燕山大学
课程设计说明书题目： PLC与变频器实现电机正反转控制@
学院 (系)：电气工程学院
年级专业： 11级计算机控制1班
学号：
学生姓名：
指导教师：李海滨刘爽
教师职称：
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摘要﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍错误!未定义书签。
第一章概述﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍错误!未定义书签。
1． 1PLC和MM440变频器控制电动机的发展前景﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍错误!未定义书签。
1．2变频器的分类﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍错误!未定义书签。
&
1．3本课题的意义﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍错误!未定义书签。
第二章应用器件的介绍
2．1 PLC的工作原理和结构﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍错误!未定义书签。
2．2 变频器的工作原理及其组成结构﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍错误!未定义书签。
2. 3 A/D转换器工作原理﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍错
误!未定义书签。
第三章相关参数的设置﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍错误!未定义书签。
3．1 MM440快速调制参数设置﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍错误!未定义书签。
3. 2 MM440数字输入控制端口参数﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍错误!未定义书签。
、
3. 3 PLC数字量模拟量的输入输出约定﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍错误!未定义书签。
3. 4 恢复出厂设置﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍20第四章硬件电路和软件电路的设计﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍错误!未定义书签。
总体结构设计图﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍错误!
未定义书签。
外部设备的接线图﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍错误!
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软件编程设计﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍错误!
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﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍错误!未定义书签。
3．4．2 ﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍错
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第四章总结﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍错误!未定义书签。
附录﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍错误!未定义书签。
参考文献﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍错误!未定义书签。
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摘要
