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1、精选优质文档-倾情为你奉上闽南师范大学PLC课程设计 课题：基于PLC模拟量的变频器闭环调速控制姓 名： 学 号： 系 别：物理与信息工程学院专 业：电气工程及其自动化年 级： 12级电气1班 指导教师： 洪清辉 2015年5月18日目录摘要 一种基于FX2NPLC控制的变频调速的闭环控制系统及其在液位控制中的应用，在电机速度闭环控制中，由同轴编码器对电机测速，经PLC内部A/D转换后与给定值比较再由PID运算控制得出的值经D/A转换后输出给变频器，从而闭环控制电机的转速。 关键词：plc 模拟量 变频器 1 引言随着变频调速技术的应用日益广泛,应用水平的不断提高,对变频调速控制系统的精度要求
2、也越来越高。目前,许多变频调速装置属于开环控制方式,不能满足有较高精度的控制要求。为提高开环变频调速器控制精度,本系统采用有编码器速度检测的、由高性能FX2NPLC 调节控制的闭环系统。 2 系统设计2.1 设计目的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厂生产中的应用及可编程控制器的编程方法。2.2 设计要求 电机的实际转速在较快的时间内接近给定目标转速，并且能够稳定运行。当改变给定速度时，电机能快速响应达到接近给定值。2.3 设计思路变频器控制电机，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Vil 反馈到PLC
3、模拟量模块（Fx2n-3A）的电压输入端，在PLC内部给定量经过运算处理后，通过PLC模拟量模块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。运算方案一： 采用数学运算，当反馈值小于给定值时，让控制信号Vout加适当值。同理，当反馈量大于给定值时，用软件给控制信号减适当值。 运算方案二：采用PID控制，对其设定整定的参数，只要给它控制信号，它将会输出理想的结果。 方案比较： 如果采用纯粹的数学运算，因为控制模块的滞后等原因，其输出结果并不如人意，系统响应慢、不稳定，如果操作失误，将会给硬件造成损伤。 而如果采用PID控制，因其不需要被控对象的数学模型
4、，有较强的灵活性和适应性且使用方便，所以运用它可以得到比较满意的结果。 结论：采用PID控制测速方案一：采用测速电动机 测速方案二：采用同轴编码器测速 方案比较： 测速发电机的输出特性存在死区和非线性区,且体积大、误差大,一般适用于测速精度要求不高的系统。 采用编码器测速, 其输出高频脉冲经FX2NPLC 高速计数器计数,经过量化可得到精度很高的转速。 结论：采用编码器测速 2.4 系统硬件配置及组成原理 本实验装置选用三菱主机FX2N-48MR-001AC/DC/继电器内置数字量I/O（24路开关量输入，24路继电器输出）。PLC使用用扫描工作方式执行用户程序时，扫描是从第一条程序开始，在无
5、中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，周而复始重复运行。在 内部处理阶段，进行PLC自检，检查内部硬件是否正常，对监视定时器（WDT）复位以及完成其它一些内部处理工作。 在通信服务阶段，PLC与其它智能装置实现通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等。 当PLC处于停止（STOP）状态时，只完成内部处理和通信服务工作。当PLC处于运行（RUN）状态时，除完成内部处理和通信服务工作外，还要完成输入采样、程序执行、输出刷新工作。另配有FX0N-3A模拟量模块（2路模拟量输入，1路模拟量输出）。输入通道接收模拟信号并将模拟信号
6、转换成数字值；输出通道采用数字值并输出等量模拟信号。FX0N-3A的最大分辨率为8位。FX0N-3A在PLC扩展母线上占用8个I/O点，8个I/O点可以分配给输入或输出。所有数据传输和参数设置都是通过应用到PLC中的TO/FROM指令，通过FX0N-3A的软件控制调节的。缓冲存储器的分配（BFM）缓冲存储器编号b8b15b7b6b5b4b3b2b1b00保留通过17#的b0选择的A/D通道的当前值输入数据（以8位存储）16保留在D/A通道上的当前值输出数据（以8位存储）17保留D/A起运A/D起运A/D通道选择015、1831保留BFM0： 把外部模拟信号通过转换成数字值后存储在这里。BFM1
7、6：把主机传送过来的数据存储在这里，准备通过转换后输出控制负载。BFM17：b0=0时选择模拟输入通道1；b0=1时选择模拟输入通道2；b1=0-1时，起运A/D转换处理；b1=1-0时，起运D/A转换处理 变频器使用三菱FR-S540n=60f（1-s）/p，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的频率和幅度的方式来控制交流电动机的电力传动元件。变频器在英文译名是VFD（Variable-frequency Drive）。 作为引领全球市场的机电产品综合供应商，三菱电机在中国的FA（Factory Automation）事业随着中国经济的蓬勃发展蒸蒸日上。从社会基础设施建设领
