1、閩南師范大學PLC課程設計 課題：基于PLC模擬量的變頻器閉環調速控制姓 名： 學 號： 1205000529 系 別：物理與信息工程學院專 業：電氣工程及其自動化年 級： 12級電氣1班 指導教師： 洪清輝 2015年5月18日目錄1 引言22 系統設計22.1 設計目的22.2 設計要求22.3 設計思路22.4 系統硬件配置及組成原理32.5變頻器6變頻器主要功能62.5.2 變頻器平面圖62.6 同軸編碼器63 硬件接線圖74 軟件設計74.1 軟件流程圖74.2梯形圖85 應用擴展-基于PLC模擬量的礦井通風系統95.1設計內容95.2設計實現目標95.3控制系統設計10控制程序流程

2、圖設計10控制程序設計思路106心得體會107 參考文獻11摘要 一種基于FX2NPLC控制的變頻調速的閉環控制系統及其在液位控制中的應用，在電機速度閉環控制中，由同軸編碼器對電機測速，經PLC內部A/D轉換后與給定值比較再由PID運算控制得出的值經D/A轉換后輸出給變頻器，從而閉環控制電機的轉速。 關鍵詞：plc 模擬量 變頻器 1 引言隨著變頻調速技術的應用日益廣泛,應用水平的不斷提高,對變頻調速控制系統的精度要求也越來越高。目前,許多變頻調速裝置屬于開環控制方式,不能滿足有較高精度的控制要求。為提高開環變頻調速器控制精度,本系統采用有編碼器速度檢測的、由高性能FX2NPLC 調節控制的閉

3、環系統。 2 系統設計2.1 設計目的1利用可編程控制器及其模擬量模塊，通過對變頻器的控制，實現電機的閉環調速。2了解可編程控制器在實際工廠生產中的應用及可編程控制器的編程方法。2.2 設計要求 電機的實際轉速在較快的時間內接近給定目標轉速，并且能夠穩定運行。當改變給定速度時，電機能快速響應達到接近給定值。2.3 設計思路變頻器控制電機，電機上同軸連旋轉編碼器。編碼器根據電機的轉速變化而輸出電壓信號Vil 反饋到PLC模擬量模塊（Fx2n-3A）的電壓輸入端，在PLC內部給定量經過運算處理后，通過PLC模擬量模塊的電壓輸出端輸出一路DC0+10V電壓信號Vout來控制變頻器的輸出，達到閉環控制

4、的目的。運算方案一： 采用數學運算，當反饋值小于給定值時，讓控制信號Vout加適當值。同理，當反饋量大于給定值時，用軟件給控制信號減適當值。 運算方案二：采用PID控制，對其設定整定的參數，只要給它控制信號，它將會輸出理想的結果。 方案比較： 如果采用純粹的數學運算，因為控制模塊的滯后等原因，其輸出結果并不如人意，系統響應慢、不穩定，如果操作失誤，將會給硬件造成損傷。 而如果采用PID控制，因其不需要被控對象的數學模型，有較強的靈活性和適應性且使用方便，所以運用它可以得到比較滿意的結果。 結論：采用PID控制測速方案一：采用測速電動機 測速方案二：采用同軸編碼器測速 方案比較： 測速發電機的輸

5、出特性存在死區和非線性區,且體積大、誤差大,一般適用于測速精度要求不高的系統。 采用編碼器測速, 其輸出高頻脈沖經FX2NPLC 高速計數器計數,經過量化可得到精度很高的轉速。 結論：采用編碼器測速 2.4 系統硬件配置及組成原理 本實驗裝置選用三菱主機FX2N-48MR-001AC/DC/繼電器內置數字量I/O（24路開關量輸入，24路繼電器輸出）。PLC使用用掃描工作方式執行用戶程序時，掃描是從第一條程序開始，在無中斷或跳轉控制的情況下，按程序存儲順序的先后，逐條執行用戶程序，直到程序結束。然后再從頭開始掃描執行，周而復始重復運行。在 內部處理階段，進行PLC自檢，檢查內部硬件是否正常，對

6、監視定時器（WDT）復位以及完成其它一些內部處理工作。 在通信服務階段，PLC與其它智能裝置實現通信，響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內容等。 當PLC處于停止（STOP）狀態時，只完成內部處理和通信服務工作。當PLC處于運行（RUN）狀態時，除完成內部處理和通信服務工作外，還要完成輸入采樣、程序執行、輸出刷新工作。另配有FX0N-3A模擬量模塊（2路模擬量輸入，1路模擬量輸出）。輸入通道接收模擬信號并將模擬信號轉換成數字值；輸出通道采用數字值并輸出等量模擬信號。FX0N-3A的最大分辨率為8位。FX0N-3A在PLC擴展母線上占用8個I/O點，8個I/O點可以分配給輸入或輸出。所有數據

7、傳輸和參數設置都是通過應用到PLC中的TO/FROM指令，通過FX0N-3A的軟件控制調節的。緩沖存儲器的分配（BFM）緩沖存儲器編號b8b15b7b6b5b4b3b2b1b00保留通過17#的b0選擇的A/D通道的當前值輸入數據（以8位存儲）16保留在D/A通道上的當前值輸出數據（以8位存儲）17保留D/A起運A/D起運A/D通道選擇015、1831保留BFM0： 把外部模擬信號通過轉換成數字值后存儲在這里。BFM16：把主機傳送過來的數據存儲在這里，準備通過轉換后輸出控制負載。BFM17：b0=0時選擇模擬輸入通道1；b0=1時選擇模擬輸入通道2；b1=0-1時，起運A/D轉換處理；b1=

