西安科技大学
综合设计实验报告
2010—2011学年 第 2 学期
题 目 用变频器和PLC实现电机的多段速控制
院 （系、部) 电气与控制工程学院
专业 及 班级 自动化0704班
姓 名 吴泽锐
学 号 0706050415
指 导 教 师 蔡文浩 焦妍君
完成日期： 2011 年 3 月 26 日
目 录
绪论 -----------------------------------------------------------1
一.设计要求 -------------------------------------------------2
二. 设计任务和目的 --------------------------------------2
四. 控制要求 ------------------------------------------------2
五. 主要仪器设备 ------------------------------------------3
六．硬件部分设计 ------------------------------------------4
七．软件部分设计 ------------------------------------------5
八．调试过程和结果 ----------------------------------------6
九．心得体会 -------------------------------------------------6
参考文献 -------------------------------------------------------7
绪论
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。
可编程控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）是专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它使用可编程的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。本章介绍了PLC的基础知识，包括其发展、特点、功能、分类以及发展趋势等。在PLC诞生之前，继电器控制系统广泛应用于工业的各个部门，在传统工业生产中起着重要作用。随着生产规模的逐步扩大，市场竞争日趋激烈，继电器控制系统愈来愈难以适应工业生产的需要。继电器控制电路通常是针对某一固定动作顺序或生产工艺而设计的，它只能进行逻辑、定时、计数等一些简单的控制，一旦动作顺序或生产工艺发生变化，就必须进行重新设计，重新布线、装配和调试。这就迫使人们研制新型工业控制系统，以取代原来已占统治地位的继电器控制系统。
可编程序控制器（PLC）是一种新型的通用自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体，专门为工业控制而设计。它具有功能强、可靠性高、环境适应性好、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点，因此在工业上应用越来越广泛，已成为当代工业自动化的主要支柱之一
目前，PLC产品大致可分成美国、欧洲、日本三个流派。在我国的PLC市场上日本的小型机产品销量较大。CP1H是日本欧姆龙新推出的整体式小型机，是一款性价比高、功能完备的通用控制器。其特点是结构紧凑，集成了开关量控制、模拟量控制、高速计数、4轴高速脉冲输出、串行通信等功能于一身，CP1H指令丰富，采用任务编程方式，并支持功能块编程方法使编程更加清楚、简便。CP1H取消了手持编程器配置，没有通常的外设接口，取而代之的是USB端口。还有串行通信功能端口2个，可自由选择RS-232C、和RS-485。
一．设计要求:
将实际生产中得到广泛应用的变频器与所学的电机拖动课程相结合,得以了解交流电动机的变频调速性能,可使学生将所学过知识通过理论与实际联系起来，从动手接线,实验过程中的调试,与发现解决问题等这一完整的实验过程，培养学生正确的设计思想，使学生充分发挥主观能动性，去独立解决实际问题，以达到提升学生的综合能力、动手能力、文献资料查阅能力的作用，从而培养和提高学生的独立工作能力及解决实际问题的能力。本实验加深对三相异步电动机的认识,并熟悉变频器接线与工作原理。
要求：有一台三相异步电动机，用PLC控制变频器实现多段速度的控制，通过变频器参数设置和外端子接线来控制变频器的运行输出时间来达到电动机多段速度运行控制的目的。
二．设计任务和目的
设计任务: 了解“三相异步电动机变频调速系统设计与调试”的工作原理；培养解决实际工程技术问题的能力；培养综合应用所学知识的能力、独立工作能力和团结协作能力；掌握根据工艺要求设计较复杂的、现代化的电气控制系统的方法，并会调试与操作。
目的：熟悉变频器的基本使用控制要求；掌握变频器的多段速度控制的连接与有关参数的设置；掌握面板操作和外部端子的多段速度控制运行技能。熟悉欧姆龙PLC的基本使用要求和编程方法,并能结合PLC和变频器实现电机的自动多速段运行控制.
