;山東科技大學
西門子plc課程設計
設計題目：plc控制變頻調速系統設計與除錯
姓名王楓
專業電氣自動化技術
摘要可程式設計控制器（plc）是在計算機技術、通訊技術和繼電器控制技術的發展基礎上開發出來的，現已廣泛應用於工業控制的各個領域。它以微處理器為核心，用編寫的程式進行邏輯控制、定時、計數和算術運算等，並通過數字量和模擬量的輸入/輸出來控制機械裝置或生產過程。
如今，plc在我國各個工業領域中的應用越來越廣泛。在就業競爭日益激烈的今天，掌握plc設計和應用是從事工業控制研發技術人員必須掌握的一門專業技術。
任何生產機械電氣控制系統的設計，都包括兩個基本方面：乙個是滿足生產機械和工藝的各種控制要求，另乙個是滿足電氣控制系統本身的製造、使用以及維修的需要。因此，電氣控制系統設計包括原理設計和工藝設計兩個方面。
前者決定一台裝置使用效能和自動化程度，即決定著生產機械裝置的先進性、合理性，而後者決定著電氣控制裝置生產可行性、經濟性、外觀和維修等方面的效能。
在現代控制裝置中，機-電、液-電、氣-電配合得越來越密切，雖然生產機械的種類繁多，其電氣控制裝置也各不相同，但電氣控制系統的設計原則和設計方法基本相同。
在最大限度滿足生產裝置和生產工藝對電氣控制系統要求的前提下，力求執行安全、可靠，動作準確，結果簡單、經濟，電動機及電氣元件選用合理，操作、安裝、除錯和維修方便。
現代社會越來越多的要求機械的自動化，隨著社會的發展機器的自動也是一項必須的要求，這裡就要求有位置得精確和時間的精確。電機的運動速度就是現代社會電機的一大問題，這裡就對利用變頻器對電機調速進行簡單的設計，來滿足使用者對電機多方面的速度的要求。
要完成好電氣控制系統的設計系統，除要求我們掌握必要的電氣設計基礎知識外，還要求我們必須經過反覆實踐，深入生產現場，將我們所學的理論知識和積累的經驗技術應用到設計中來。本次課程設計正是本著這一目的而著手實施的實踐性環節，它是一項初步的模擬工程訓練。通過這次課程設計，我感到更深地了解一般電氣控制系統的設計要求、設計內容和設計方法。
關鍵字：plc、變頻器
1.確定控制方案，選擇plc和變頻器。
2.畫出電氣控制線路原理圖。
3.設計程式
4.完成plc控制系統梯形圖軟體及其語句表的編制任務。
5.在實驗室條件下，通過試驗除錯初步驗證其程式的正確性。
1.了解plc控制變頻調速系統。
2.了解s7-200系列cpu加mm440變頻器引數設定。
3.了解電氣控制系統設計的基本原則、內容與一般步驟。
4.掌握plc控制變頻調速系統除錯基本過程及方法。
1.變頻調速器受0~10v輸入電壓控制；
0v輸出頻率為0hz，對應同步轉速為0 r/min；
5v輸出頻率為50hz，對應同步轉速為1500 r/min；
10v輸出頻率為100hz，對應同步轉速為3000 r/min；
輸入電壓與輸出頻率按線性關係變化。
2.要求輸出轉速按函式變化，請編寫梯形圖控制程式，並完成除錯。
圖1 轉速與時間的函式關係
3.改變輸出轉速~時間的變化函式，重複上述過程.
