PLC电机控制.doc

电气控制系统设计
(自动化14级)

电机闭环控制设计
学生姓名 王武江
学 号 14137227
系 别 机械与电气工程学院
专业班级 自动化141
指导教师 鲁志康
填写日期 2017/11/10
目录
目录 i
1、 PLC简介 1
1、1PLC特点 1
1、2 PLC得功能与应用 3
2、 EV1000系列通用变频器 4
2、1变频器安装 4
2、2 概述 7
2、3主回路输入输出端子 9
2、4控制回路配置及配线 10
2、5基本运行参数 13
3、 PLC梯形图 16
3、1电机正反转控制: 16
3、2转速测量: 17
4、 触摸屏界面控制 17
4、1 工作界面: 18
4、2 参数设置界面: 20
5、 个人体会 20
6、 参考文献、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、21
引言
随着变频调速技术得不断发展,交流传动系统得性能突飞猛进。交流异步电动机以其低廉得造价、坚固得结构得到了越来越广泛得应用。在交流传动得许多应用场合中,均对电机得调速性能与定位性能提出了较高得要求。异步电动机以其大功率、高性价比得独特优势而占有一席之地,但同时其调速性能与定位性能却不甚完美,尚需完善。本次实验基于可编程控制器(PLC)硬件平台得异步电动机综合控制系统。该系统通过可编程逻辑控制器(PLC)来控制变频器,最终实现异步电动机转速得闭环控制。并通过HMI面板直观得显示出来。
本实训任务如下:
一、概况
某专用车床主轴电机(1KW)得旋转运动需要启停、调速、正反转,但需要冷却泵先启动,冷却泵功率为0、5KW,可单独启动。系统采用交流电动机拖动,电气控制可采用人机界面与PLC控制,使控制系统较为先进、简洁。
二、控制要求
控制得电机有二台电机:旋转主电机、冷却泵。系统有短路保护措施。主电机可变频调速,速度在人机界面上可调,实现闭环调速,速度上升与下降时间为3秒;主电机冷却泵能够在触摸屏上运行控制,实现控制系统得设计。
三、要求完成以下设计内容:
1)根据控制要求,进行电气控制系统总体设计;
2)完成控制箱得电气原理图、安装图设计;
3)完成人机界面;
4)PLC梯形图设计;
5)编制元器件目录清单;
6)编写设计报告,其中包括设计安装说明与使用;
7)其她需要说明得问题;
8)附:参考资料、参考书及参考手册。
1. PLC简介
1、1 PLC特点
可编程控制器(PLC)就是一种以微处理技术为基础,将控制处理规则存储于存储器中,应用于以控制开关量为主或包括控制参量在内得逻辑控制、机电运动控制或过程控制等工业控制领域得新型工业控制装置。
1.可靠性高,抗干扰能力强
这往往就是用户选择控制装置得首要条件。可编程控制器生产厂家在硬件方面与软件方面上采取了一系列抗干扰措施,使它可以直接安装于工业现场而稳定可靠地工作。目前各生产厂家生产得可编程控制器,其平均无故障时间都大大地超过了IEC规定得10万小时(折合为4166天,约11年)。而且为了适应特殊场合得需要,有得可编程控制器生产商还采用了冗余设计与差异设计(如德国Pilz公司得可编程控制器),进一步提高了其可靠性。
2.适应性强,应用灵活
由于可编程控制器产品均成系列化生产,品种齐全,多数采用模块式得硬件结构,组合与扩展方便,用户可根据自己需要灵活选用,以满足系统大小不同及功能繁简各异得控制系统要求。
3.编程方便,易于使用
可编程控制器得编程可采用与继电器电路极为相似得梯形图语言,直观易懂,深受现场电气技术人员得欢迎。近年来又发展了面向对象得顺控流程图语言,也称功能图,使编程更简单方便。