三、主要仪器设备
日本富士公司的FRENIC5000G11变频器、三相异步电动机、欧姆龙可编程控制器CPM1A、继电控制及变频调速实验台、万用表、导线、工具等。
四．课题要求
将PLC和变频器结合，实现电动机的多段速开环运行控制。即实现电机的加速、减速、正转、反转、停止的功能。
五. 控制要求
按照下图1所示要求,用PLC和变频器来控制电动机的多段速运行。开始启动后,电机先加速1s,然后保持5s,再加速1s,保持5s,之后开始减速1s.再保持5s,减速到电机停止.同时，能够实现电机的正转、反转自动控制,中途停机等
功能。
图1
六．硬件部分设计
1.设备选型:
PLC机型的选择
本设计选取的是欧姆龙公司生产的小型整体式可编程控制器CPM1A，它的性能价格比很高，在小规模控制中获得广泛应用。欧姆龙CPM1A的CPU单元规格如表1所示。表1
本设计所使用的I/O点数为:输入点数3个,输出5个电压选择为24V直流电压，输出为继电器型输出。
变频器选型
本设计变频器使用的是日本富士公司的FRENIC5000G11变频器,其特点是低噪音,高性能,多功能.
变频器部分参数设定:
F01=8 F02=1 E08=17 E09=18
F03=60 F05=380V F23=0
2.硬件接线图如图2所示
图2
七．软件部分设计
1. PLC的程序设计环境
PLC的编程主要是通过编程器或用PLC生产厂家提供的编程软件来完成的。每个PLC公司都有自己的编程器，一般比较小，而且比较轻，适合在现场使用。但是这种编程器只能使用助记符语言对PLC进行编程，而且由于屏幕较小，每次只能显示一、两行程序，难于对程序从整体上分析。PLC公司提供的编程软件则能使用梯形图、助记符或功能图语言等进行编程。通过编程软件，不仅能从宏观上对程序进行编辑和分析，而且还能对程序的运行情况进行监视。
2. 欧姆龙的CX-Programmer编程软件简介
进入CX-Programmer初始界面后，在【文件】下拉菜单中，单击“新建”菜单项，选择创建一个新文件。在【设备名称】中填写设备名称，设备类型选择PLC的类型，然后单击设定按钮选择CPU的类型，单击确定后，即可进入梯形图编程界面，
程序编写完成后，下一步就可进行编译、链接和调试了。如果编译没有错误，就可以进行在线运行。在编译过程中，如果出现错误要进行修改时，我们既可以在梯形图编程下修改，也可在助记符方式下修改。编译完成，没有语法错误，可加载程序到PLC，进行在线运行。
3.梯形图如下所示:
4.程序如下:
LD 00000
OR 01004
AND NOT 00001
AND NOT 01005
OUT 01004
LD 00002
OR 01005
AND NOT 00001
AND NOT 01004
OUT 01005
LD 01004
OR 01005
TIM 000
#00010
LD TIM000
TIM 001
#0050
LD TIM001
TIM 002
#0010
LD TIM002
TIM 003
#0050
LD TIM003
TIM 004
#0010
LD TIM004
TIM 005
#0050
LD TIM005
TIM 006
#0010
LD TIM001
AND NOT TIM 002
OR NOT TIM 000
LD 01004
OR 01005
AND LD
OUT 01006
LD TIM003
AND NOT TIM004
LD TIM005
AND NOT TIM006
OR LD
OUT 01007
END
八．调试过程和结果
利用变频器和PLC，通过手动控制，实验中，我们实现了电机的正转、反转、加速、减速的功能，很好的完成了电机的多段速运行的控制。
九．心得体会
心得体会
通过本次课程设计，对欧姆龙系列PLC的特点有了更深的理解。
