MM变频器控制电动机PLC专业课程设计.doc

燕山大学
课 程 设 计 说 明 书

题目： PLC和变频器实现电机正反转控制

学院 (系)： 电气工程学院
年级专业： 11级计算机控制1班
学 号：
学生姓名：
指导老师： 李海滨 刘爽
老师职称：

目录
目录﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍4
摘要﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍5
第一章概述﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍6
1． 1PLC和MM440变频器控制电动机发展前景﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍6
1．2变频器分类﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍7
1．3本课题意义﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍8
第二章应用器件介绍
2．1 PLC工作原理和结构﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍9
2．2 变频器工作原理及其组成结构﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍11
2. 3 A/D转换器工作原理﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍12
第三章 相关参数设置 ﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍13
3．1 MM440快速调制参数设置﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍13
3. 2 MM440数字输入控制端口参数﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍15
3. 3 PLC数字量模拟量输入输出约定﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ 20
3. 4 恢复出厂设置﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍20
第四章硬件电路和软件电路设计 ﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍15
4.1总体结构设计图﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍16
4.2外部设备接线图﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍19
4.3软件编程设计﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍20
﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍20
3．4．2 ﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍21
第四章总结﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍26
附录﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍27
参考文件﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍30

摘要
伴随电力电子技术和自动控制技术日益发展，电动机调速已经从继电器控制时代发展到今天由变频器控制调速。且在工业各个领域中得到了极为广泛应用。在现在在工业自动化控制系统中，最为常见是由PLC控制变频器实现电动机调速控制。该方法关键经过程序来控制了电动机变频调速，从而实现了自动控制。PLC经过进行逻辑运算，次序运算，计时，计数，和算术运算等操作指令，并能经过数字式或模拟式输入输出，控制多种类型机械或生产过程工业计算机启停。变频器使用加入了模拟量，使用PLC自带A/D转换模块，经过频率改变，使电机实现任意转速。经过设计能使我们掌握PLC工程设计方法，同时又能深入了解PLC和变频器控制电动机控制系统够成和在工业生活中用处，为我未来工作学习打下良好基础。
关键字：PLC MM440变频器 控制电机 数字模拟输入

第一章概述
1.1 PLC和mm440变频器控制电机前景
现在，PLC已是工业自动化应用技术三大支柱之一，自从它诞生以来得到了广泛使用。在工业自动化应用技术领域，速度调整和控制是常常见到步骤。而变频器含有高效驱动性能和良好控制特征，在提升控制质量、降低维护费用和节能等方面全部取得了显著经济效益。在这些场所，变频器所发挥作用是其它任何控制设备和装置全部不能替换。
即使变频器能够单独使用，但大多数情况还是作为一个组成部分在工业自动化控制系统中使用。所以，作为主控制器PLC和作为实施及检测器件（设备和装置）变频器之间就必需相互配合，共同完成控制任务。 PLC能够控制变频器频率给定信号，以使变频器输出对应速度控制曲线，控制工艺指标：变频器上检测信号和其它智能信号也能够接入PLC，完成系统报警和速度控制，比如经过变频器控制电机开启，停止及正、反转，也能够使用一个变频器去控制若干台电动机运行。
现在PLC控制电动机已经离不开变频器了，工业生产 ，科研， 石油开采，几乎全部现代化全部需要变频调速机工作 所以 其意义是深远。

