1、毕业设计（论文）题 目：基于 PROFIBUS 的电力传动控制系统（硬件）毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交
2、毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完
3、全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其它学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明
4、确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。作者签名： 日期：导师签名： 日期：基于 PROFIBUS 的电力传动控制系统（硬件）学生姓名：陈 典 班级：090443指导老师：彭元修摘要：本文以西门子工控仪器作为硬件平台，搭建设计了基于 PROFIBUS 的电力传动控制控制系统。 该
5、系统的设计包括上位机的电机操作、监控界面单元、上位机与控制器通信单元、控制器执行单元以及现场设备单元。本文设计的内容针对于系统控制单元和现场设备的连接；上位机和控制器的连接；执行器的参数设置等硬件调试。本文以工业现场总线中常用的 PROFIBUS-DP 作为通信的基础，完成上位机与控制单元、多个控制单元之间的通信。本 设计的控制单元包括两个 S7-300 PLC 和一个MM440 变频器。一个 S7-300 作为监控主站，另一个作为控制从站。采用 PROFIBUS-DP 主从 MS 通信方式。主站监控获取变频器的运行频率和输出电压，从站发出上位机的控制命令给变频器，MM440 变频器作为控制执
6、 行单元。由于 MM440 没有带集成 DP 口和专用通讯板，设计时 控制单元和控制执 行单元之间的所有连接通过导线完成。变频器采用控制从站输出的模拟量给定作为频率控制标准。本系统的现场设备为一个三相异步电动机。本设计的目的主要在于解决该现场设备的远程正反转、无级调速和正反向点动控制,同时读取 MM440 的运行数据送上位机对比显示。通过调试运行，本系统设计基本达到预想的各项指标，同 时具有良好的稳定性和安全性。关键词：PROFIBUS-DP 网络 S7-300 MM440 通信 异步电动机 传动控制 指导老师签名：Electric drive control system based on
7、PROFIBUS (hardware)Student name: Chen Dian Class: 090443Supervisor: Peng YuanxiuAbstract: This thesis constructs a control system of electric drive control system that uses PROFIBUS communication mode based on the SIEMENS industrial equipment as the hardware platform. The design of the system includ
8、es the motor operation of the host computer, the monitor interface unit, the host computer with the controller communication unit, the controller execution units and field devices unit. The paper design content includes connection in the system control unit and field devices, the connection host com
9、puter to the controller, actuator parameter setting and hardware debugging.In this paper, complete the host computer and the control unit, a plurality of communication between the control units based on the commonly using PROFIBUS-DP industrial field bus communication as a foundation. The design of
10、the control unit includes two S7-300 PLCs and a MM440 inverter. One S7-300 is the monitoring master, and the other is the control slave station. The system uses PROFIBUS-DP master-slave MS communication mode. Master monitor accesses to the drive operating frequency and output voltage, the slave stat
11、ion access command from host computer and transmitted it to the frequency converter, MM440 as control execution unit. Due to the MM440 without the integrated DP port or a dedicated communication board, between the control unit and control execution units connected use a wire to complete the design.
