的时候就会将整个系统启动，在此过程中要充分考虑工业现场操作人员对于启动按钮误操作产生的危险性，一般都是按下启动按钮延时三秒之后才能够启动系统。
本文在实现系统程序设计过程中，使用速度的反馈与顺序启动相互结合，从而能够对系统设备启动的顺序进行分析，如果系统启动顺序错误就会导致工业生产产品的质量出现问题。
2.2故障反馈的处理生产及电气故障能够实现故障的反馈，其中的生产故障指的是超过料靶、行走的极限，并且刮板链断裂;电气故障指的是电机过载和变频器异常，能够自动停车，便于生产人员及维护人员进行生产，对故障进行及时的处理，还能够充分展现故障的原因。
2.3人机界面的设计利用人机界面对工业的工作流程进行有效的控制，能够有效实现电气设备维护及调试，并且还能够计算产能，实现自动报警和系统的监控。
其中人机界面主要包括运行操作、系统调试、计算产能、显示故障等，其能够实现工业运行状态的知识，显示每月的产量，实现自动控制等。
3.系统的自动化控制实现本文使用$7200系列的PLC进行通信，其主要包括三种通信方式，第一种为点对点的通信，第二种为DP方式，第三种为自由通信的方式。
第一种方式主要是通过西门子公司PLC编程器或者其他的公司人机接口产品通信，其通信协议为隐秘的，第二种方式能够使PLC利用DP通信接口接入到现场总线网络中，以此有效提高PLC使用的范围。
第三种方式通过用户实现通信协议的定义，从而实现其和外部设备的通信。
基于PLC的交流异步电机转速闭环控制系统设计
目录1 绪论 (1)1.1 变频器 (1)1.2 可编程控制器 (1)1.3 HMI (2)1.4 组态软件 (3)2 系统硬件设计 (4)2.1 系统设计目的 (4)2.2 系统硬件结构框图 (4)2.3 硬件选型 (5)2.4 硬件接线 (8)3 系统软件设计 (9)3.1 变频器参数 (9)3.2 触摸屏组态画面 (10)3.3 PLC编程 (11)3.3.1 PID向导 (11)3.3.2 PID指令 (18)4 系统调试 (21)5 总结 (22)1 绪论随着变频调速技术的不断发展，交流传动系统的性能突飞猛进。
交流异步电动机以其低廉的造价、坚固的结构得到了越来越广泛的应用。
在交流传动的许多应用场合中，均对电机的调速性能和定位性能提出了较高的要求。
异步电动机以其大功率、高性价比的独特优势而占有一席之地，但同时其调速性能和定位性能却不甚完美，尚需完善。
本次实验基于可编程控制器（PLC）硬件平台的异步电动机综合控制系统。
该系统通过可编程逻辑控制器（PLC）来控制变频器，最终实现异步电动机转速的闭环控制。
并通过HMI面板直观的显示出来。
1.1 变频器变频器(Variable-frequency Drive，VFD)是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源的频率来控制交流电动机的电力控制设备。
通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。
变频器的用途：通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。
采用变频器一是可以提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求；二是为了节约能源、降低生产成本。
用户根据自己的实际工艺要求和运用场合选择不同类型的变频器。
在调速系统中变频器的优点是：一、调速平滑、调速范围大。
通过控制器的控制，变频器的输出频率可以连续调节，实现无级调速，使电动机起动电流小、动负荷小、调速平滑而无冲击。
机电系统实验-基于PLC模拟量方式的变频器闭环调速
实验十八基于PLC模拟量方式的变频器闭环调速一、实验目的1.利用可编程控制器及其模拟量模块，通过对变频器的控制，实现电机的闭环调速。
2.了解可编程控制器在实际工业生产中的应用及可编程控制器的编程方法。
二、控制要求变频器控制电机，电机上同轴连旋转编码器。
编码器根据电机的转速变化而输出电压信号Vi1反馈到PLC模拟量模块（FX0N-3A）的电压输入端，在PLC内部与给定最经过运算处理后，通过PLC模拟量模块（FX0N-3A）的电压输出端输出一路DC0~+10V电压信号Vout来控制变频器的输出，达到闭环控制的目的。
