1、I毕业设计S7-200PLC 在纸机传动中的应用摘 要本文是关于纸机传动控制系统的设计，该系统实际上是异步电机变频调速的 PLC控制系统，PLC 和变频器之间通过 Modbus协议进行串行数据通讯，共同实现对电机的速度同步控制。首先对 PLC和变频器的工作原理和主要组成进行了介绍，在此基础上，再对变频调速的基本原理进行了一定的讨论。变频器采用的是 ABB公司的变频器，因此本文对ACS550变频器的参数设置也进行了讨论。而 PLC采用的是西门子公司 S7-200系列，变频器和 PLC之间的通讯协议在文中也有很详细的介绍。最后是系统的具体设计，包括硬件和控制程序的设计，对其设计思路也有相应的讨论，
2、控制程序部分不仅给出了具体的程序，还有相应的注解。该系统能够实现交流传动的速度链和负荷分配以及张力控制，具有很强的工程模拟性能和实用价值。关键词：可编程序控制器（PLC） ，MODBUS 协议，变频器IIS7-200PLC 在纸机传动中的应用 IIIBased on the Paper Machine S7-200 PLC Control SystemABSTRACTThis paper is on the paper machine transmission control system design, the system is actually asynchronous motor VV
3、VF the PLC control system, PLC and inverter agreement between the Modbus serial data communication, common to achieve the speed synchronous motor control .First of all PLC and inverter of the working principle and the main components were introduced, on the basis of this, then the VVVF the basic pri
4、nciple of a certain amount of discussion. the inverter is used in ABBs inverter, this converter on the set of parameters ACS550 also discussed.The PLC is based Siemens S7-200 series, Drives and communications between the PLC in the text of the agreement are also very detailed presentation. Finally,
5、there is a specific system design, hardware and control procedures, including the design, its design concept is also a corresponding discussion, the control procedures are not only part of a specific procedure, the corresponding notes.The system can be realized exchange rate of transmission chain an
6、d load distribution, and tension control, with strong engineering simulation performance and practical value.KEYWORDS：Programmable Logic Controller (PLC)，MODBUS agreement，ConverterIV目 录摘 要 .IABSTRACT .II第一章 绪论 .11.1概论 .11.2交流调速的发展概况 .11.3 PLC技术的发展概况 .21.4变频器在纸机传动中的应用 .2第二章 速度链与负荷分配 .42.1速度链的定义 .42.2
7、速度链的分类 .42.3 负荷分配控制的原理与实现 .62.4负荷分配设计方法 .7第三章 PLC 和变频器技术简介 .93.1 PLC概述 .93.2 PLC的基本组成与各部分的作用 .93.2.1 PLC的基本组成 .93.2.2 PLC各部分的作用 .93.3 A/D和 D/A转换概念 .103.3.1 A/D和 D/A原理 .103.3.2模拟量输入输出系统 .113.3.3 输入输出数据的处理 .113.4 PLC的主要特点 .123.5 SiemensS7-200系列 PLC特性 .123.6 变频器简介 .133.6.1 变频器主电路 .133.6.2变频器的控制电路 .143.
