基于PLC控制电机变频调速试验系统硬件设计.docx

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1、基于PLC控制电机变频调速试验系统硬件设计PLC限制电机变频调速试验系统的硬件设计与实现 摘 要 变频调速是一种有效的节能技术，节能率特别高，几乎可以由于设计冗余量变更奢侈和节约能源；由于其高速度、高精度、高功率因数，可以提高产品的质量，生产实力，和同时降低材料和设备的消耗，也能削减机械磨损和噪音，改善车间的工作环境，满意生产工艺要求。本文首先介绍了基本的硬件和运用西门子S7-300 PLC的硬件描述和伦茨变频器的运用方法8200。此外，还介绍了STEP7编程软件的运用方法。然后介绍了变频调速的原理和方法，结合试验设计、原理、方法和试验设计图，介绍了硬件连接的设计、PLC输入输出节点的分布、模

2、数转换方法的设计和系统调试程序。 关键词：变频调速、PLC、变频器、模拟量数字量转换 Abstract Frequency is an effective energy saving technologies, energy-saving rate of its very high, almost to design changes in the amount of redundancy and waste of all energy savings; also because of its speed and high precision, high power factor charact

3、eristics, the use of it can improve product quality, yield, and reduce the loss of materials and equipment, but also can reduce the mechanical wear and noise, improve the working environment workshop to meet the requirements of production technology. This paper first introduces the Siemens S7-300 PL

4、C hardware and how to use the basic situation, Lenze 8200 Inverter and how to use hardware description. Step7 also introduced the use of programming software. And then introduced the principle and method of VVVF, combined with the experimental design, introduced the idea of the design and experiment

5、al design diagram of the principle of connecting the hardware, the distribution of PLC input and output nodes, the design of analog digital conversion method, and then programming, debugging the system. Keywords：Frequency Control、PLC Frequency Converter Analog digital converter 目 录 摘 要 I Abstract II

6、 第一章 前 言 1 1.1 变频调速的背景及发展方向 1 1.2 变频调速的现实意义 2 1.3 毕业设计的主要内容 2 其次章 西门子可编程限制器S7-300 4 2.1 PLC介绍 4 2.1.1 PLC的工作原理及工作过程 4 2.1.2 PLC的优点 5 2.1.3 PLC的应用领域 6 2.2 西门子S7-300介绍 8 2.2.1电源模块 8 2.2.2数字量模拟量输入输出模板 8 第三章 Lenze变频器 10 3.1 变频器介绍 10 3.2 变频器运用留意事项 10 3.3 Lenze 8200 vector变频器 11 第四章 系统设计 16 4.1 系统分析 16 4.

7、1.1 变频调速原理介绍 16 4.1.2 试验设计原理分析 16 4.2 硬件设计 17 4.3 软件设计 20 4.3.1 创建项目 20 4.3.2 系统硬件组态 20 4.3.3 系统限制设计 21 4.3.4 JOG固定频率选择 22 4.3.5 数据处理设计 23 4.4 分析比较 26 第五章 系统的调试 27 5.1 硬件调试 27 5.2 软件模拟监控 28 第六章 总 结 31 参考文献 32 致 谢 34 第一章 前 言 1.1 变频调速的背景及发展方向 在我国，能源的有效利用已经刻不待时。作为耗能最大的家庭之一，电动机在节能方面有很大的发展潜力。在中国各类电机，80%以

8、上是0.55220千瓦，与电机驱动系统的整体装备水平只相当于发达国家50代水平。因此，从国家“十五”安排的节能电机系统状态的投资将增加，而变频调速系统将在中国有巨大的市场需求。 多年来，与国家经济贸易委员会应用的发展已经与国家有关部门一起致力于逆变技术，技术开发和技术改造赐予了重点支持，变频调速技术的评价组织和举荐工作，促进了变频调速技术的运用为风机、水泵的节能技术改造项目的重点投资方向，同时激励单位开展同样的贷款与抓发展，抓示范工程，抓应用，还应对节能中心风机、水泵、供应信息询问培训。19951997年间，我国的风机、水泵变频调速技术改造投资3亿5000万元，改造总容量达到100万千瓦，节电