随着电力电子技术和自动控制技术的日益发展，电动机的调速已经从继电器控制时代发展到今天的由变频器控制调速。且在工业各个领域中得到了极为广泛的应用。在现在的在工业自动化控制系统中，最为常见的是由PLC控制变频器实现电动机的调速控制。该方法主要通过程序来控制了电动机的变频调速，从而实现了自动控制。PLC通过进行逻辑运算，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的启停。变频器的使用加入了模拟量，使用PLC自带的A/D转换模块，通过频率的变化，使电机实现任意转速。通过设计能使我们掌握PLC的工程设计方法，同时又能深入了解PLC与变频器控制电动机控制系统的够成和在工业生活中的用处，为我的将来的工作学习打下良好的基础。
关键字：PLC MM440变频器控制电机数字模拟输入
…
.
第一章概述
PLC和mm440变频器控制电机的前景
如今，PLC已是工业自动化应用技术的三大支柱之一，自从它诞生以来得到了广泛的使用。在工业自动化应用技术领域，速度调节和控制是经常用到的环节。而变频器具有高效的驱动性能和良好的控制特性，在提高控制质量、减少维护费用和节能等方面都取得了明显的经济效益。在这些场合，变频器所发挥的作用是其他任何控制设备和装置都不能取代的。
虽然变频器可以单独使用，但大多数情况还是作为一个组成部分在工业自动化控制系统中使用。所以，作为主控制器的PLC和作为执行及检测器件（设备和装置）的变频器之间就必须相互配合，共同完成控制任务。 PLC可以控制变频器的频率给定信号，以使变频器输出相应的速度控制曲线，控制工艺指标：变频器上的检测信号和其他智能信号也可以接入PLC，完成系统的报警和速度控制，比如通过变频器控制电机的启动，停止及正、反转，也可以使用一个变频器去控
制若干台电动机的运行。
现在的PLC控制电动机已经离不开变频器了，工业生产，科研，石油开采，几乎所有的现代化都需要变频调速机的工作因此其意义是深远的。
-
第二章应用器件的介绍
PLC的工作原理和结构
可编程控制器的工作原理与计算机的工作原理基本上是一致的。但PLC装入了专用程序后成为一种专用机，它采用循环扫描的方式，系统工作任务管理，及应用程序执行都是循环扫描方式来完成的。
PLC系统正常工作所要完成的任务如下：
1．计算机内部各个工作单元的调度，监控；
2．·
3．计算机与外部设备间的通讯；
4．用户程序所要完成的工作；
PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”作为编程语言。梯形图、语句表和控制系统流程图等是PLC常用的编程语言。有些PLC还尝试使用高级语言编程。在使用PLC进行顺序控制时，首先应根据控制动作的顺序，画出梯形图，然后将其翻译成相应的PLC指令，用编程器将程序写入PLC的内存RAM中，对程序进行调试，发现错误可用变成器进行修改，直到程序调试正确无误为止。最后将程序写到PLC的只读存储器EEPROM中。PLC投入运行后，便进入程序执行过程。在一个扫描周期内，程序执行过程分3个阶段：输入采样、程序执行和输出刷新。在输入采样阶段，PLC以扫描方式将所有输入端的输入信号读到输入映像寄存器中存起来，接着转人程序执行阶段。在程序执行阶段，PLC 按照顺序进行扫描，如果程序是用梯形图来表示，则扫描顺序总是先上后下，先做后右。每扫描到一条指令，所需的状态分别从输入映像寄存器中读出，而将执行结果写入元素影响寄存器中当程序执行完后，进入最后一个阶段----输出刷新。将元素映像寄存器中的所有输出继电器的状态转存到输出琐存电路，驱动用户设备（或负载）工作。PLC寄存器EEPROM的程序随时可以擦除和修改。如果改变程序外部端口接线，有可以重新组成一个新的系统。
PLC是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的，并逐步发展成以微处理器为核心的，把自动化技术、计算机技术、通讯技术容为一体的新型工业自动控制装置。早期的PLC只能进行逻辑控制、还能完成模拟量的控制、数值控制、过程监控和通信联网等功能。PLC因具有程序可变、可靠性高、功能强、环境适应性好、抗干扰能力强、体积小和重量轻等特点而在机电一体化系统中得到广泛的应用。
图一 PLC硬件组成
变频器的工作原理和组成
·
变频器是指可以用于改变电源频率，同时也能改变电源电压的电能转换的装置。它是由电力电子器件（例如整流模块、IGBT）、电子器件（集成电路、开关电源、电阻、电容器等）和微处理器等组成。变频器使用时串联接在输出端（R、S、T）和电动机输出端（U、V、W）之间，通常变频器的功率范围为（大于此功率值建议选用中压电动机及中压变频器）。交流电动机调速控制变频器的最早形式是用旋转发电机组作为可变频率的电源，供给交流发电机。随着电力半导体器件的发展，静止式的变频电源以成为了变频器的主要形式。
变频器的内部框图
如图所示为MM440变频器的内部功能方框图.其控制电路CPU、模拟输入/输出、数字输入/输出、操作面板等部分组成。分为4类：输入信号端子、频率模拟设定输入端子、监视信号输出端子和通信端子。
