1、摘要本次課題主要介紹了本人與本組同學(xué)在張老師的指導(dǎo)下研究和設(shè)計基于可編程控制器的變頻調(diào)速系統(tǒng)的若干成果，在本次的設(shè)計中，我們的設(shè)計系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、觸摸屏、電動機等幾部分組成。經(jīng)過此次設(shè)計，一起討論研究，使我對所有器件有了新的認(rèn)識，尤其對PLC有了更多的了解：PLC是能進行行邏輯運算，順序運算，計時，計數(shù)，和算術(shù)運算等操作指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程的工業(yè)計算機。首先我們查閱各個器件的資料，先對其有個明確的認(rèn)識，然后通過張老師的指點明白了整個系統(tǒng)的大概工作原理框圖后，通過學(xué)習(xí)資料與老師指點將硬件設(shè)備連接成功。接著通過學(xué)習(xí)GX developer編

2、程軟件將所用設(shè)備用程序?qū)⑵溥B在一起，然后在實驗室調(diào)試和外部線路的連接最終完成項目的全部工作，并制作成功樣機一臺。對于這次的設(shè)計，與以前的相比，相差甚大，本次設(shè)計更具有價值，每一點成果都是們查閱資料，一起研究，和老師指導(dǎo)，完成的。本文綜合應(yīng)用電子學(xué)與機械學(xué)知識去解決基于可編程控制器的變頻調(diào)速系統(tǒng)，本次設(shè)計選用三相異步交流電機，而 PLC和 交流電機無論在工業(yè)還是生活中都是應(yīng)用最廣，因此本次設(shè)計具有相當(dāng)?shù)膶嵱脙r值。關(guān)鍵詞：PLC、變頻器、觸摸屏、GX developer前言本次課題來源于生活實際，它因工作效率高，所以在現(xiàn)在的自動化生產(chǎn)線上應(yīng)用十分廣泛。本次課題工作的過程為，我們在觸摸屏上輸入電機所

3、要運行的頻率，然后在觸摸屏上按下啟動鈕，經(jīng)過PLC跟變頻器通信后，變頻器按設(shè)定的頻率運行，在觸摸屏上按下停止鈕，變頻器停止運行。以前它們通過繼電器來調(diào)換三相電中的任意兩相電順序，來實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)；通過串電阻的方式進行調(diào)速，這些方式不僅麻煩，而且占用空間、具有局限性，并且不能實現(xiàn)軟啟動，對電機損大，縮短使用壽命等等本次課題我們運用觸摸屏、PLC、變頻器、RS-485通信等技術(shù)，通過觸摸屏給PLC相應(yīng)信息，PLC再根據(jù)觸摸屏給的信息通過485通信發(fā)送給變頻器，變頻器根據(jù)接收的信息進行執(zhí)行。這樣我們就實現(xiàn)了一個自動化控制。第一章 傳送帶控制系統(tǒng)的設(shè)計4.1本次課題的控制要求及總體設(shè)計方案此次課題為

4、傳送帶控制系統(tǒng)設(shè)計，利用485通信，將PLC與變頻器連接起來進行通信，由變頻器控制電動機正反轉(zhuǎn)和變速運行的一個自動控制系統(tǒng)，由觸摸屏給出運行頻率、起動信號、停止信號。在控制系統(tǒng)中我們設(shè)有緊急停止，當(dāng)有一些緊急情況發(fā)生時，我們可以按下停止按鈕，實現(xiàn)緊急停止。計算機普通計算機裝有三菱GX軟件三菱GT軟件觸摸屏F94*GOT(320×240)通過RS-232進行通信PLC三菱Fx2N-16MR-001通過RS-422進行通信變頻器F540通過RS-485進行通信三相異步電動機Y112M-4采用物理線路連接PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計流程圖設(shè)計器材的選擇Plc的選擇（1） 根據(jù)I/O數(shù)由于本次設(shè)計我