9、7亿度，投资回收期约2年。据相关数据显示，变频调速技术的应用已在中国取得了相当的成就，对每年数百亿元的销售，说明变频器在中国的应用特别广泛。从简洁的手动限制到基于RS - 485网络的多机限制，用计算机和PLC联网形成一个困难的限制系统。在大型综合自动化系统技术、先进限制及优化大套的特别系统，如连铸连轧生产线、高速造纸生产线、光缆生产线、建筑材料、化学纤维生产线生产线，变频器是电气传动限制的作用，其限制的困难性，限制精度和动态响应特别高的要求，已经完全取代了直流调速技术。近年来，变频器在先进限制理论的基础上，开发了卷绕、升级、主从等限制功能，使应用系统更加便利、易于实现，使变频器的应用技术达到

10、了一个新的水平。目前变频调速技术主要发展方向为：6 （1）高水平限制 矢量限制、磁场限制、转矩限制、模糊限制等高水平的限制技术已经应用在沟通变频调速中。（2）开发清洁节能的变频器 随着变频技术的不断发展和人们对环境问题的关注，削减变频器对环境的影响已成为时代潮流。尽可能削减网侧和负载的谐波重量，削减电网污染和电机转矩脉动，实现清洁电能的改变。（3）结构小型化 紧凑的变频系统须要高度集成的电源和限制元件。主电路功率模块限制电路采纳大规模集成电路和全数字限制技术，促进了变频装置结构的小型化。（4）高集成化 提高集成电路技术及采纳表面贴片技术，使装置的容量体积比得到进一步提高 1.2 变频调速的现实

11、意义 在电力拖动领域，广泛推广变频调速具有非常重要的现实意义： (1)它极大地提高了生产设备的技术水平、加工精度和工作效率，从而提高了产品质量。(2)能够大大减小生产机械的体积和质量，削减金属耗用量。(3)对于风机和水泵的负荷，变频调速技术可显著节约电能。变频技术在国民经济和日常生活中占有非常重要的地位，变频技术使频率成为资源的充分理由。近年来，变频调速技术得到了快速的发展，取得了明显的社会效益和经济效益6。1.3 毕业设计的主要内容 本次毕业设计设计采纳德国西门子314C-2DP PLC作为系统的限制器，以及德国Lenze 8200 Vector 变频器作为执行机构，限制一台电机的转速，还有

12、一台涡流测功机，可以显示电机的实际转速、转矩及功率，其可以手动变更电机的负载转矩。变频器的频率可变范围从0100Hz，为保证设计平安，变频器的最高频率被人为设定在50Hz，同样，电机的最高转速限制在1450rpm（额定转速为1500rpm）。变频调速限制系统主要分手动限制和自动限制两种限制方法。这里我主要采纳JOG固定频率限制作为手动限制的方法，利用限制面板上的限制开关组合变频。然后采纳电位器限制模拟信号来变频作为自动限制的方法，带有转速反馈来提高变频效率。最终对两种方案进行比较分析。试验设计的硬件接线图如下： 其次章 西门子可编程限制器S7-300 2.1 PLC介绍 2.1.1 PLC的工

13、作原理及工作过程 可编程序限制器（PLC）是随着计算机技术、通信技术、微电子技术和继电器限制技术的发展而发展起来的一门技术。目前，PLC已广泛应用于机械制造、冶金、化工、电力、交通、矿山、建材、轻工、环保、食品等行业。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程限制器是一种用于工业环境的电子操作系统。它利用可编程存储器在内部存储器中存储和执行逻辑操作、依次限制、定时、计数和算术运算等指令，并通过数字、模拟输入和输出来限制各种机械或生产过程。可编程序限制器及其相关设备的设计应遵循工业限制系统易于形成整体和扩展功能的原则。1 PLC的工作过程如下： 1.初始化过程： (1）硬件初始化，复位输出

14、输入模块，清零。(2）清除数据区。(3）输出输入地址安排。2.扫描过程 (1）扫描输入，将输入口状态读入至输入口映像区。(2）时钟处理，特别寄存器更新。(3）执行用户程序 。(4）输出，将输出口映像区输出至输出端口刷新。(5）自诊断检查 3.出错处理 检查PLC内部电路，CPU、电池电压、程序存储器、I/O、通讯异样，当出现致命错误，CPU 强制为STOP方式，全部扫描停止。4.PLC运行流程如下：1 电源ON 内部处理 输入处理（输入传送，远程I/O） 通信服务（外设，CPU，总线服务） 更新时钟，特别寄存器 CPU运行方式？ STOP 执行程序 RUN 输出处理 执行自诊断 PLC正常否？

