1、基于PLC控制变频器调速实验报告电控学院电气1实训目的： 本次实验针对电气工程及其自动化专业。通过综合实验，使学生对所学过的可编程控制器在电动机变频调速控制中的应用有一个系统的认识，并运用自己学过的知识，自己设计变频调速控制系统。要求用 PLC 控制变频器，通过光电编码器反馈速度信号达到电动机调速的精确控制，自己设计，自己编程，最后进行硬件、软件联机的综合调试，实现自己的设计思想。在整个试验过程中，摆脱以往由教师设计，检查处理故障的传统做法，由学生完全自己动手，互相查找处理故障，培养学生动手能力。学生实验应做到以下几点：1. 通过电动机变频调速控制系统实验，进一步了解可编程控制器在电动机变频调
2、速控制中的应用。2. 通过系统设计，进一步了解 PLC、变频器及编码器之间的配合关系。3. 通过实验线路的设计，实际操作，使理论与实际相结合，增加感性认识，使书本知识更加巩固。4. 培养动手能力，增强对可编程控制器运用的能力。5. 培养分析，查找故障的能力。6. 增加对可编程控制器外围电路的认识。实训主要器件：欧姆龙 CPM2AH-40CDR 可编程控制器（PLC） ，欧瑞 F1000-G 系列变频器， 三相异步电机第一部分 采样转速的采样采用的是欧姆龙的光电编码器，结合 PLC 的高速计数器端子，实现高精度的采样。 。编 码 器 是 将 信 号 （ 如 比 特 流 ） 或 数 据 进 行 编
3、 制 、 转 换 为 可 用 以 通 讯 、 传 输 和 存 储的 信 号 形 式 的 设 备 。 编 码 器 把 角 位 移 或 直 线 位 移 转 换 成 电 信 号 ， 前 者 成 为 码 盘 ， 后者 称 码 尺 按 照 读 出 方 式 编 码 器 可 以 分 为 接 触 式 和 非 接 触 式 两 种 接 触 式 采 用 电 刷 输 出 ，一 电 刷 接 触 导 电 区 或 绝 缘 区 来 表 示 代 码 的 状 态 是 1 还 是 0； 非 接 触 式 的 接 受 敏 感 元 件是 光 敏 元 件 或 磁 敏 元 件 ， 采 用 光 敏 元 件 时 以 透 光 区 和 不 透 光
4、区 来 表 示 代 码 的 状 态 是1 还 是 0， 通 过 1 和 0 的 二 进 制 编 码 来 将 采 集 来 的 物 理 信 号 转 换 为 机 器 码 可 读 取 的 电信 号 用 以 通 讯 、 传 输 和 储 存 。 欧 姆 龙 （ OMRON） 编 码 器 是 用 来 测 量 转 速 的 装 置 ， 光 电 式 旋 转 编 码 器 通 过 光 电转 换 ， 可 将 输 出 轴 的 角 位 移 、 角 速 度 等 机 械 量 转 换 成 相 应 的 电 脉 冲 以 数 字 量 输 出2（ REP） 。 它 分 为 单 路 输 出 和 双 路 输 出 两 种 。 技 术 参 数
5、主 要 有 每 转 脉 冲 数 （ 几 十 个 到 几千 个 都 有 ） ， 和 供 电 电 压 等 。 单 路 输 出 是 指 旋 转 编 码 器 的 输 出 是 一 组 脉 冲 ， 而 双 路 输 出的 旋 转 编 码 器 输 出 两 组 A/B 相 位 差 90 度 的 脉 冲 ， 通 过 这 两 组 脉 冲 不 仅 可 以 测 量 转 速 ，还 可 以 判 断 旋 转 的 方 向 。欧 姆 龙 光 电 编 码 器 的 内 部 由 一 个 中 心 有 轴 的 光 电 码 盘 ， 其 上 有 环 形 通 、 暗 的 刻 线 ，有 光 电 发 射 和 接 收 器 件 读 取 ,获 得 四 组
6、 正 弦 波 信 号 组 合 成 A、 B、 C、 D,每 个 正 弦 波 相差 90 度 相 位 差 （ 相 对 于 一 个 周 波 为 360 度 ） ， 将 C、 D 信 号 反 向 ， 叠 加 在 A、 B 两 相上 ， 可 增 强 稳 定 信 号 ； 另 每 转 输 出 一 个 Z 相 脉 冲 以 代 表 零 位 参 考 位 。 由 于 A、 B 两相 相 差 90 度 ， 可 通 过 比 较 A 相 在 前 还 是 B 相 在 前 ， 以 判 别 编 码 器 的 正 转 与 反 转 ， 通过 零 位 脉 冲 ， 可 获 得 编 码 器 的 零 位 参 考 位 。 编 码 器 码 盘
