基于PLC实现的变频器.doc
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1、摘 要PLC变频器是自动化行业中常见并常用的配件。主要在机械设备中起到控制的作用,在设备上有着举足轻重的作用,能调整机器的运转控制达到用户所能要求到机器手。目前,PLC变频器已被各自动设备行业广为使用。常用PLC变频器除西门子、三菱等知名品牌外,像LS产电的PLC变频器目前在包装机械、水处理机械、电工电力机械、塑料机械、以及玻璃机械中。关键词:PLC 变频器 自动设备 AbstractPLC inverter is automation industry common and commonly used parts. Major in mechanical equipment to contr
2、ol the action on the device, and play a decisive role, can adjust the operation of the machine control to the user can ask to machine hand. At present, PLC inverter has been widely used in various automatic equipment industry. PLC Siemens, Mitsubishi inverter used in addition to other well-known bra
3、nds, like LS PLC inverter current electricity production in packaging machinery, water treatment machinery, electric power machinery, plastic machinery, as well as in glass machinery.KEY WORDS: PLC Frequency converter Automatic equipment;目 录第一章 绪言1第二章 可编程控制器简介2第一节 可编程控制器的特点2第二节 编程简单易学2第三章 PLC的控制功能3第
4、一节 PLC控制3第四章 PLC的硬件系统4第一节 微处理器(CPU)4第二节 编程器5第五章 PLC的性能指标6第一节 用户程序存储容量6第六章 PLC的工作原理7第一节 PLC的工作原理7第七章 可编程控制器梯形图编程规则7第一节 编程元件7第二节 编程语言8第三节 指令语句表9第八章 基本指令简介9第一节 置位与复位指令SET、RST11第九章 变频器的基本构成12第十章 程序流程图15谢 辞17参考文献17电子科技大学毕业论文(设计) 基于PLC的变频器设计第一章 绪言可编程控制器是采用微机技术的通用工业自动化装置,近几年来,在国内已得到迅速推广普及。正改变着工厂自动控制的面貌,对传统
5、的技术改造、发展新型工业具有重大的实际意义。可编程控制器是60年代末在美国首先出现的,当时叫可编程逻辑控制器,目的是用来取代继电器,以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。其基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来,控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象,将控制内容写入控制器的用户程序内,控制器和被控对象连接也很方便。随着半导体技术,尤其是微处理器和微型计算机技术的发展,到70年代中期以后,已广泛地使用微处理器作为中央处理器,输入输出块和外围电路都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路,这时的已不再是仅有逻辑判断功能
6、,还同时具有数据处理、调节和数据通信功能。可编程控制器对用户来说,是一种无触点备,改变程序即可改变生产工艺,因此可在初步设计阶段选用可编程控制器,在实施阶段再确定工艺过程。另一方面,从制造生产可编程控制器,适合批量生产。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置,专为在工业现场应用而设计,它采用可编程序的存储器,用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令,并通过数字式或模拟式的输入、输出接口,控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差
7、的缺点,充分利用了微处理器的优点,又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯,特别是PLC的程序编制,不需要专门的计算机编程语言知识,而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式,使用户程序编制形象、直观、方便易学;调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后,只需按说明书的提示,做少量的接线和简易的用户程序的编制工作,就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。由于这些特点,可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎,并得到迅速的发展。目前,可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具,得到了广泛的普及推广应用。第二章 可编程控制器简介 第一节 可编程控制器的特点 1.可靠性高,抗干扰能力强 现