15、 N 存放自诊断错误结果 是致命错误吗？ N Y CPU强制为STOP PLC运行框图 2.1.2 PLC的优点 （1）牢靠性高，抗干扰实力强 高牢靠性是电气限制设备的关键性能。由于采纳了现代大规模集成电路技术和严格的生产工艺，PLC采纳了先进的抗干扰技术，牢靠性高。例如，三菱公司生产的F系列PLC的平均故障时间是30万小时。运用冗余CPU的plc平均失效时间较长。从PLC外部电路构成PLC限制系统。与同等规模的继电接触器系统相比，电气接线和开关触点削减到数百个甚至数千个部件，故障大大削减。此外，PLC具有硬件故障自检测功能，故障发生时可刚好发出报警信息。在应用软件中，应用程序还可以编写外围设

16、备的故障自诊断程序，使PLC以外的电路和设备也能进行自诊断和爱护。这样，整个系统就具有很高的牢靠性就不足为奇了。（2）配套齐全，功能完善，适用性强 今日，PLC已经形成了一系列大、中、小规模的产品。可用于各种尺寸的工业限制场合。除了逻辑处理功能外，大多数现代PLC都具有完善的数据运算实力，可应用于各种数字限制领域。近年来，PLC的功能单元不断涌现，使PLC渗透到各种工业限制中，如位置限制、温度限制、数控系统等。随着PLC通信实力的提高和人机接口技术的发展，运用PLC构成各种限制系统变得特别简单。（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC作为工业限制计算机，是工矿企业的工业限制设备。它与接口电

17、路特别接近，逻辑限制开关指令只有PLC才能便利地实现继电器电路的功能。为不熟识电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人运用计算机从事工业限制打开了便利之门。（4）系统的设计、建立工作量小，维护便利，简单改造 PLC采纳存储逻辑代替布线逻辑，大大削减了限制装置外接线，缩短了限制系统的设计和施工周期，使修理更简单。更重要的是，可以通过变更程序来使相同的设备变更生产过程。适用于多种品种和小批量生产场合。（5）体积小，重量轻，能耗低 以超小型PLC为例，对新生产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，而功耗只有几瓦。由于体积小，易于装在机器内部，是机电一体化的志向限制装置。2.1.3 PLC的应

18、用领域 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、环保及文化消遣等各个行业，运用状况大致可归纳为如下几类。7 （1）开关量的逻辑限制 在工业生产过程中，有很多连续改变，如温度、压力、流量、液位和速度，为了使可编程限制器处理模拟量，A/D转换和D/A模拟量之间的转换（模拟）和数字量（数字）必需实现。PLC制造商都生产了一套完整的AD和D / A转换模块，使可编程限制器用于模拟限制。（2）模拟量限制 在工业生产过程当中，有很多连续改变的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程限制器处理模拟量，必需实现模拟量（Analog）和

19、数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程限制器用于模拟量限制。（3）运动限制 PLC可用于圆周运动或直线运动的限制。从限制机构的结构上讲，它干脆用于开关量I/O模块，用于早期连接位置传感器和执行器。目前，常用的一种特别的运动限制模块。如单轴或多轴位置限制模块，可驱动步进电机或伺服电机。PLC的主要制造商在世界上几乎全部的运动限制功能，并广泛应用于各种机械，机床，机器人，电梯和其他场合。（4）过程限制 过程限制是指对温度、压力、流量等的闭环限制。PLC作为工业限制计算机，可以编写多种限制算法，完成闭环限制。在一般的闭环限制系统中

20、，PID调整是最常用的调整方法。大中型PLC有PID模块，目前很多小型PLC也有这个功能模块。pid处理一般是一个专用的pid子程序。过程限制在冶金、化工、热处理、锅炉限制等领域有着广泛的应用。（5）数据处理 现代PLC具有数学运算功能（包括矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传输、数据转换、排序、查表、位运算等功能，能够完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值进行比较，完成某些限制操作，也可以通过通信功能传送到其他智能设备，或者它们可以打印和表列。数据处理一般应用于大规模限制系统，如无限制的柔性制造系统，也适用于造纸、冶金和食品工业等过程限制系统。（6）通信及联网 P

