湖南工程学院应用技术学院
毕业设计（论文）任务书
PLC和变频器实现电机的变频调速和远程
设计（论文）题目： 用
控制
姓名 王松涛 专业 自动化 班级 0481 学号 200413110103
指导老师 赵葵银 职称 教授 教研室主任 赵葵银 李晓秀 一、基本任务及要求：
随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流调速取代直流调速已成为现代电气传动的主要发展方向之一。电机由变频器来控制，变频器带有PROFIBUS-DP通讯接口，通过PROFIBUS网络由主站对变频器进行远程控制，可在触摸屏上生成组态画
面实现远程控制，也可通过工业以太网在上位机PC实现远程控制。
具体要求有：
1. 采用西门子的可编程控制器、触摸屏及有关的应用软件，实现对电动机调节控制。 2. 在触摸屏上生成组态画面由触摸屏来实现远程控制。 3. 采用PROFIBUS-DP总线，通过组态王生成画面由PC机来实现远程控制 二、进度安排及完成时间：
1、（2～4周）接受任务、准备资料、拟定方案，写出开题报告 2、（5周）根据题目要求及已知条件，确定控制方案及所选用的控制器件 3、（6～7周）控制程序的设计 4、（8周）毕业实习，撰写毕业实习报告 5、（9～12周）程序的现场调试 6、（13～14周）相关图纸的设计 7、（15周）完成设计、撰写论文 8、（16周）修改完善论文，准备答辩
目 录
摘 要 .............................................................. 1 Abstract： ........................................ 错误！未定义书签。 第1章 绪论 ........................................................ 1
1.1 概论 ........................................................ 2 1.2 设计论文的主要内容和要求 ................... 错误！未定义书签。 1.3相关技术的发展展望 .......................... 错误！未定义书签。 1.3.1变频调速系统的发展展望 ....................... 错误！未定义书签。 1.3.2 组态软件 ..................................... 错误！未定义书签。 1.3.2.1. 发展概况 ................................................... 2 1.3.3变频器的应用与发展概况 ........................................ 6 1.3.4．PLC的应用与发展概况 ......................................... 7 1.4 变频调速理论 ................................................ 9 1.4.1 异步电动机调速方式 ............................................ 9 1.4.2 变频调速原理 .................................................. 9 1.4.3 变频调速的特点及发展 ......................................... 10 第2章 确定设计方案和系统的构成 ................................... 12
2.1 方案确定 ................................................... 12 2.2 主电路的设计 ............................................... 13 2.3 网络系统组成及说明 ......................................... 13 2.3.1 系统说明 ..................................................... 14 2.3.2 以太网络及组成 ............................................... 15 2.3.3 系统DP拓扑结构及说明 ........................................ 16 2.3.4 工业通讯网络SIMATIC NET性能 ................................. 19 2.3.5 Profibus-DP现场总线 ......................................... 19 第3章 系统硬件设计 ............................................... 21
3.1 变频调速单元的构成及其功能 ................................. 21 3.1.1 变频调速单元的构成 ........................................... 21 3.1.2 变频器的选择与参数设定 ....................................... 22 3.2 PLC的选型与功能说明 ........................................ 25 3.2.1 西门子PLC的基本组成 ......................................... 25 3.2.2 S 7-400PLC及其相关模块 ...................................... 26 3.3 MP270B触摸屏 ............................................... 27 3.4 系统设计元器件汇总表（见附录3） ............................ 28 第4章 系统软件设计 ............................................... 29
4.1 Step7及其特点 .............................................. 29
4.1.1 Step7应用 ................................................... 29 4.1.2 使用STEP7完成一个项目 ....................................... 29
