4 软件设计
4.1 软件流程图
4.2 A/D输入模块程序
4.3 D/A输出模块程序
4.4 PID参数整定
5 系统测试
5.1 测试方法
1．按下表对变频器进行参数设置; Pr.30 1 Pr.73 1 Pr.79 4 N10 0
2.按接线图正确将导线连接完毕后，将程序下载致PLC主机，将“RUN/STOP”开关拨到“RUN”。
3．先设定改定值。点击标准工具条上的“软件园测试”快捷项，进入软件园测试对话框。在“字软元件”栏中的软元件项中键入D0，确定电动机的转速，输入的设定值N为十进制。如：N=1000，则电机的转速目标值就为1000 转/min。
4．按变频器面板上的RUN，启动电机转动。电机转动平稳后，记录给定目标转速、电机实际转速、和他们的偏差、再改变给定值观察电机转速的变化并记录数据到下表格。 给定目标转速 （r/min）
电机实际转速 （r/min） 变频器输出频率 （Hz） 最大震荡偏差 5.2 测试中遇到的问题
1．因初次接触变频器，当对变频器进行参数设定时，不够熟练，有时会把参数设定错误，给系统造成不稳定。
2．在整定PID参数时遇到的问题比较多，比例积分微分三者的参数要相互配合，因自己没有比较扎实的自动控制理论知识，所以在对参数设定时都是比较模糊的设定，随结果的变化来改进参数值
3.在做实验的时候，心不要太急，一急就很容易做错，做事要细心，冷静。
6 应用扩展
PLC 在空压机变频调速系统中的应用
6.1 总体设计方案
空压机组采用 PLC 作为主控制器并扩展数字量输入和模拟量输入模块 , 由变频器拖动 2 台主空压机组运行 , 采用触摸屏作为系统人机界面的总体设计方案。 这样 , 由压力传感器 ( 变送器 ) 、温度传感器、PLC 、变频器、空气压缩机组等元件、设备组成闭环反馈控制系统 , 能够自动地调节空压机组的转速 , 使供气系统空气压力稳定在设定值上 , 实现空压机的恒压供气控制和节能降耗。
6.2控制系统的硬件设计 6.2.1系统的硬件选型
(1) 主控制器。 根据控制要求和控制规模的大小 , 选用了 西门 子公司 S7- 200 系列
小型 PLC 的CPU 224XP 作为系统的主控制器。 该 CPU 集成了数字量 14 入 /10 出 , 模拟量 2 入 /1 出 , 有 2 个通信口PORT0 和 PORT1, 均为标准的 RS- 485 口 , 可在三种方式下工作 (PPI 方式、 MPI 方式和自 由通信端口方式 ) 。 选用其中的通信端口 1 引出 RS- 485 串行总线与功能扩展槽加装了 MODBUS 适配器的大功率变频器相连 , 可与之进行基于 MODBUS 协议的 RS-485 串行通信。 通过
MODBUS 通信 PLC 可以控制变频器的启停和给定参考速度 , 实时读取变频器的主要运行参数 , 如频率、电流、电压和功率等。
(2)I/O 扩展模块。 主机系统扩展了 1 块数字量输入模块 EM221 和 1 块模拟量输入模块 EM231, EM221 模块含 8 个数字量输入 ,EM231 模块有 4 个输入通道 ( 可接收 0 ～ 10 V 电压、 4 ～ 20 mA 电流等标准电信号 ) 。 模拟量输入通道接收现场压力 、温度模拟信号并将其转换为与之成比例的数字值 , 由测量值与设定值进行比较运算 , 在 PLC 内部通过相应的控制算法经串行总线输出后实时控制变频器的
输出
频率 , 从而调节空压机组的转速 , 使供气系统出气压力稳定在期望的压力设定值上。 (3) 变频器。 选用了 ABB 公司 ACS800 系列变频器 , 并加装了 MODBUS 适配器 NNMBA - 01 以便引入 MODBUS 串行通信的接口 。
(4) 人机界面。 选用上海步科电气 Eview 触摸屏 M510 系列作为电气控制系统的人机界面。
空压机组 PLC 控制系统的硬件总体框图 , 如下图所示。
ACS800 变频器采用手动 / 自 动控制 , 在图 1 中ACS800 的数字量输入端 DI3 为自动 / 手动工作方式选择输入端。
6.2.2电气控制系统的 PLC 外部接线图
空压机组电气控制系统的硬件设计主要包括主电路和控制电路的设计等。 空压机组电气控制系统的 PLC 外部接线图 , 如下图所示。
6.3控制系统 PLC 程序和人机界面的设计
按照结构化的软件设计思想 , 整个控制系统的程序主要包括主程序 ( 系统初始化、空压机组逻辑控制、调用各子程序和中断程序等 ) 、 PID 调节运算子程序和 PLC 与变频器 MODBUS 串行通信子程序等各个程序模块。 下面将重点介绍 PID 调节运算子程序和 PLC 与变频器 MODBUS 串行通信子程序的设计思想。
6.3.1 PID 调节运算程序
压力模拟量信号经CPU224 模拟量输入通道和EM231 模块 A/D 变换后成为数字量 , 可以使用西门子S7- 200内部 PID 指令进行模拟量的调节运算。但实际使用的效果表明 , 系统的压力控制精度经常达不到指定的控制精度 , 且调节过程过长。为了将 智能控制的优点和传统的PID调节功能良好地结合起来,这里采用自己编写的离散化增量式 PID 算法结合模糊控制算法进行调节运算后再通过MODBUS串行通信总线送入变频器ACS800 中,从而对变频器的频率进行实时地调节控制。
6.3.2 PLC 与变频器基于 MODBUS 通信程序
(1)ACS800变频器通信参数的设置。在变频器ACS800中需要设置的与MODBUS总线通信相关的主要参数如下:将参数98组(ENCODER MODULE) 中的参数9802(COMM PROT SEL) 设为 1(STD MOD 2BUS), 参 数9807(COMM PROFILE) 设为1(ABBDRIVES); 根据主站的通信格式设置参数52组 (STANDARD MODBUS) 中有关波特率、数据长度和校验方式的参数,其中参数 5201(STATION NUM 2BER)设为1(1号站 ), 参数5202(BAUDRATE)