课题二十五 PLC控制变频器实现多段频、多加减时间

毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目PLC与变频器控制电机多段速运行专业： 11机电一体化姓名：孙大鹏毕业设计（论文）工作起止时间：毕业设计（论文）的内容要求：1、采用西门子的S7-300型PLC 作为核心控制器进行步进电机控制系统的设计；2、并且设计出了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案；3、同时根据步进电机调速控制系统总体控制要求和特点,确定PLC 的输入输出分配,并进行现场调试指导教师（签名）：年月日毕业设计开题报告一、课题设计（论文）目的及意义目前，我国的能源消费仅次于美国，位列世界第二，但国民生产总值却排在第八位左右，其中最重要的原因之一就是单位产值能耗太大。

我国具有各类风机约780 万台，水泵 4000 万台，空压机 560 万台，这些装置又占去了电机耗电的一半以上。

由于这些设备一般均采用恒速驱动，每年造成大量能源浪费。

国家在<十一五>规划中指出：坚持开发节约并重、节约优先，按照减量化、再利用、资源化的原则，大力推进节能节水节地节材，加强资源综合利用，完善再生资源回收利用体系，全面推行清洁生产，形成低投入、低消耗、低排放和高效率的节约型增长方式。

实行有利于资源节约的价格和财税政策。

强化节约意识，鼓励生产和使用节能节水产品、节能环保型汽车，发展节能省地型建筑，形成健康文明、节约资源的消费模式。

我国对交流变频调速技术的研究起步较晚，到上个世纪 90 年代才有产品出现，采用的控制技术几乎都还只是 V/F 控制，调速性能根本无法与国外产品相比。

目前在中、低压交流传动中，变频器的使用越来越多，而我国在研究矢量控制系统所需的各种硬件条件已经具备，如已出现的智能化功率器件（IPM），其电压等级、开关频率都有很大的提高；数字化控制元件也已出现单指令周期 10ns 的高速数字信号处理器（DSP）和几乎能完成一个系统功能的专用集成电路。

变频调速已成为电动机调速的最新潮流，有其自身的特点和优点，随着交流电动机变频技术的日趋完善和推广应用，特别是在矿用大功率高压设备中的绞车、提升机、通风机、带式输送机等矿用设备上的应用效果则更加明显。

PLC控制变频器实现多段速控制近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。

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。

变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。

在工业自动化控制系统中，最为常见的是PLC和变频器的组合运用，并且产生了多种多样的PLC控制变频器的方式，比如可以利用PLC的模拟量输出模块控制变频器，PLC还可以通过485通信接口控制变频器，也可以利用PLC的开关量输入/输出模块控制变频器。

下面我们以PLC控制变频器实现三段速控制为例来介绍PLC和变频器的组合运用情况：一、任务引入现有一台生产机械共有七挡转速，相应的频率为正转：15Hz、25Hz、50Hz、20Hz，中间停顿2s后反转：15 Hz、30 Hz、10 Hz；最后停止。

我们可以通过7个按钮来控制其速度的转换，通过前面的学习，我们知道变频器的调速可以连续进行，也可以分段进行，此机械不需要连续调速，只需分段调速即可，下面我们就通过具体的应用来学习PLC的开关量直接对变频器实现多段速调速。

二、参数设置设定基本参数：需要设置的基本参数有Pr.4、Pr.5 、Pr.6、Pr.9、Pr.24 Pr.25 Pr.26 Pr.27等。

设定Pr.79=3，“EXT”灯和“PU”灯均亮。

三、控制线路的连接PLC控制变频器实现多段速控制的接线图如图1所示。

变频器的多段速控制端子RH、RM、RL分别由PLC的三个开关量输出控制，SF1和ST1控制接触器KM，从而控制变频器的通、断电；SF2和ST2控制变频器的运行；RST用于变频器排除故障后的复位；SB1-SB6是6挡转速的选择按钮。