第二章 应用器件介绍
2.1 PLC工作原理和结构
可编程控制器工作原理和计算机工作原理基础上是一致。但PLC装入了专用程序后成为一个专用机，它采取循环扫描方法，系统工作任务管理，及应用程序实施全部是循环扫描方法来完成。
PLC系统正常工作所要完成任务以下：
1． 计算机内部各个工作单元调度，监控；
2． 计算机和外部设备间通讯；
3． 用户程序所要完成工作；
PLC采取面向控制过程、面向问题“自然语言”作为编程语言。梯形图、语句表和控制系统步骤图等是PLC常见编程语言。有些PLC还尝试使用高级语言编程。在使用PLC进行次序控制时，首先应依据控制动作次序，画出梯形图，然后将其翻译成对应PLC指令，用编程器将程序写入PLC内存RAM中，对程序进行调试，发觉错误可用变成器进行修改，直到程序调试正确无误为止。最终将程序写到PLC只读存放器EEPROM中。PLC投入运行后，便进入程序实施过程。在一个扫描周期内，程序实施过程分3个阶段：输入采样、程序实施和输出刷新。在输入采样阶段，PLC以扫描方法将全部输入端输入信号读到输入映像寄存器中存起来，接着转人程序实施阶段。在程序实施阶段，PLC 根据次序进行扫描，假如程序是用梯形图来表示，则扫描次序总是先上后下，先做后右。每扫描到一条指令，所需状态分别从输入映像寄存器中读出，而将实施结果写入元素影响寄存器中当程序实施完后，进入最终一个阶段----输出刷新。将元素映像寄存器中全部输出继电器状态转存到输出琐存电路，驱动用户设备（或负载）工作。PLC寄存器EEPROM程序随时能够擦除和修改。假如改变程序外部端口接线，有能够重新组成一个新系统。
PLC是在 继电器控制和计算机控制基础上开发出来，并逐步发展成以微处理器为关键，把自动化技术、计算机技术、通讯技术容为一体新型工业自动控制装置。早期PLC只能进行逻辑控制、还能完成模拟量控制、数值控制、过程监控和通信联网等功效。PLC因含有程序可变、可靠性高、功效强、环境适应性好、抗干扰能力强、体积小和重量轻等特点而在机电一体化系统中得到广泛应用。

图一 PLC硬件组成
2.2变频器工作原理和组成
变频器是指能够用于改变电源频率，同时也能改变电源电压电能转换装置。它是由电力电子器件（比如整流模块、IGBT）、电子器件（集成电路、开关电源、电阻、电容器等）和微处理器等组成。变频器使用时串联接在输出端（R、S、T）和电动机输出端（U、V、W）之间，通常变频器功率范围为0.75-500KW（大于此功率值提议选择中压电动机及中压变频器）。交流电动机调速控制变频器最早形式是用旋转发电机组作为可变频率电源，供给交流发电机。伴随电力半导体器件发展，静止式变频电源以成为了变频器关键形式。

变频器内部框图
图所表示为MM440变频器内部功效方框图.其控制电路CPU、模拟输入/输出、数字输入/输出、操作面板等部分组成。分为4类：输入信号端子、频率模拟设定输入端子、监视信号输出端子和通信端子。
下图则表示各个控制端子功效：

表一 MM440控制端子

2.3 A/D转换器工作原理
A/D转换器作用是将模拟量转换成数字量。
在A/D转换过程中，输入是时间上、幅值上全部是连续模拟量，而输出则是时间上，幅值上均离散数字量，所以，要把模拟量转换成数字时需经采
样，保持，量化，编码：

数字量
编码
量化
保持
采样
模拟量

图二A/D转换原理图

A/D模块选择FX1N-2AD-BD
FX1N-2AD-BD特点：能够经过切换专用辅助继电器来设置数字模拟转换是电压输入（0~10V）还是电流输入（4~20MA）。而且，以下图所表示，各个通道转换后数字值被存放在专用特殊数字寄存器中。
元件
说明
M8112
输入模式CH1切换标志
M8113
输入模式CH2切换标志
D8112
CH1数字值
D8113
CH2数字值