下图则表示各个控制端子的功能：
表一 MM440控制端子
^
A/D 转换器的工作原理
A/D 转换器的作用是将模拟量转换成数字量。
在A/D 转换过程中，输入的是时间上、幅值上都是连续的模拟量，而输出的则是时间上，幅值上均离散的数字量，因此，要把模拟量转换成数字时需经采 样，保持，量化，编码：
<
图二A/D 转换原理图
模拟量 采样
保持 量化 编码 , 数字
量
A/D模块选用FX1N-2AD-BD
FX1N-2AD-BD的特点：可以通过切换专用的辅助继电器来设置数字模拟转换是电压输入（0~10V）还是电流输入（4~20MA）。而且，如下图所示，各个通道的转换
对CH1通道而言，M8112为ON,是电流输入模式，对应端子为I1+,I2+;
M8112为OFF,是电压输入模式，对应端子为V1+,V2+;
对CH2通道而言，M8113为ON,是电流输入模式，对应端子为I1+,I2+;
M8113为OFF,是电压输入模式，对应端子为V1+,V2+;
各通道的公共端子为VI-。
第三章相关参数设置
！
3．1 MM440快速调制参数设置
快速调制的参数设置是根据电机铭牌上的数据进行设置，这样做使变频器明确了
P1120（
斜坡上升时间
7
P11217斜坡下降时间
MM440有6个数字量输入口，分别是DIN1-DIN6，它们可通过参数P0701~P0708 直接赋以功能，当相应端子被触发时，变频器变执行相应功能。
各个参数设置值所代表不同的功能，如下图所示：
；
参数号设置值说明
P00032设置用户访问级为扩展级
命令，二进制I/O
P0004@
7
P07011ON为接通正转，OFF为停止
P07022ON为接通反转，OFF为停止
$
MM440模拟输入控制端口参数
MM440有2个模拟输入，利用合适的模拟量输入可将模拟量给定值、实际值和控制信号读入传动变频器中，并且利用ADC变换器变换成数字信号/值。
利用在I/O 板上的2 个开关DIP1(1，2)和利用参数P0756 可将设定选择为电压输
入为10V 的模拟量输入或电流输入为20mA 的模拟量输入。
所以做如下定义：
P0756=0，即通过电压0-10V的变化对应频率0-50HZ的变化。
3. 3 PLC数字量模拟量的输入输出约定
该步骤即定义PLC的I/O接线和变频器的接线。
&
PLC的输入接按钮控制，通过编程控制输出，其输出接MM440的数字量输入端口，变频器与电机相连，从而实现之前定义的功能。
输出地址控制功能连接MM440端子
Y000电机正转。
5
Y001电机反转6
V1+,V1-电动机调速3,4
控制功能输入地址
/
操作按钮
SB1电机正向启动X000
SB2电机停止。
XOO1
SB3电机反向启动X002
RP0-10V可调电压程序设置
&
3. 4 恢复出厂设置
当有合适的连接和合适的电动机-变频器组合时，当从工厂运出且不需任何附加参数设置时，MM440变频器已准备好投入运转。你可以随时执行一个参数复位到工厂设定来再一次建立初始状态。这样取消传动变频器在供货以后
所作的参数变更。
参数号设置号说明
1用户访问级别：标准
—
P0003
P00040参数过滤：所有参数
P001030：
调试参数：工厂设置
P09701工厂复位：参数复位列缺省值
第四章硬件电路和软件电路的设计
总体结构控制设计图
本设计采用启停按钮进行操作，采用PLC进行控制】
外部设备接线图
;
`
/
软件编程设计
>
4系统控制功能及控制方案。
4．1 本设计采用启停按钮进行操作，采用PLC进行控制，系统控制结构图如图4-1所示：
,
，
图5-3 控制电路接线图
5.2PLC程序设计
！
按照电动机的控制要求及MM440变频器数字输入接口、PLC数字输入/输出接口所做的变量约定，PLC应实现下列控制：
输出状态
当按下正转启动按钮SB1时，PLC数字输出端为逻辑“1”，MM440变频器“16”接口为“ON”，允许电动机运行。
…
`
PLC输出接口状态、变频器输出频率、电动机转速变化如表所示。
:
设置15段固定频率控制状态表
表 5-4-1
当按下停止按钮SB2时,PLC数字输出端为逻辑“0”，MM440变频器“16”接口为“OFF”。电动机停止运行。
I/0 表
'
表 5-4-2
梯形图
；
：
《
电气工程学院课程设计评审意见表
6 参考文献
[01] 李道霖，电气控制与PLC 原理及应用,电子工业出版社，2006．
[02] 杨兴瑶编著.电动机调速的原理及系统.[M] 水利电力出版社出版，
[03] 陈伯时，陈敏逊编著.交流调速系统.[M] 北京：机械工业出版社，
[04] 王子文，电梯PLC 控制策略及其程序设计起重运输机械．
[05] 叶安丽.电梯技术基础(第1版)[M].北京: 中国电力出版社,2004.
