河北大学毕业论文基于西门子S7300PLC电机变频调速系统.doc

1、 本科生毕业论文（设计） 题目 ： 基于 S7-300PLC 电机变频调速系统 学 部 信息科学与工程学部 学科门类 工学 专 业 电气工程及其自动化 学 号 姓 名 指导教师 装 订 线 河北大学工商学院 河北大学工商学院 2012 届本科生毕业论文（设计） 基于 S7-300PLC 电机变频调速系统 摘 要 本设计对基于 S7-300PLC 电机变频调速系统的设计与实现给出了软硬件设计方案 ,并通过调试，对 PLC 数字信号控制和变频器控制以及编码器反馈调节进行了相关的实验，实现了变频系统的信号采集、计算、判断并输出的功能。系统采用以西门子 S7-300PLC 为控制器、 MM440 变频

2、器为执行机构、旋转编码器为反馈装置、电动机为控置对象的闭环调速系统。通过编码器采集目标电机转速信号并传递给 PLC，并由 PLC 判断并输出速度调节信号给变频器，最后由变频器直接调节电机转速。主要目的是通过设定好的程序来使得电动机按 照设想的状态工作，以便达到自动化、智能化的控制需求。通过调试，本课题的 变频调速系统具有安全、高效、稳定的特点，并且修改调试相对简便，能够根据用户需求自由改变控制模式 ，具有一定的使用价值。 关键词： MM440 变频器 ； PLC； 闭环调速 ； 装 订 线 河北大学工商学院 2012 届本科生毕业论文（设计） Based On Siemens S7-300PL

3、C Motor Variable Frequency Speed Regulating System ABSTRACT The design of motor variable frequency speed regulating system based on S7-300PLC design and implementation of the hardware and software design scheme is given. Through debugging, PLC digital signal control and inverter control and feedback

4、 regulation of relevant experiments, to achieve frequency conversion system signal acquisition, calculation, judging and output function. PLC control of frequency speed regulating control system, using S7-300PLC as controller, MM440 VFD(Variable-frequency Drive)for actuating mechanism, the rotary en

5、coder as feedback device, motor as the object of the closed loop speed control system. The encoder capture target motor speed signal and passed to the PLC, judged by PLC and output speed adjustment signal to the MM440 VFD, the VFD directly regulates the motor speed. The main purpose is by setting a

6、good program to make the motor vehicle in accordance with the idea of state, in order to achieve automation, intelligent control. Through debugging, the variable frequency speed regulation system has the advantages of safety, high efficiency, stable characteristics. It has a certain practical value

7、and modify the debugging is relatively simple, can be based on user demand the freedom to change control mode. Key words： MicromasterMM440； PLC； Closed-Loop Speed-Regulating 河北大学工商学院 2012 届本科生毕业论文（设计） 目 录 1 概述 . 1 1.1 课题来源及意义 . 1 1.2 国内外发展现状 . 1 1.3 主要工作内容 . 2 2 基于 S7-300 的变频调速系统硬件结构 . 3 2.1 硬件系统介绍

8、. 3 2.2 西门子 S7-300 系列 PLC . 3 2.3 西门子 MM440变频器 . 5 2.4 旋转编码器 . 5 3 软件环境介绍 . 6 3.1 编程软件及环境 . 6 3.2 软件组态设置 . 6 3.3 PLCSIM 仿真器介绍 . 7 3.4 安装电缆驱动 . 8 4 变频调速系统的实现 . 9 4.1 系统硬件设计 . 9 4.1.1 S7-300 模块组态 . 9 4.1.2 系统硬件接线 . 10 4.1.3 输入输出接口地址分配 . 10 4.1.4 MM440变频器设置 . 10 河北大学工商学院 2012 届本科生毕业论文（设计） 4.1.5 编码器计数方式

9、选择 . 11 4.2 系统控制程序开发 . 11 4.2.1 主程序设计 . 11 4.2.2 中断组织块 . 12 4.2.3 功能块程序设计 . 12 4.2.4 数据块设计 . 14 4.3 实验调试 . 14 4.3.1 调试方案 . 14 4.3.2 硬件检查 . 14 4.3.3 调试程序 . 14 4.3.4 调试 PLC . 15 4.3.5 调试变频器 . 16 4.3.6 联机调试 . 18 4.4 实验总结 . 18 5 总结与展望 . 19 参考文献 . 20 致 谢 . 21 附 录 . 错误 !未定义书签。 河北大学工商学院 2012 届本科生毕业论文（设计） 1

10、 1 概述 1.1 课题 来 源及意义 随着电力电子技术和自动控制技术的日益发展，电动机的变频调速已经从继电气控制时代发展到了今天的由变频器控制调速，并在 工业各个领域中得到了广泛的发展。 在日常的生活中和工业生产中，变频调速系统得到了广泛的应用。采用 PLC 和 MM440变频器控制的运料车，能够实现小车的自动化控制。不仅降低了系统的运行费用，而且系统运行稳定可靠、控制速度快、可维护性好 1。在安装了变频器的自动电梯中，能够实现电梯的自动调速，使得电梯平稳启动、加速、停止。这样人在电梯中感觉又舒服有安全 2。在工业生产中，过去通常采用人工控制开关对大功率电动机调速，这样做既不安全又不准确，如