8、代PLC采用了集成度很高的微电子器件,大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成,其可靠程度是使用机械触点的继电器所无法比较的。为了保证PLC能在恶劣的工业环璄下可靠工作,在其设计和制造过程中采取了一系列硬件和软件主面的抗干扰措施。硬件主面采取的主要措施有:1、隔离-PLC的输入、输出接口电路一般都采用光电耦合器来传递信号,这种光电隔措施使外部电路与PLC内部之间完全避免了电的联系,有效的抑制了外部的干扰源对PLC的影响,还可防止外部强电窜入内部CPU。2、滤波-在PLC电路电源和输入、输出(I/O)电路中设置多种滤波电路,可有效抑制高频干扰信号。3、在PLC内部对CPU供电电源采取屏蔽、稳压、
9、保护等措施,防止干扰信号通过供电电源进入PLC内部,另外各个输入、输出(I/O)接口电路的电源彼此独立,以避免电源之间的互相干扰。 然后经由PLC进行处理,并作出控制决策,输出控制指令。控制信号经过控制信号放大与驱动环节之后驱动电机,带动执行机构,左右两边各打开距离为S2的门,从而达到控制的效果,也可以计算出转子现在所在的位置。 第二节 编程简单易学 PLC采用与继电器控制线路图非常接近的梯形图作为编程语言,它既有继电器电路清淅直观的特点,又充分考虑到电气工人和技术人员的读图习惯,对于使用者来说,几乎不需要专门的计算机知识,因此,易学易懂,程序改变也容易修改。 目前PLC产品已经标准化、系列化
10、和模块化,不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能,还具有A/D、D/A转换、算术运算及数据处理、通信联网和生产过程监控等功能。它能根椐实际需要,方便灵活地组装成大小各异、功能不一的控制系统:既可控制一台单机、一条生产线、以可以控制一个机群、多条生产线;既可以现场控制,以可以远程控制。针对不同的工业现场信号,如交流或直流、开关量或模拟量、电流或电压、脉冲或电位、强电或弱电等,PLC都有相应的I/O接口模块与工业现场控制器件和设备直接连接,用户可以根据需要方便地进行配置,组成实用、紧凑的控制系统。 PLC的接线极其方便,只需将产生输入信号的设备(按钮、开关等)与PLC的输入端子连接,将接收输
11、出信号的被控设备(如接触器、电磁阀等)与的输出端子连接,仅用螺丝刀即可完成全部接线工作。PLC的用户程序可在实验室摸拟调试,输入信号用开关来摸拟,输出信号可以观察PLC的发光二极管。调试后再将PLC在现场安装通调。调试工作量要比继电器控制系统少得多。PLC的故障率很低,并且有完善的自诊断功能和运行故障指示装置。一旦发生故障,可以通过PLC机上各种发光二极管的亮灭状态迅速查明原因,排除故障。由于PLC的采用半导体大规模集成电路,因此整个产品结构紧凑,体积小、重量轻、功耗低,以三菱FXON24M型PLC为例,其外形尺寸仅为130MM*90MM*87MM,重量只有600G,功耗小于50W所以,PLC
12、很容易装入机械设备内部,是实现电一体化的理想的控制设备。 第三章 PLC的控制功能 第一节 PLC控制 这是PLC最基本原应用领域,可用PLC取代传统的继电器控制系统,实现逻辑控制。在单机控制、多机群控和自动生产线控制方面都有很多成功的应用实例,如机床电气控制、起重机、皮带运输机和包装机械的控制、注塑机的控制、电梯的控制、饮料灌装生产线、家用电器(电视机、冰箱、洗衣机等)自动装配线的控制、汽车、化工、造纸、轧钢自动生产线的控制等。 目前,很多PLC都具有模拟量处理功能在,通过模拟量I/O模块可对温度、压力、速度、流量等连续变化的模拟量进行控制,而且编程和使用都很方便。大、中型的PLC还具有PI
13、D闭环控制功能。运用PID子程序或使用专用的智能PID模块,在以实现对模拟量的闭环过程控制。随着PLC规模的扩大,控制的回路已广泛应用于工业生产各个行业,例如自动焊机控制、锅炉运行控制、连轧机的速度和位置等都是典型的闭环过程控制的应用场合。 运动控制是指PLC对直线运动或圆周运动的控制,也称为位置控制,早期PLC通过开关量I/O模块与位置传感器和执行机构的连接来实现这一功能,现在一般都使用专用的运动控制模块来完成。目前,PLC的运动控制功能广泛应用在金属切削机床、电梯、机器人等各种机械设备上,典型的如PLC和计算机数控装置(CNC)组合成一体,构成先进的数控机床。 现代PLC都具有不同程度的数
14、据处理功能,能够完成数学运算(函数运算、矩阵运算、逻辑运算)、数据的移位、比较、传递、数值的转换和查表等操作,对数据进行采集、分析和处理。数据处理通常用在大、中型控制系统中,如柔性制造系统、机器人的控制系统等。 通信联网是指PLC 与PLC 之间PLC 与上位计算机或其他智能设备间的通信,利用PLC和计算机的RS232或RS422接口、PLC的专用通信模块,用双绞线和同轴电缆或光缆将它们联成网络,可实现相互间的信息交换,构成“集中管理,分散控制”的多级分布式控制系统,建立工厂的自动化网络。 第四章 PLC的硬件系统 第一节 微处理器(CPU)与通用计算机一样,CPU是PLC的核心部件,在PLC
15、 控制系统中的作用类似于人体的神经中枢,整个PLC 工作过程都是在CPU的统一指挥和协调下进行的。它的主要功能有以下几点:1、接收从编程器输入的用户程序和数据,送入存储器存储,2、用扫描方式接收输入设备的状态信号,并存入相应的数据区(输入映像寄存器);3、监测和诊断电源、PLC 内部电路工作状态和用户程序编程过程中的语法错误;4、执行用户程序,完成各种数据的运算、传递和存储等功能;5、根据数据处理的结果,刷新有关标志们的状态和输出状态寄存器表的内容,以实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。 PLC 配有两种存储器:系统存储器和用户存储器。系统存储器存放在程序,用户存储器用来存放用户编制的控制