4.2软件设计 .................................................... 31 4.2.1 系统硬件组态 ................................................. 31 4.2.2 创建网络组态 ................................................. 32 4.2.3 PLC程序设计 ................................................. 33 4.2.4 梯形图及功能说明 ............................................. 33 4.3 组态王软件控制系统的设计 ................................... 43 4.3.1 组态王软件控制 ............................................... 43 4.3.2 建立本系统工程应用项目的基本方法 ............................. 44 第5章 系统调试及结果 ............................................. 46
5.1 系统操作中的注意事项 ....................................... 46 5.1.1 系统上电 ..................................................... 46 5.1.2 变频器的操作注意事项 ......................................... 46 5.1.3 画面操作中的注意问题 ......................................... 46 5.2 系统调试及结果 ............................................. 47 第6章 总结 ....................................................... 51 参考文献 ........................................................... 52 致 谢 ............................................................. 54 附 录 ............................................................. 55
附录A：变频调速控制电气图 ...................................... 55 附录B：多功能PLC网络控制屏电气图 .............................. 56 附录C：系统设计元器件明细表 .................................... 57
用 PLC和变频器实现电机的变频调速
摘 要：在本设计任务中，为了实现能源的充分利用和生产的需要，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，采用高功能性v/f控制的通用变频器西门子SIMTIC MANGER440，此变频器能很好的解决转速之间的切换和启动问题。系统中由PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。基于S7-1200 PLC的编程软件 step7 V13 采用模块化的程序设计方法，大量采用功能模块重用，减少软件的开发和维护。利用组态软件Wince，Protool/Pro良好的人机界面和通信能力和Profibus总线技术，使工程师、操作人员可以在中央控制室的工控机上方便的浏览现场的工业流程、实现变频器的参数设置、故障诊断和电机的启动和停止的控制；同时可以在现场进行电机的启动、停止及增减速等的操作。
关键词： PLC；变频器；变频调速；组态软件
第1章 绪论
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1.1 概论
科学技术的发展，对于改变社会的生产 面貌，推动人类文明向前发展，具有极其重要的意义。电气自动化技术是多种学科的交叉综合，特别在电力电子、微电子及计算机技术迅速发展的今天，电气自动化技术日新月异。随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速。电动机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境，推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高性能、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。本次设计是以电梯控制技术为背景，针对以前的拖曳电梯的一些缺点，采用现在流行的PLC控制技术、变频调速技术、现场总线技术来实现电梯的各种控制。在本课题的系统中，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，采用高功能性控制的通用变频器，此变频器的S型加减速功能和转矩提升功能，能很好的解决转速之间的切换和启动问题。系统中由PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。基于S7-1200 PLC的编程软件采用模块化的程序设计方法，大量采用功能模块重用，减少软件的开发和维护。利用组态软件良好的人机界面和通信能力及PROFIBUS总线技术，使工程师、操作人员可以在中央控制室的工控机上方便的浏览现场的工业流程、实现变频器的参数设置、故障诊断和电机的启动和停止的控制；同时可以在现场进行电机的启动、停止及增减速等的操作。
1.3.2.1. 发展概况
组态的概念最早来自英文configuration，含义是使用软件工具对计算机及其软件的各种资源进行配置，达到使计算机和软件按照预先设置，自动执行特定任务，满足使用者要求的目的。组态软件是面向监控和数据采集(super visors control and data acquisition> SCADA)的软件平台工具。具有丰富的设置项目，使用方式灵活，功能强大。组态软件最早出现时，HMI (human machine interface)或MMI(man machine interface)是其主要内涵，即主要解决人机界面的问题。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通信及联网、开放数据接口、对I/0设备的广泛支持已经成为它的主要内容。随着时代的发展，组态软件将不断的被赋予新的内容。
组态软件是伴随着计算机技术的突飞猛进发展起来的。20世纪50年代虽然计算机开始涉足工业过程控制，但由于计算机技术人员缺乏工厂仪表和工业过程的知识，导致计算机工业过程系统在各行业的推广速度比较缓慢。20世纪70年代初，微处理器的出现，促进了计算机控制技术走向成熟。首先，微处理器在提高计算能力的基础上，大大
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