基于西门子PLC通信方式的变频器开环调速控制-电气工程专业毕业论文.doc

目 录

第一部分 设计任务与调研……………………………………………2
第二部分 设计说明……………………………………………………3
第三部分 设计成果……………………………………………………6
第四部分 结束语………………………………………………………13
第五部分 致谢…………………………………………………………14
第六部分 参考文献……………………………………………………15
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第一部分 设计任务与调研
1、毕业设计的主要任务
完成基于西门子PLC通信方式的变频器开环调速控制的设计，根据控制要求来编写PLC程序及仿真使用S7-200仿真软件

2、设计的思路、目的及设计步骤
2.1 设计的思路
1、接触并了解西门子MM420变频器；
2、学习西门子PLC的具体编程方法；
3、熟练使用S7-200仿真软件；
4、了解变频器参数意思及使用流程；
5、熟练掌握 I/0 的分配、PLC 和变频器的连接方法；

2.2 设计的步骤
1. 根据控制要求选定变频调速的控制方式
2.设计变频调速系统的硬件和软件
3.变频调试系统的安装与调试
4.对变频器和PLC进行选型

2.3 设计的方法
首先需要通过调研相关信息来形成初步的了解，有了正确的方向后更够避免出现不必要的麻烦，可以通过从学校图书馆查询资料或者上网获取有用的相关信息。有了一定的了解后可以根据变频器的特性和需要的动作来进行相关的设计，完成PLC的编程，最后可以通过仿真和实际的接触来确认成果。

3、调研的目的和总结
为了能够成功的完成此次毕业设计，调研查询相关资料是很有必要的。磨刀不误砍柴工，只有先了解才能有正确的方向去尝试设计，调研能够让我更加清楚的了解变频器的相关参数以及具体使用方法，还能更加近距离的与相关人员接触，通过直接的接触来更好地学习。

第二部分 设计说明
1、 PLC的介绍
1.1 PLC的简介
plc，即可编程逻辑控制器，它是一种可以编程的器件，能够进行存储，还可以进行运算、控制、计时等等很多方面的指令，用来控制各种生产的过程。

1.2 PLC的特点
（1）体积小，占用空间小，功耗低
（2）功能丰富完善，适用性强
（3）可靠性强，设置了监控程序，安全性高
（4）结构简单，维护成本低
（5）易学易用
（6）扩充方便，组成灵活

2、 西门子MM420变频器的简介
2.1 变频器的背景介绍
变频器调速已经认定为最有发展前景，最为理想的的调速方式之一，采用变频调速传动系统的主要原因是为了提高自动化程度以及节省生产能源，降低生产成本，很好的改善了产品的生产质量，用户还可以根据自己的实际工艺要求在不同的场合下去运用不同型号，不同类型的变频器。随着变频技术的不断发展提升，交流电动机的变频技术目前已经逐渐完善，较为复杂的控制技术已经在逐渐的投入到应用当中，使变频器的性能不断提高，应用的范围也越来越广泛。

2.2 变频器的调速原理概述
 变频器调速原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：
  n 60 f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）
   频率f和转速n成正比关系，在不改变电动机的极数的情况下，只改变频率f 就可以改变电动机的转速，当频率f 在0～50Hz 的范围内变化时，电动机转速可以调节的范围就比较宽。
变频器就是根据上面所描述的原理采用交-直-交电源变换技术的方法研究出来微电脑控制技术和电力电子技术这种类型的综合性电气产品，变频器调速原理其实就是通过将电动机电源频率实现速度调节来进行改变。

2.3 变频器的动作内容
系统输入设有启动按钮，停止按钮，急停按钮，故障清除按钮，方向按钮，用来控制变频器。输出则设有变频器运行指示，运行方向指示，变频器禁止状态，变频器故障位状态。
2.4 变频器在调速系统中的优点
1.控制电机的启动电流
2.减低电力线路的电压波动
3,启动时需要的功率要更低
4.可控的加速功能
5.可调的运行速度
6.可逆运行控制
7减少机械传动部件

2.5 USS通信协议说明
USS协议是SIEMENS公司为变频器通信发明的通用通讯协议，它是基于串行总线进行数据通讯的一种协议。USS协议是主-从结构的协议，规定了在USS总线上可以有一个主站和最多31个从站； USS 通信是由主站发起的，USS 主站会不断循环轮询各个从站，从站根据收到的指令来决定如何响应。从站不会主动发送数据，从站在下面条件满足时会应答：
（1）在接收到的主站报文没有错误的情况下。
（2）在从站接收到主站报文中被寻址时 。
上述条件如果不满足，或者主站发出来的是广播报文，从站将不会做出任何响应。从站必须在接收到主站报文之后的固定时间内发回响应，否则主站会视为出错。
使用USS通信协议时，用户程序应该通过子程序调用的方式来实现PLC与变频器的通信。USS协议指令在指令库文件夹时，指令库会提供8条指令来支持USS协议。调用USS指令时，会自动增加相关的子程序。