5、們采用的是通信模式，所以I/O口不需要，但為了以后考慮我們還是選擇了I/O數(shù)目少的16點的。（2） 可靠性PLC產(chǎn)品的可靠性與設(shè)計、器件、制造工藝相關(guān)系，同時也與用戶的使用環(huán)境和習(xí)慣有關(guān)系，本次課題對PLC的要求不是太大，普通就行。（3）價格價格跟PLC的點數(shù)、內(nèi)存等一些因素有關(guān)。（4）習(xí)慣因為各家PLC的編程習(xí)慣均有不同，因為我們學(xué)的就是日本三菱的，所以習(xí)慣上更偏向于日系品牌，但日系編程習(xí)慣并不是最好的，認(rèn)真學(xué)習(xí)PLC廠商提供的手冊是加快了解和學(xué)習(xí)一種新PLC的關(guān)鍵。綜合以上我們選擇三菱FR2N-16MR。電機的選擇1)由于我們需要變頻器調(diào)速的電動機為三相異步，所以我們電動機為Y系列。2)由

6、于我們電動機帶動的是傳送帶，所以我們選擇封閉式的電動機。3）功率的選擇這次我們的畢業(yè)設(shè)計要求的是牽引力為：3KN， 速度：1.2m/s。根據(jù)P=F·V =3000×1.2 W =3600W按電動機的輸出功率為90%，那么：P(總)=3600÷90% W=4000W=4KW故電動機的功率為4KW綜上我們選擇的電動機為Y-112M-4變頻器的選擇本次課題所需器材及相應(yīng)軟件名稱型號數(shù)量作用計算機華碩N82J1臺裝軟件，制作畫面觸摸屏F94*GOT(320×240)1臺給PLC信號PLC三菱Fx2N-16MR1臺作為控制器變頻器三菱F5402臺作為執(zhí)行器三相異步

7、電動機Y112M-41臺作為執(zhí)行器按鈕1個緊急停止485通信板1個PLC跟變頻器通行        第二章程序的設(shè)計及組態(tài) 2.1 PLC的相應(yīng)設(shè)計PLC和變頻器通訊可分為三個階段：變頻器的通訊請求階段、變頻器對收到數(shù)據(jù)的響應(yīng)階段和PLC根據(jù)變頻器返回數(shù)據(jù)的響應(yīng)階段。在每個階段，數(shù)據(jù)指令代碼和應(yīng)答數(shù)據(jù)的不同，通許數(shù)據(jù)格式不一樣。要求電動機的運轉(zhuǎn)，常用指令代碼為HED（運行頻率的寫入）、H6F(輸出頻PLC和變頻器通訊可分為三個階段：變頻器的通訊請求階段，變頻器對收到的數(shù)據(jù)響應(yīng)階率)和HEA（電動機運轉(zhuǎn)指令），PLC

8、和變頻器通信時，使用十六進制數(shù)，數(shù)據(jù)在它們之間自動使用ASC碼傳輸。程序中RS指令用于FX系列PLC，實現(xiàn)PLC與外圍設(shè)備見的數(shù)據(jù)傳送額接收。三菱變頻器通信采用總和和校驗，它是被校驗的ASC數(shù)據(jù)的總和的最低一個字節(jié)（8位）表示的2個ASC數(shù)字（十六進制）。頻率寫入變頻器后，但是電動機不能夠運轉(zhuǎn)，如要求電動機，必須向變頻器寫入一個運行指令，該指令能實現(xiàn)該電動機的正、反轉(zhuǎn)和停止。獨處變頻器頻率的指令代碼為“6F”此次課題我們選用的PLC需要跟變頻器進行通信，程序相應(yīng)如下：PLC 通訊運行程序設(shè)計流程如下圖 5 ：PLC 通訊流程圖要實現(xiàn) PLC 對變頻器的通訊控制，必須對 PLC 進行編程；通過程