8、1-0時，起運D/A轉換處理 變頻器使用三菱FR-S540n=60f（1-s）/p，變頻器是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源的頻率和幅度的方式來控制交流電動機的電力傳動元件。變頻器在英文譯名是VFD（Variable-frequency Drive）。 作為引領全球市場的機電產品綜合供應商，三菱電機在中國的FA（Factory Automation）事業隨著中國經濟的蓬勃發展蒸蒸日上。從社會基礎設施建設領域到半導體制造等高科技產業，從現場控制到遠程監控，三菱電機FA技術為創造更快生產效率和更高生產力提供強大的支持。三相電機2.5變頻器變頻器主要功能變頻器的主要任務是將工頻電源轉換

9、為頻率和幅度可調節的交流到交流的變頻器，是當前應用最廣的交流調速設備，變頻器的功能不是以調速為目的，而是控制某一過程為目的。它有完善的保護功能:變頻器保護功能很強，在運行過程中能隨時檢測到各種故障，并顯示故障類別(如電網瞬時電壓降低，電網缺相，直流過電壓，功率模塊過熱，電機短路等)，并立即封鎖輸出電壓。這種“自我保護”的功能，不僅保護了變頻器，還保護了電機不易損壞。 變頻器平面圖2.6 同軸編碼器同軸編碼器可以將電動機的轉速按比例轉換成電壓信號，通常是05V 旋轉編碼器是用來測量轉速的裝械量轉換成相應的電脈沖置，光電式旋轉編碼器通過光電轉換，可將輸出軸的角位移、角速度等機以數字量輸出（REP）

10、。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。技術參數主要有每轉脈沖數（幾十個到幾千個都有），和供電電壓等。單路輸出是指旋轉編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉編碼器輸出兩組A/B相位差90度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以測量轉速，還可以判斷旋轉的方向 3 硬件接線圖 4 軟件設計4.1 軟件流程圖4.2梯形圖5 應用擴展-基于PLC模擬量的礦井通風系統5.1設計內容根據煤礦安全規程，當瓦斯濃度達到或則超過1.5%CH4，應進入瓦斯排放狀態。為了達到節能效果，當瓦斯濃度在0-1.5%時，局部通風機的轉速與瓦斯濃度的增減成比例升降，即瓦斯濃度的變化自動調節轉速。本次課程設計是PLC控制變頻調速系統的設計與

11、調速。（1）應用FX0N-3A模擬量輸入通道模擬CH4的濃度采樣模塊（2）應用FX0N-3A模擬量輸出通道輸出010V的電壓信號，然后將電壓信號給變頻器模擬控制輸入端。（3）使用普通的三相電機模擬礦井局部通風機通過對系統的編程實現PLC模擬輸出的變化以此來控制變頻器的調速。 5.2設計實現目標 本系統將 PLC與變頻器有機地結合起來 ,采用以瓦斯濃度的變化為參量來調節風機轉速的控制系統 ,實現對電動機工作過程和運轉速度的有效控制 ,使礦井局部通風機通風、瓦斯自動排放高效、安全 ,消除了瓦斯事故 ,達到了明顯的節能效果。5.3控制系統設計5.3.1控制程序流程圖設計控制系統框圖如圖所示該系統主控

12、單元采用 PLC ,被控元件行的局部通風機電機 ,主控參數為瓦斯濃采用三菱公司的FX2N-48MR,選配 FX0N-3A,變頻器為三菱變頻器FR-S540。系統通過瓦斯傳感器檢測瓦斯濃度 ,經 A/D 轉換 ,送到 PLC進行數字濾波、比較、判斷 ,將控制信號送給變頻器 ,從而控制局部通風機電機的轉速,使之實現最優控制。5.3.1控制程序設計思路6心得體會本次課程設計利用了FX2N-48MR PLC的特點，通過對模擬量輸入采用/模擬量輸出進行控制，主要實現了變頻器在PLC控制作用下的變頻調速，使我們對PLC工作原理、FX0N-3A模擬量模塊、三菱變頻器FR-S540有了更深的理解。 在本次課程

13、設計的實踐環節中，我更深刻地理解和掌握了電器控制及可編程控制器(PLC)的理論知識和動手技能。參閱了大量的電器控制及可編程控制器(PLC)系統設計的書籍資料，查詢了大量的圖表、程序和數據，特別是PLC控制電機變頻調速系統設計，使得課程設計的方案和數據更為翔實和準確，力求科學嚴謹，使本次以模擬量為主題的課程設計精益求精。在本次課題中還反映出我們一些問題，就是對程序與機器的不熟練，不能熟練的使用使我們花了很多功夫去重新學習，這反映了我們當時學習時沒有及時復習而導致遺忘，也體會了本次課題的意義，即讓我們復習原來所學的知識，以后能有更好的運用。 對于本次課題實驗，我們有很多收獲。第一點就是實際動手實驗讓我們不再只是紙上談兵，讓我們在動手中去發現問題、解決問題。第二點，培養了我們團結合作的能力，體會到了合作的樂趣。第三點，鞏固專