12、Inverters use the analog output given witch from slave as a control standard to control frequencies. The systems field device is a three-phase asynchronous motor. The main purpose of the design is to solve the remote reversing of the field devices pros and cons of moving, step-less speed regulation,
13、 pros and cons JOP control. Running data obtain from MM440 and send to host computer display contrast. Debugging and running, the system designed to meet the initial indicators, and also has good stability and security.Key words：PROFIBUS-DP network S7-300 MM440 Communication Asynchronous motor Drive
14、 control Signature of Supervisor：目 录1 引言 .11.1 研究目的及意义 .11.2 国内外文献综述及相关领域的研究进展及成果 .21.3 主要研究内容 .42 电力传动控制系统硬件平台 .52.1 PLC.52.1.1 300 系列 PLC.52.1.2 CPU314C-2PN/DP.72.2 MM440 变频器 .102.3 三相异步电动机 .122.4 PROFIBUS 通信线制作 .122.4 接触器和继电器 .143 控制系统硬件网络组态 .173.1 新建硬件组态项目 .173.2 从站硬件组态 .183.2.1 从站硬件配置 .183.2.2
15、从站通信映射区组态 .213.3 主站硬件组态 .233.3.1 主站硬件配置 .233.3.2 主站通信映射区组态 .234 硬件系统设计 .254.1 分析被控对象和明确控制任务 .254.2 MM440 参数设置 .264.3 硬件连接 .284.3.1 PLC 从站和 MM440 的连接 .284.3.2 PLC 主站和变频器连接 .294.3.3 电源、接触器、继电器连接 .295 调试运行 .316 结论 .32参考文 献 .33致谢 .34附录 .35南昌航空大学学士学位论文11 引言1.1 研究目的及意义本课题的选题依据源自一个工控实验室里的教学开发项目。变频器的应用、PLC的
16、 PROFIBUS 通信、电力传动系统的控制是该实验室研究的三个部分。在传动控制系统中，选择怎样的方式来控制电机的转动姿态，用什么硬件设备来作为控制器，需要达到什么样的控制精度，这对传动控制系统在实际生产中的应用来说是非常重要的。而且随着信息技术的进步和制造的工业不断发展，在工业生产上对电机姿态的监控也是不可或缺的，上位机监控不仅能确保生产的安全性，同时基于上位机的远程监控也能让控制更加的人性化，节省一定的资源。目前电机的控制一般多采用现场按钮接通给电的方式来控制。本课题的研究主要是为了对电机的控制更加的方便、快捷、精确。以西门子可编程控制器 S7-300 PLC、变频器 MM440 作为控制
17、器，安装有 WinCC 的工控机作为上位机，使用PROFIBUS 现场总线建立通信网络。用户能够坐在电脑前就对电机的各项参数指标精确的控制，同时实时的监控显示电机的电压、频率、转速等参数。电机的各种姿态信息能直观地在上位机界面上以数字或图表的方式向用户反映出来，这样能让控制更加的的方便快捷，也能够精确的达到各种控制指标。德国西门子公司开发的 PLC、变频器等产品能够让用户快速有效的开发出一套基于 PROFIBUS 通信协议的传动控制系统。人性化的硬件系统、精准的控制模块、便捷的接线端口、集成的接口模式使得这一套硬件在传动控制系统中应用十分的广泛。而基于 PROFIBUS 的通信方式用来控制传动
18、系统对于工业领域的精确控制有着重要的意义。本文中用到的 PLC 是面向用户的工业控制计算机，相比于传统的一些控制器具有许多明显的优点 1：1）高可靠性：PLC 所有的输入输出接口电路都采用光电隔离，使工业现场的外部电路与 PLC 内部电路之间实现电气隔离；PLC 各输入上均采用 R-C 滤波技术，其滤波时间常数一般为 10-20ms；PLC 各模块采用了性能良好的开关电源；PLC 所采用的器件都进行严格的筛选和长期的使用验证。2） 丰富的输入输出模块：PLC 针对不同的工业现场信号，有丰富的模块供用户选用。如：DC/AC、数字量/模拟量、电压/电流、脉冲/电位等等。PLC 相应的输入输南昌航空