三、控制系统原理图四、PID闭环调速运算规律1.理解FXON系列的PID功能指令FXON系列的PID回路运算指令的功能指令编号为FNC88，源操作数[S1]，[S2]，[S3]和目标操作数均为D，16位运算占9个程序步，[S1]，[S2]分别用来存放给定值SV和当前测量到的反馈值PV，[S3]——[S3]+6用来存放控制参数的值，运算结果MV存放在[D]中。
PID指令用于闭环模拟量的控制，在PID控制之前，应使用MOV指令将参数设定值预先写入数据寄存器中。
如果使用有断电保护功能的数据存储器，不需要重复写入。
如果目标操作数[D]有断电保护功能，应使用初始化脉冲M8002的常开触点将它复位。
[S3]——[S3]+24分别用来存放PID运算的各种参数，具体如下：在P，I，D这三种控制作用中，比例部分与误差部分信号在时间上时一致的，只要误差一出现，比例部分就能及时地产生与误差成正比例的调节作用，具有调节及时的特点。
比例系数越大，比例调节作用越强，系统的稳态精度越高；但是对于大多数的系统来说，比例系数过大，会使系统的输出振荡加剧，稳定性降低。
调节器中的积分作用与当前误差的大小和误差的历史情况都有关系，只要误差不为零，控制器的输出就会因积分作用而不断变化，一直要到误差消失，系统处于稳定状态时，积分部分才不再变化，因此，积分部分可以消除稳态误差，提高控制精度。
基于PLC与变频器的交流电机调速控制系统
基于PLC与变频器的交流电机调速控制系统摘要：变频调速系统中，变频控制与PLC的应用是十分关键的。
所以，要根据现场实际情况，对变频器和PLC 进行优化控制，以确保二者都能实现真正的自动控制，希望能在一定程度上减少交流电动机调速系统的能耗，本论文以PLC和变频调速为基础，对我国电动机行业的发展起到了积极作用。
关键词：PLC;变频器;交流电机采用变频调速器可以有效地提高工业的自动化程度和提高工作的工作效率。
为此，设计者必须加强对变频调速的研究，深入理解其工作机理，并利用其自身的制动、调速、启动特性，并运用组合程序Wincc进行控制，确保调速的稳定。
1、PLC概述PLC是一种常用的计算机控制软件，它所使用的内存都是可编程的，具有储存程式的功能，可执行顺序控制、计数及逻辑运算等有关运算，并以模拟量、数字等形式进行资料的输出与输入，对各类机器的运作进行高效控制。
PLC供电在电力供应中占有举足轻重的地位。
PLC的控制中心是微机，该软件受PLC软件编程的支配，具有从编程软件输入的程序和资料的接收和储存，并可以进行故障诊断。
此外，PLC的相关设备能够适应用户对变频调速器的要求，提高PLC的抗干扰性和稳定性。
另外，通过PLC配线与程序的设计可以达到某种程度上的同步，既可以大大减少研发周期，又可以大大地提升交流电动机的工作性能。
2、变频器概述本工程在进行交流电动机的控制时，十分注重变频器的应用，并将它应用于电工、电力、信息和控制等方面。
另外，采用变频技术可以有效地解决传统的DC电机自身的抽水問题，确保了交流电机的优越性。
由于其自身坚固耐用，结构简单，采用变频技术可有效地克服交流电机的速度问题。
2.1变频器在交流电机调速控制系统节能结合方面的运用通过对变频调速器的详细研究，可以看出它是一种典型的泵、风机，它可以在一定程度上减少电力的损耗，通常可以节省20%～60%的电力，再加上风机和泵的负荷，它的功耗与速度成正比，既可以达到节能的目的，又可以改善整个系统的性能。
[毕业设计精品]基于plc与变频器模拟量方式的闭环调速[管理资料]
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目录目录 (1)摘要 (2)第一章概述 (3)1．1 PLC的应用领域 (3)1．2变频器的分类 (4)1．3本课题的意义 (6)第二章应用器件的介绍 (6)2．1 PLC的工作原理和结构 (6)2．2 A/D转换器、D/A转换器的作用与原理 (10)变频器的工作原理及其组成结构 (11)2．4触摸屏的作用与工作原理 (12)2．5 PID的的作用 (12)第三章总体组合电路的设计 (14)3．1总体结构设计图 (14)3．2设计器件的选用 (15)3．3外部设备的连接 (20)3．4软件编程设计 (20)3．4．1 2DA转换器的程序 (20)3．4．2 2AD转换器的程序与PID调节程序 (22)3．5触摸屏设计 (24)第四章总结 (26)附录................................................................................................................... 错误!未定义书签。
