基于PLC的电机调速控制综合系统广州大学.docx

控制系统课程设计

项目名称：以西门子S7-200为关键电机速度监控系统

学生姓名 / 学号：
卢泽涛
吴钟森
夏杰东
指导老师： 黄峥
班级 电气133
　　专业名称 电气工程及其自动化
提交日期 年 12月 15 日
答辩日期 年 12月 15日

一、 系统整体功效说明及软硬件选型
1、经过PLC控制变频器，实现远程方法控制控制鼠笼式异步电动机正反转及速度。
2、将编码器中和转速相对应输出电压采集到PLC中。
3、经过PLC编写PID控制程序，控制电机转速。
4、应用触摸屏组态软件设计控制系统界面，和PLC进行动态连接，可在界面中控制电机转速，显示变频器频率、电机正反转状态、实际转速等。
5、设置电机正常转速范围（上、下限），当电机转速超出正常范围时，停机并报警，并可复位报警信号。
6、软硬件选型说明表以下：

序号
名称
数量
备注
1
西门子PLC编程软件STEP7 

软件
2
MCGS组态软件

软件
3
PLC
1台
S7-200PLC
4
变频器
1台
欧姆龙变频器3G3JV
5
电机
1台
鼠笼式电动机
6
下载电缆
1根

7
通信电缆
1根
PC/PPI+

二、 I/O点和输入输出设备对应关系表
PLC和变频器对应接线表
PLC端口
变频器端口
备注
Q0.0
S1
控制电机正转
Q0.1
S2
控制电机反转
1L
SC
提供频率指令电源
V
FR
V为PLC模拟电压输出端，FR为变频器模拟电压接收端（0--10V）
M
FC
公共端互连

组态软件和PLC通信关系表
组态参数
PLC各寄存器
备注
正转按钮
写M0.0
控制电机正转
反转按钮
写M0.1
控制电机反转
电机转速输入
写 VD0
同时输入修改电机转速
电机频率
读 VD2
实时显示电机频率
电机转速
读 VD4
实时显示电机目前转速

另外，变频器U、V、W端口分别接电机A、B、C三相，图：

三、 系统原理图，包含主电路和控制电路。
PC组态软件运行窗口

西门子S7-200PLC

欧姆龙变频器3G3JV

鼠笼式异步电动机

带有电压模拟输出测速表

四、 软硬件相关设置说明
1、 软件相关设置：MCGS组态软件和西门子s7-200PLC连接相关设置以下：

2、 欧姆龙变频器参数设置：n01=08；n02=01；n03=02；n32=0.4

五、 程序功效具体说明
1、MCGS组态设计，设计界面和功效以下：

（1）电机运转前必需先输入转速（比如800 r/min）然后点击正转或反转按钮，为了安全，在电机转向切换时，先按停止，待电机停下再进行转向变换。
（2）该组态设置了电机转速报警，大于上限值（比如 |1200| r/min）时停机报警。
（3）该组态可正确转换编码器转速对应频率。
（4）PID控制参数于PLC程序中编好，采取效果最好一组。
（5）各参数设置详见上文第四硬件设置部分。

2、西门子s7-200PLC原程序具体说明以下：（见下页）

（1）主程序详解：

//调用子程序SBR_0，初始化PID模块

//控制电机正转

//控制电机反转

（2）子程序SBR_2详解

//将输入转速转化为0—1大小，并保留至AC1

（3）子程序SBR_0详解（PID模块初始化）：

//过程变量值PVn=0.75

//百分比项增益Kc=50.0

//采样周期Ts=0.1s

//积分时间常数
T1=10.0min

//微分时间常数
Td=0.0

//将SMB35定时器
设置为100ms

//使能、调用中止程序

（4）中止程序INIT_0详解：

//将模拟量输入值AIW0
转换为双整数

//将AC0双整数转换为
实数

//AC0/285.0=实际频率
保留至VD2

//AC0/10.81=实际转速
保留至VD4

//AC0/3=“-1--1”