21、LC通信由PLC与PLC与其他智能设备之间的通信组成。随着计算机限制技术的发展，工厂自动化网络得到了飞速的发展。全部的PLC制造商都特别重视PLC的通信功能，并推出了自己的网络系统。新研制的PLC具有通讯接口，通讯特别便利。2.2 西门子S7-300介绍 本次毕业设计采纳的的是西门子S7-300系列的314C-2 DP CPU。介绍将以此CPU为例。2.2.1电源模块 PS 307 电源模块（5A） （6ES7307-1EAOO-OAAO ） 特性：（1）输出电流为5A （2）输出电压为24VDC；防短路和开路爱护 （3）连接单相沟通系统（输入电压120/230 VAC，50/60Hz） （4

22、）牢靠的隔离特性，符合EN 60 950 （5）可用作负载电源 接线图 2.2.2数字量模拟量输入输出模板 数字量/模拟量 输入/输出 缺省：地址 备注 24个数字量输入 124.0126.7 其中16个输入用于技术功能： 124.0125.7 全部数字输入都可以作为中断输入编程 任选技术功能： 计数 频率测量 脉冲宽度调制 定位 16个数字量输出 124.0125.7 其中4个输入用于技术功能： 124.0124.3 4+1个模拟量输入 752761 2个模拟量输出 752755 第三章 Lenze变频器 3.1 变频器介绍 变频器是用来变更沟通电频率的电气设备。此外，它还具有变更沟通电压的

23、协助功能。变频器通常由整流器、滤波电路、驱动电路、爱护电路和限制器组成。首先，通过整流器和电容器对单相或三相沟通电源进行滤波。然后在逆变器中加入一个固定幅值的直流电压。逆变器的输出脉冲通过逆变器的功率元件的开关限制获得。在这里，通过变更矩形脉冲的宽度来限制电压幅值，通过变更调制周期来限制输出频率，从而在逆变器上同时限制输出电压和频率，以满意变频调速对Uf协调限制的要求。沟通变频电机（异步电机或同步电机）调速，沟通电机的速度限制是公认的最志向、最有前途的，除了优良的调速性能，逆变器和显著的节能效果，是企业技术创新和产品升级换代的志向限制装置。自上个世纪80年头的中国介绍，变频器作为节能应用和速度

24、限制越来越重要的自动化设备，并得到了快速的发展和广泛的应用。3.2 变频器运用留意事项 （1）变频器不常常运用时，要隔断时间去给变频器充下电，同时电源电压要渐渐上升。变频器长期不运用，电解电容未充放电，易老化，电容容量下降，耐压下降，漏电严峻。（2）变频器的电源输入输出端不能接反，否则可能烧坏变频器。（3）电磁波干扰。由于整流和变频，变频器中存在很多干扰。这些高频电磁波干扰了旁边的仪器和仪器。因此，全部部件都应牢靠接地。此外，全部电气元件、仪表和仪表之间应选择屏蔽限制电缆和屏蔽接地。（4）防止输入端过电压。逆变器的输入端往往有过电压爱护，但输入端电压过高，逆变器的输入端会受到损坏。因此，在实际

25、应用中，应采纳变频器、单相或三相输入电压和变频器的额定电压。特殊是电源电压极不稳定，是要有温度和压力的设备，否则会造成严峻后果。（5）Earthing。变频器的正确接地是提高限制系统灵敏度和抑制噪声实力的重要手段。接地电阻越小，接地电阻越好。此外，变频器的接地必需与电源设备的位置分开，不能共用。（6）变频器散热引起的故障。散热不足，部件更易老化，损耗快。（7）在运用变频器时，导线、电缆连接电源、输出设备够长就行，而且要放直，千万别把多余的导线电缆打圈，否则会产生高频高次谐波。这常常会使漏电断电器跳闸，同时，电表走的会很快。所以，工业中，变频器和电表常常安置的尽量远，并且屏蔽电表。（8）停止变频

26、器时，需先关闭变频器，再断电源。否则，变频器因为欠压故障而导致变频器烧坏。3.3 Lenze 8200 vector变频器 本次毕业设计采纳的是德国Lenze 8200 vector 变频器。订货号为 ：E82EV 751 K 2 B000 XX VN 14。依据订货号，我们可以知道此变频器的一些参数（如下）：8 型号：E82EV 功率：751=75*10（的一次方）=750W 功能模块（选件）：K 无功能块 电压等级：2=240V 硬件版本：VN 软件版本：14 一些常用术语说明： AIF：自动化接口：通讯模块的接口 FIF：功能接口：功能模块的接口 Cxxxx/y ： 代码Cxxxx的子代