PLC得基本结构图
1、2 PLC得功能与应用
功能:
1、 控制功能逻辑控制、定时控制、计数控制、顺序控制 
2、 数据采集、存储与处理功能数学运算功能、数据处理、模拟数据处理 
3、 输入/输出接口调理功能具有A/D、D/A转换功能,通过I/O模块完成对模拟量得控制与调节。位数与精度可以根据用户要求选择。具有温度测量接口,直接连接各种热电阻或热电偶。 
4、通信、联网功能 
5、 人机界面功能 
6、 编程、调试等使用复杂程度不同得手持、便携与桌面式编程器、工作站与操作屏,进行编程、调试、监视、试验与记录,并通过打印机打印出程序文件。
7、 应用:目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。
中国市场主要厂商为西门子、欧姆龙、三菱、台达等国际大公司,欧美公司在大、中型PLC领域占有绝对优势,日本公司在小型PLC领域占据十分重要得位置。
系统总体设计:
电机变频调速控制系统原理框图如图所示, 计算机下载程序到PLC与触摸屏, 通过触摸屏输入指令, PLC将信号传给变频器, 由变频器实现三相异步电动机得启停、变频调速、正反转运行。

2、EV1000系列通用变频器
变频器(Variablefrequency Drive,VFD)就是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机得电力控制设备。变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT得开断来调整输出电源得电压与频率,根据电机得实际需要来提供其所需要得电源电压,进而达到节能、调速得目得,另外,变频器还有很多得保护功能,如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度得不断提高,变频器也得到了非常广泛得应用。
2、1变频器安装
一、安装使用环境 :
(1) 环境温度－10℃~40℃;
(2) 环境湿度要求不大于90%RH(表 面无凝露);
(3) 无强电磁干扰;
(4) 无水滴、蒸汽、酸、碱、腐蚀性气 体及导电粉尘;
(5) 安装位置无强烈振动;
(6) 远离高温源且无阳光直射;
(7) 禁止直接使用在易燃、易爆环境。
二、安装注意事项

(1) 安装空间通风良好,与周围相邻物 品应保留足够得空间(上下不低于100m m,左右不低于50mm)。
(2)保持竖直安装,出风口朝上;进、 出风流畅。
(3)确保安装于能承受其重量得地方。
(4)确保安装于非可燃材料上。
三、配线
变频器得基本配线如配线部分所示,用户在安 装使用时请按此图正确连接。

四、主回路端子
(1)11kW以下(含11kW)主回路端子 。
(2)15kW以上(含15Kw)主回路端子 。
(3)主回路接线端子说明:
端子说明应用 R 变频器输入端子接三相交流电源(50H z/60Hz) S T U 变频器输出端子接三相异步电机 V W P 辅助输出端子P、P+外接直流电抗器 P+、PR外接制动电阻(11kW以下含11k W) P、N外接制动单元(15kW以上含15Kw ) P+ PR NE 接地端子变频器接地。

五、控制回路接线端子
(1)控制回路接线端子示意图
(2) 控制回路接线端子说明 端子端子说明应用 10V 模拟辅助电源固定偏置电压、允许 负载不大于20mA VA 频率给定输入电压信号,可以选择0~ 5V或0~10V输入 IA 电流信号,可以选择0~20mA或4~20 mA输入 VF PI反馈输入 电压信号,可以选择0~5V 或0~10V输入 IF 电流信号,可以选择0~20mA或4~20m A输入 FMV 频率表输出频率表外接端子,0~5V 输出,(频率表内阻要求不小于1kΩ) GND 模拟信号地模拟信号输入、输出公 共端子 FMI 保留 FOR 正转端子控制模式下,正转输入指 令 REV 反转端子控制模式下,反转输入指 令 JOG 点动点动输入指令 FRE 自由停车自由停车输入指令 SP1 多段速1~3 三个端子组合成1~7段速 输入指令 其它控制功能见功能说明 SP2 SP3 RST 复位故障后复位输入指令,也可以 定义为外部中断申请 ST1 加减速时间选择1、2 两个端子组合 成四个加减速时间选择指令 ST2 控制信号地控制信号公共端子 OT1 频率水平检测1 开集电极输出,允许 负载不大于20mA OT2 频率水平检测2 OT3 故障信号输出 24V 控制辅助电源辅助电源,允许负载 不大于100mA