9、序?qū)崿F(xiàn) PLC 對變頻器的各種運行控制和數(shù)據(jù)的采集。 PLC 程序首先應(yīng)完成 FX2N-485BD 通訊適配器的初始化、控制命令字的組合、代碼轉(zhuǎn)換和變頻器應(yīng)答數(shù)據(jù)的處理工作。 PLC 通訊運行程序設(shè)計流程下圖三菱FXZN PLC的主要特點： 1一個程序包的單元型可編程序控制器 7利用鍵盤保護程序（編程手冊、外圍設(shè) 2采用裝卸式端子臺 備手冊） 3內(nèi)裝PUN/STOP開關(guān) 8元件注解 4程序存儲器 9用SFC表現(xiàn)的編程 5鐘表功能 10簡便的應(yīng)用指令庫 6 PUN寫入 11高速處理2.2觸摸屏畫面的組態(tài)觸摸屏設(shè)計觸摸屏是控制與監(jiān)控系統(tǒng)的裝置。第一個界面用元件里面的、位狀態(tài)切換開關(guān)，設(shè)置數(shù)字量輸入

10、開關(guān)：設(shè)備類型LB、 設(shè)備地址0、后面每個設(shè)置的都要不同，輸出地址：設(shè)備類型X、設(shè)備地址010、（與程序中的開關(guān)對應(yīng)），開關(guān)類型：復(fù)歸型開關(guān)、圖形自選，標(biāo)簽：600，易懂（打上所對應(yīng)的數(shù)字量）狀態(tài)號0，創(chuàng)建三個，在用功能鍵設(shè)制一個結(jié)束鍵和進入下一頁的鍵（功能鍵屬性：切換基本窗口，窗口編號11）到下一頁。第二個界面用元件里的位狀態(tài)開關(guān)，設(shè)置，正轉(zhuǎn)開關(guān)X003、反轉(zhuǎn)開關(guān)X004和停止開關(guān)XOO7。在用元件里的位狀態(tài)指示燈元件設(shè)置兩個指示燈顯示（監(jiān)視）狀態(tài)。（正轉(zhuǎn)）讀取設(shè)備地址：設(shè)備類型Y，設(shè)備地址0，功能選擇：閃爍狀態(tài)為0圖形、頻率1。（反轉(zhuǎn)）讀取設(shè)備地址：設(shè)備類型Y，設(shè)備地址0，功能選擇：閃爍狀

11、態(tài)為0 頻率1。在用功能鍵設(shè)置一個返回鍵和進入下一頁的鍵和返回主頁的鍵。觸摸屏人機界面是在操作人員和機器設(shè)備之間雙向溝通的橋梁，用戶可以自由的組合文字，按鈕，圖形，數(shù)字等來處理或監(jiān)控管理及應(yīng)付隨時可能變化信息的多功能顯示屏幕。隨著機械設(shè)備的飛速發(fā)展，以往的操作界面需要由熟練的操作人員才能操作，而且操作困難，無法提高工作效率。但是使用人機界面能夠明確指示并告知操作員機器設(shè)備目前的狀況，使操作變得簡單生動，并且可以減少操作上的失誤，即使是新手也可以很輕松的操作整個機器設(shè)備。使用人機界面還可以使機器的配線標(biāo)準(zhǔn)化，簡單化，同時也能減少PLC控制所需的I/O點數(shù)，降低生產(chǎn)成本同時由面板控制的小型化及高性

12、能，相對提高了整套設(shè)備的附加價值。為了操作上的方便，人們用觸摸屏來代替鼠標(biāo)或鍵盤。工作時，我們必須首先用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標(biāo)或菜單位置來定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標(biāo)，再送給CPU，它同時能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。第三章調(diào)試與運行3.1系統(tǒng)硬件組成和連接系統(tǒng)硬件組成如圖 1 所示，主要由下列組件構(gòu)成；如圖1系統(tǒng)硬件組成如圖2變頻器之間的通訊組網(wǎng)方式三菱變頻