27、码y（例C0410/3=代码C0410的子代码3） Xk/y：端子排Xk上的端子y（例X3/28=端子排X3上的端子28） 考虑到在实际运行过载实力能提高到120%的状况，电源电压有多种接线方式，Lenze 8200 矢量 变频器（详细针对E82EV751K2B000XXVN14型号）可以运行在 1/N/PE ；AC 100V -0%.264V +0%；48Hz -0%62Hz +0% 3/PE；AC 100V -0%.264V +0%；48Hz -0%62Hz +0%两种状况下，详细的一些额定数据如下： 型号 E82EV751K2B000XXVN14 电源接线方式 1/N/PE 3/PE 主

28、电源额定电流 9.0A 5.2A 输出功率U，V，W 1.6kVA 输出功率 0.75kW 额定输出电流 4.8A 可持续60S输出的最大电流 6.0A 本次毕业设计采纳的是1/N/PE电源接法，所以主电源额定电流为9.0A，输出功率（U V W）为1.6kVA，额定输出功率为0.75KW，额定输出电流为4.8A。详细实物图如下： 两个选配的配件为：操作面板和端子面板。其详细显示功能说明如下： 操作面板上的按钮说明如下： 端子面板原理图如下： 其详细端子功能定义作用说明如下： 第四章 系统设计 4.1 系统分析 4.1.1 变频调速原理介绍 由于异步电动机的同步转速n与电源频率f 、转速差s和

29、电极 级对数p成如下物理关系： n60 f(1s)/p 式中 n异步电动机的转速； f异步电动机的频率； s电动机转差率； p电动机极对数。从上公式可以看出，速度n与频率f成正比，只要f的频率变更，电机的转速就可以变更。当频率f在050赫兹范围内改变时，电机调速范围特别宽，即变频调速。变频器是通过变更电机的功率频率来调整电机的转速。4.1.2 试验设计原理分析 试验设计原理图如下： 负载 M 变频器 PLC 设定转速 + - 测量变送n 本次毕业设计首先运用限制面板上的按键组合PLC PLC限制信号，然后慢跑三固定频率逆变器，三固定特定频率20Hz、30Hz，40hz。采纳变频自动限制系统的方

30、法，经过肯定时间：采纳PLC作为CPU（执行器），电位器的电压（模拟输入）到PLC的值作为设定电机的转速，PLC限制变频器的输出电压（模拟）（执行器）的输出频率限制三相鼠笼式异步电动机（对象）的运动速度。通过变更电涡流测功机变更电动机的负载转矩，从而变更电机的实际速度（增加或削减），实际速度的系统由电机电涡流测功机测量并转换成电压信号（反馈）到PLC，PLC设定速度和实际速度的比较操作，变更输出电压，输出为限制变频器，电机的实际转速也相应的变更（增加或削减），最终实现转速设定值系统。可以看出，这种自动限制方案是一种闭环反馈限制系统。4.2 硬件设计 毕业设计的硬件的一些基本状况： PLC:西门

31、子S7-300系列的314C-2 DP CPU，设计中运用了2个数字量输入，1个数字量输出，2个模拟量输入，一个模拟量输出。变频器：Lenze 8200矢量变频器，采纳的是1/N/PE电源接法，主电源额定电流为9.0A，输出功率（U V W）为1.6kVA，额定输出功率为0.75KW，额定输出电流为4.8A。 电机：西门子三相鼠笼式异步电动机，型号 DSO 100K 4，额定转速1500 rpm，额定电压230V/400V，额定电流4.8A/2.8A，额定功率1KW。本次毕业设计的电机采纳接法。系统硬件接线图 （1）强电部分：本次毕业设计试验采纳220V单相电沟通电作为系统的输入电源。PLC方

32、面依照PLC的电源模块L1,N,PE依次接好。变频器反面也是采纳220V单相沟通电源作为输入电源，变频器的详细电源接线图如下： 端子排上的+UG、-UG、L3/N三个端子不接电源线。其它三个端子接线为：L1接电源火线，L2/N接零线，PE为接地端。（2）弱点部分：主要为PLC数字量、模拟量的输入输出，以及直流电源和接地线（分数字地和模拟地）。详细接线如下： （1）数字输入： I124.1电机启动，接至限制面板上的SB1按钮； I124.2电机停止，接至限制面板上的SB2按钮； I124.3JOG选频按钮，接至限制面板上的SB3按钮； I124.4JOG选频按钮，接至限制面板上的SB4按钮； （