六、接线注意事项
(1)变频器R、S、T输入与交流母线之 间必须用空气开关作过电流保护装置,而 不能用熔断型过电流保护装置。
(2)当用交流接触器作变频器与交流母 线间得分断装置时,交流接触器不宜与变 频器R、S、T输入端子离得过近,当无法 远离时则应在R、S、T输入端子前加装浪 涌吸收装置。
(3)当有必要降低母线谐波时,可以在 变频器R、S、T输入端前加装电抗器,同 时亦可以起到改善功率因数得作用。
(4)变频器U、V、W输出最好与电机 直接相连;当装有备用系统而必须跨接交 流接触器时,则必须确保交流接触器先可 靠吸合再启动变频器输出。
(5) 变频器U、V、W输出端,绝对禁 止连接任何容性负载或相电容、阻容吸收 装置等。
(6) 变频器U、V、W输出端与电机间
变频器安装方式为壁挂式。单台变频器得安装间隔及距离要求,如图 21所示。两台变频器采用上下安装时,中间应采用导流隔板,如图 22所示。
10cm以上

8cm以上
出风方向
8cm以上
10cm以上

安装图
2、2 概述
变频器配线时,您需完成电源回路与控制回路得接线。首先,拧下塑胶外壳上面板得固定螺钉,打开变频器上面板,您就可以瞧到电源回路与控制回路得接线端子。如果变频器型号同电源端子位置会略有不同,详见下述。键盘显示单元安装位置得下方就是控制回路端子排CN5,CN6及跳线CN16,CN17,CN10。CN5端子排为继电器输出端口,CN6端子排为模拟、数字输入、输出及通讯接口。CN16,CN17及CN10为跳线器,可用来选择模拟输出为电压或电流信号。下文将分别描述各端子得功能。下图为变频器总接线图。

基本配线图
提示:
1、图中“O”为主回路端子,“?”(圈点)为控制端子;
2、CCI可选择输入电压或电流信号,由控制板上得CN10 跳线器得位置切换;
3、内含制动单元,使用能耗制动时需在P(+)、PB之间连接制动电阻;
4、控制端子得使用,请参瞧3、2、3节得内容。
5、必须在每台变频器得输入端加过流保护装置MCCB,并固定在电气柜内。
6、变频器得连线线径与MCCB得容量建议满足如下表要求、
型号
MCCB
断路器(A)
动力回路(mm2)
控制电路线
(mm2)
输入线
制动线
输出线
接地线
EV10002S0004G 16

1、5
1、0
1、0
2、5
1
EV10002S0007G 20

2、5
1、0
1、0
2、5
1
EV10002S0015G 32

4
1、5
2、5
2、5
1
EV10002S0022G 50

6
1、5
2、5
2、5
1
EV10004T0007G 10

1、0
1、0
1、0
2、5
1
EV10004T0015G 16

1、5
1、0
1、5
2、5
1
EV10004T0022G 16

1、5
1、5
1、5
2、5
1
EV10004T0037G 25

2、5
1、5
2、5
2、5
1
EV10004T0037P 25

2、5
1、5
2、5
2、5
1
EV10004T0055G 32

4
2、5
4
2、5
1
EV10004T0055P 32

4
2、5
4
2、5
1
注意:如果控制电路采用多芯电缆单根电缆线径可以为0、5mm2、

2、3主回路输入输出端子
EV1000系列变频器得主回路端子有以下三种形式请根据您选购得变频器型见以下部分 
1、EV10002S0004GEV10002S0007G ,图中各端子含义见下表
L
N