13、器A500/E500/F500系列都可以采取組網(wǎng)方式進行通信。方式一為單主機多從機方式（如圖3.3所示），方式二為單主機單從機方式。主機可以選用個人計算機、可編程控制器、DCS；從機則指的是變頻器。FX2N-16MR 為系統(tǒng)的核心組成。2、FX2N-16MR為 FX2N 系統(tǒng) PLC 的通訊適配器，主要用于 PLC 和變頻器之間的數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。3、RS-422 電纜用于 PLC 和計算機RS-232之間的數(shù)據(jù)傳送。4、通訊電纜采用五芯電纜自行制作。下文介紹通訊電纜的制作方法和連接方式：變頻器端的 PU 接口用于 RS485 通訊時的接口端子排定義如下圖 3 所示：（從變頻器下面看如圖3.3

14、三菱變頻器FRS540的PU端通信接口通信接口一般包含接口方式、數(shù)據(jù)格式和波特率三種。三菱變頻器的接口方式為RS485接口，且為異步半雙工。數(shù)據(jù)格式根校驗方式的不同可以分為無校驗、奇校驗和偶校驗3種，波特率可以包括300-38400b/s之間的一種。功能定義通過通信可以監(jiān)視變頻器的內(nèi)容包括一下幾方面。1）監(jiān)視從機運行狀態(tài)。從機的運行參數(shù)：當(dāng)前運行頻率、輸出電壓、輸出電流、無單位顯示量（運行轉(zhuǎn)速）、模擬閉環(huán)反饋、速度閉環(huán)反饋、輸出轉(zhuǎn)矩等。從機運行設(shè)定參數(shù)：當(dāng)前設(shè)定頻率、設(shè)定轉(zhuǎn)速、設(shè)定線速度、模擬等閉環(huán)設(shè)定、速度閉環(huán)設(shè)定、供水變頻器的壓力設(shè)定等。從機運行狀態(tài)：I/O狀態(tài)、當(dāng)前運行狀態(tài)、報警狀態(tài)等。

15、2）控制從機運行，包括開機、停機、點動、故障復(fù)位、自由停車、緊急停車、設(shè)置當(dāng)前運行頻率給定值等。3）讀取從機的功能碼參數(shù)值。4）設(shè)置從機的功能碼參數(shù)值。5）系統(tǒng)配置和查詢命令。配置從機當(dāng)前運行設(shè)置、查詢從機設(shè)備系列類型、輸入并驗證用戶密碼。通信規(guī)格通信規(guī)格通信方式遵循下表所示的規(guī)定。 三菱變頻器通. 符合的標(biāo)準(zhǔn)RS485可連接的變頻器數(shù)量1N（最多32臺變頻器）通信速率可選擇19200b/s、9600b/s和4800b/s控制協(xié)議異步通信方式半雙工 通信規(guī)格字符方式ASCII(7位/8位)可選停止位長可在1位和2位之間選擇結(jié)束CR/LF（有/沒有）可選 校驗方式奇偶校驗可選擇有（奇或偶）或無總

16、和校驗有等待時間設(shè)定在有和無之間選擇頻器之間的 485 通訊協(xié)議和數(shù)據(jù)定義 PLC 和變頻器之間進行通訊，通訊規(guī)格必須在變頻器的初始化中設(shè)定，如果沒有進行設(shè)定或有一個錯誤的設(shè)定，數(shù)據(jù)將不能進行通訊。且每次參數(shù)設(shè)定后，需復(fù)位變頻器。確保參數(shù)的設(shè)定生效。設(shè)定好參數(shù)后將按如下協(xié)議進行數(shù)據(jù)通訊。（如圖 4 5）如圖4變頻器之間的通訊圖 5 ： RS485 通訊協(xié)議圖1 從 PLC 到變頻器的通訊請求數(shù)據(jù)2 數(shù)據(jù)寫入時從變頻器到 PLC 的應(yīng)答數(shù)據(jù)3 讀出數(shù)據(jù)時從變頻器到 PLC 的應(yīng)答數(shù)據(jù)4 讀出數(shù)據(jù)時從 PLC 到變頻器發(fā)送數(shù)據(jù)通訊數(shù)據(jù)定義如下：1 控制代碼2 通訊數(shù)據(jù)類型所有指令代碼和數(shù)據(jù)均以 A