33、2）数字输出： Q124.1JOG频率限制，接至变频器端子面板X3/E1端子上； Q124.2JOG频率限制，接至变频器端子面板X3/E2端子上； Q124.3变频器起启动/停止，接至变频器端子面板X3/28端子上； （3）模拟量输入： PIW752设定转速（电压）输入端，接至点位器； PIW754反馈转速（电压）输入端，接至电机负载转矩限制器的电压信号接 口； （4）模拟量输出： PQW754用于限制变频器的输出频率的电压信号，接至变频器端子面板 上X1/1U端子上； （5）直流电源： 电位器的电源取至于变频器的5V直流电源，接至变频器端子面板上X3/9端子上； PLC上两个数字量输入输出点

34、24V 直流电源接至PLC电源模块的24V端子上； （6）接地线： 数字地：PLC上四个数字量输入输出公共端接至PLC电源模块的接地端，再接至 变频器的X3/7端子上； 模拟地：个模拟量输入输出的接地端子都接至变频器的另一个X3/7端子上（留意两个X3/7接地要分开）； （7）变频器的跳线器： 由于本次毕业设计采纳0-5V直流电源作为变频器的电压输入限制信号，同时运用 的是X3/1U端子，所以跳线器A(7-9)取下，跳线器B（8-10）连接。 4.3 软件设计 4.3.1 创建项目 当您创建项目时，双击桌面上的图标进入SIMATIC STEP7，窗口和弹出一个小窗口，用“7步wizart”的标

35、题：“新项目”。 单击NEXT按钮，在被cpu314-2dp新项目选择的CPU模块的模型。单击NEXT按钮选择须要生成的逻辑块。这里0b1作为主程序块。单击NEXT按钮并输入项目“电梯限制3”的名称。单击FINISH按钮并关闭窗口。单击菜单栏中的菜单项目的名称，在下拉菜单中选“Open”吩咐，会弹出标题为“Open Project”，的小窗口。在“User Projects”下选“Elevator control 3”，单击OK按忸生成项目，如下图： 4.3.2 系统硬件组态 硬件组态的任务就是在STEP7中成一个与实际的硬件系统完全相同的硬件系统。硬件组态的步骤： 双击“Hardware”图

36、标，进入硬件组态窗口； 生成机架，在机架中放置电源、CPU、数量输入输出模块及模拟量输入输出模块： 双击模块，在打开的对话框中设置模块的参数，包括模块的属性和DP主站和从站的参数，最终组态完成的完整机架如图： 保存硬件设置。4.3.3 系统限制设计 本次试验系统设计设计的限制部分仅为两个开关量（启动和停止），依据硬件设计部分的数字量地址安排状况，在0B1下编写以下程序： 4.3.4 JOG固定频率选择 4.3.5 数据处理设计 为了整个程序文件的更加直观明白，创建一个FC1功能块： （1）试验设计最起先是通过电位器给PLC输入电压信号（模拟量、0-5V直流电源）作为电机的转速设定值，PLC采集

37、电压信号后，须要转变成数字量。同时，为了使此电压信号转变为真正的设定转速，必需建立一个电压信号与设定转速的转换关系，详细关系如下: 模拟量 信号（V） 模拟值（16进制） 对应的10进制值 对应的转速值（10进制） PIW752 0 10 16 0rpm 5 3620 13856 1500rpm 倍率为：138561500=9.23733333 读取电压信号： 数据先转化为双整型，再转化为实数 最终建立电压信号与设定转速的转换关系： 程序中MD20即实际的设定转速。（2）然后是反馈电压信号的采集，涡流测功机会把转数以1000rpm等价于1V的直流电压 信号输入给PLC。同样，PLC须要将此反馈

38、的模拟电压信号转化为数字量，再经过一个电压信号与实际转速的变比关系把电压信号转化为实际的反馈转速。关系如下： 模拟量 信号（V） 模拟值（16进制） 对应的10进制值 对应的转速值（10进制） PIW754 1.3（计算所得） E80 3712 1331rpm 倍率为：37121331= 2.800900 （3）接着就是比较运算。设定转速（MD20）与反馈的实际转速（MD34）的比较运算。设定转速反馈的实际转速=n1（MD38）, n15=n(MD42)。再n加给设定转速，运算后得出一个新的输出转速（MD46），这个输出转速会覆盖原有的电机转速，作为电机的实际转速。（4）在运算过程中，可能运算