2.6 USS协议指令功能
USS协议指令有USS_INIT、USS_CTRL、USS_RPM_x及USS_WPM4_x
（1）USS_INIT –初始化指令
功能： 用于初始化和允许或者禁止Micro Master变频器通信。
（2）USS_CTRL -控制指令
功能：作用于控制被激活的Micro Master变频器，该指令将选择的命令放在一个通信缓冲区内，通过通信缓冲区发送到由Drive参数指定的变频器中，如若该变频器已被USS_INIT指令中的Active参数选中，则变频器将根据选中的命令运行。
（3）USS_RPM_x-读取或写入变频器参数指令
功能： USS_RPM_x指令能够读取变频器的参数，当变频器确认接收到命令或者发送一个错误状况时，将会完成USS_RPM_x指令处理，在处理等待响应过程中，逻辑扫描仍会继续进行。
功能： USS_WPM4_x指令能够将变频器参数写入指定的位置，当变频器确认接收命令或者发送出一个出错状况时，则会完成USS_WPM4_x的指令处理，在该处理等待响应过程中，逻辑扫描仍会继续进行。

第三部分 设计成果

图3-1变频器开环调速系统原理图

图3-2 西门子PLC外部接线图

图3-3变频器外部接线图

图3-4流程图

图3-5 IO分配表

图3-6 PLC梯形图

MM420变频器的参数设置
参数集是对驱动装置控制和调试的基础，基本上所有的功能都要对驱动装置内部的参数进行设定、访问和修改。西门子的驱动装置参数功能更加的突出，较多的参数选项，保证了西门子设计的产品高性能应用以及非常高的定制能力。
控制命令控制驱动装置的启动、停止、正/反转这些功能。控制源参数设置决定了驱动装置将会从何种途径接受控制信号。
设置变频器MM420参数：
P0003=3 需要设置的主要参数有“控制源”和“设定源”两组。要设置此类参数，需要有“专家”参数访问级别，即是首先把 P0003 参数设置为 3。
P0010= 1 启动快速调试状态
P0305= 电机的额定电流
P0304= 380 电机的额定电压
P0307= 电机的额定功率
P0311= 电机的额定转速
P0310= 50HZ 电机的额定频率
P0010=0
P0700= 5 控制USS控制通信
P100 = 5 控制USS频率通信
P2009= 0 决定是否对USS通信设定值规格化
0 - 不规格化USS通信设定值
1 - 对USS通信设定值进行规格化
P2010= 6 设置通信速率。根据 S7-200 通信口的限制，RS485通讯将设置成9600波特率
P2011= 0 设置 P2011[0] = 0 至 31，即驱动装置 COM Link 上的USS通信口在网络上的从站地址。网络上不能有任何两个从站的地址相同。
P0971： 设置 P0971 = 1，上述参数将保存至MM 420 的 EEPROM 当中。

第四部分 结束语
毕业设计不仅仅是对自己在学校中所学习的知识的一种检验方式，同样也是让自己的综合能力进一步的提高。因为只有完整的设计出具体的成品才能将自己所学习的知识统一起来运用。变频调速是电机调速的最佳方式,是企业技术改造和产品更新换代的理想设备,是工业自动化系统必不可少的组成部分,是实现生产过程和管理自动化的前提,也是信息化发展的先决条件。所以花费时间去学习并了解变频调速是非常有意义的，这对我在今后从事的相关工作有非常大的帮助。变频器我之前是完全不了解的，只能通过各方面的渠道去了解变频器的流程以及控制原理图，然后再去编写PLC的程序。这些虽然比较花费时间，但是这都是值得的，让我有了探索电气控制的动力。
这次的毕业设计虽然有不小的收获，但是并不意味着学习的停止，现在的我还只是初步的接触了控制编程，之后还有很长的路要走，还有更多需要去学习的东西，希望这次的毕业设计是一个好的开始，以后能够对电气控制有更加深入的了解。

第五部分 致谢
在经过了几个月的学习与忙碌中，本次的毕业设计已经基本完成。在忙碌的工作之余能够抽空完成此次设计绝不是单独一个人能够做好的事情，毕业设计的完成是通过从各方面渠道所了解的知识累计起来的成果，其中指导老师以及同学对我的帮助非常大。在设计的过程中难免会遇到许多的难题，老师在百忙中抽空给出了许多好的建议与意见，让我在毕业设计过程中少走很多弯路。同样也感谢电气班级的同学们，在共同学习的这三年中，热情的同学们给了我生活上面很多的帮助，让我大学生活中留下了美好的记忆。
同样要感谢的还有培养我的学校，在学校中我度过了美好而又充实的两年时间，学校中的老师们热心的传授我们知识，和我们讲步入社会后的经验。感谢我的父母和家人，感谢他们对我学习、生活给予的支持和照顾，在毕业设计中，还获得了许许多多人的帮助与先前研究工作者的宝贵资料，毕业设计离不开你们的帮助，在此对表示深切的谢意。

第六部分 参考文献
【1】西门子S7-200系列PLC应用技术.陈贵银.电子工业出版社.2015年7月.P125-P176
【2】PLC控制系统设计安装与调试.陶权.北京理工大学出版社.2009年8月.P40-P80
【3】西门子S7-200系列PLC应用技术.陈贵银.电子工业出版社.2015年7月.P230-P272
【4】可编程控制器原理与应用基础.刘春风.机械工业出版社.2007年7月.P70-P100
【5】王占奎.变频调速应用百例.北京：科学出版社出版，1999年4月.P1-P80
【6】电气控制与PLC应用技术.刘长春.科学出版社.2008年7月.P99-P150
【7】电气与PLC控制技术.蔡红斌.清华大学出版社.2007年8月.P11-P50
【8】变频调速系统设计与应用.王树主.机械工业出版社.2006年6月P13-P70
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