自动化设计 基于PLC的交流异步电机转速闭环控制系统设计

基于PLC的交流异步电机转速闭环控制系统设计

成绩：

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班级：自动化

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PLC技能考核设计训练任务书

设计日期：年月日至年月日

设计题目：基于PLC的交流异步电机外扩一个EM235模块，实现采集电机转速并对电机转速进行控制

设计主要内容：使用CPU224XPX系列，外扩一个EM235模块，实现采集电机转速并对电机转速进行控制

指导教师评语：

指导教师签字：

1 绪论 (1)

1.1变频器 (1)

1.2 可编程逻辑控制器PLC (1)

1.3触摸屏 (2)

1.5组态软件 (2)

1.6闭环控制系统 (3)

2.1 系统设计的总体思路 (3)

2.2 系统设计目的 (3)

2.2.2 PID调试方法 (5)

2.3 硬件选型 (6)

2.3.1触摸屏Smart700 (6)

2.3.2 PLC S7-200 (6)

2.3.4 电机机组 (7)

2.3.5变频器MM420 (8)

2.4 硬件接线 (10)

3系统软件设计 (11)

3.1 变频器参数 (11)

3.2 触摸屏组态画面 (11)

3.3 PLC编程 (13)

3.4 PID参数整定 (18)

4 系统调试 (18)

5 总结 (18)

1 绪论

1.1变频器

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT 的开断来调整输出电源的电压和频率，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，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。

1.2 可编程逻辑控制器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。其特点是：第一,灵活性、通用性强。继电器控制系统如果工艺要求稍有变化,控制电路必须随之作相应的变动,所有布线和控制柜极有可能重新设计,耗时且费力然而是利用存储在机内的程序实现各种控制功能的。因此当工艺过程改变时,只需修改程序即可,外部接线改动极小,甚至可以不必改动,其灵活性和通用性是继电器控制电路无法比拟的。第二,可靠性高,抗干扰能力强"继电器控制系统中,由于器件的老化、脱焊、触点的抖动以及触点电弧等现象是不可避免的,大大降低了系统的可靠性。而在控制系统中,大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完成的,加之在硬件和软件方面都采取了强有力的措施,使产品具有极高的可靠性和抗干扰能力可以直接安装在工业现场稳定地工作。PLC在硬件方面采取电磁屏蔽、光电隔离、多级滤波等措施在软件方面采取警戒时钟、故障诊断、自动恢复等措施,并利用后备电池对程序和数据进行保护,因此被称为“专为适应恶劣的工业环境而设计的计算机”。第三,编程简单,使用方便。PLC采用面向过程,面向问题的“自然语言”编程方式,直观易懂,主要采用梯形图和语句表编写程序,使得广大电气技术人员更容易接纳和理解。同时设计人员也可根据自己的喜好和实际应用的要求选择其他编程语言。标准是编程语言的标准,除了梯形图!语句表之外,还存在顺序流程图!结构化文本和功能块图三种编程语言的表达方式。一个程序的不同部分可用任何一种语言来描述,支持复杂的顺序操作功能处理以及数据结构。第四,功能强大,可扩展。的主要功能包括开关量的逻辑控制、模拟量控制部分还具备控制或模糊控制功能、数字量智能控制、数据采集和监控、通信、联网及集散控制等功能。

1.3触摸屏

触摸屏（touch screen）又称为“触控屏”、“触控面板”，是一种可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。主要应用于公共信息的查询、领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。

1.4 EM235

"EM235"是最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。下面为EM235为例讲解模拟量扩展模块接线图

1.5组态软件

组态软件，又称组态监控软件系统软件。译自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition（数据采集与监视控制）。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气

化铁道上又称远动系统。组态软件在国内是一个约定俗成的概念，并没有明确的定义，它可以理解为“组态式监控软件”。“组态（Configure）”的含义是“配置”、“设定”、“设置”等意思，是指用户通过类似“搭积木”的简单方式来完成自己所需要的软件功能，而不需要编写计算机程序，也就是所谓的“组态”。它有时候也称为“二次开发”，组态软件就称为“二次开发平台”。“监控（Supervisory Control）”，即“监视和控制”，是指通过计算机信号对自动化设备或过程进行监视、控制和管理。“组态”的概念是伴随着集散型控制系统（Distributed Control System简称DCS）的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。在工业控制技术不断发展和应用的过程中，PC（包括工控机）相比以前的专用系统具有的优势日趋明显。这些优势主要体现在：PC技术保持了较快的发展速度，各种相关技术已经成熟；由PC构建的工业控制系统具有相对较低的拥有成本；PC的软件资源和硬件资源丰富，软件之间的互操作性强；基于PC的控制系统易于学习和使用，可以容易地得到技术方面的支持。在PC技术向工业控制领域的渗透中，组态软件占据着非常特殊而且重要的地位。

1.6闭环控制系统

基于PLC的交流异步电机转速闭环控制系统主要由四个部分组成，即可编程逻辑控制器件PLC、触摸屏、变频器和电机机组。通过触摸屏给PLC发送相关指令，PLC控制变频器，变频器控制电机机组进行变频调速；通过电机机组上的编码器将电动机实际转速反馈给PLC，经PID调节后输出给变频器，从而实现异步电动机的无静差调速。

2 系统硬件设计

2.1 系统设计的总体思路

系统主要由三个部分构成，即可编程逻辑控制器件PLC、变频器和电机。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。

2.2 系统设计目的

闭环系统结构复杂，但是调速性能好，系统特性曲线较硬，转矩变化对系统速度扰动几乎不记。在许多工业场合，需要电机转速能够很好地跟随给定转速，因此采用闭环控制系统。本次设计就是基于PLC的变频器和EM235实现转速闭环调速系