39、后的输出转速超过电机的额定转速（1450rpm），为此设计一个转速上限值防止电机超速运行。 （5）最终须要将运算后的输出转速通过一个变比关系转化为电压信号（模拟值）输送给变 频器，作为变频器频率的限制信号。变比关系的倍率也是9.23733333。 4.4 分析比较 通过视察变频器限制面板上的频率、涡流测功机上的面板显示和电机的转速改变，比较两种变频调速的设计方案，可以得知： 在空载的状况下，手动限制相对自动限制能够快速且精确的达到设定的转速，但是可调的频率范围有限，是一些“频率点”（如20Hz、30Hz、40Hz），而自控限制是频率段。在带有负载的状况下（负载转矩不为0），自动限制相对手动限制

40、能够快速且精确的达到设定的转速，主要是在反馈的作用下，PLC能够运算频率差值而限制并变更变频器的输出频率。手动限制由于无法反应电机负载，所以电机转速不能精确的达到设定转速。 第五章 系统的调试 5.1 硬件调试 在220V沟通电源不连接的前提下，用万用表检测跳变是否正确，接地线是否没有连接。逆变器与电机接线完成后，采纳三角形接线法电机输入。PCMPI编程电缆连接到计算机的USB端口，一端与PLC相连。打开“项目管理器”，在菜单栏中选择设置PG/PC接口，并弹出以下对话框： 在“为运用的接口安排参数”中选择“PC Adapter（MPI）”，并查看其属性，详细设置如下： 并在“本地连接”中选择连

41、接到“USB”。选择工程项目，再点击工具栏中的“”下载按纽，下载程序。下载程序后，程序可以从“停止”切换到“运行”以运行PLC。按SB1，滑动电位器，选择任何的潜力，且系统运行。电涡流测功机速度扭矩显示表的视察。 5.2 软件模拟监控 在系统运行的前提，点击工具栏中的“”按纽，进行软件的模拟监控。会出现如下所示（某一瞬间的截图）： 限制程序： 设定转速（1373.56rpm）： 实际转速（1319.58rpm）： 实际转速（测量）为（1322rpm）： 运算后输出的转速为（1384.35rpm）： 为了监控试验的转速误差精度，设计以下程序段： 由监控可知，此时的转速误差为53.9808rpm,

42、误差精度为3.93个百分点。至此PLC变频调速限制系统完成。 第六章 总 结 毕业设计已经进入收尾阶段，回想近三个月来的点点滴滴，遇到了很多困难，进过自己的努力和指导老师的帮助，基本达到自己在任务书设定的目的，解决了课题中的绝大多数问题，最终做出毕业设计的成果，一句话阳光总在风雨后。 毕业设计变频调速限制系统的设计任务基本完成，通过PLC限制，变频器执行，限制电机，实现了变频调速的功能，有点类似“定速巡航”。阅历上，熟识了西门子PLC的硬件结构及其编程软件STEP7的操作，对变频器也有了个也许的了解。 参考文献 1 高钦和. 可编程限制器应用技术与设计实例M,人民邮电出版社, 2004.7 2

43、 龚仲华. S7-200/300/400 PLC应用技术通用篇M，人民邮电出版社，2007.8 3 龚仲华. S7-200/300/400 PLC应用技术提高篇M，人民邮电出版社，2008.4 4 李方圆. PLC行业应用实践M，中国电力出版社，2007.1 5 陈浩. 案例解说PLC，触摸屏及变频器综合应用M，中国电力出版社， 2007.1 6 马宁， 孔红 著. S7-300PLC和MM440变频器的原理与应用M，机械工业出版社，2006.9 7 张运刚，宋小春，郭强 著.从入门到精通西门子S7-300/400 PLC技术与应用M,人民邮电出版社,2007.8 8 Lenze变频器说明书（英文） 9 西门子S7-300/400 PLC编程软件运用说明书 10 LiHu You YouPeng .The Control System Of The Door Driving by PLC and Tnverter J, 电机技术，2008.4 11 H.M.nver,M.T. Aydemir .Power and Frequency Control in a 60 kW Induction Steel Heating Furnaces through PLC