通过查看目录和实际的操作，我们利用了欧姆龙系列PLC的特点，对按钮、开关等输入/输出进行控制，实现了变频器在PLC控制下的外部面板控制运行。
在本次课程设计的实践环节中，我更深刻地理解和掌握了电器控制及可编程控制器(PLC)的理论知识和动手技能。
我发现了PLC与常用微控制器的区别，PLC是接受输入信号，经内部逻辑判断，控制输出继电器的导通与关断，内部还有一些计数器/定时器，实现时间的计算。在学习的过程中，我更好的认识了常用电器元件、参数、技术指标。如电器控制电路中的主电路与控制回路的电源关系，交流接触器、交流电机的参数、交流电机的调速方法及优点等等。
经历一周的方案设计、同组同学的一致讨论，再加上指导老师的细心点拨和教诲，终于成功地完成了本次课程设计。最后对老师的认真负责的指导深感谢意！
参考文献
[1] 黄向惠 杨世兴等. 现代电器自动控制技术.北京:人民邮电出版社,2009
[2] 龚运新等. PLC技术及应用基于西门子S7-200.北京:清华大学出版社,2009
[3] 吴志敏等.西门子PLC与变频器,触摸屏综合应用教程.北京:中国电力出版社,2009
第二篇：PLC课程设计报告 红绿灯
《可编程控制器技术》
课程设计
题目：交通信号灯控制设计
学院：信息工程与自动化
系 ：通信
专业：通信工程
年级：
姓名：
学号：
分数：
一、 需求分析
1．1 需求分析
交通灯通常指由红、黄、绿三种颜色灯组成用来指挥交通的信号灯。绿灯亮时，准许车辆通行，黄灯亮时，已越过停止线的车辆可以继续通行；红灯亮时，禁止车辆通行。在如今的社会里，交通灯必不可少，没有交通灯就没有交通秩序，因此此次课程设计设计一个传统的交通灯。
1．2 实现目标
红灯亮时，禁止车辆通行，绿灯亮时，准许车辆通行，黄灯亮时，已越过停止线的车辆可以继续通行，没有越过停止线的的需要停车，禁止通行。红灯亮30秒，绿灯28秒，黄灯2秒。
二、系统设计
2．1 流程图及分析
分析：
启动电源后，东西红灯亮(r1)，南北绿灯亮(g2)；28秒后，东西红灯亮(r1)，南北黄灯亮(y2)；2秒后，南北红灯亮(r2)，东西绿灯亮(g1)；28秒后，南北黄灯亮(r2)，东西黄灯亮(y1)；循环。
2．2 时序图及分析
分析：高电平为灯亮，低电平为灯灭。前30秒内：东西方向红灯为高电平，南北方向绿灯为高电平，28秒后,南北方向黄灯由低电平转为高电平保持2秒，绿灯由高电平转为低电平；后30秒, 南北方向红灯为高电平，东西方向绿灯为高电平，28秒后, 东西方向黄灯由低电平转为高电平保持2秒，绿灯由高电平转为低电平。此过程为一个周期。
2．3 接线图及分析
分析：
在接线时，程控端的公共端接5V电源的负极，红绿灯的公共端接电源的正极，而红绿灯灯的另一端接程控器的输出端。
2．4 梯形图及分析
分析：
启动电源后，东西红灯亮(r1)，南北绿灯亮(g2)；28秒后，东西红灯继续亮(r1)，南北绿灯灭(g2)，南北黄灯亮(y2)；2秒后，东西红灯灭(r1) ，南北红灯亮(r2)，东西绿灯亮(g1)；28秒后，南北红灯继续亮(r2)，东西绿灯灭(g2)，东西黄灯亮(y1)；东西、南北方向一直保持循环状态。
三、总结
3．1设计中遇到的问题
问题一：
TP Timer的 选择。一开始以为定时后断开的定时器是TOF，后来通过查找资料，才发现要用的是TP 定时器。另外对上升沿触发和下降沿触发有了深入的了解。
问题二：
循环的触发。一开始程序只能运行一次，通过查阅资料，参考各种示例，才知道循环是需要触发的，本次设计是用最后一个输出（y1）取反。
3．2 总结,收获和体会
通过这次课程设计使我对可编程控制这门课程有了更加深入的了解，尤其是PLC的编程过程和工作过程，另外我也深深感受到了AC1131软件方便、快捷、简单通俗易懂。
在设计的过程中也遇到了很多问题，通过查找各种资料也对学过的只是有了新的认识和理解。
查找各种资料解决问题的过程是相当快乐的~