湖州职业技术学院之南宫帮珍创作机电工程分院项目作业课程变频器与PLC控制技术班级机电1001姓名傅杰学号1030345149任课教师魏翠琴学期：2011-2012学年第二学期机电工程分院二0一二年一．实训任务用PLC、变频器设计一个电念头的三速运行的控制系统.其控制要求如下：按下启动按钮, 电念头以30Hz速度运行, 5S后转为45Hz速度运行, 再过5S转为20Hz速度运行, 按停止按钮, 电念头停止.二、变频器的多段调速应用变频器的多段调速就是通过变频器参数来设定其运行频率, 然后通过变频器的外部端子来选择执行相关参数所设定的运行频率.多段调速是变频器的一种特殊的组合运行方式, 其运行频率由PU单位的参数来设置, 启动和停止由外部输入端子来控制.、、为3段速度设定, 至于变频器实际运行哪个参数设定的频率, 则分别由其外部控制端子RH、RM、RL的闭合来决定.三、软件设计思路电念头的三速运行采纳变频器的多段速度来控制；变频器的多段运行信号通过PLC的输出端子来提供, 即通过PLC控制变频器的RH、RM、RL以及STF端子与SD端子的通和断.1.设计电路, 画出电器原理图2.列出PLC的I/O分配表3.编写PLC法式, 并进行调试4.根据原理图进行主电路、控制电路接线接线注意事项（1）PLC220V电源通电, 进行输入/输出端子好坏的检查因为PLC经过多年的使用, 输入/输出端子有好多已怀, 需要先检查好坏, 再进行接线, 否则会做很多无用功.输入端子好坏的检查：PLC上电后, 那一根短线, 短线两头露铜, 短线的一头搭在PLC输入的COM端, 另一头依次搭PLC的输入端子X0、X1……, 如果PLC输入端对应的LED灯亮, 说明该端子是好的, 否则, 该端子欠好, 已坏, 那么我们接线的时候就不要使用已坏的端子.输入端好于欠好, 一般考虑是否端子断开了.输出端子好坏的检查：PLC上电后, 用万用表的两个表笔来检测.万用表用测二极管的那个档.一只表笔插PLC输出的COM1端, 另一只表笔分别插Y0～Y3, 如果万用表叫了, 说明对应的Y端口短路了, 端口就不要再使用.不叫, 说明该端子是好的.同理依次测输出的另外两组COM2对应Y4～Y7, COM3对应Y10～Y13, COM4对应Y14～Y17 COM5对应Y20～Y27.输出端好于欠好, 一般考虑是否端子短路了.（2）PLC断电, 进行输入/输出端子的接线输入接线：二个按钮, 三个行程开关, 我们用行程开关取代限位开关.按钮和行程开关, 每个都用两个端子要接线出来, 一端接PLC的输入端, 另一端午个接在一起, 再接PLC的输入公共端COM 端, 使得五个输入构成5个回路, 否则电路分歧, 对应的按钮或开关不工作.输出接线：PLC输出有四个, 高速、低速、正转、反转, 接变频器对应的端子RH、RL、STF、STR, 最后不要忘记, PLC输出的公共端COM1/COM2/COM3/COM4/COM5要与变频器的SD端相连, 以构成回路.（3）PLC上电, 按下所接的按钮或行程开关, 看PLC对应点的LED灯是否亮如果PLC上电后, 按下所接的按钮或行程开关, PLC对应点的LED灯点亮, 说明接线有效, 可以进行下一步的编程工作.如果PLC对应点的LED灯不亮, 说明接线分歧毛病, 需要进行排除故障再调试.（4）PLC上电, 应用手持式编程器对PLC进行法式的写入在进行编纂法式前, 先对PLC的内存进行清除或清零把持再进行法式输入、修改、拔出、删除等把持.5.检查接线无误后, 进行变频器参数设置变频器上电前, 注意看清电源线和机电线, 切忌不成接错, 否则会损坏变频器 .变频器需要设的参数Pr.4=30HZ,Pr.5=45HZ,Pr.6=20HZ.Pr79=1 6.系统调试。

用P L C和变频器实现多段速控制的讨论在自动化控制中，把PLC与变频器结合在一起完成电动机的多段速控制。

既能发挥PLC灵活多变的强大功能，又能使变频器的调速功能得到更具体地实现。

按下按钮SB1→电动机低速（5HZ）起动运转→按下SB2按钮→电机转速变为中一速度（15HZ）运转→按下SB3按钮→电机转速变为中二速度（25HZ）运转→按下SB4按钮→电机转速变为高速（30HZ）运转，按下SB0按钮，电机停止。

变频器加减速时间一般设为4—6S即可，实际自动化控制中根据电动机的容量自定。

二、INVT变频器多功能编程端子组成四段速的逻辑关系：注：在多段速端子组合逻辑中、S1端子为低位、S4端子为高位。

三、INVT变频器多功能编程端子的设定P5组功能码定INVT变频器的输入端子功能设定组打开P5.01设定S1端子为16—低速打开P5.02设定S2端子为17—中速打开P5.03设定S3端子为18—高速打开P5.04设定S4端子为1—正转四、设定四段速对应的频率PA组各功能码的设定值范围为-100.0～100%，根据各段速需要而定-100%～0为反转速率，0～100%为正转速率。