致谢................................................................................................................... 错误!未定义书签。
参考文献.. (29)基于PLC与变频器模拟量方式的闭环调速可编程控制器的变频调速系统设计【摘要】本文主要介绍了本人与本组同学研究和设计基于可编程控制器的变频调速系统的若干成果，在本次的设计中，我们的设计系统主要由PLC、A/D转换器 D/A 转换器、变频器、触摸屏、传感器、电动机等几部分组成。
经过本次设计，一起讨论研究，使我对所有器件有了新的认识，尤其对PLC有了更多的了解：PLC是能进行行逻辑运算，顺序运算，计时，计数，和算术运算等操作指令，并能通过数字式或模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程的工业计算机。
基于PLC模拟量的变频器闭环调速控制
矿井通风系统------基于PLC模拟量的变频器闭环调速控制摘要随着电力电子技术及控制技术的发展，使得交流变频调速在工业电机拖动领域得到了广泛应用。
由于PLC的功能强大、容易使用、高可靠性，常常被用来作为现场现场数据的采集和设备的控制。
本文介绍了 PLC控制变频调速系统在矿井局部通风机中的应用。
以瓦斯浓度为主控参数,通过A/D采样模块采集瓦斯浓度，送入PLC与设定值进行运算，输出再经过D/A转换控制变频器 ,来调节局部通风机电机转速实现最优控制 ,达到安全监控与节能目的。
关键字：PLC；变频器；PID控制；局部通风机；A/D转换；D/A转换AbstractWith the power electronics and control technology, making the AC variable speed motor drive in the industry has been widely applied. Since the PLC powerful, easy to use, high reliability, are often used as a field-site data collection and device control.This article describes the frequency control system PLC control local fan in the mine in the application. To gas concentration as the main control parameters through the PLC control frequency, to adjust the fan motor speed to achieve optimal local control, to security monitoring and energy conservation purposes.Keyword：PLC; inverter; PID control; local fan；A / D converter; D / A converter目录0中英文摘要 (1)1引言 (3)1.1 PLC概述 (3)1.2设计目的 (3)1.3设计内容 (3)1.4设计实现目标 (3)2系统总体方案设计 (4)2.1系统硬件配置及组成原理 (4)2.2系统接线图设计 (6)3控制系统设计 (7)3.1控制程序流程图设计 (7)3.2控制程序设计思路 (7)4系统调试及结果分析 (8)4.1系统调试步骤 (8)4.2遇到的问题以及解决方案 (9)4.3结果分析 (9)5结束语 (9)6参考文献 (10)1 引言1.1 PLC概述可编程控制器(PLC)是以计算机技术为核心的通用自动化控制装置,它的功能性强,可靠性高,编程简单,使用方便,体积小巧,近年来在工业生产中得到广泛的应用,被誉为当代工业自动化主要支柱之一。
基于PLC控制的变频器调速系统