17、SCII 碼（十六進制）發(fā)送和接收。例如：（頻率和參數(shù)）依照相應(yīng)的指令代碼確定數(shù)據(jù)的定義和設(shè)定范圍3.2三菱FX系列PLC與三菱變頻5通信參數(shù)設(shè)置三菱變頻器的設(shè)置PLC和變頻器之間進行通信。通信規(guī)格必須在變頻器的初始化中設(shè)定，如果沒有進行初始化設(shè)定或有一個錯誤的設(shè)定，數(shù)據(jù)將不能進行傳輸。注：每次參數(shù)初始化設(shè)定完成以后，需要復(fù)位變頻器。如果改變與通信相關(guān)的參數(shù)后，變頻器沒有復(fù)位，通信將不能進行。參數(shù)號名稱設(shè)定值說明Pr117站號0設(shè)定頻率站號為0Pr118通信速率96設(shè)定波特頻率為9600b/sPr119停止位長/數(shù)據(jù)位長11設(shè)定停止位2位，數(shù)據(jù)位7位Pr120奇偶校驗有/無2設(shè)定為偶校驗Pr1

18、21通信再試次數(shù)9999即使發(fā)生通信錯誤，變頻器也不停止Pr122通信效驗時間間隔9999通信校驗終止Pr123等待時間設(shè)定9999用通信數(shù)據(jù)設(shè)定Pr124CR、LF有/無選擇0選擇CR、LF 對于122號參數(shù)一定要設(shè)成9999，否則當(dāng)通信結(jié)束以后且通信校驗互鎖時間到時變頻器會產(chǎn)生報警并停止（E.PUE）對于79號參數(shù)要設(shè)成1，即PU操作模式注：以上參數(shù)設(shè)置適用于A500、E500、F500、F700系列變頻器當(dāng)在F500、F700系列變頻器上要設(shè)定上述通信參數(shù)，首先要將Pr160設(shè)成0.對于S500系列變頻器（帶R）的相關(guān)參數(shù)設(shè)置如下本次變頻器需要與PLC進行通信，相應(yīng)參數(shù)如下：參數(shù)號名稱設(shè)

19、定值說明n1站號0設(shè)定變頻器站號為0n2通信速率96設(shè)定波特率為9600b/sn3停止位長/數(shù)據(jù)位長11設(shè)定停止位2位，數(shù)據(jù)位7位n4奇偶檢驗有/無2設(shè)定為偶校驗n5通信再試次數(shù)-即使發(fā)生通信錯誤，變頻器也不停止工作n6通行校驗時間間隔-通信校驗終止n7等待時間設(shè)定-用通信數(shù)據(jù)設(shè)定n8運行指令權(quán)0指令權(quán)在計算機n9速度指令權(quán)0指令權(quán)在計算機n10聯(lián)網(wǎng)啟動模式選擇1用計算機聯(lián)網(wǎng)運行模式啟動n11CR，LF有/無選擇0選擇無CR，LFPr79運行模式0面板/外部模式對于79設(shè)置成0即可。注意：當(dāng)在S500系列變頻器上要設(shè)定上述通信參數(shù)，首先要將Pr30設(shè)置成1. 三菱PLC的設(shè)置 三菱FX系列PIC在進行計算機連接（專用協(xié)議）和無協(xié)議指令（RS指令）時均需要通信格式（D8120）進行設(shè)定。其中包含有波特率、數(shù)據(jù)長度、奇偶校驗、停止位和協(xié)議格式等。在修改了D8120的設(shè)置后，確保關(guān)掉PLC的電源，然后打開。 在這里對D8120進行設(shè)置如下： RS485 b15 b0 0000 1100 1000 1110 0 C 8 E 即數(shù)據(jù)長度為7位，偶校驗位，2位停止位，波特率為9600b/s，無標(biāo)題符和終算符，沒有添加和校驗碼，采用無協(xié)議通信（RS485）3.23