燕山大学课程设计说明书题目： PLC与变频器实现电机正反转控制学院 (系)：电气工程学院年级专业： 11级计算机控制1班学号：学生：指导教师：海滨爽教师职称：目录目录﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍4 摘要﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍5 第一章概述﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍6 1． 1PLC和MM440变频器控制电动机的发展前景﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍6 1．2变频器的分类﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍7 1．3本课题的意义﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍8 第二章应用器件的介绍2．1 PLC的工作原理和结构﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍9 2．2 变频器的工作原理及其组成结构﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍112. 3 A/D转换器工作原理﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍12 第三章相关参数的设置﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍133．1 MM440快速调制参数设置﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍13 3. 2 MM440数字输入控制端口参数﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍15 3. 3 PLC数字量模拟量的输入输出约定﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ 20 3. 4 恢复出厂设置﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍20 第四章硬件电路和软件电路的设计﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍154.1总体结构设计图﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍164.2外部设备的接线图﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍194.3软件编程设计﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍20﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍203．4．2 ﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍21 第四章总结﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍26 附录﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍27 参考文献﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍30摘要随着电力电子技术和自动控制技术的日益发展，电动机的调速已经从继电器控制时代发展到今天的由变频器控制调速。

且在工业各个领域中得到了极为广泛的应用。

在现在的在工业自动化控制系统中，最为常见的是由PLC控制变频器实现电动机的调速控制。

该方法主要通过程序来控制了电动机的变频调速，从而实现了自动控制。

PLC通过进行逻辑运算，顺序运算，计时，计数，和算术运算等操作指令，并能通过数字式或模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程的工业计算机的启停。

变频器的使用加入了模拟量，使用PLC自带的A/D转换模块，通过频率的变化，使电机实现任意转速。

通过设计能使我们掌握PLC的工程设计方法，同时又能深入了解PLC与变频器控制电动机控制系统的够成和在工业生活中的用处，为我的将来的工作学习打下良好的基础。

关键字：PLC MM440变频器控制电机数字模拟输入第一章概述1.1 PLC和mm440变频器控制电机的前景如今，PLC已是工业自动化应用技术的三大支柱之一，自从它诞生以来得到了广泛的使用。

在工业自动化应用技术领域，速度调节和控制是经常用到的环节。

而变频器具有高效的驱动性能和良好的控制特性，在提高控制质量、减少维护费用和节能等方面都取得了明显的经济效益。

在这些场合，变频器所发挥的作用是其他任何控制设备和装置都不能取代的。

虽然变频器可以单独使用，但大多数情况还是作为一个组成部分在工业自动化控制系统中使用。

所以，作为主控制器的PLC和作为执行及检测器件（设备和装置）的变频器之间就必须相互配合，共同完成控制任务。

PLC可以控制变频器的频率给定信号，以使变频器输出相应的速度控制曲线，控制工艺指标：变频器上的检测信号和其他智能信号也可以接入PLC，完成系统的报警和速度控制，比如通过变频器控制电机的启动，停止及正、反转，也可以使用一个变频器去控制若干台电动机的运行。

现在的PLC控制电动机已经离不开变频器了，工业生产，科研，石油开采，几乎所有的现代化都需要变频调速机的工作因此其意义是深远的。

第二章应用器件的介绍2.1 PLC的工作原理和结构可编程控制器的工作原理与计算机的工作原理基本上是一致的。

但PLC装入了专用程序后成为一种专用机，它采用循环扫描的方式，系统工作任务管理，及应用程序执行都是循环扫描方式来完成的。

PLC系统正常工作所要完成的任务如下：1．计算机部各个工作单元的调度，监控；2．计算机与外部设备间的通讯；3．用户程序所要完成的工作；PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”作为编程语言。

梯形图、语句表和控制系统流程图等是PLC常用的编程语言。

有些PLC还尝试使用高级语言编程。

在使用PLC进行顺序控制时，首先应根据控制动作的顺序，画出梯形图，然后将其翻译成相应的PLC指令，用编程器将程序写入PLC的存RAM中，对程序进行调试，发现错误可用变成器进行修改，直到程序调试正确无误为止。

最后将程序写到PLC的只读存储器EEPROM中。

PLC投入运行后，便进入程序执行过程。

在一个扫描周期，程序执行过程分3个阶段：输入采样、程序执行和输出刷新。

在输入采样阶段，PLC以扫描方式将所有输入端的输入信号读到输入映像寄存器中存起来，接着转人程序执行阶段。

在程序执行阶段，PLC 按照顺序进行扫描，如果程序是用梯形图来表示，则扫描顺序总是先上后下，先做后右。

每扫描到一条指令，所需的状态分别从输入映像寄存器中读出，而将执行结果写入元素影响寄存器中当程序执行完后，进入最后一个阶段----输出刷新。

将元素映像寄存器中的所有输出继电器的状态转存到输出琐存电路，驱动用户设备（或负载）工作。

PLC 寄存器EEPROM的程序随时可以擦除和修改。

如果改变程序外部端口接线，有可以重新组成一个新的系统。

PLC是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的，并逐步发展成以微处理器为核心的，把自动化技术、计算机技术、通讯技术容为一体的新型工业自动控制装置。

