漳州师范学院
课 程 设 计 报 告
课题名称：基于PLC的变频闭环调速及其应用
学生： 学号： 班级： 指导老师：
摘要：
一种基于FX2NPLC控制的变频调速的闭环控制系统及其在液位控制中的应用，在电机速度闭环控制中，由同轴编码器对电机测速，经PLC内部A/D转换后与给定值比较再由PID运算控制得出的值经D/A转换后输出给变频器，从而闭环控制电机的转速。 关键词：plc 变频器 pid
1 引言 ............................................................................................................................. 3 2 系统设计 ...................................................................................................................... 3
2.1 设计目的 ............................................................................................................ 3 2.2 设计要求 ............................................................................................................ 3 2.3 设计思路 ............................................................................................................ 3 2.4 系统框图 ............................................................................................................ 4 2.5 硬件接线图 ......................................................................................................... 4 3 各硬件模块简介............................................................................................................ 4
3.1 变频器 ................................................................................................................ 4
3.1.1 变频器主要功能 ........................................................................................ 4 3.1.2 变频器平面图 ............................................................................................ 5 3.2 同轴编码器 ......................................................................................................... 5 3.3 PLC模块 ............................................................................................................. 5 4 软件设计 ...................................................................................................................... 6
4.1 软件流程图 ......................................................................................................... 6 4.2 A/D输入模块程序................................................................................................ 6 4.3 D/A输出模块程序 ............................................................................................... 6 4.4 PID参数整定 ....................................................................................................... 7 5 系统测试 ...................................................................................................................... 7
5.1 测试方法 ............................................................................................................ 7 5.2 测试中遇到的问题 .............................................................................................. 8 6 应用扩展 ...................................................................................................................... 8 PLC 在空压机变频调速系统中的应用 .............................................................................. 8
6.1 总体设计方案 ..................................................................................................... 8 6.2控制系统的硬件设计 ............................................................................................ 8
6.2.1系统的硬件选型 ......................................................................................... 8 6.2.2电气控制系统的 PLC 外部接线图 .............................................................. 9 6.3控制系统 PLC 程序和人机界面的设计 .............................................................. 10
6.3.1 PID 调节运算程序 ................................................................................... 10
6.3.2 PLC 与变频器基于 MODBUS 通信程序 .................................................. 10
6.3.3人机界面的设计 ....................................................................................... 12
7总结 ............................................................................................................................ 12 8 参考文献 .................................................................................................................... 12 9 附录 ........................................................................................................................... 12
1 引言
随着变频调速技术的应用日益广泛,应用水平的不断提高,对变频调速控制系统的精度要求也越来越高。目前,许多变频调速装置属于开环控制方式,不能满足有较高精度的控制要求。为提高开环变频调速器控制精度,本系统采用有编码器速度检测的、由高性能FX2NPLC 调节控制的闭环系统。
2 系统设计
2.1 设计目的
1．利用可编程控制器及其模拟量模块，通过对变频器的控制，实现电机的闭环调速。 2．了解可编程控制器在实际工厂生产中的应用及可编程控制器的编程方法。
2.2 设计要求
电机的实际转速在较快的时间内接近给定目标转速，并且能够稳定运行。当改变给定速度时，电机能快速响应达到接近给定值。
2.3 设计思路
变频器控制电机，电机上同轴连旋转编码器。编码器根据电机的转速变化而输出电压信号Vil 反馈到PLC模拟量模块（Fx2n-3A）的电压输入端，在PLC内部给定量经过运算处理后，通过PLC模拟量模块的电压输出端输出一路DC0~+10V电压信号Vout来控制变频器的输出，达到闭环控制的目的。
运算方案一：采用数学运算，当反馈值小于给定值时，让控制信号Vout加适当值。同理，当反馈量大于给定值时，用软件给控制信号减适当值。
运算方案二：采用PID控制，对其设定整定的参数，只要给它控制信号，它将会输出理想的结果。
方案比较：
如果采用纯粹的数学运算，因为控制模块的滞后等原因，其输出结果并不如人意，系统响应慢、不稳定，如果操作失误，将会给硬件造成损伤。
而如果采用PID控制，因其不需要被控对象的数学模型，有较强的灵活性和适应性且使用方便，所以运用它可以得到比较满意的结果。
结论：采用PID控制
测速方案一：采用测速电动机
测速方案二：采用同轴编码器测速 方案比较：
测速发电机的输出特性存在死区和非线性区,且体积大、误差大,一般适用于测速精度要求不高的系统。
采用编码器测速, 其输出高频脉冲经FX2NPLC 高速计数器计数,经过量化可得到精度很高的转速。
结论：采用编码器测速
2.4 系统框图
2.5 硬件接线图
3 各硬件模块简介
3.1 变频器
3.1.1 变频器主要功能
变频器的主要任务是将工频电源转换为频率和幅度可调节的交流到交流的变频器，是当前应用最广的交流调速设备，变频器的功能不是以调速为目的，而是控制某一过程为目的。它有完善的保护功能:变频器保护功能很强，在运行过程中能随时检测到各种故障，并显示故障类别(如电网瞬时电压降低，电网缺相，直流过电压，功率模块过热，电机短路等)，并立即封锁输出电压。这种“自我保护”的功能，不仅保护了变频器，还保护了电机不易损坏。
3.1.2 变频器平面图
3.2 同轴编码器
同轴编码器可以将电动机的转速按比例转换成电压信号，通常是0~5V
旋转编码器是用来测量转速的装械量转换成相应的电脉冲置，光电式旋转编码器通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机以数字量输出（REP）。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个都有），和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组A/B相位差90度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向
3.3 PLC模块
PLC特点：第一，可靠性高、抗干扰能力强，平均故障时间为几十万小时。而且PLC采用了许多硬件和软件抗干扰措施。第二，编程简单、使用方便目前大多数PLC采用继电器控制形式的梯形图编程方式，很容易被操作人员接受。一些PLC还根据具体问题设计了如步进梯形指令等，进一步简化了编程。第三，设计安装容易，维护工作量少。第四，适用于恶劣的工业环境，采用封装的方式，适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。第五，与外部设备连接方便，采用统一接线方式的可拆装的活动端子排，提供不同的端子功能适合于多种电气规格。第六，功能完善、通用性强、体积小、能耗低、性能价格比高。