对CH1通道而言，M8112为ON,是电流输入模式，对应端子为I1+,I2+;
M8112为OFF,是电压输入模式，对应端子为V1+,V2+;
对CH2通道而言，M8113为ON,是电流输入模式，对应端子为I1+,I2+;
M8113为OFF,是电压输入模式，对应端子为V1+,V2+;
各通道公共端子为VI-。
第三章 相关参数设置
3．1 MM440快速调制参数设置
快速调制参数设置是依据电机铭牌上数据进行设置，这么做使变频器明确了自己要控制什么样电机，明确了输入输出关系。
参数号
设置号
说明
P003
2
设置用户访问级为扩展级
P0010
1
激活快速调试
P0100
0
功率用KW表示，频率为50HZ
P0304
380
电动机额定电压
P0305
1.05
电动机额定电流
P0307
5.5
电动机额定功率
P0310
50
电动机额定频率
P0311
1400
电动机额定转速
P0308
0.88
电动机额定功率因数
P0309
0.93
电动机额定效率
P0700
2
命令源选择由“数字输入端子”输入
P1000
1
频率设置值由BOP输入
P1080
0
电动机运行最低频率
P1082
50
电动机运行最高频率
P1120
7
斜坡上升时间
P1121
7
斜坡下降时间
3.2 MM440数字输入控制端口参数
MM440有6个数字量输入口，分别是DIN1-DIN6，它们可经过参数P0701~P0708 直接赋以功效，当对应端子被触发时，变频器变实施对应功效。
各个参数设置值所代表不一样功效，以下图所表示：
由此，我们可进行以下定义：
参数号
设置值
说明
P0003
2
设置用户访问级为扩展级
P0004
7
命令，二进制I/O
P0701
1
ON为接通正转，OFF为停止
P0702
2
ON为接通反转，OFF为停止
3.3 MM440模拟输入控制端口参数
MM440有2个模拟输入，利用适宜模拟量输入可将模拟量给定值、实际值和控制信号读入传动变频器中，而且利用ADC变换器变换成数字信号/值。
利用在I/O 板上2 个开关DIP1(1，2)和利用参数P0756 可将设定选择为电压输入为10V 模拟量输入或电流输入为20mA 模拟量输入。

所以做以下定义：
P0756=0，即经过电压0-10V改变对应频率0-50HZ改变。
3. 3 PLC数字量模拟量输入输出约定
该步骤即定义PLCI/O接线和变频器接线。
PLC输入接按钮控制，经过编程控制输出，其输出接MM440数字量输入端口，变频器和电机相连，从而实现之前定义功效。

输出地址
控制功效
连接MM440端子
Y000
电机正转
5
Y001
电机反转
6
V1+,V1-
电动机调速
3,4
数字量模拟量输出约定
操作按钮
控制功效
输入地址
SB1
电机正向开启
X000
SB2
电机停止
XOO1
SB3
电机反向开启
X002
RP
0-10V可调电压
程序设置
数字量模拟量输入约定
3. 4 恢复出厂设置
当有适宜连接和适宜电动机-变频器组合时，当从工厂运出且不需任何附加参数设置时，MM440变频器已准备好投入运转。你能够随时实施一个参数复位到工厂设定来再一次建立初始状态。这么取消传动变频器在供货以后
所作参数变更。

参数号
设置号
说明
P0003
1
用户访问等级：标准
P0004
0
参数过滤：全部参数
P0010
30
调试参数：工厂设置
P0970
1
工厂复位：参数复位列缺省值

