PLC控制电机变频调速系统的设计

题目1：控制电机变频调速系统的设计

一、 任务详情

1.1 背景

调速系统快速性、稳定性、动态性能好是工业自动化生产中基本要求。在科学研究和生产实践的诸多领域中调速系统占有着极为重要的地位特别是在国防、汽车、冶金、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。调速控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。

可编程控制器（PLC）可编程控制器是一种工业控制计算机，是继续计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。它具有抗干扰能力强，价格便宜，可靠性强，编程简朴，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用。

变频调速已被公认为是最理想、最有发展前景的调速方式之一，采用变频器构成变频调速传动系统的主要目的，一是为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求；二是为了节约能源、降低生产成本。用户根据自己的实际工艺要求和运用场合选择不同类型的变频器。

任务要求

通过PLC控制变频器，使三相异步电动机按图1-1所示的曲线运行，并可通过触摸屏远程控制电机的启动、停止，可对电机启动时间、减速时间设定调整，同时要求通过触摸屏实时显示数字电机转速、频率，显示转速图。电机运行可分为三个部分：第一部分要求电机起动后在60s内从0（r/min）线性增加到1022（r/min）；第二部分是进入恒转速运行阶段，运行时间为120s，转速恒定为1022（r/min）；第三部分是当恒速到了规定时间，进入减速阶段，电机转速要求在40s内降到0（r/min）。

n146012851022电机转速r/min0加速时间 60s恒速时间120s减速时间40s电源频率为50Hz时的转速电机转速限幅值T

图2 异步电动机运行曲线图 图1-1异步电动机运行曲线图

二、 方案设计

电路构造思路

选用EM AM06作为smart 200plc的扩展模块给予模拟量信号。通过计算，将1022转速转换为对应数字量输入，并对应分配到各个时间所需加的信号。接入触摸屏控制启动停止，复位。详细主电路图见图电气控制主电路图

PLC 控制电机变频调速控制系统主电路图见图 1-2

L3L2L1QSFU1KMRSUVTRUNWRSTCOMFRGNDGND1MCH1 图1-2 变频调速控制系统主电路图

PLC控制硬件设计

PLC 控制电机变频调速控制系统 I/O 配置表见表 1-1

表1-1变频调速控制系统I/O配置表

I/0配置表 输入

PLC 控制电机变频调速控制系统 I/O 接口图见图1-3

输出 启动 停止 运行 AQW16 电机正转 电压输入 SB1SB2SB324V......1MI0.0I0.1I0.2S7-200 SMARTEMAM061LQ0.0...KMAQW16...AC变频器 图1-3 变频调速控制系统I/O接口图

PLC软件设计

PLC 变频调速控制系统流程图见图1-4

开始AQW16=18838初始化是否到2min是启动T37启动T39是否到100ms否是是否到100msAC0+31.4否是AC0-47.1T37清零启动T37T39清零启动T39AC0转换复制给AQW16AC0转换复制给AQW16是否AC0>=18837.5?AC0>0?否是启动T38T37关闭结束

图1-4 变频调速控制系统程序流

PLC梯形图

PLC 变频调速控制系统顺序功能图见图1-5

SM0.1M0.0启动M0.1启动T37是否到100ms是M0.2是M0.3是启动T38关闭T37AQW=18838是否到2minAC0+31.4T37清零启动T37AC0转换复制给AQW16AC0>=18837.5?M0.4是启动T39是否到100msM0.5是AC0-47.1T39清零启动T39AC0转换复制给AQW16AC0>0？

图1-5 变频调速控制系统顺序功能图

PLC 变频调速控制系统梯形图程序

三、 总结

个人得失

经过这次的运动控制课程设计我感觉以前学过的知识得到了实践的强化与应用，这样那些知识在我脑子中就更加影响深刻了。然后因为是设计类的活动，使得我意识到必须要有非常清晰的思维与谨慎的态度才能做好，还有就是对知识的掌握要扎实到位，如果不了解，根本就无法成功。还有要跟同学很好的合作才能更快的完成任务，回头去看，通过这次运动控制课程设计，我掌握了设计这门课程的基本步骤和方法，应该会为将来更高阶的设计打基础。 课程问题及解决方案 1 刚开机变频器无法工作

解答：每次开机，变频器其他参数不变，但需要将PAPAMS中的P10设置为0，表明调试停止

2 程序进行数据转化时无法进行加数

解答：当时只使用了一个AC0，并且将AC0中的数据类型转化为双整数和整数，使得ADD_R指令无法作用。之后使用多个寄存器进行转化数据。 3 触摸屏无法通讯

解答：电脑地址和单片机地址不在同一段，修改电脑地址或者开始将触摸屏地址修改下。

4 不会使用触摸屏进行显示数据 解答：通讯延迟，修改波特率高一点

题目2：9.交通高低峰分段运行、数显倒计时交通红绿灯 一、 任务详情

背景

随着我国城市现代化进程的不断推进，交通问题成为影响我国社会经济发展的一个大问题，而城市道路交通问题的核心就是对十字交叉路口交通信号的控制。因此，国外一些发达国家把城市交通信号控制研究的重点放在城市交通干线和区域的控制上，可是控制效果并不明显。人们对十字路口交通信号的控制方法大致有如下两种方式：其一是建立城市交通流的数学模型，提出优化算法，但由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，所以数学模型难以建立，控制策略中的最优目标也很难实现，且算法复杂、计算量大，实践证明控制效果不理想，实时性较差；二是根据模糊控制的方法，根据十字路口交通的车辆数确定某一相位的绿灯初始时间和绿灯延长时间，对交通灯的控制实现了一定的模糊化，但是在控制过程中相位转换的顺序不变，因而面对我国城市如此复杂的交通系统，难以保证其灵活性和实时性。因此，结合我国城市道路交通的实际情况，开发出真正适合我们自身特点的智能信号灯控制系统是当前的主要任务，以最大限度地减少了十字路口的车辆平均延误时间，提高了路口通行能力，从而达到缓解交通拥挤的目的。