U
V
W
P(+)
PB

主回路端子描述
端子名称
功能说明
L、N
单向交流220V输入端子
P(+)、PB
外接制动电阻端子
P(+)、
直流正负母线输入端子
U、V、W
变频器三相交流输出端子
PE
安全接地端子(在散热器上)
注意 :
端子螺钉紧固力矩为14kgf、cm保护地线需接在外壳标有得散热器固定螺钉上
2、EV10004T0007GEV10004T0015GEV10004T0022G EV10002S0015G

进线端子(机器顶部)
R
S
T
PB
P(+)

出线端子(机器底部)
U
V
W

PE
主回路端子描述
端子名称
功能说明
R、S、T
三相交流输入端子
P(+)、PB
外接制动电阻端子
P(+)、
直流母线输入端子
U、V、W
变频器三相交流输出端子
PE
安全接地端子
注意: 
端子螺钉紧固力矩为17kgf、cm对于EV10002S0015G变频器输入接线时电源线接至输入端子RST中得任意两个、
3、EV10004T0037GEV10004T0037P EV10004T0055GEV10004T0055P
EV10002S0022G
P(+)
PB
R
S
T
U
V
W
主回路端子描述
端子符号
功能说明
R、S、T
三相交流输入端子
P(+)、
外接制动电阻端子
U、V、W
三相交流输出端子
PE
安全接地端子(在散热器上)
 注意:
  端子螺钉紧固力矩为17kg、cm安全地线需接在外壳标有得散热器固定螺钉上对于EV10002S0022G变频器电源线可连接输入端子RST中得任意两个。
2、4控制回路配置及配线
1控制板端子及跳线器得相对位置及功能简介 :
变频器控制板上得端子排CN5CN6及跳线开关CN10CN16CN17得位置如图所示 。
各端子功能说明请参见表各跳线开关得功能以及设置说明请参见表变频器投入使用前应正确进行端子配线与设置控制板上得所有跳线开关建议使用1mm2以上得导线作为端子连接线。
提供给用户使用得端子功能
序号
功能
CN5
继电器输出端子
CN6
模拟输入及输出端口、开关量输入输出端口
提供给用户使用得跳线开关功能
序号
功能及设置
出厂值
CN10
CCI电流/电压输入方式选择
I:0/4~20mA电流信号
V:0~10V电压信号
0~10V
CN16
AO1输出电流/电压类型选择
0/4~20mA:AO1端子输出电流信号
0/2~~10V:AO1端子输出电压信号
0~10V
CN17
AO2输出电流/电压类型选择
0/4~20mA:AO2端子输出电流信号
0/2~~10V:AO2端子输出电压信号
0~10V
2、5基本运行参数(F0组)
F0、00 频率给定通道选择 范围:0～6 【6】
0:数字给定1,LED键盘显示单元▲、▼调节频率设置初值为F0、02,用LED键盘显示单元▲、▼键来调节。
1:数字给定2,端子UP/DN调节频率设置初值为F0、02,用端子UP/DN来调节。
2:数字给定3,串行口给定串行口频率设置初值由F0、02设置,通过串行口
频率设置命令来改变频率。
3:VCI模拟给定(VCIGND)频率设置由VCI端子模拟电压确定,输入电压范围:0～10VDC。
4:CCI模拟给定(CCIGND)频率设置由CCI端子模拟电压/电流确定,输入
范围:0～10VDC(CN10跳线选择V侧),0～20mA(直流,CN10跳线选择I侧)。
5:端子脉冲(PULSE)给定频率设置由端子脉冲频率确定(只能由X4或X5输入,见F7、03～F7、04定义),输入脉冲信号规格:电压范围15～30V;频率范围0～50、0kHz。
6:LED键盘显示单元模拟给定频率设置由LED键盘显示单元电位计确定,电
位计调节频率范围固定为0~最大输出频率(F0、05)。
F0、03 运行命令通道选择范围:0、1、2 【0】
EV1000有三种运行命令通道。
0:LED键盘显示单元运行命令通道用RUN、STOP键控制起停。
1:端子运行命令通道用外部控制端子FWD、REV等进行起停。
2:串行口运行命令通道通过串行口进行起停。
F0、04 运转方向设定 范围:0、1 【0】
该功能适合于LED键盘显示单元运行命令通道与串行口运行命令通道,对端子运行命令通道无效。
0:正转1:反转
F0、05 最大输出频率范围:Max{50、00, F0、12上限频率}～650、00Hz【50、00Hz】
F0、06 基本运行频率 范围:1、00～650、00Hz 【50、00Hz】
F0、07 最大输出电压 范围:1～480V 【变频器额定】
最大输出频率就是变频器允许输出得最高频率,如图4中得fmax;基本运行频率就是变频器输出最高电压时对应得最小频率,一般就是电机得额定频率。如图4中得fb;最大输出电压就是变频器输出基本运行频率时,对应得输出电压,一般就是电机得额定电压,如图4所示。
输出电压
输出电压