举例设定：低速—— PA.04设定为10%，对应频率5HZ中速1——PA.06设定为30%，对应频率15HZ低速2——PA.08设定为50%，对应频率25HZ高速——PA.10设定为60%，对应频率30HZ五、四段速的多功能端子及组合关系与四段速对应的频率说明：INVT变频器多功能编程端子S4、S3、S2、S1组合编码，可设定16段速度，分别对应的多段速的逻辑关系如下表表中0表示S端子断开，1表示S端子闭合。

INVT变频器功能码PA组是简易PLC及多段速控制组，是设定各段速度所对应的频率，是用最大频率（50H Z）的百分比来表示的。

例如PA。

02、 PA。

04、 PA。

06、 PA。

08-----分别设定最大频率（50H Z）的百分比为-100.0——100.0﹪；PA。

PLC控制变频器实现多段速控制近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。

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。

变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。

在工业自动化控制系统中，最为常见的是PLC和变频器的组合运用，并且产生了多种多样的PLC控制变频器的方式，比如可以利用PLC的模拟量输出模块控制变频器，PLC还可以通过485通信接口控制变频器，也可以利用PLC的开关量输入/输出模块控制变频器。

下面我们以PLC控制变频器实现三段速控制为例来介绍PLC和变频器的组合运用情况：一、任务引入现有一台生产机械共有七挡转速，相应的频率为正转：15Hz、25Hz、50Hz、20Hz，中间停顿2s后反转：15 Hz、30 Hz、10 Hz；最后停止。

我们可以通过7个按钮来控制其速度的转换，通过前面的学习，我们知道变频器的调速可以连续进行，也可以分段进行，此机械不需要连续调速，只需分段调速即可，下面我们就通过具体的应用来学习PLC的开关量直接对变频器实现多段速调速。

二、参数设置设定基本参数：需要设置的基本参数有Pr.4、Pr.5 、Pr.6、Pr.9、Pr.24 Pr.25 Pr.26 Pr.27等。

设定Pr.79=3，“EXT”灯和“PU”灯均亮。

三、控制线路的连接PLC控制变频器实现多段速控制的接线图如图1所示。

变频器的多段速控制端子RH、RM、RL分别由PLC的三个开关量输出控制，SF1和ST1控制接触器KM，从而控制变频器的通、断电；SF2和ST2控制变频器的运行；RST用于变频器排除故障后的复位；SB1-SB6是6挡转速的选择按钮。

摘要随着工业控制要求的发展，对电机速度的控制越来越高。

传统的模拟信号控制方式存在抗干扰能力差、对设备要求复杂、控制精度不高等问题，难以适应日益复杂的工业环境。

本文主要介绍了多段调速系统的结构，并完成了以PLC为控制器，以增量式光电编码器为速度采集的闭环PID控制系统，通过RS-485对变频器的控制实现了三相异步电机的多段调速。

关键字：PLC；RS-485；多段调速；光电编码器AbstractWith the requirements of the development of industrial control, the speed of motor control is more and more strict. The traditional analog signal control mode has poor capacity of resisting disturbance, the requirement of complex equipment, the control precision low and some other problems, it is difficult to adapt to the increasingly complex industrial environment. In this article, mainly introduces the structure of various speed system, and completed the closed loop PID control system through the PLC as controller and incremental photoelectric encoder for speed acquisition, achieve the multistage speed control three-phase asynchronous motor through Frequency converter based on RS-485.Key words: PLC; RS-485; multistage speed; encoder目录第一章概述 (4)1.1 课题研究的背景及意义 (4)1.2 课题研究现状 (5)1.3 本课题研究的主要内容 (6)第二章系统分析 (7)2.1 PLC基本知识 (7)2.1.1 PLC的基本功能 (8)2.1.2 PLC的特点 (9)2.1.3 PLC的展望 (11)2.2 变频器基本知识 (12)2.2.1 变频器的应用 (12)2.2.2 变频器的分类 (13)2.2.3 变频器控制的展望 (14)2．3 光电编码器 (15)2.3.1 增量式编码器 (15)2.3.2 绝对式编码器 (16)第三章系统设计 (19)3.1 总体方案 (19)3.2 硬件设计 (19)3.2.1 变频器的连接 (20)3.2.2 光电编码器的配置 (20)3.2.3 PLC输入输出口分配 (21)3.3 软件设计 (21)3.3.1 变频器的参数设置 (22)3.3.2 PLC的设计 (23)第四章结论 (28)结束语 (29)致谢 (30)参考文献 (31)第一章概述1.1 课题研究的背景及意义随着计算机技术、电子技术的不断进步，PLC(可编程逻辑控制器)技术、变频(变频器)调速技术的发展极为迅速，已渗透到各个领域，以它们为主导的现代生产技术正以史无前例的速度迅猛发展。