本设计根据具体情况将交通情形分为高峰期、低峰期和晚间三种情形，并对三种情形进行不同的控制，以实现交通顺通的目的。 1.2 任务要求

模拟实际交通灯运行情况，仅带绿闪的红绿灯部分内容可参考本书第七章第五节和附录E实验七内容。本题的内容在前述的基础上，扩展到当下普遍采用的分时段运行、带倒计时数字显示（简称数显）的红绿灯，使课程设计题目更贴近实际。

设计高/低峰时段运行和带数显倒计时LED灯的交通红绿灯PLC控制程序，普通交通红绿

灯时序图如上图所示（红灯行列向为30s一切换）。具体要求如下。

（1）交通高峰时段为每日的上午7﹕30~9﹕00和下午的16﹕30~18﹕00，交通高峰时红灯为20s一切换。按图7-7时序图规律，其中绿闪、黄灯时长不变，绿灯常亮缩短到15s。

（2）交通低峰时段为每日的上午6﹕00开始，除去高峰时段，到22﹕00结束，交通低峰时红灯为40s一切换。绿灯按黄灯图7-7时序图规律同理安排。

（3）交通晚间时段为当日的22﹕00开始，到次日6﹕00结束，该时段十字路口的4个方向均按黄灯闪烁运行。

（4）由于实验模块只有一组数码管，只须编写一对方向的倒计时数码显示。如显示东西向低峰时段红绿灯倒计时数码值，先走东西向红灯20s倒计时，绿灯再走18s，最后黄灯亮2s；再重复下一轮……。低峰时以此类推。晚间时段不显示倒计时。

二、 方案设计

电路构造思路

题目原来要求读取实时时钟来控制高峰、低峰、夜间子程序有效,但是由于读取时钟在实验室难于操作,用三个开关输入,控制不同时间段的红绿灯。 PLC控制硬件设计

表1为交通灯系统I/O分配表

表1 交通灯系统I/O分配表

图5为交通灯系统I/O硬件接线图

图5 交通灯系统I/O端子硬件接线图

PLC软件设计 程序流程图

系统流程图分为四个模块：主程序、高峰期子程序、低峰期子程序、晚间子程序。其中主程序作时间段的判断从而选择相应的工作模式，时间段用三个开关模拟，通过三个开关选择对应的时间段；且流程图中SN表示南北方向，EW表示东西方向，G、R、Y分别表示绿、红、黄三种灯，每一个反方向只有一个灯亮或者闪烁，当有一个灯处于闪烁或亮的状态时另外的两个灯熄灭。具体流程图如图1、图2、图3、图4。

开始初始化时间检测及模式选择高峰期？YESNO高峰期子程序低峰期？YESNO低峰期子程序晚间？YESNO晚间子程序图1 交通信号灯系统工作流程图 开始SN:Y/0，EW:Y/00.5s到？NOYESSN:Y/1，EW:Y/10.5s到？NOYES结束图2 晚间子程序

开始SN:G/1,EW:R/1,计数20s且数码管显示15s到？SN:G/1（闪烁3s）EW:R/118s到？SN:Y/1（闪烁2s）EW:R/120s到？SN:R/1,EW:G/1,计数20s且数码管显示15s到？SN:R/1EW:G/1（闪烁3s）18s到？SN:R/1EW:Y/1（闪烁2s）20s到？结束图3 高峰期子程序

开始SN:G/1,EW:R/1,计数40s且数码管显示35s到？SN:G/1（闪烁3s）EW:R/138s到？SN:Y/1（闪烁2s）EW:R/140s到？SN:R/1,EW:G/1,计数40s且数码管显示35s到？SN:R/1EW:G/1（闪烁3s）38s到？SN:R/1EW:Y/1（闪烁2s）40s到？结束图4 低峰期子程序

PLC梯形图

三、 总结

在调试过程中主要有以下几个问题：

（1）由于开关损坏，闭合后没有反应，检查程序没有错误，更换开关后工作正常。 （2）程序没有分模块，都放在主程序，逻辑混乱，控制出错。解决的方法是将各功能模块放在不同的子程序中，在主程序对应的地方调用，控制简单，调试方便。

（3）程序运行时对应的指示灯不亮，或者有时亮有时不亮。反复多次检查程序，无逻辑问题，确认为接线接触不良，更换指示灯后指示正确。

（4）程序中指示灯驱动采用直接输出的方法不便调试，借助辅助寄存器M作中介，再在同一个网络统一驱动指示灯，结构清晰，方便调试。

参考文献

[1].黄永红.电气控制与PLC应用技术.北京：机械工业出版社，2011 [2].王卫兵.可编程序控制器原理及应用.北京：机械工业出版社，1998 [3].何衍庆等.可编程序控制器原理及应用技巧.化学工业出版社，2000 [4].江秀汉 汤楠.可编程序控制器原理及应用.西安电子科技大学出版社，2003 [5].吴明亮 蔡文忠.可编程控制器实训教程.化学工业出版社，2005