8、6.3变频调速的基本原理 .153.6.4 变频调速的优点 .163.6.5 ABB公司的 ACS550变频器性能介绍 .16第四章 通信协议 .184.1 Modbus协议概述 .184.2 Modbus的数据传输方式 .194.3 Modbus消息帧 .204.3.1 消息帧的组成 .204.3.2 消息帧组成部分具体定义 .204.4 Modbus错误检测方法 .22第五章 系统的设计实现 .265.1 系统结构 .265.1.1 PLC控制系统与系统构建 .265.1.2 .工业现场 .265.2 系统硬件实现 .285.2.1上位机人机交互设备的选型: .28S7-200PLC 在纸
9、机传动中的应用 V5.2.2 PLC及其它模块的选型 .285.3 变频器的选型及其系统功能设定 .295.3.1.容量选择 .295.3.2 ACS550系列变频器的参数及设置 .295.4 系统的实现 .315.4.1 技术数据 .315.4.2 变频器及低压电器的选择 .325.5 电路图简介 .335.5.1变频器电路图 .335.5.2 变频器其它电路图简介 .365.5.3 PLC部分的设计 .38图 5-10 S7-200PLC接线电路图 .错误！未定义书签。5.6系统程序实现 .405.6.1 程序流程图 .405.6.2 具体程序 .415.7抗干扰措施 .535.8系统运行
10、情况 .53第六章 全文总结 .54致 谢 .55参 考 文 献 .56S7-200PLC 在纸机传动中的应用 1第一章 绪 论1.1 概论电气传动技术以运动机械的驱动装置电动机为控制对象，以微电子装置为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下完成电气传动自动控制系统，控制电动机的转矩和转速，将电能转换成机械能，实现工作机械的旋转运动或反复运动。因电机的种类的不同，我们可以将其分为直流电动机传动和交流电动机传动。自 19世纪 80年代起至 19世纪末，工业上传动用的电动机一直被直流电机垄断，到了 19世纪末，出现了三相电源和结构简单且坚固耐用的交流鼠笼型电机以后，交流电机
11、才在调速的领域代替了直流电动机传动装置。随着生产的不断发展，速度可调节成了电动装置的一项基本要求，并且，除了满足一定的调速范围和连续可调的同时，还必须具有持续的稳定性和良好的瞬态性能。随着电力电子学与电子技术的发展，使得采用半导体变流调速系统得以实现，70 年代以来，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，现代控制理论的应用，为交流电机拖动系统的发展创造了有利条件，促进了各种类型的交流电机调速系统，如串级调速系统、变频调速系统、无换相器电动机调速系统以及大量控制调速系统等的飞速发展。1.2 交流调速的发展概况交流调速系统大致经历过以下几个阶段:(1)异步电动机调压调速系统。(2)串级调速系统 。
12、(3)变频调速系统。其中变频调速具有高效率、宽范围和高精度等特点，是运用最广、最有发展前途的调速方式。交流电机变频调速系统的种类很多，有电压源型变频器，电流源型、脉宽调制型等各种变频器。目前变频调速的主要方案有:交一交变频调速，交一直一交变频调速，同步电动机自控式变频调速系统，正弦波脉宽调制(PSWM)，矢量控制、直接转矩控制变频调速等，而且无速度传感技术日益成熟.许名智能技术逐步渗透到其中，如模糊控制、专家系统、神经网络、自适应控制等，与这些控制方式相结合，大大提高了变频器调速系统的控制效果，这些变频器调速技术的发展很大程度上依赖于大功率半导体器件的制造水平以及电力电子技术的发展水平。日、美
13、、德、英等国家在结合现代微处理器控制技术、电力电子技术、电机传动技术的基础上，相继推出了一系列的变频器，且不断进行更新换代。陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 21.3 PLC 技术的发展概况第一台可编程控制器(以下简称 PLC)的设计规范是美国通用汽车公司提出的。美国数字设备公司 D(EC)于 1969年研制成第一台 PLC，型号为 PDP一 14，投入通用汽车公司的生产线控制中，取得了令人满意的效果，从此开创了 PLC的新纪元。在短时间内，PLC在其他工业部门也得到应用。到 20世纪 70年代初，食品、金属和制造等工业部门相继使用 PLC代替继电器控制设备，迈出其实用化阶段的第一步。70年