第四章硬件电路和软件电路设计
4.1总体结构控制设计图
本设计采取启停按钮进行操作，采取PLC进行控制

启/停按钮操作
PLC
MM440
调整RP改变频率，改变转速

4.2外部设备接线图

4.3软件编程设计

4系统控制功效及控制方案。

4．1 本设计采取启停按钮进行操作，采取PLC进行控制，系统控制结构图图4-1所表示：

，

图5-3 控制电路接线图

5.2 PLC程序设计

根据电动机控制要求及MM440变频器数字输入接口、PLC数字输入/输出接口所做变量约定，PLC应实现下列控制：

5.4.1 输出状态
当按下正转开启按钮SB1时，PLC数字输出端Q0.4为逻辑“1”，MM440变频器“16”接口为“ON”，许可电动机运行。

PLC输出接口状态、变频器输出频率、电动机转速改变如表所表示。
设置15段固定频率控制状态表
表 5-4-1

当按下停止按钮SB2时,PLC数字输出端 Q0.4为逻辑“0”，MM440变频器“16”接口为“OFF”。电动机停止运行。

5.4.2 I/0 表

表 5-4-2

5.4.3 梯形图

电气工程学院课程设计评审意见表
指导老师评语：

平时成绩： 指导老师签字：

6 月 22 日
图面及其它成绩：
答辩小组评语：

答辩成绩： 组长签字：

6 月 22 日
课程设计综合成绩：
答辩小组组员签字：

6 月 22日

6 参考文件
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[02] 杨兴瑶编著.电动机调速原理及系统.[M] 水利电力出版社出版，1979.8
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[04] 王子文， 电梯PLC 控制策略及其程序设计起重运输机械.7．
[05] 叶安丽.电梯技术基础(第1版)[M].北京: 中国电力出版社,.
[06] 童梦菊,陈景和.浅谈电梯制动器电气控制及其检验[J].福建质量信息,。
[07] 姚玉刚.电梯智能控制系统研究[D].长春理工大学硕士学位论文,.
[08] 陈恒亮.电梯结构和原理[M].北京:中国劳动社会保障出版社,.
[09] 张福恩等编著.交流调速电梯原理、设计及安装维修.[M] 北京：机械工业出版社，1999.6
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[14] 杨宁主编.微机控制技术.[M] 北京：高等教育出版社，.8
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总结
伴随暑假到来，课程设计也靠近了尾声。经过两周奋战我课程设计最终完成了。在没有做课程设计以前认为课程设计只是对这学期来所学知识单纯总结，不过经过这次做课程设计发觉自己见解有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识一个检验，而且也是对自己能力一个提升。经过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习东西还太多，以前老是认为自己什么东西全部会，什么东西全部懂，有点眼高手低。经过这次课程设计，我才明白学习是一个长久积累过程，在以后工作、生活中全部应该不停学习，努力提升自己知识和综合素质。
在这次课程设计中也使我们同学关系更深入了，同学之间相互帮助，有什么不懂大家在一起商议，听听不一样见解对我们愈加好了解知识，所以在这里很感谢帮助我同学。在整个设计中我还知道了一个道理：做什么事情，全部要对认真，既然是该你做事，肯定是你应该有这个能力，即使能力不够，也是应该借这个机会来培养。所以放心大胆地做，对自己有信心，就有动力。有些人说，世上事就怕认真二字。确实，做什么，只是认真地去做，踏扎实实，戒躁戒躁，静静地思索，慢慢地进步，真是天下无难事。这就是我这次课程设计中得到最大体会，受益匪浅.
我心得也就这么多了，总而言之，不管学会还是学不会确实认为困难比较多，真是万事开头难，不知道怎样入手。最终最终做完了有种如释重负感觉。另外，还得出一个结论：知识必需经过应用才能实现其价值！有些东西认为学会了，但真正到用时候才发觉是两回事，所以我认为只有到真正会用时候才是真学会了。
在此要感谢我们李玉杰老师对我们悉心指导，感谢老师给我们帮助。在设计过程中，我经过查阅大量相关资料，和同学交流经验和自学，并向老师请教等方法，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获一样巨大。
题目刚下来时候，认为题目太抽象了，我有些不知所措，这时老师给我们认真讲解每个题目标关键本责问题，才时我豁然开朗，而且老师激励我们一定能够完成，这给了我很大鼓舞，坚定了我完成这次课程设计信心。在设计修改过程中，我碰到很多在学习中不曾想到问题和麻烦，是李老师一次次以她渊博学识、严谨求实科学精神和一丝不苟治学态度帮助我处理问题。李老师不仅在我原理图、接线图初稿设计时纠正了很多错误，还指导了我应该去查找哪些方面资料去完善设计，填补出现设计漏洞。使我设计有一个明确主导思想，能够顺利而有条不紊地进行。更让我们感动是她在很时期还坚持天天为我们修改电路图，连吃午饭时候也不休息，而且一改就是一天。谢谢你老师。
我要再次感谢我们指导老师李老师，谢谢您对我帮助和支持，再次向您表示深深谢意，并由衷对您说一句：“老师，您辛劳了！”