运用 PLC和变频器实现电机多段调速摘要：近年变频调速技术获得良好的发展空间，其控制精度突出、调速便捷、节能效果突出，可以达到直流电动机调速状态。

但是在现代农业与工作快速发展的背景下，在自动化控制方面的要求更为严格，仅仅借助变频器调速已经无法进一步提高生产效率与质量，所以需要对PLC、变频器以及其他自动化工控设备进行综合使用，同时借助组态软件、人机界面等开展远程监控，是现代控制技术的主要发展方向。

PLC是对通信、自动化控制以及计算机等技术进行融合的技术设备，因为其低成本、维修便捷、抗干扰能力突出、可靠性高、组合灵活等特点，在自动化领域具有重要作用，在自动化控制中有着广泛应用。

关键词：PLC；变频器；调速1 PLC与变频器概述1.1 PLC概述PLC工作形式较为直观，采用循环扫描的方式。

借助编程软件将用户程序输入、储存到PLC用户储存器中，PLC工作过程中对用户程序进行执行，在操作过程中，无法同时操作多个，需要根据分时原理开展。

由此，即能够借助PLC正常运行执行程序。

工作流程主要涵盖以下阶段，采样输入、执行程序以及刷新输出。

在PLC编程语言中，梯形图是应用较多的形象，PLC电路符号、表达方式和继电器电路原理图较为相似。

为了提高PLC抗干扰水平，引进了相关硬件和软件抗干扰手段。

PLC虽然具有较高科技含量，然而实际操作中并不复杂，同时调试和维护工作也较为便捷。

1.2 变频器概述变频器涵盖主电路与控制电路等零部件，可以借助下式进行变频原理表述：，对极对数P进行调整，能够实现电动机调速的目的，对S进行调整能够实现电机转差率调速，对f1进行调整能够促使异步电机电源频率发生变化。

一般情况下，调整电源频率是调速的主要方法。

借助科学分析三相异步电机和相关等效电路，获得：E1=ΔU+U1，基于E1和f1较大的情况，定子漏阻抗会减少，可以不计算ΔU，即可以获得定子电压，因此。

借助相关推理公式与科学计算能够获得：U1/f1=常数，即可以借助控制U1对E1进行控制。

常州轻工职业技术学院毕业论文（设计）任务书学生姓名焦艳专业班级10自动试点班学号1036623116 指导教师姓名及职称吴旗副教授题目PLC与变频器多段速度控制系统的设计论文（设计）的主要任务与具体要求●工序及控制要求：（1）要求由PLC控制变频器，实现多段速度控制。

（2）可以正转控制，也可以反转控制。

具有手动和自动两种控制方式。

（3）手动时，5个PLC的输入点可以实现10Hz、20Hz、30Hz、40Hz、50Hz五种速度。

（4）自动时，按下启动按钮，程序控制变频器每30秒改变一次频率，初始值10 Hz，以后每30秒加10 Hz，加到50后有每30秒减10 Hz，减到10 Hz后在加，如此循环直到发出停止命令。

●设计的主要要求（1）整体方案比较与论证根据设计要求选出2种控制方案，并进行比较和论证，确定最佳方案并进行设计；（2）给出系统原理分析，时序图分析，绘制电气图、PLC连接原理图；（3）列出I/O分配表，编制梯形图程序，提供元件和设备清单；（4）整理各项实验数据；（5）软件测试方法和调试方法；（6）编制毕业设计说明书。

主要参考文献1、《可编程序控制器逻辑控制案例》戴一平编著2、《PLC开发与应用实例详解》吴作明编著3、《监控组态软件与PLC入门》严盈富主编4、《变频技术原理与应用》吕汀主编5、网查询有关技术资料指导教师意见：签名年月日教研室意见：签名年月日系审核意见（公章）年月日备注：1、本任务书一式二份，由指导教师填写相关栏目，经系审核同意后，系和学生各执一份。

2、本任务书须与学生的毕业论文（设计）一并装订存档。