基于西门子PLC通信方式的变频器开环调速控制-电气工程技术毕业设计论文.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………………………………………………………14
第五部分 致谢…………………………………………………………15
第六部分 参考文献……………………………………………………16
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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, 充分了解应用环境和控制系统要求、完成硬件选型及其系统设计编制PLC程序，并利用PLC实验室设备进行调试取得成功。
2、设计的思路、步骤、方法
2.1 设计的思路
根据设计任务要求和实验室条件依据自身所学专业知识实践操作技能，查阅有关于西门子PLC通信方式的变频器开环调速控制的资料，利用Step7-MicroWin PLC编程软件及仿真软件S7-200，制定严谨的设计方案和阶段进度计划，在此过程中认真记录设计方案中所遇到的问题点，通过Step7-MicroWin PLC编程软件编程和仿真软件S7-200进行模拟调试，详细的修订并完善报告，最终完成基于西门子PLC通信方式的变频器开环调速控制任务。
2.2 设计的步骤
了解什么是USS通信协议和USS通信协议结构；西门子MM420变频器基本构造及工作原理；Step7-MicroWin和S7-200仿真软件的使用；编写PLC程序；确定PLC的I/O分配地址；精准绘制PLC的外部接线和控制系统接线图；利用实验室设备进行调试以达到MM420变频器能够实现：开始、加速、减速、反转、停止、紧急、全速运行、频率归零。
2.3 设计的方法
利用自身所学知识；查阅教材；图书馆借阅相关专业书籍；互联网上相关专业知识搜索。PLC程序编写与指令的调用；如何进行硬件连接；都要熟练运用。
3、调研的目的和总结
通过调研使我们能够升入了解MM420变频器的工作原理和USS通信协议的优势特点，通过使用PLC编写熟练的掌握Step7-MicroWin和S7-200仿真软件的使用，提高自身实践水平和思维能力，为自己创造一个质的飞越，以及在今后生活中能够熟练运用相关技能。

第二部分 设计说明
1、PLC
1.1什么是PLC
PLC又称可编程控制器，是专门为在工业环境下应用而设计进行数字运算的电子装置，是以微处理器为基础，结合计算机；自动控制和通信技术，用面向控制过程；面向用户的“自然语言”编程的一种简易；操作方便和可靠性高的全新一代通用工业控制装置。
1.2 PLC的特点
（1）编程方法简单易学。
（2）功能强，性价比高。
（3）硬件配套齐全，使用方便，适应性强。
（4）可靠性高，抗干扰能力强。
（5）系统设计；安装；调试工作量少。
（6）维修方便。
（7）体积小，能耗低。
2、西门子S7-200PLC
2.1 S7-200PLC构成
S7-200系列PLC的硬件主要包括CPU和扩展模块。扩展模块包括模拟量I/O扩展模块；数字量I/O扩展模块；温度测量扩展模块；特殊功能模块和通信模块等构成。

图1-1 S7-200系列PLC外部结构
3、USS通信协议简介
3.1什么是USS通信协议
USS通信协议又称通用串行接口协议，该协议是由西门子公司专们为变频器的通信而开发的通用通行协议，它能够支持变频器和PLC之间的通信连接，利用串行总线进行数据相互交换的一种通信协议。
S7—200PLC可将其通信端口设为自由口模式-USS协议，可实现PLC对变频器的控制，USS协议是主—从结构的方式协议，规定USS总线上可有一个主站（PLC）和最多三十一个从站（变频器），总站上每一个从站都有唯一标识码，主站可依靠标识码识别各个从站，每个从站也可对主站发送的信息报文做出对应响应并回应报文，从站和从站之间不能够直接进行数据的通信，除此之外还有一种广播通信方式，主站可同时给所有从站发送报文，从站在接受报文并做出对应的响应后不必会送报文。
3.2 USS协议指令
USS协议指令主要包括USS_INIT;USS_CTRL;USS_RPM_x及USS_WPM4_x
(1)初始化指令USS_INIT
功能：用于允许和初始化或禁止Micro Master变频器通信。
(2)控制指令USS_CTRL
功能：用于控制被激活的Micro Master变频器，把选择的命令放在一个通信缓冲区内，经过通信缓冲区发送到由Drive参数指定的变频器，如果该变频器已由USS_INIT指令的Active参数选中，则变频器将按选中的命令运行。
(3)读取/写入变频器参数指令USS_RPM_x及USS_WPM4_x
功能：
USS_RPM_x：读取变频器参数，当变频器确认接收到命令或发送一个错误状况时，则完成USS_RPM_x指令处理，在该处理等待响应时，逻辑扫描任继续进行。
USS_WPM4_x：将变频器参数写入到指定的位置，当变频器确认接收到命令或发送一个错误状况时，则完成USS_WPM4_x指令处理，在该处理等待响应时，逻辑扫描任继续进行。
3.3 USS通信协议的优势
（1）利用西门子PLC对变频器进行控制时，其大多采用面板和端子进行控制，可直接将PLC输出数字量来控制变频器的启动和停止。
（2）可极大提高系统的自动化控制水平和运行的可靠性。
4、西门子MM420变频器