7、 的 材 料 有 玻 璃 、 金 属 、 塑 料 ，玻 璃 码 盘 是 在 玻 璃 上 沉 积 很 薄 的 刻 线 ， 其 热 稳 定 性 好 ， 精 度 高 ， 金 属 码 盘 直 接 以 通 和 不通 刻 线 ， 不 易 碎 ， 但 由 于 金 属 有 一 定 的 厚 度 ， 精 度 就 有 限 制 ， 其 热 稳 定 性 就 要 比 玻 璃 的差 一 个 数 量 级 ， 塑 料 码 盘 是 经 济 型 的 ， 其 成 本 低 ， 但 精 度 、 热 稳 定 性 、 寿 命 均 要 差 一 些 。分 辨 率 编 码 器 以 每 旋 转 360 度 提 供 多 少 的 通 或 暗 刻 线 称
8、 为 分 辨 率 ， 也 称 解 析 分 度 、或 直 接 称 多 少 线 ， 一 般 在 每 转 分 度 510000 线 （ 本 次 采 用 的 是 360 线 ） 。CPM2AH 内置高速计数器是一个基于对 CPU 单元的内置点 0000000002 输入的计数器。高速计数器本身有一个点，它可以依据模式设置提供一个递增/递减计数器或一个仅递增的计数器。CPM2A/CPM2C 的 CPU 单元有一个可用于高速计数器的内置通道，它能以 20KHz 的最大频率进行计数输入。使用此通道并结合中断功能，可以在不偏离循环时间条件下执行目标值比较控制或区间比较控制。输入模式及复位介绍如图 1 所示。3
9、图 1 高速计数器输入模式器件原理图：1、光电编码器C O M 0 10 30 00 2 0 40 C H棕色蓝色黑色白色橙色2、变频器2 . 2 K0 2 0 m A模拟量输入制动电阻123V 1V 2V 3I 2C MO P 1O P 2O P 3O P 4O P 5O P 6O P 7O P 8RSTP + P B NT BWVP EMT AT C1 2 A / 1 2 5 V A C7 A / 2 5 0 V A C7 A / 3 0 V D C三相输入3 8 0 V A C5 0 / 6 0 H zQ S多功能模拟量 （ 电流 ）输出 2 ： 4 2 0 m A多功能模拟量 （ 电压
10、 ）输出 1 ： 0 1 0 VF MI MV 3多功能输出端子 11 2 VO U T 1O U T 2JJ多功能输出端子 2M o d b u s 通讯 R S - 4 8 5A +B -U制动单元电抗器短路片多功能继电器输出方式运行设置停 / 复R U N F W D D G T F R Q4高速计数器的使用流程如图 2 所示图 2 高速级数器的操作实例手册上高速计数器 PC 设置个位的定义如图 3 所示，根据本次设计高速计数器输入采样增/ 减脉冲输入模式，并采用软件复位，因此在 DM6642 中写入 0112。5图 3 DM6642 各位定义经过实验测得，实训要求的三段频率和高速计数器
11、的数值范围对应关系如表 1 所示表 1 频率与高速计数器数值对应表频率（Hz） 高速计数器对应值（BCD 值）25 430-50045 772-83025 420-478第二部分 控制部分一、速度控制：123456761、3 段加速，2、4、6 匀速（2、6 段匀速频率为 25hz，4 段匀速频率为 45hz， ） ，5、7 减速。在电机学中，我们知道三相异步电机的转速由以下公式决定 )1(60sPfn从上式可见，改变供电频率 f、电动机的极对数 p 及转差率 s 均可太到改变转速的目的。本次实训是使用变频器来调速。变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统