19、大学学士学位论文2出模块可以与工业现场的多种器件或者设备相连接。与输入模块相连有按钮、行程开关、接近开关等；与输出模块相连的有电磁阀、接触器、电机、指示灯等。为了提高 PLC 的功能，它还提供了多种人机对话的接口模块。为了组成工业局部网络，PLC 还有多种通信模块。3） 采用模块化结构：除了厢体式的小型 PLC，目前绝大多数 PLC 均采用模块化结构。PLC 的各个部件如 CPU、电源等都采用模块化设计，由机架和电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能用户可自己组合。4） 编程简单：PLC 的编程大多数采用类似于继电器控制线路的梯形图格式，形象直观，易学易懂。5） 安装简单，维修方便。因此，为保
20、证高效，可靠的工作，本系统采用 PLC 控制。1.2 国内外文献综述及相关领域的研究进展及成果1.2.1 PROFIBUS 现场总线的研究现状现场总线（Fielebus）是 20 世纪 80 年代中后期随着计算机、通信、控制和模块化集成等技术的发展而出现的一门新兴技术，代表自动化领域发展的最新阶段。现场总线最初的概念是由欧洲人提出的，随后北美和南美也都投入了巨大的人力和物力开展研究工作，现场总线的定义有多种。国际电工委员会（IEC）对现场总线的定义为：现场总线是应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。现场总线是当今自动化领域发展的热点之一，被
21、誉为自动化领域的计算机局域网。它作为工业数据通信网络的基础，沟通了生产现场级控制设备之间及其与更高的控制管理层之间的联系。它不仅是一个基础网络，而其还是一种开放式、新型全分布式的控制系统。这项以智能传感器、控制器、计算机、数据通信为主要内容的综合技术。因为受到世界范围内的关注而成为自动化技术发展的热点，并引发了自动化系统结构与设备的深刻变革 10。现场总线包括众多的标准，国际电工委员会（IEC）确立了在国际上各种不同类型的现场总线标准有 10 种，包括 CANBUS、PROFIBUS、FF、LONWORKS 等现场总线，每种协议都有其特有的应用领域和支持背景，大多成为了一个地区或国家的标准，谁
22、也取代不了谁。在 2001 年 PROFIBUS 现场总线被定为中国的国家标准JB/T103010.32011。南昌航空大学学士学位论文3PROFIBUS(Process Field Bus 的缩写)是由 SIEMENS 等公司组织开发的一种国际化的、开放的、不依赖于设备生厂商的现场总线标准。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通电力等其它领域自动化。PROFIBUS 是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场网络通信，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案 4、10 。在现代化工
23、厂环境及大规模的工业生产过程控制中，工业硬件设备被简单地划分为三个层次，即工厂级、车间级和现场级。在现场一般都配置了数量庞大的传感器、执行器、远程 I/O、仪表、控制器等等一系列的设备。这些设备传送或接收的既有模拟信号，又有数字量信号。传统的连接方式是将这些设备通过信号线各自接到控制器上，造成了明显的通信速度低、系统不开放、可靠性不易保证和维护性不高 4。采用现场总线 PROFIBUS 使得生产上所有集成了 PROFIBUS 总线接口的设备都可以被挂到现场总线上来，解决了上面的一系列缺点。PROFIBUS 由以下三个兼容部分组成。即PROFIBUSDP、PROFIBUSPA、PROFIBUS-
24、 FMS。其中本文所运用的 PROFIBUSDP应用于现场级，它是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式 I/O 之间的通讯，总线周期一般小于 10ms，使用协议第 1、2 层和用户接口，确保数据传输的快速和有效进行 10。1.2.2 电力传动控制研究现状电力传动控制系统在当今的工业中应用的十分广泛。如矿山的矿井提升作业、炼钢的轧钢轨道控制、高楼的电梯运行、国防中的大型传送装置等。在这一系列的机械作业中，电力传动装置扮演着不可获取的地位。换而言之，当今的社会如果没有对电力传动系统的研究，那么工业将会止步不前。电力传动的研究已经十分成熟，但是电力传动控制系统的研究并没有十分完善，各种各样的控制系统充斥于工业应用中。从最初的闸刀给电控制到后来简单的逻辑按钮控制，后来出现了电力电子调速控制，从速度不可控到后来的无级调速。电力传动控制逐渐的向着专用的调速控制装置，专有的中心处理计算机控制，集散系统的转变，到现在 PLC 可编程控制器的普及。电力传动控制正在变成以计算机为监控，可编程控制器作为控制中枢，电力电子变频装置作为执行器的网络控制模式。