16、程序。常用的存储器类型有CMOS RAM、EPROM和EEPROM。因为系统程序用来管理PLC系统,不能由用户直接存取,所以,PLC 产品样本或说明书中所列的存储器类型及其容量,系指用户程序存储器而言。如FX224M的存储器容量在4K步,即是指用户程序存储器的容量。PLC 所配的用户存储器的容量大小差别很大,通常中小型PLC 的用户存储器存储器容量在8K步以下,大型PLC 的存储容量可达到或超过256K步 I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备(如按钮、传感器、触点、行程开关等)的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备(如接触器、电磁阀、
17、指示灯等)。I/O接口一般采用光电耦合电路,以减少电磁干扰,从而提高了可靠性。I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标,通常小型机有几十个点,中型机有几百个点,大型机将超过千点。为了提高抗干扰能力,一般的输入/输出模块都有光电隔离装置。在数字量I/O模块中广泛采用发光二极管和光电三极管组成的光电耦合器,在模拟量I/O模块中通常采用隔离放大器。来自工业生产现场的输入信号经输入模块进入PLC。这些信号有的是数字量,有的是模拟量,有的是直流信号,有的是交流信号。使用时要根据输入信号的类型选择合适的输入模块。 PLC具有多种I/O模块,常见的有数字量I/O模块和模拟量I/O模块,以及快速
18、响应模块、高速计数模块、通信接口模块、温度控制模块、中断控制模块、PID控制模块和位置控制模块等种类繁多、功能各异的专用I/O模块和智能I/O模块。I/O模块的类型、品种与规格越多,PLC系统的灵活性越好,I/O模块的I/O容量越大,PLC系统的适应性越强。 PLC配有开关式稳压电源的电源模块,用来将外部供电电源转换成供PLC内部的CPU、存储器和I/O接口等电路工作所需的直流电源。PLC的电源部件有很好的稳压措施,因此对外部电源的稳定性要求不是很高,一般允许外部电源电压的额定值在+10%-15%的范围内波动。小型PLC的电源往往和CPU单元合为一体,大中型PLC都有专用电源。 第二节 编程器
19、编程器是PLC的最重要的外围,也是PLC不可缺少的一部分。它不仅可以写入用户程序,还可以对用户程序进行检查、修改和调试,以及在以线监视PLC的工作状态。它通过接口与CPU联系完成人机对话。编程器是PLC的一种主要的外部设备,用于手持编程,用户可用以输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。除手持编程器外,还可通过适配器和专用电缆线将PLC与电脑联接,并利用专用的工具软件进行电脑编程和监控。编程器一般分为简易编程器和图形编程器两类。简易编程器功能较少,一般只能用语名表形式进行编程,通常需要连机工作。简明编程器使用时直接与PLC的专用插座相连接,由PLC提供电源。它体积小,重量轻,便于携带
20、,适合小型PLC使用。图形编程器既可以用指令语句进行编程,又可以用梯形图编程,既可以连机编程又可以脱机编程,操作方便,功能强,有液晶显示的便携式和阴极射线式丙种。图形编程器还可以与打印机、绘图仪等设备连接,但价格相对较高。通常大中型PLC多采用图形编程器。 I/O扩展单元用来扩展输入、输出点数。当用户所需的输入、输出点数超过PLC基本单元的输入、输出点数时,就需要加上I/O扩展单元来扩展,以适应控制系统的要求。PLC的软件系统硬件系统和软件系统组成了一个完整的PLC系统,它们相辅相成,缺一不可。没有软件的PLC系统称为裸机系统,不起任何作用,犹如无米之锅。反之没有硬件系统,软件系统也失去了基本
21、的外部条件,程序根本无法运行。 第五章 PLC的性能指标 第一节 用户程序存储容量用户程序存储是衡量PLC 存储用户的一项指标,通常以字为单位表示。每16位相邻的二进制数为一个字,1024个字为1K字,对于一般逻辑操作指令,每条指今占1个字,定时/计数、移位指今每条占2个字,数据操作指令每条占24个字。有些PLC是以编程的步数来表示用户程序存储容量的,每条指令包含若干步,一步占用一个地址单元,一个地址单元为两个字节。 I/O总点数是PLC可接收输入信号和输出信号的数量。PLC的输入和输出量有开关量和模拟量两种。对于开关量,其I/O总点数用最大I/O点数表示,对于模拟量,I/O总点数用最大I/O
22、通道表示。FX系列基本单元和扩展单元:单元I/O点数型号:基本单元:元8/8FX2-16M12/12FX224M16/16FX2-32M24/24FX248M32/32FX264M40/40FX2-80M扩展单元16/16FX2-32M24/24FX2-48M第六章 PLC的工作原理 第一节 PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描,不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时,CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序,按指令步序号(或地址号)作周期性循环扫描,如无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序,直至程序结束。然后重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描。在每次扫描
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