12、主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流直流交流变频器和交流交流变频器两大类，目前国内大都使用交直交变频器。其特点：效率高，调速过程中没有附加损耗；应用范围广，可用于笼型异步电动机；调速范围大，特性硬，精度高；技术复杂，造价高，维护检修困难。本次采用欧瑞传动电气有限公司的 F1000-G 系列变频器的功率回路端子如下图 4 所示。图 4 功率回路端子各端子定义如图 5 所示7图 5 功率回路端子说明控制回路端子如图 6 所示图 6 控制回路端子OP1-OP8 为可输入定义端子，本次实训需要用到 OP2-OP5 这四个端子来控制三相异步电动机，实现三段调速。各端子的定义如图 7 所示8图
13、 7 各端子定义一览表在开始编程前，通过控制面板设置 OP2-OP5 的定义，本次设计中，所用到端子的定义如表 2 所示。表 2 端子设定值端子 控制作用 设定值OP2 正转 13OP3 反转 14OP4 加速 11OP5 减速 12在实现端子控制之前，还要对变频器的基本参数进行设置，为了实现使用可输入定义端子控制变频器，参考 F1000-G 手册，基本参数设置如表 3 所示。表 3 基本参数设置设置代码及内容 设置 设定值F100 用户密码 8F200 启动控制 端子指令 1F204 基本调速方式 端子调速 29F206 方向给定 正反转端子电平给定 2设置完成后，进行 PLC 与变频器和三
14、相异步电动机的接线，接线图如图 8 所示。图 8 接线图实验总结线图10第三部分 软件控制的基本思路是讲采样的结果作为反馈量，输入到 PLC 中与所想要的频率对应值比较，然后再由 PLC 做出相应的控制。软件实现的流程图如图 9 所示读取高速计数器的计数值匀速保持 5 S匀速保持 5 S减速停车是是采样完成 ？正转 / 反转启动加速否采样完成 ？复位高速计数器 ，重新开启采样读取计数器的计数值加速复位高速计数器 ，重新开启采样保持 5 S采样完成 ？读取计数器的计数值复位高速计数器 ，重新开启采样减速采样完成 ？读取计数器的计数值是是是否否是是否否是否否否Hz2Hz4Hz2Hz011图 9 软
15、件实现流程图至此，整个实训内容介绍完毕。梯形图见附录。附录 梯形图121314实验心得在为期四周的实验过程中，让我收获颇丰。我不仅学习到了新的专业知识，还对之前的专业课程有所巩固，更重要的是收获了经验与体会，这些使我一生受用不尽，会对我今后无论在生活上还是在工作中都会有很大的帮助。在做此次实验之前，我们虽然上过单片机的理论课并且有一定的认识，但是并没有实际的动手做过系统的实验，在老师的悉心指导之下，我开始对电路的硬件进行焊接，在焊接过程中我们要对电路的布局清晰美观，这样就能很清楚的明白电路的各个组成部分，才能使我们对做任何事都能思路清晰，不会混乱，只有这样才不会出错，更能成功。要想做好实验就必
16、须得提前弄懂它的目的，原理，这样才能有步骤的进行，就会甚少犯错，所谓实验嘛，就得亲力亲为，不能图省事，纸上谈兵，首先应该画出电路，明白其工作的原理，只有这样才能掌握其核心，不至于最后在调试的过程中不知道哪里出现的错误，导致实验的失败。其次就应该多多的向指导老师请教，多学多问，这样能从中获得在课本上所不能知道的知识，知识和经验的收获可以说与勤学好问是成正比的，只有这样不断的汲取，会使我们对知识的储量越来越丰富。最后那就是做事情不能毛毛躁躁，要认真对待每一件事，无论它是简单还是困难，都应谨慎对待，只有这样才能减少犯错误的概率，甚至达到不犯错，做实验本身就是很严肃的事情。善于思考才能真正的消化知识，由知到识永远都不是那么简单的事，当真正学会去独立思考时，他人的知识才能变成你自己的东西。独立思考并不代表孤立，学会独立思考的同时还应该记住与他人的交流也是非常重要的，要讲究团队的配合。做实验时要态度认真，不能马虎，实时记录在实验过程中的数据和重要部分。做事首先要学做人，要明白做人的道理，如何与人相处是现代社会的做人的一个最基本的问题。对于自己这样一个即将步入社会的人来说，需要学习的东西很多，我会多向自己身边的人学习。在此次实践中，虽遇到了很多问题但在老师的帮助下，给我们教会了很多工程实践的东西，在此感谢指导老师，我会更加努力，不辜负老师的期望。我相信在以后的学习、工作中一定会有所帮助的。