目录目录 (1)第一章系统的功能设计分析和总体思路 (2)1.1 概述 (2)1.2 系统功能设计分析 (3)1.3 系统设计的总体思路 (4)第二章PLC 和变频器的型号选择 (5)2.1 PLC 的型号选择 (5)2.2 变频器的选择和参数设置 (6)2.2.1 变频器的选择 (6)2.2.2 变频调速原理 (8)2.2.3 变频器的工作原理 (8)2.2.4 变频器的快速设置 (8)第三章硬件设计以及PLC 编程 (12)3.1 开环控制设计及PLC 编程 (12)3.1.1 硬件设计 (12)3.1.2 PLC 软件编程 (13)3.2 闭环控制设计 (18)3.2.1 硬件和速度反馈设计 (18)3.2.3 闭环的程序设计以及源程序 (20)第四章实验调试和数据分析 (24)4.1 PID 参数整定 (24)4.2第五章第六章6.1第七章运行结果 (25)总结和体会 (26)附录 (27)变频器内部原理框图 (27)参考文献 (28)第一章系统的功能设计分析和总体思路1.1概述调速系统快速性、稳定性、动态性能好是工业自动化生产中基本要求。
在科学研究和生产实践的诸多领域中调速系统占有着极为重要的地位特别是在国防、汽车、冶金、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。
调速控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。
可编程控制器（PLC）可编程控制器是一种工业控制计算机，是继续计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。
它具有抗干扰能力强，价格便宜，可靠性强，编程简朴，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用。
目前在控制领域中，虽然逐步采用了电子计算机这个先进技术工具，特别是石油化工企业普遍采用了分散控制系统（DCS）。
但就其控制策略而言，占统治地位的仍旧是常规的PID控制。
PID结构简朴、稳定性好、工作可靠、使用中不必弄清系统的数学模型。
基于PLC数字量方式的变频器的调速控制
基于PLC数字量方式的变频器的调速控制作者：张树焦健来源：《科技资讯》 2012年第14期张树焦健(河北港口集团有限公司教育培训中心职业高中河北秦皇岛 066000)摘要:随着自动控制技术的发展,交流调速系统基本取代了直流电动机调速系统,该领域迫切需要掌握变频器应用技能的电气技术工人。
本文以在电气传动系统中广泛采用的变频器控制的交流调速系统为例,分析设计了基于PLC数字量方式控制变频器调速的实训方案。
关键词:变频器调速数字量 PLC中图分类号:TN77 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(b)-0035-021 基于PLC数字量方式控制变频器调速的现实意义随着现代电子技术的飞速发展,变频调速节电器以其卓越的功能在各个领域得到越来越广泛的应用,在不到20年的时间里,已被国内外公认为是最理想、最有发展前途的一种调速方式了。
在电力拖动领域,解决好电动机的无级调速问题具有十分重要的意义。
随着职业教育的改革,以就业为目标,突出技能,强调与岗位衔接,注重增加相关实训内容,培养学生解决实际问题的能力,成为职业院校培养人才的目标。
现代工矿企业尤其是港口运动机械大多采用变频器驱动电机,并通过操作机构和各种终端保护实现多段速控制的应用较多。
熟悉变频器的基本操作和控制,为学生将来更好更快地适应工作岗位打下基础。
2 基于PLC数字量方式控制变频器调速控制的重点与难点对于想要实现基于PLC数字量方式控制变频器调速,首先需要学员掌握变频器外部控制端子的功能和控制方式,熟悉PLC的编程,在此基础上了解变频器在外部运行模式下的操作方式,最后结合港口装卸设备对电动机械的运行和控制要求,着重讲解多段速变频调速的使用及设置,并通过实训使学员掌握科学、正确的设计方法。
在讲解与操作过程中要注意强调该应用的实际意义,引入PLC开关量控制时要引导学员自行分析出开关量和变频器外部端子控制方式的相通之处,利用PLC程序实现将端子控制方式转换为数字量方式控制。
基于PLC与变频器模拟量方式的闭环调速系统
交一 交型 。 （ 见图１ ） （ Ｉ ） 交— 直一 分为 电压 型和 电流型两 种 。 由于 电压 型变 频器是作 为 电压 源 向交 流 电动机 提供 交流
电功率 ， 所 以其 主要优 点是 运行几 乎 不受 负载 的功率 因数或 换流 的影 响 ， 它主
要适 用于 中、 小容 量 的交流传 动系统 。 与 其相 比， 电流 型变频 器施加于 负载上 的 电流值 稳定 不变 ， 其特 性类 似于 电流 源 ， 它主要 应用 在大容 量 的 电机 传动 系统 以及大 容量 风机 、 泵 类 节能调 速 中 。
