1、1题目 1：19.PLC 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
2、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。1.2 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（
3、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） 。1 4 6 01 2 8 51 0 2 2电机转速r / m i n0n电源频率为 5 0 H z 时的转速电机转速限幅值加速时间6 0 s恒速时间 1 2 0 s减速时间4 0 sT 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2二、 方案设计2.1 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
4、过计算，将 1022转速转换为对应数字量 18837.5 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 2.2.12.2 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 1-2CH1MGND1UVWRSTRUNRSTCOM GNDL3 L1L2QSFU1KMFR图 1-2 变频调速控制系统主电路图2.3 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 输出I0.0 启动 Q0.0 电机正转I0.1 停止 AQW16 电压输入I0.2 运行 3P
5、LC 控制电机变频调速控制系统 I/O 接口图见图 1-3S7-200 SMART1M I0.0 I0.1 I0.21L Q0.0.AC24VSB1SB2 SB3KMEMAM06AQW16.变频器图 1-3 变频调速控制系统 I/O 接口图2.4 PLC 软件设计PLC 变频调速控制系统流程图见图 1-4开 始初 始 化启 动 T37是 否 到100msAQW16=18838启 动 T38T37关 闭AC0+31.4AC0转 换 复制 给AQW16T37清 零启 动 T37启 动 T39AC0-47.1T39清 零启 动 T39AC0转 换 复制 给AQW16AC0=18837.5?是 否 到
6、2min是 否 到100msAC00?结 束是是是是是否否 否否图 1-4 变频调速控制系统程序流42.5 PLC 梯形图PLC 变频调速控制系统顺序功能图见图 1-5M0.0SM0.1启 动M0.1 启 动T37 是 否 到100ms是M0.2 AC0+31.4 T37清 零启 动 T37 AC0转 换复 制 给AQW16 AC0=18837.5?是M0.3 启 动T38 关 闭T37 AQW=18838 是 否 到2min是M0.4 启 动T39 是 否 到100ms是M0.5 AC0-47.1 T39清 零启 动 T39 AC0转 换复 制 给AQW16 AC00？是图 1-5 变频调速
7、控制系统顺序功能图PLC 变频调速控制系统梯形图程序567三、 总结3.1 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。3.2 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 P
8、10 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8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1.1 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
9、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
10、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，
11、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 730900 和下午的 16301800，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 600 开始，除去高峰时段，到 2200 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 2200 开始，到次日 600 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
12、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918s，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2.1 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。2.2 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2.3 PLC 软件设计程序流程图10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
13、、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。开始初始化高峰期 ？时间检测及模式选择高峰期子程序低峰期 ？低峰期子程序晚间 ？晚间子程序N ON ON OY E SY E SY E S开始S N : Y / 0 ， E W : Y / 00 . 5 s 到 ？0 . 5 s 到 ？S N : Y / 1 ， E W
14、 : Y / 1结束N ON OY E SY E S图 1 交通信号灯系统工作流程图 图 2 晚间子程序11S N : G / 1 , E W : R / 1 , 计数2 0 s 且数码管显示1 5 s 到 ？S N : G / 1 （ 闪烁 3 s ）E W : R / 11 8 s 到 ？S N : Y / 1 （ 闪烁 2 s ）E W : R / 12 0 s 到 ？S N : R / 1 , E W : G / 1 , 计数2 0 s 且数码管显示1 5 s 到 ？S N : R / 1E W : G / 1 （ 闪烁 3 s ）1 8 s 到 ？S N : R / 1E W : Y
15、 / 1 （ 闪烁 2 s ）2 0 s 到 ？开始结束S N : G / 1 , E W : R / 1 , 计数4 0 s 且数码管显示3 5 s 到 ？S N : G / 1 （ 闪烁 3 s ）E W : R / 13 8 s 到 ？S N : Y / 1 （ 闪烁 2 s ）E W : R / 14 0 s 到 ？S N : R / 1 , E W : G / 1 , 计数4 0 s 且数码管显示3 5 s 到 ？S N : R / 1E W : G / 1 （ 闪烁 3 s ）3 8 s 到 ？S N : R / 1E W : Y / 1 （ 闪烁 2 s ）4 0 s 到 ？开始
16、结束图 3 高峰期子程序 图 4 低峰期子程序122.5 PLC 梯形图13141516171819202122232425三、 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，20112.王卫兵.可编程序控制器原理及应用.北京：机械工业出版社， 19983.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， 20004.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， 20035.吴明亮 蔡文忠.可编程控制器实训教程.化学工业出版社， 2005