V max

输出频率

fH
fmax
fH
fb
fL

图1特性参数定义示意图
fH 、fL在F0、12、F0、13中分别定义为上限频率与下限频率。
F0、10 加速时间1 范围:0、1～3600s(min)【6、0s】
F0、11 减速时间1 范围:0、1～3600s(min)【6、0s】
输出频率

T2

时间

T1

图2加减速时间定义
加速时间就是指变频器从零频加速到最大输出频率F0、05所需时间见图5中得t1减速时间就是指变频器从最大输出频率F0、05减至零频所需时间见图5中得t2。
  EV1000系列变频器一共定义了四种加减速时间这里仅定义了加减速时间1加减速时间24在F3、17F3、22中定义。
提示:
 加减速时间14均可通过F9、09选择计时单位分秒出厂默认单位为秒。
3. PLC梯形图
程序流程图:

3、1电机正反转控制:

其中 
X0正转启动 X1反转启动 X2停止 
Y0正转运行 Y1反转运行 T0正转停止延时 T1反转停止延时  
T0与T1就是用来保护电机得,就就是需要正转停止1秒后再能启动反转。可以根据实际情况适当修改这两个时间得长短。
3、2转速测量:

4、屏幕界面控制
4、1 工作界面:

工作界面

欢迎界面
4、2 参数设置界面:

参数设置界面
5、个人体会
通过向同学得请教学习,通过在网上查资料学习,使我收获很多,再次加深了PLC得基础知识,对PLC得应用与原理有了更细致得了解。通过对软件得使用,对软件更加熟悉,加深了编写梯形图得熟练度。做工程比较综合,可以接触到一些平时课本上学不到得东西,非常得有意义。
在这次课程设计中我觉得最重要得就就是要有自学能力,因为这次实训中有部分知识我们之前还没有接触过,所以自己必须学会查找相关得资料。另外就就是在遇到实际问题得时候,要认真思考,运用所学得知识,一步一步得去探索,就是完全可以解决遇到得一般问题得。而在这次设计程序得过程中,我一开始时走了很多弯路,这也就是自己得知识不够扎实得原因。不过经过自己几天得努力,最后还就是做了出来,而且还做得挺不错得。
经过这次得课程设计,让我深深得感受到理论联系实践得重要性,平时在学习中不能够透彻理解得知识,通过动手,会有更好得认知。本次课程设计虽然不长,但就是它给我们带来了很多收获。它使我意识到自己得操作能力得不足,在理论上还存在很多缺陷。所以在以后得学习生活中,我会更加努力地加强理论联系实践得学习,在努力学好专业知识得同时努力加强自己得专业技能方面得能力,使自己得知识在实践中不断增长,在实践中锻炼自己,培养自己各方面得能力,不断提高自己得能力。
6、参考文献
张根宝、工业自动化仪表与过程控制、西北工业大学出版社,2008、
陈建明、电气控制与PLC应用、北京:电子工业出版社,2010、
陈金化、可编程控制器(PC)应用技术[M]、北京:电子工业出版社,2005、 
EV1000使用说明书、