（ ２ ） 交一 交型变 频器 ： 它的 功 能是 把一种 频率 的 电直接 变成 另一 种频 率 的
与计 算机进 行通 讯 联 网， 计 算机 来实 现对 其编程 和 管理 。 Ｐ Ｌ Ｃ 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 。 Ｐ Ｌ Ｃ 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 控制 。 ６ 变顿 器的 分 类
［ 关键 词］ Ｐ Ｌ Ｃ 变 频器 传 感器 Ａ／ Ｄ Ｄ ／ Ａ转换器 中图分类 号 ： Ｔ Ｍ７ ２ ５ 文 献标 识码 ： Ａ
文 章编 号 ： １ ０ ０ ９ — ９ １ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ５ ） ４ ６ — ０ ０ ０ ５ — ０ １
作为通 用工 业控制 计算机 ， ３ 哆 年来 ， 可编 程控 制器从无 到有 ， 实 现了工 业 控 制领 域接 线逻 辑到存 储 逻辑 的飞跃 ， 其功 能从弱 到强 ， 实 现 了逻辑 控制 的到
型 的机械 或生 产过程 。 Ｐ Ｌ Ｃ 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 其功 能 的原则 而设 计 。 １ ． 开 关量 的逻 辑 控 制
基于PLC控制的变频调速系统
课程设计题目：基于PLC控制的变频调速系统一、课程设计目的本课程设计的目的在于培养学生运用已学的PLC控制技术的基础知识和基本理论，加以综合运用，进行PLC控制系统设计的初等训练，掌握运用PLC进行系统控制设计的原则、设计内容和设计步骤，为从事PLC相关的毕业设计或今后的工作需要打下良好的基础。
二、课程设计内容（包括技术指标）通过CPM1A-MAD02-CH模拟量模块将电压信号转换为数字量，并通过特殊通道13传递给PLC，再由PLC进行处理，分成5级，最后用其处理的结果对变频器进行控制，实现5级频率改变，进而实现异步电动机的调速；同时要用旋转编码器进行测速，从而实现转速可调可测。
表3-1为调节结果要求。
表3-1调节结果要求电压范围（V）转化后对应数字量变频器输出0-2 0000-0020 25HZ2-4 0020-0062 30HZ4-6 0062-0093 35HZ6-8 0093-00C4 40HZ三、课程设计原则1、尽可能地满足被控对象的控制要求；2、在满足控制的前提下，力求使控制系统简单、经济；3、保证控制系统安全可靠；4、考虑到被控对象的改进，在选择PLC的I/O数量时，应适当留有余量；四、课程设计步骤1、对控制系统任务和要求作深入的调查研究，明确控制任务：2、选择和确定用户I/O设备：根据传统控制线路，确定出PLC改造所需的各种输入/输出设备，即各种按钮、开关、继电器和接触器等。
3、确定系统整体设计方案，选择PLC型号确定系统整体设计方案十分重要，要在全面了解控制要求的基础上确定电气控制方案。
根据所选用的电器或元件的类型和数量，计算所需PLC的输入/输出点数，选择合适的点数。
由于本设计中只涉及到开关量，因此在选择PLC 型号时，只需考虑I/O点数，并有一定的余量（10%~15%）选择小型PLC。
4、控制系统的硬件设计（1）主电路的设计；（2）确定出输入、输出信号，画出PLC的I/O接线图；5、控制系统的软件设计（1）首先分别设计出全自动洗衣机各部分的控制软件梯形图；（2）整体控制软件梯形图设计；6、联机调试；7、撰写设计说明书。
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进行调速控制。
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5.2.1 转速闭环调速系统的工作原理 2.闭环调速系统工作原理
PLC
给定电压 A/D PID D/A 变频器 电动机 n
0.5
IN
OUT
MOV_R ENO EN
0.1
IN
OUT MOV_R ENO OUT
EN
0.0
IN
MOV_R ENO EN
0.2
IN
OUT MOV_B ENO OUT ATCH
EN
100
IN
EN
ENO
INT_0 10
INT EVNT
( ENI)
全局开中断
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达到期望值。系统流程图如下图5-7所示。