早期的PLC只能进行逻辑控制、还能完成模拟量的控制、数值控制、过程监控和通信联网等功能。

PLC因具有程序可变、可靠性高、功能强、环境适应性好、抗干扰能力强、体积小和重量轻等特点而在机电一体化系统中得到广泛的应用。

图一 PLC硬件组成2.2变频器的工作原理和组成变频器是指可以用于改变电源频率，同时也能改变电源电压的电能转换的装置。

它是由电力电子器件（例如整流模块、IGBT）、电子器件（集成电路、开关电源、电阻、电容器等）和微处理器等组成。

变频器使用时串联接在输出端（R、S、T）和电动机输出端（U、V、W）之间，通常变频器的功率围为0.75-500KW（大于此功率值建议选用中压电动机及中压变频器）。

交流电动机调速控制变频器的最早形式是用旋转发电机组作为可变频率的电源，供给交流发电机。

随着电力半导体器件的发展，静止式的变频电源以成为了变频器的主要形式。

变频器的部框图如图所示为MM440变频器的部功能方框图.其控制电路CPU、模拟输入/输出、数字输入/输出、操作面板等部分组成。

分为4类：输入信号端子、频率模拟设定输入端子、监视信号输出端子和通信端子。

下图则表示各个控制端子的功能：表一 MM440控制端子2.3 A/D 转换器的工作原理A/D 转换器的作用是将模拟量转换成数字量。

在A/D 转换过程中，输入的是时间上、幅值上都是连续的模拟量，而输出的则是时间上，幅值上均离散的数字量，因此，要把模拟量转换成数字时需经采 样，保持，量化，编码：图二A/D 转换原理图A/D 模块选用FX1N-2AD-BD模拟量 采样保持 量化 编码 数字量FX1N-2AD-BD的特点：可以通过切换专用的辅助继电器来设置数字模拟转换是电压输入（0~10V）还是电流输入（4~20MA）。

而且，如下图所示，各个通道的转换对CH1通道而言，M8112为ON,是电流输入模式，对应端子为I1+,I2+;M8112为OFF,是电压输入模式，对应端子为V1+,V2+;对CH2通道而言，M8113为ON,是电流输入模式，对应端子为I1+,I2+;M8113为OFF,是电压输入模式，对应端子为V1+,V2+;各通道的公共端子为VI-。

第三章相关参数设置3．1 MM440快速调制参数设置快速调制的参数设置是根据电机铭牌上的数据进行设置，这样做使变频器明确了MM440有6个数字量输入口，分别是DIN1-DIN6，它们可通过参数P0701~P0708 直接赋以功能，当相应端子被触发时，变频器变执行相应功能。

各个参数设置值所代表不同的功能，如下图所示：参数号设置值说明P0003 2 设置用户访问级为扩展级P0004 7 命令，二进制I/OP0701 1 ON为接通正转，OFF为停止P0702 2 ON为接通反转，OFF为停止MM440有2个模拟输入，利用合适的模拟量输入可将模拟量给定值、实际值和控制信号读入传动变频器中，并且利用ADC变换器变换成数字信号/值。

利用在I/O 板上的2 个开关DIP1(1，2)和利用参数P0756 可将设定选择为电压输入为10V 的模拟量输入或电流输入为20mA 的模拟量输入。

所以做如下定义：P0756=0，即通过电压0-10V的变化对应频率0-50HZ的变化。

3. 3 PLC数字量模拟量的输入输出约定该步骤即定义PLC的I/O接线和变频器的接线。

PLC的输入接按钮控制，通过编程控制输出，其输出接MM440的数字量输入端口，变频器与电机相连，从而实现之前定义的功能。

3. 4 恢复出厂设置当有合适的连接和合适的电动机-变频器组合时，当从工厂运出且不需任何附加参数设置时，MM440变频器已准备好投入运转。

你可以随时执行一个参数复位到工厂设定来再一次建立初始状态。

这样取消传动变频器在供货以后所作的参数变更。

第四章硬件电路和软件电路的设计4.1总体结构控制设计图本设计采用启停按钮进行操作，采用PLC进行控制4.2外部设备接线图4.3软件编程设计4系统控制功能及控制方案。

4．1 本设计采用启停按钮进行操作，采用PLC进行控制，系统控制结构图如图4-1所示：，图5-3 控制电路接线图5.2PLC程序设计按照电动机的控制要求及MM440变频器数字输入接口、PLC数字输入/输出接口所做的变量约定，PLC应实现下列控制：5.4.1 输出状态当按下正转启动按钮SB1时，PLC数字输出端Q0.4为逻辑“1”，MM440变频器“16”接口为“ON”，允许电动机运行。

PLC输出接口状态、变频器输出频率、电动机转速变化如表所示。

设置15段固定频率控制状态表表 5-4-1当按下停止按钮SB2时,PLC数字输出端 Q0.4为逻辑“0”，MM440变频器“16”接口为“OFF”。