8、域到半导体制造等高科技产业，从现场控制到远程监控，三菱电机FA技术为创造更快生产效率和更高生产力提供强大的支持。三相电机2.5变频器2.5.1变频器主要功能变频器的主要任务是将工频电源转换为频率和幅度可调节的交流到交流的变频器，是当前应用最广的交流调速设备，变频器的功能不是以调速为目的，而是控制某一过程为目的。它有完善的保护功能:变频器保护功能很强，在运行过程中能随时检测到各种故障，并显示故障类别(如电网瞬时电压降低，电网缺相，直流过电压，功率模块过热，电机短路等)，并立即封锁输出电压。这种“自我保护”的功能，不仅保护了变频器，还保护了电机不易损坏。2.5.2 变频器平面图2.6 同轴编码器同
9、轴编码器可以将电动机的转速按比例转换成电压信号，通常是05V 旋转编码器是用来测量转速的装械量转换成相应的电脉冲置，光电式旋转编码器通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机以数字量输出（REP）。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个都有），和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组A/B相位差90度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向 3 硬件接线图 4 软件设计4.1 软件流程图4.2梯形图5 应用扩展-基于PLC模拟量的矿井通风系统5.1设计内容根据煤矿安全规程，当瓦斯浓度达到或则超过1
10、.5%CH4，应进入瓦斯排放状态。为了达到节能效果，当瓦斯浓度在0-1.5%时，局部通风机的转速与瓦斯浓度的增减成比例升降，即瓦斯浓度的变化自动调节转速。本次课程设计是PLC控制变频调速系统的设计与调速。（1）应用FX0N-3A模拟量输入通道模拟CH4的浓度采样模块（2）应用FX0N-3A模拟量输出通道输出010V的电压信号，然后将电压信号给变频器模拟控制输入端。（3）使用普通的三相电机模拟矿井局部通风机通过对系统的编程实现PLC模拟输出的变化以此来控制变频器的调速。 5.2设计实现目标 本系统将 PLC与变频器有机地结合起来 ,采用以瓦斯浓度的变化为参量来调节风机转速的控制系统 ,实现对电动
11、机工作过程和运转速度的有效控制 ,使矿井局部通风机通风、瓦斯自动排放高效、安全 ,消除了瓦斯事故 ,达到了明显的节能效果。5.3控制系统设计5.3.1控制程序流程图设计控制系统框图如图所示该系统主控单元采用 PLC ,被控元件行的局部通风机电机 ,主控参数为瓦斯浓采用三菱公司的FX2N-48MR,选配 FX0N-3A,变频器为三菱变频器FR-S540。系统通过瓦斯传感器检测瓦斯浓度 ,经 A/D 转换 ,送到 PLC进行数字滤波、比较、判断 ,将控制信号送给变频器 ,从而控制局部通风机电机的转速,使之实现最优控制。5.3.1控制程序设计思路6心得体会本次课程设计利用了FX2N-48MR PLC
12、的特点，通过对模拟量输入采用/模拟量输出进行控制，主要实现了变频器在PLC控制作用下的变频调速，使我们对PLC工作原理、FX0N-3A模拟量模块、三菱变频器FR-S540有了更深的理解。 在本次课程设计的实践环节中，我更深刻地理解和掌握了电器控制及可编程控制器(PLC)的理论知识和动手技能。参阅了大量的电器控制及可编程控制器(PLC)系统设计的书籍资料，查询了大量的图表、程序和数据，特别是PLC控制电机变频调速系统设计，使得课程设计的方案和数据更为翔实和准确，力求科学严谨，使本次以模拟量为主题的课程设计精益求精。在本次课题中还反映出我们一些问题，就是对程序与机器的不熟练，不能熟练的使用使我们花
13、了很多功夫去重新学习，这反映了我们当时学习时没有及时复习而导致遗忘，也体会了本次课题的意义，即让我们复习原来所学的知识，以后能有更好的运用。 对于本次课题实验，我们有很多收获。第一点就是实际动手实验让我们不再只是纸上谈兵，让我们在动手中去发现问题、解决问题。第二点，培养了我们团结合作的能力，体会到了合作的乐趣。第三点，巩固专业知识，积累了一定的经验，让我们以后再遇到此类课题时能更加沉着冷静，游刃有余。通过本次综合性设计的实践和锻炼，我对PLC系统设计工作流程有了更深入的认识，也燃起了我努力把PLC学至精通的激情与信心。 最后我对于指导老师的不厌讲解和无私指导深表感谢！ 7 参考文献1 廖常初主编. FX系列PLC编程及应用.北京：机械工业出版社，20052三菱变频器FR-S540使用手册(详细篇)3 FX0N-3A模拟量特殊功能模块专心-专注-专业