PLC和变频器综合实验报告.doc

西安科技大学
综合设计实验报告

2010—2011学年 第 2 学期

题 目 用变频器和PLC实现电机的多段速控制

院 （系、部) 电控学院

专业 及 班级 自动化0704班

姓 名 马俊成

学 号 0606050431

指 导 教 师 蔡文浩 焦妍君

完成日期： 2011 年 3 月 24日

绪论
在我国的PLC市场上日本的小型机产品销量较大。CP1H是日本欧姆龙新推出的整体式小型机，是一款性价比高、功能完备的通用控制器。其特点是结构紧凑，集成了开关量控制、模拟量控制、高速计数、4轴高速脉冲输出、串行通信等功能于一身，CP1H指令丰富，采用任务编程方式，并支持功能块编程方法使编程更加清楚、简便。CP1H取消了手持编程器配置，没有通常的外设接口，取而代之的是USB端口。
PLC是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。
一．设计要求:
将实际生产中得到广泛应用的变频器与所学的电机拖动课程相结合,得以了解交流电动机的变频调速性能,可使学生将所学过知识通过理论与实际联系起来，从动手接线,实验过程中的调试,与发现解决问题等这一完整的实验过程，培养学生正确的设计思想，使学生充分发挥主观能动性，去独立解决实际问题，以达到提升学生的综合能力、动手能力、文献资料查阅能力的作用，从而培养和提高学生的独立工作能力及解决实际问题的能力。本实验加深对三相异步电动机的认识,并熟悉变频器接线与工作原理。
要求：有一台三相异步电动机，用PLC控制变频器实现多段速度的控制，通过变频器参数设置和外端子接线来控制变频器的运行输出时间来达到电动机多段速度运行控制的目的。
二．设计任务和目的
设计任务: 了解“三相异步电动机变频调速系统设计与调试”的工作原理；培养解决实际工程技术问题的能力；培养综合应用所学知识的能力、独立工作能力和团结协作能力；掌握根据工艺要求设计较复杂的、现代化的电气控制系统的方法，并会调试与操作。
目的：熟悉变频器的基本使用控制要求；掌握变频器的多段速度控制的连接与有关参数的设置；掌握面板操作和外部端子的多段速度控制运行技能。熟悉欧姆龙PLC的基本使用要求和编程方法,并能结合PLC和变频器实现电机的自动多速段运行控制.
三、主要仪器设备
日本富士公司的FRENIC5000G11变频器、三相异步电动机、欧姆龙可编程控制器CPM1A、继电控制及变频调速实验台、万用表、导线、工具等。
四．课题要求
将PLC和变频器结合，实现电动机的多段速开环运行控制。即实现电机的加速、减速、正转、反转、停止的功能。
五. 控制要求
按照下图所示要求,用PLC和变频器来控制电动机的多段速运行。开始启动后,电机先加速1s,然后保持5s,再加速1s,保持5s,之后开始减速1s.再保持5s,减速到电机停止.同时，能够实现电机的正转、反转自动控制,中途停机等功能。

六．硬件部分设计
1.设备选型:
PLC机型的选择
本设计选取的是欧姆龙公司生产的小型整体式可编程控制器CPM1A，它的性能价格比很高，在小规模控制中获得广泛应用。欧姆龙CPM1A的CPU单元规格如表1所示。表1
类型
型号
输出形式
电源电压
40点

CPM1A～40CDR～D

继电器

DC24V
输入：24点
输出：16点
本设计所使用的I/O点数为:输入点数3个,输出5个电压选择为24V直流电压，输出为继电器型输出。
变频器选型
本设计变频器使用的是日本富士公司的FRENIC5000G11变频器,其特点是低噪音,高性能,多功能.
变频器部分参数设定:
F01=8 F02=1 E08=17 E09=18
F03=60 F05=380V F23=0

2.硬件接线图

图二
七．软件部分设计
1. PLC的程序设计环境
PLC的编程主要是通过编程器或用PLC生产厂家提供的编程软件来完成的。每个PLC公司都有自己的编程器一般比较小，而且比较轻，适合在现场使用。但是这种编程器只能使用助记符语言对PLC进行编程，而且由于屏幕较小，每次只能显示一、两行程序，难于对程序从整体上分析。PLC公司提供的编程软件则能使用梯形图、助记符或功能图语言等进行编程。通过编程软件，不仅能从宏观上对程序进行编辑和分析，而且还能对程序的运行情况进行监视。
2. 欧姆龙的CX-Programmer编程软件简介
进入CX-Programmer初始界面后，在【文件】下拉菜单中，单击“新建”菜单项，选择创建一个新文件。在【设备名称】中填写设备名称，设备类型选择PLC的类型，然后单击设定按钮选择CPU的类型，单击确定后，即可进入梯形图编程界面，开始编程，如下图所示界面。

程序编写完成后，下一步就可进行编译、链接和调试了。如果编译没有错误，就可以进行在线运行。在编译过程中，如果出现错误要进行修改时，我们既可以在梯形图编程下修改，也可在助记符方式下修改。编译完成，没有语法错误，可加载程序到PLC，进行在线运行。
3.梯形图如下所示:

4.程序如下:
LD 00000
OR 01004
AND NOT 00001
AND NOT 01005
OUT 01004
LD 00002
OR 01005
AND NOT 00001
AND NOT 01004
OUT 01005
LD 01004
OR 01005
TIM 000
#00010
LD TIM000
TIM 001
#0050
LD TIM001
TIM 002
#0010
LD TIM002
TIM 003
#0050
LD TIM003
TIM 004
#0010
LD TIM004
TIM 005
#0050
LD TIM005
TIM 006
#0010
LD TIM001
AND NOT TIM 002
OR NOT TIM 000
LD 01004
OR 01005
AND LD
OUT 01006
LD TIM003
AND NOT TIM004
LD TIM005
AND NOT TIM006
OR LD
OUT 01007
END
八．调试过程和结果
利用变频器和PLC，通过手动控制，实验中，我们实现了电机的正转、反转、加速、减速的功能，很好的完成了电机的多段速运行的控制。
九．心得体会
这次实验和以前的不同，以前都是在老师的带领下完成的，这次是我们自己建组一起共同完成的。是经过一次次的修改，慢慢完成的。在做实验前，一定要将课本上的知识吃透，因为这是做实验的基础,否则即使老师或同学讲解也很难听懂。但这次由于自己的懒惰，没有好好阅读说明书，刚开始时有点摸不着头脑，最终经过询问同学和老师得到了解决，却浪费了不少的时间。面对实验中出现的异常问题，不能恐惧实验偏离了自己的预想，实验总是与课本相关的，要善于运用网络和书籍着手解决。盲目的实验是不可行的，在实验前要理出实验思维，有条理地去进行，尽量提高实验效率。详细观察实验现象并进行思考。再次实验使我学到了不少的实用知识。更重要的是，做实验的过程，思考问题的方法，这与其他实验是相通的。通过这次实习，提高了我对变频器的兴趣，也对变频器的应用有了更广泛的了解。再次特别谢谢焦老师与蔡老师孜孜不倦的教导，一直为我们耐心辅导，他们和蔼的态度以及对问题的透彻回答都让我佩服。还要谢谢同学们热情的帮助，有了这个交流学习的机会。

参考文献
[1] 黄向惠 杨世兴等. 现代电器自动控制技术.北京:人民邮电出版社,2009
[2] 龚运新等. PLC技术及应用基于西门子S7-200.北京:清华大学出版社,2009
[3] 吴志敏等.西门子PLC与变频器,触摸屏综合应用教程.北京:中国电力出版社,2009