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5.2.2 基于PLC、变频器的闭环调速系统的设计
2.闭环调速系统的软件设计
开始 设置KP、KI、KD参数 定义定时中断 采样给定电压信号
执行PID运算 否 是否按启 动按钮？ 是 采样时间 是否到？ 是 采样同轴编码器 电压输出信号 否 否 是否按停 止按钮？ 是 结束 输出PID运算结果， 调整变频器输出频率
QF L1 L2 ~380V L3
同轴编码器 转速输出端
-
+
0~5V
Q0.0 1M A+ EM235 M0 AB+ V0 B-
U V W M 3~
பைடு நூலகம்图5-6
转速闭环调速系统的硬件接线图
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5.2.2 基于PLC、变频器的闭环调速系统的设计
5.2 基于PLC、变频器的转速闭环调速系统
近年来交流调速中最活跃、发展最快的就是变频调速 技术。根据工艺要求，生产线或单台设备需要按程序或按 要求调整电机速度，如电梯运行中速度的改变、包装机传 送系统等，根据不同品种的产品，需要改变系统传送速度， 使用变频调速可使调速系统结构简单，控制准确，并易于 实现程序控制。本节介绍基于PLC模拟量方式的变频闭环 调速控制系统. 5.2.1 转速闭环调速系统的工作原理
图5-7 转速闭环系统流程图 西安航空职业技术学院 自动化工程学院
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5.2.2 基于PLC、变频器的闭环调速系统的设计
2.闭环调速系统的软件设计
系统程序包括主程序、子程序和中断服务程序。主程 序用来调用初始化子程序并启动变频器。子程序用来建立 PID回路初始化参数表和设置中断。采用定时中断来定时采 样，设置定时时间和采样时间为100ms。中断程序用于采样、 执行PID运算并输出。首先将采样到的同轴编码器转速输出 电压值、设定电压值转换为0~1间的实数存入PID回路表相 应位置VD100、VD104单元中，其次进行PID运算，将PID运 算后的输出值取整后由模拟量输出通道AQW0输出，调整变 频器输出频率，从而调节电动机转速。
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5.2.2 基于PLC、变频器的闭环调速系统的设计
1.闭环调速系统的硬件组成
SB1 SB2 CPU224 I0.0 I0.1 L+ M 1L
MM440
9 +24V 5 DIN1 4 AIN1(-) 3 AIN1(+) L1 L2 L3
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5.2.2 基于PLC、变频器的闭环调速系统的设计
2.闭环调速系统的软件设计
子程序SBR_0：
网络1
SM0.0 MOV_R ENO EN
写入比例系数 KP=0.5 VD112 写入采样时间 0.1s VD116 关闭积分 KI=0.0 VD120 写入微分系数 KD=0.2 VD124 写入定时中断 的周期100ms SMB34 定时时间到调 用中断程序0
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5.2.2 基于PLC、变频器的闭环调速系统的设计
2.闭环调速系统的软件设计
主程序：
网络1
启动按钮按下时启动变频器，停止按钮按下时停止变频器的运行 启动按钮:I0.0 停止按钮：I0.1 变频器启动信号：Q0.0
(
Q0.0
)
网络2
上电瞬间，调用初始化子程序 SM0.1 EN SBR_0
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5.2.1 转速闭环调速系统的工作原理
60 f (1 s) n p
由上式可知，转速n与频率f成正比，只要改变频
率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围 内变化时，电动机转速调节范围非常宽。
变频器是一种电动机驱动控制设备，它是将工频
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5.2.2 基于PLC、变频器的闭环调速系统的设计
1.闭环调速系统的硬件组成