11、果采用 PLC 结合变频器速度控制，就能够有效安全准确地控制大功率设备运转 3。 所以说， PLC 与变频器的变频调速系统具有：安全、高效、稳定和相对简便的特点。对于生活生产中提高工作效率是具有积极意义的。 1.2 国内外发展现状 我国关于变频调速的研究始于 20 世纪 60 年代初期，当时典型的技术是交 -交变频器供电的交流变频调速传动；继此之后 80 年代主体技术为电压或电流型六脉冲逆变器供电的交流变频调速传动；从 90 年代中期至今，随着调制技术以及控制技术的发展，BJT(IGBT)PWM 逆变器供电的交流变频调速传动空前发展，并得到广泛应用，而随着 SPWM的发展，变频系统的优点越来越

12、突出，应用 面也越来越广 4。 变频调速是强、弱电混合，机电一体的综合技术，既要处理巨大电能的转换，又要处理信息的收集变换和传输。各种高性能变频控制都是国内外研究的热点，目前国外主要的发展方向是： 1.实现变频调速的人工智能化，对于交流电机这样多变量、强耦合的参数非线性时变的复杂被控对象，要获得良好的控制性能较为困难。近年来，国外神经网络在变频调速系统控制中获得了应用，已成为当前神经网络理论及应用的研究热点 5。 2.实现全数字控制化。全数字控制使硬件简化，柔性的控制算法使控制灵活、可靠，易实现复杂的控制规 律，便于故障诊断和监视 6。 3.实现变频调速系统的通信网络化和技术规格标准化。当前，

13、国外先进的变频器都配有总线适配器模块 (如 modbus feidbus interbus 等 )作为选件，外部总线可以双绞线和适配器连接，变频器则作为系统的智能终端。进一步可形成集散式 (DCS)变频控制系统和现场总线 (FCS)变频控制系统 7。 4.硬件的集成化为了使变频装置体积更小巧，新型变频系统要求功率和控制单元具有高集成度。利用不断发展的大规模集成电路工艺，把自动控制系统中控制电路集成化为若干个专用 IC 芯片 (ASIC )，使整个系统的构成更小型、可靠，从而构成强弱电一体的智能化电机 8。 装 订 线 河北大学工商学院 2012 届本科生毕业论文（设计） 2 5.实现调速软开关

14、化。近年来，软开关技术被引进变频控制中并己逐渐推向实用。软开关技术可以减小甚至完全消除变换器中开关器件在开关过程中的损耗，使缓冲吸收电路成为多余，提高了开关器件的工作频率，减小了开关器件的散热体积，提高了变频器工作的可靠性和效率 9。 1.3 主要工作 内 容 本文主要利用可 编 程 控 制器 PLC、 变频 器、旋转编码器等 来 完成 对 小车变频调速系统的 设计 ，并利用变频调速技术 实现 自动控制电动机在不同时间下的速度调节。最 终 目的是实现 电动机在不同的给定转速下，通过 PLC 和变频器来实现动态速度控制。主要工作有： （ 1）变频调速系统的硬件连接。 （ 2）变频调速系统的软件设

15、计。 （ 3）变频调速系统的联机调试工作。 （ 4）变频调速系统的优化与整理。 河北大学工商学院 2012 届本科生毕业论文（设计） 3 2 基于 S7-300 的变频调速系统硬件结构 2.1 硬件系 统 介 绍 图 2-1 系 统结 构 图 如图 2-1 所示，系统主要由五个部分构成，即可编程逻辑控制器 PLC、变频器、编码器电机和转速表。首先通过设置给定输入给 PLC，再通过 PLC 控制变频器，再经由变频器来控制电机，随后将电机的转速反馈给 PLC，经比较后输出给变频器从而实现调速10。转速表用来监控电动机转速。 2.2 西 门子 S7-300 系列 PLC 系 统采 用西 门子 的可

16、编 程 逻辑 器件 S7-300PLC，型 号为 315-2DP，其外 观 如 图 2-2 所示。 电动机 西门子 S7-300 PLC 西门子 MM440 变频器 欧姆龙 E6B2-C 旋转编码器 调 速 控 制 高速计数脉冲 转速表 河北大学工商学院 2012 届本科生毕业论文（设计） 4 图 2-2 S7-300PLC 如图 2-2， SIMATIC S7-300 是模块化小型 PLC 系统，能满足中等性能要求的应用。如图 2-2，各种单独西门子 PLC 的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。 S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（ 0.60.1 s）的指令运算速度；用浮点

17、数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在 S7-300 操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。 SIMATIC 人机界面（ HMI）从 S7-300 中取得数据， S7-300 按用户指定的刷新速度传送这些数据。 S7-300 操作系统自动地处理数据的传送； CPU 的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（例如：超时，模块更换，等等）；多级口令 保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改；同时具备强大的通信功能， S7-300 PLC 可通过编程软件

18、 Step 7 的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。 S7-300 PLC 具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来连接 AS-I 总线接口和工业以太网总线系统；串行通信处理器用来连接点到点的通信系统；多点接口（ MPI）集成在 CPU 中，用于同时连接编程器、 PC 机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7 等自动化控制系统。 河北大学工商学院 2012 届本科生毕业论文（设计） 5 2.3 西门子 MM440 变频器 图 2-3 西门子 MM440 变频器 如图 2-3所示， MicroMaster440是全新一代可以广泛应用的多功能标准变频器。它采用

19、高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。输入 200V-240V 10%，单相 /三相，交流。输出 380V-480V 10%，三相，交流， 0.55kW。矢量控制方式可构成闭环矢量控制，具有闭环转矩控制；高过载能力，内置制动单元；三组参数切换功能。 2.4 旋转编码器 图 2-4 欧姆龙 E6B2-CWZ6C 如 图 2-4 所示， 编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。 欧姆龙 E6B2-CWZ6C 编码器是以集电极开路输出的 NPN 型旋转通用编码器，外径 40，具有 A、 B、 Z 三相脉冲输出， AB 相输出频率为 100P/R。