图1-2 MM420变频器工作原理第三部分 设计成果
1、PLC实验室进行试验
1.1准备试验器材
（1） S7-200PLC—西门子主机单元一台
（2） 西门子编程电缆一条
（3） MM420变频器一台
（4） 三相异步电动机一台
（5） 计算机一台
（6） 若干导线
（7） 记录工具
2.根据设计任务要求编写PLC程序I/O分配接口
利用Step7-MicroWin软件编写梯形图控制MM420变频器以实现以下要求：
（1）打开启动开关I0.0；变频器开始运行。 
（2）打开加速开关I0.5；变频器加速运行。 
（3）打开减速开关I0.6；变频器减速运行。 
（4）打开返转开关I0.4；变频器返转运行。 
（5）打开停止开关I0.1；变频器停止运行。 
（6）打开急停开关I0.2；变频器紧急停止。 
（7）打开全速开关I0.7；变频器全速运行。 
（8）打开归零开关I1.0；变频器频率归零。

图1-3 Step7-MicroWin编程软件主界面
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2.1主程序；子程序梯形图及I/O分配地址如下

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主程序

子程序

3.变频器参数设置
(1)把变频器恢复出厂设置。
(2)连好电动机与变频器的电源，给变频器通电。
(3)进入快速调试查看变频器内电动机参数是否与当前电动机的参数相关，不 同时要校正。
3.1根据设计要求设变频器MM420参数
P0003=3 启用全部参数的读写访问（专家级）
P0010=1 启用快速调试模式
P0304=380 电机额定电压
P0305= 电机额定电流
P0307= 电机额定功率
P0310=50HZ 电机额定频率
P0311= 电机额定转速
P0010=0
P0700=5 控制由USS控制
P1000=5 频率由USS控制
P1120=2S 加速时间设置成2S
P1121=2S 减速时间设置成2S
P2009=0 设置USS规格化
P2010=6 RS485通讯设置成9600波特率
P2011=0 变频器号吗（USS地址)
P0971： 设置 P0971 = 1，以上参数将保存入MM 420 的 EEPROM 中
4.PLC外部的模拟接线图
根据设计任务要求对实物硬件外部进行电路接线
(1)S7-200PLC
(2)MM420变频器
(3)三相异步电动机
三者实现连接
图1-4 S7-200PLC与变频器MM420三相异步电动机模拟接线图（使用CAD绘制）
5. 对控制程序进行仿真调试
（1）对S7-200PLC；变频器MM420;三相异步电动机之间进行电路连接，连接时不要先接通电源最后一步才可以接通电源，避免造成触电事故做到安全第一要素。
（2）将PLC程序写入S7-200然后进行PLC程序监控。
（3）逐步实现了变频器电动机开始；加速；减速；返转；停止；紧急停止；全速；频率归零运转。
第四部分 结束语
PLC—可编程控制器，本次设计是利用西门子S7-200系列PLC通过USS通信协议对MM420变频器进行开环调速控制。此次设计我首先根据任务要求进行了整体分析；确定设计内容后对哪些不懂去阅览室和互联网上查阅资料及询问指导老师；并详细记录如什么是USS通信协议—它能够支持变频器和PLC之间的通信连接，利用串行总线进行数据相互交换的一种通信协议。理论上基本确定后，需要进行哪些实际操作比如要进行PLC编程；PLC外部与MM420变频器实物接线等。进行PLC编程首先得熟练掌握Step7-MicroWin软件使用，进行电路接线得会画电路图这就要使用Auto CAD（2007）软件。
通过这次毕业设计进一步掌握了PLC与电气控制方面的知识，会熟练的运用Step7-MicroWin编程软件及Auto CAD（2007）软件。对事物进行电路连接充分提升自己本身的实践技能并能够运用到现实生活中。在此次毕业设计中也遇到了一些问题比如进行PLC编程时常开和常闭弄混淆，进行电路连接时也经常接错，这些都是自己粗心造成的，粗心这是一种不好的习惯；在以后生活必定加以改变。

第五部分 致谢
作为大学毕业中最重要的一环—毕业设计，从毕业设计动员与选题到完成首先得感谢老师的精心指导，得以让我完成这次毕业设计，辛苦了。本次毕业设计我的选题是“基于西门子PLC通信方式的变频器开环调速控制”，自己本身对PLC有很多不懂得地方，通过查阅资料和老师的帮助下自己对PLC有了质的提升。
通过这次毕业设计的完成，让我掌握了更多的实践操作技能和应用能力及思维能力。在今后的工作生活中起了很大的帮助。非常感谢老师和同学的帮助，让我团体合作的重要性，让我受益匪浅，在这里再次感谢老师和同学们的帮助，谢谢！辛苦了！
第六部分 参考文献
【1】西门子S7-200系列PLC应用技术（第二版）.祝福.陈贵银.电子工业出版社.2015年1月。
【2】变频技术原理与应用. 吕汀 石红梅.机械工业出版社.2007年7月。
【3】S7-200 PLC编程及应用. 廖常初. 机械工业出版社. 2007年7月。
【4】西门子S7-200系列PLC自学手册. 陈忠平.侯玉宝.人民邮电出版社.2008年。
【5】深入浅出西门子S7-200PLC. 西门子有限公司自动化驱动集团. 北京航空航天大学出版社. 2007年。
【6】西门子S7-200PLC完全精通教程. 向晓汉. 化学工业出版社. 2012年7月。