[06] 童梦菊,陈景和.浅谈电梯制动器电气控制及其检验[J].福建质量信息,2007。
[07] 姚玉刚.电梯智能控制系统研究[D].长春理工大学硕士学位论文,2008.
[08] 陈恒亮.电梯结构与原理[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2005.
[09] 张福恩等编著.交流调速电梯原理、设计及安装维修.[M] 北京：机械工业出版社，
[10] 张汉达，王锡仲，朱学莉编著.现代电梯控制技术.[M] 哈尔宾工业大学出版社发行，
[11] 钱平主编.交直流传动系统.[M] 高等教育出版社，
[12] 吕宋元主编.半导体变流技术.[M] 天津大学出版社出版
[13] 顾战松，陈铁年编著.可编程控制器原理与应用.[M] 北京：国防工业出版社，1996
[14] 杨宁主编.微机控制技术.[M] 北京：高等教育出版社，
[15] 周良全权主编；傅恩锡等编.模拟电子技术基础.[M] 北京：高等教育出版社，
[16] 丁树模主编.机械工程学.[M] 北京：机械工业出版社
[17] 吴中俊等编著.可编程序控制器原理及应用.北京:机械工业出版社.2004
[18] 肖军,孟令军编著.可编程序控制器原理及应用.北京:清华大学出版社.2008
[19] 贺哲荣,曾龙飞编著.流行可编程序控制器梯形图识图入门.北京:机械工业出版
社.2008
[20] 陈金华等编著.可编程序控制器(PC)应用技术.北京:电子工业出版社.1995
[21] 王整风，谢云敏.可编程控制器原理与实践教程.上海：上海交通大学出版社，2007.
[22] 郁汉琪.电气控制与可编程序控制器应用技术.南京：东南大学出版社，2003.
[23] 常晓玲.电气控制系统与可编程控制器.北京：机械工业出版社，2006.
[24] 严盈富，罗海平，屋海勤.监控组态软件与PLC入门.北京：人民邮电出版社，2006.
[25] 张运刚，宋小春.从入门到精通——西门子工业网络通信实战.北京：人民邮电出版
2007.
[26] 西门子公司.SIMATIC S7-200可编程控制器系统手册.
[27] 崔坚西门子工业网络通信指南. 机械工业出版社，
总结
随着暑假的到来，课程设计也接近了尾声。经过两周的奋战我的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这学期来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。在整个设计中我还懂得了一个道理：做什么事情，都要对认真，既然是该你做的事，肯定是你应该有这个能力，即使能力不够，也是应该借这个机会来培养。所以放心大胆地做，对自己有信心，就有动力。有人说，世上的事就怕认真二字。确实，做什么，只是认真地去做，踏踏实实，戒躁戒躁，静静地思考，慢慢地进步，真的是天下无难事。这就是我这次课程设计中得到的最大的体会，受益匪浅.
我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。
在此要感谢我们的李玉杰老师对我们悉心的指导，感谢老师给我们的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。
题目刚下来的时候，觉得题目太抽象了，我有些不知所措，这时老师给我们认真的讲解每个题目的核心本质问题，才时我豁然开朗，并且老师鼓励我们一定可以完成，这给了我非常大的鼓舞，坚定了我完成这次课程设计的信心。在设计修改过程中，我遇到许多在学习中不曾想到的问题和麻烦，是李老师一次次以她渊博的学识、严谨求实的科学精神和一丝不苟的治学态度帮助我解决问题。李老师不仅在我的原理图、接线图初稿设计时纠正了许多错误，还指导了我应该去查找哪些方面的资料去完善设计，弥补出现的设计漏洞。使我的设计有一个明确的主导思想，能够顺利而有条不紊地进行。更让我们感动的是她在非常时期还坚持每天为我们修改电路图，连吃午饭的时候也不休息，而且一改就是一天。谢谢你老师。
我要再次感谢我们的指导老师李老师，谢谢您对我的帮助和支持，再次向您表示深深的谢意，并由衷的对您说一句：“老师，您辛苦了！”