要将转速信号转换成电压信号送给PLC，需要选用PLC
的模拟量扩展模块EM235. EM235具有12位的四路模拟量输 入通道、1路模拟量输出通道。本系统中用两路模拟量输入 通道，一路将转速信号通过同轴编码器转换后的电压信号 送到模拟量输入通道A中，另一路将给定值由电位器调节电 压送到模拟量输入通道B口中。由于A通道采样的电压为5V～0V，B通道电压0V～5V范围，所以EM235 模块DIP 开关 设置设定为010000，即模拟量输入范围为±5V。
选择西门子S7-200系列CPU224型PLC，该型号PLC有14输入
/10输出，可连接7个扩展模块，20KB程序和数据存储空间， 6个独立高速计数器，2个100KHz的高速脉冲输出，2个 RS485通讯口，具有PPI、MPI通讯协议和自由方式通讯能 力及PID内置功能。
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SM0.0 EN PID ENO
网络4 模拟输出
SM0.0 MUL_R ENO EN
VB100 0
将PID运算结 果转为工程量 AC0 将转为工程量 的数据取整 AC0 将双整数转换 为整数 AC0 将数值写入模拟 输出单元 AQW0
TBL LOOP
VD108 32000.0
IN1 IN2
OUT
ROUND ENO EN
输入接口
PLC地址 功能注释 I0.0 I0.1 AIW0 启动按钮 停止按钮 单元板端口 SB1 SB2 PLC地 址 Q0.0 AQW0
输出接口
功能注释 变频器启动信号 变频器输出频率调 整端 变频器 DIN1端 AIN+端
EM235的A通道 同轴编码器转 速输出端
AIW2
EM235的B通道 0-5V电压信号
2.闭环调速系统的软件设计
开机后，首先设置PID的参数如比例系数KP、
积分系数KI、微分系数KD等。设置100ms定时中断。 按下启动按钮，每隔100ms分别采样一次设定电压
值、同轴编码器的转速输出电压，将所采样的值
转换为0~1间的实数，执行PID运算，将运算结果
输出调整变频器输出频率，从而调节电动机转速
运算结果以0-10V间电压信号输出，用以调整变频器的输
出频率。在使用变频器前要对变频器进行相应参数的设定， 此内容在4.2节已做叙述，大家可参考此节内容。
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5.2.2 基于PLC、变频器的闭环调速系统的设计
1.闭环调速系统的硬件组成
表5-1 I/O地址分配表
AC0
IN DI_I EN
OUT
ENO OUT
AC0
IN
MOV_W ENO EN
AC0
IN
OUT
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5.2.2 基于PLC、变频器的闭环调速系统的设计
PLC作为一种新型的工业控制装置，以其运行可靠性
高、组合灵活、功能强大和维护方便等优点，在工业自动 化生产领域中的应用日益广泛，用量高居首位，成为现代
工业自动化的三大支柱之一。
目前性能较好的PLC有德国西门子公司、日本三菱公 司、欧姆龙公司、美国的AB公司等各公司的产品。本系统
OUT
MOV_R ENO EN
将标准化数值写 入回路参数表 VD104
AC1
IN
OUT
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5.2.2 基于PLC、变频器的闭环调速系统的设计
2.闭环调速系统的软件设计
中断服务程序INT_0
网络3 执行PID指令，参数表起始地址为100，回路标号0
5.2.2 基于PLC、变频器的闭环调速系统的设计
2.闭环调速系统的软件设计
中断服务程序INT_0：
网络1 采样转速输出电压值，将其标准化后送入VD100单元
SM0.0 EN I_DI ENO OUT DI_R EN ENO OUT
将整数转换为 双整数 AC0 将双整数转换 为实数 AC0 将数值标准化 AC0
A/D
同轴编码器
该闭环调速系统中，与电动机同轴相连的光电旋转编码器， 将电机的转速转换成电压，反馈到 PLC 的模拟量模块的一路输 入端，与给定量（模拟量模块的另一路模拟量输入信号，电压 0V~ 5V）一起在 PLC 内部通过 PID 运算处理后，再通过 PLC 模拟量模块的输出端子输出一路DC0V~10V 的电压信号来控制变 频器的输出，从而实现闭环调速控制，以达到运行速度平稳、 精确的目的。