14、代中期，由于大规模集成电路的出现，使 8位微处理器和位片处理器相继问世，在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算。闭环控制，提高了运算速度，扩大了输入输出规模。70 年代末由于超大规模集成电路的出现，使 PLC向大规模、高速性能方向发展，形成了多种系列化产品。进入八九十年代后，PLC 的软硬件功能进一步得到加强，PLC 已发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统，能与其他设备通信，生成报表，调度产出，可诊断自身故障及机器故障。PLC 未来的发展不仅依赖于对新产品的开发，还在于 PLC与其他工业控制设备和工厂管理技术的综合。无疑，LPC 将在今后的工业自动化中扮演重要角色。在未来的工业生产中，P
15、LC 技术和机器人、CAD/CMA将成为实现工业生产自动化的三大支柱。目前 PLC朝以下几个方向发展:(1)大型网络化 (2)多功能(3)高可靠性、好兼容性 (4)编程语言向高级语言发展。1.4 变频器在纸机传动中的应用造纸机对电气传动系统的主要性能要求是线速的稳定性，要求速度长期稳定；另一点就是速度的可调性及快速响应的特点。全球一些著名的电气公司象西门子、ABB、东芝、三菱等，在这一领域的开发与研究都取得了巨大成就，使得变频调速技术迅速发展并日渐成熟，它较直流调速系统及其它类型的调速系统有以下 3个最突出的特点：(l)省电节能：使电耗降低.是因为，一方面是因为交流电机的效率比其它类型的电机都
16、要高；另一方面，一般的电机控制回路中都有过流，过压，失相等安全保护元件，而“变频器电机”控制回路则没有这些耗能元件，更不需要像直流源调速系统所必备的励磁电源，变压器等元件。(2)系统造价低：同直流传动系统相对比，异步电机的价格要比直流电机的价格低130-350；另外，技术的发展使得变频器成本逐年下降，现市场价格约为 1000元/千瓦，而直流整流设备 110kw容量以下平均每套的价格约为 21000元。因此对于纸机电气传动系统，单机容量不超过 160kw，在同样装机容量下，交流传动系统的造价要比直流传动系统低 5%-15%。针对中低档纸机来说，装机容量不太大交流调速具有大的价格优势。S7-200
17、PLC 在纸机传动中的应用 3(3)维护工作量小：变频器普遍采用大规模、超大规模集成电路，设有附加的外围元器件，因此从某种意义上说，变频器是免费维护设备.直流电机的维护周期为 l个月，而交流电机的维护周期为 3个月以上，且维护工作量要小的多。发展的明显的特征是变频器的体积在变小，同时功能逐渐增强，维护操作更为方便.并开始从模拟量速度链技术，发展到数字化技术使得更为高级的变频器诞生，内部采用模块化的结构，使得参数的配置与修改及各功能的实现乃至连接更为方便，速度链上传递的为数频信号，使系统的抗干扰能力更强，故障的诊断，信号的检查也很方便.数频处理、速度设定、马达控制等模块的链接位置让操作者修改参数
18、比较直观、简洁，同时也进入变频器在纸厂应用发展的第三阶段.陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 4第二章 速度链与负荷分配 2.1 速度链的定义在纸机分布式传动中，由于各相邻传动点之间的速度应保持一定的比例，且在车速调整过程中，应满足只影响本级和本级以后的各传动点，而不影响前面各传动的速度，这样每传动点在前一级的基础上可以调整并把速度信号传送给下一级形成一个链式结构，即为速度链。如何实现速度链是纸机传动中的一个关键性问题，设计时应考虑以下几个方面的因素。a.精度，速度链一定要满足纸机传动中的精度。b.稳定性，速度链一定要稳定、可靠、才能保证系统正常运行。c.操作方便，由于工厂中工人的文化程不一，
19、因此一定要注意操作不能太复杂。d.性价比，一定要在满足系统性能的基础上尽量降低成本。 2.2 速度链的分类一般来说速度链可分为两类：a.摸拟式速度链 b.数字式速度链其中数字链其根据操作又可分为按键式，触摸屏式，根椐控制器又可分为速度链控制器式，电动电位器、PLC 控制式，工业控制计算机式，但无论是哪一种方式都具有操作方便、准确、抗干扰力强等优点。 由于模拟式速度链存在操作不便，易受干扰等缺陷，因此现在已基本上不使用了，只有在部分小型纸机中还在应用。下面我们将对两种数字式速度链作以介绍。（1）电动电位器型的速度链该速度链的构成如图 2-1所示：它主要利用交流驱动装置本身所具有的数字频率输入功能来解决速度级联问题（如三菱变频器的遥控功能、ABB 变频器的电动电位器功能）。图 2-1中只画出了速度增加部分，速度减少部分与此完全相同。这种速度链的优点在于系统工作可靠，变频器的频率设定直接由数字信号设定，克服了模拟信号易受干扰的缺点。K01-K0n 为 AC24V的继电器。也可以根据用户的要求用 PLC来完成以提高系统的可靠性和简化系统结构。