//判定AC0＜0
若小于，则乘以
-1，变正数
//将AC0值传送到VD100
过程变量值PVn处

//调用子程序SBR_2

//将AC1值传送到VD104
给定值SPn处

六、 调试过程：调试阶段问题分析，处理方法，测试统计和结果分析。
1、 使用变频器直接控制转速，测得一组试验数据以下表：
转速V(r/min)
模拟电压输入U(v)
VIW0（AD转换值）
VIW0/V(倍数)
306
1
3300
10.78
602
2
6500
10.79
893
3
9650
10.80
1190
4
12860
10.81
1483
5
16090
10.84
1728
5.83
18730
10.84
分析数据可得：
（1） AD转换值和实际转速倍数大约在10.81；
（2） 1728r/min为最大转速，对应VIW0为18730；
（3） 输入转速V/最大转速Vmaxß->“0-1”；
（4） “0-18730”*1.7084ß->“0-3”。
2、由数据分析换算关系，可用于程序编写设计使用，使调速、速度监控愈加正确。
七、 小组组员收获体会、系统存在问题和深入改善意见
1、小组组员分工：
（1）卢泽涛关键负责PLC程序设计编写；
（2）吴钟森关键负责MCGS组态界面设计；
（3）夏杰东关键负责硬件接线，变频器参数设置；
（4）三人合作一起完成调试阶段，数据统计，问题分析，处理方法，改善
提议，汇报撰写等。
2、 系统存在问题及深入改善：
现在电机转速波动较大，在±50r/min左右。改善意见：能够在采样时进行滤波，即提升中止采样速度，每10才采样值相加，再去平均值，可很好抑制波动。
3、组员收获体会：
（1）卢泽涛：
此次课程设计我关键负责PLC程序编写，设计系统整体原理思绪，撰写汇报等。以后次控制系统课程设计中，我对西门子s7-200编程指令，功效模块（PID指令），系统原理设计等愈加熟悉了，对变频器基础参数设定、对MCGS组态界面设计，搭建和PLC通信也有了一定了解。基础掌握了使用组态—PLC—变频器闭环PID系统控制。
总来说，此次课程设计编程技术，参数设定，通信技术和汇报撰写我有学习到东西，收获颇丰！
（2）吴钟森：
伴随老师验收结束，课程设计也告一段落。在课程设计过程中，我体会颇多、收获颇多。
这次控制系统课程设计内容是用西门子PLC做一个闭环调速电机控制系统，并使用组态软件实时操控电机。在确定课题后，当日晚上就翻查变频器说明书和PLC书本，自学PLC模拟量使用和组态软件使用，确定大致进度表，因为我认为对待设计项目，必需树立一个严谨态度，认真对待。次日优异行了变频器测试，直接用变频器控制鼠笼式电机，用旋钮调速。测试完就和组员讨论具体接线，我们之所以先确定接线，是为了方便同时进行组态软件通信设置，这点细节也就成为了我们组进度较快决定性原因。在完成基础编程任务后，我就关键负责组态搭建任务了。在自学组态过程中，我碰到了很多困难，通信失败，实时数据库了解有误。于是我请教老师，在老师讲解下逐步探索到要领，最终担起演示控制系统任务。
此次课设不仅巩固了了PLC知识，还学习了组态使用，掌握了欧姆龙变频器远程操作原理，提升了本身学习能力，和组员共同处理问题过程也感受到了喜悦。以后也将以严谨态度对待多种挑战。
（3）夏杰东：
在这次课程设计中，我关键负责是部分辅助性工作，在贡献方面来说没有其它两位组员大，可是学到东西一样很多，以前面试时候提起PLC，专业人员全部会说到触摸板，我当初连触摸板是什么概念全部不太清楚。经过这次课程设计，让我学会了组态使用，也了解触摸板对PLC控制和使用，相信对我以后和工作和学习有很大帮助。