國際電工委員會對plc做了定義為「可程式設計序控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它採用可程式設計序的儲存器，用來在其內部儲存執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，並通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種型別的機械或生產過程。可程式設計序控制器機器有關裝置，都應該按易於使工業控制系統形成乙個整體，易於擴充其能力的原則設計」。
從上述定義可以看出，plc是一種用於程式來改變控制功能的工業控制計算機，除了能完成各種各樣的控制能力外，還有與其他計算機通行聯網的功能。
如圖3.1.1所示，plc主要由cpu模組、輸入模組、輸出模組和程式設計器組成。
plc的特殊功能模組用來完成某些特殊的任務。plc主要由cpu模組、i/o模組、變成裝置和電源組成。根據硬體結構的不同，可以將plc分為整體式、模組式和混合式。
整體式plc又叫做單元式或箱體式，他的體積小、**低、小型plc一般採用整體結構。模組式plc一般用於大、中型plc，它由機架和模組組成。
圖2 plc基本組成
（1）輸入部件
輸入部件是plc與工業生產現場被控物件之間的連線部件，是現場訊號進入plc的橋梁。該部件接收由主令元件、檢測元件來的訊號。
（2）輸出部件
輸出部件也是plc與現場裝置之間的連線部件，其功能是控制現場裝置進行工作(如電機的啟、停、正/反轉，閥門的開、關，裝置的轉動、移動、公升降等)。對於plc，希望它能直接驅動執行元件，如電磁閥、微電機、接觸器、燈和音響等，因此，輸出部件中的輸出級常是一些大功率器件，如機械觸點式繼電器、無觸點交流開關(如雙向可控矽)及直流開關(如晶體三極體)等。
（3）cpu模組
cpu模組主要有微處理器和儲存器組成。在plc控制系統中cpu模組相當於人的大腦和心臟，他不斷的採集輸入訊號，執行使用者程式，重新整理系統的輸出；儲存器用來儲存程式和資料。
（4）i/o模組
輸入模組和輸出模組簡稱i/o模組，他們相當於人的眼、耳、手、腳，是聯絡外部裝置和cpu模組的橋梁。輸入模組用來接收和採集輸入訊號，開關量輸入模組用來接受從按鈕、選擇開關、數字撥號開關、限位開關、接近開關、光電開關、壓力繼電器、測速發電機和各種變送器提供的連續變化的模擬量電流電壓訊號。
（5）程式設計器
程式設計器用來生成使用者程式，並用它來編輯、檢查、修改使用者程式，監視使用者程式的執**況。手持式程式設計器不能直接接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編輯指令表程式，因此又叫做指令程式設計器，它的體積小，**便宜，一般用來給小型plc程式設計，或者用於現場除錯和維護。
（6）電源
plc使用ac 220v電源或dc 24v電源。內部開關電源為各模組提供不同電壓等級的直流電源。小型plc可以為輸入電路和外部的電子感測器提供dc 24v電源，驅動plc負載的直流電源一般有使用者提供。
plc通電後，需要對硬體和軟體做一些初始化工作。為了使plc的輸出及時地響應各種輸入訊號，初始化後plc要反覆不停地分段處理各種不同的任務，這種周而復始的迴圈工作方式稱為掃瞄工作方式。
1、初始化過程：
與其它微控制器執行一樣，上電執行或復位時進行處理
（1）硬體初始化，復位輸出輸入模組，清零
（2）清除資料區
（3）輸出輸入位址分配
2、掃瞄過程
（1）掃瞄輸入，將輸入口狀態讀入至輸入口映像區
（2）時鐘處理，特殊暫存器更新
（3）執行使用者程式
（4）輸出，將輸出口映像區輸出至輸出埠重新整理
（5）自診斷檢查
3、出錯處理
檢查plc內部電路
cpu、電池電壓、程式儲存器、i/o、通訊異常
致命錯誤，cpu強制stop方式，所有掃瞄停止。
圖3.1.2所示為一小型plc的典型工作過程
圖3 小型plc的典型工作過程
本次設計是實現控制變頻調速系統，選用plc和變頻器的組合可完成數字量的輸入，實現模擬量和數字量的輸出控制。，使得速度變化更加平滑和實現精確調速。並且可以通過改變plc內部程式的引數來改變電壓輸出的波形和大小。
實現自動和人工相互切換的控制過程。
圖4 控制系統i/0分配圖
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