用PLC和变频器实现电机的变频调速和远程控制毕业设计论文

4）导入后在从站选项中自动添加了MM4XX系列变频器选项； 5）添加一个变频器从站到DP Master System(1)。

通过DP模块6ES6400-1PB00上的拨码开关定义变频器的DP地址为：5号站。系统自动分配通讯数据地址为：512-515也就是PIW512和PIW514；PQW512和PQW514在PLC程序中就可以直接引用以上地址对变频器进行操作以及监视。

6）具体的数据格式为： 控制字为16位：

位00：ON（斜坡上升）/OFF（斜坡下降） 位01：OFF2：按惯性自由停车 位02：OFF3：快速停车 位03：脉冲使能 位04：斜坡函数发生器（RFG）使能 位05：RFG开始 位06：设定值使能 位07：故障确认 位08：正向点动 位09：反向点动 位10：由PLC进行控制 位11：设定值反向

位12：未使用 位13：用电动电位计（MOP）升速 位14：用（MOP）降速 位15：本机/远程控制 状态字为16位：

位00：变频器准备 位01：变频器运行准备就绪 位02：变频器正在运行 位03：变频器故障 位04：OFF2 命令激活 位05：OFF3命令激活 位06：禁止ON接通命令 位07：变频器报警 位08：设定值 /实际值偏差过大 位09：过程数据控制 位10：已达到最大频率 位11：电动机电流极限报警 位12：电动机包闸制动投入 位13：电动机过载 位14：电动机正向运行 位15：变频器过载

CPU412-2DP DP 接口 Profibus-DP主站Profibus-DP总线6ES6400-1PB00MM420 变频器

图 3.3 Profibus-DP与S 7-400连接结构图

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3.2 PLC的选型与功能说明

3.2.1 西门子PLC的基本组成

PLC是一种通用的工业控制装置，其组成与一般的微机系统基本相同。按结构形式的不同，PLC可分为整体式和组合式两类。

整体式PLC是将中央处理单元(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体，构成主机。另外还有独立的1/0扩展单元与主机配合使用。主机中，CPU是PLC的核心，I/0单元是连接CPU与现场设备之间的接口电路，通信接口用于PLC与编程器和上位机等外部设备的连接。

组合式PLC将CPU单元、输入单元、输出单元、智能1/0单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。装有CPU单元的底板称为CPU底板，其它称为扩展底板。CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接，距离一般不超过10cm。无论哪种结构类型的PLC，都可以根据需要进行配置与组合。 3.2.1.1 PLC各部分的作用

1. 中央处理单元(CPU)

CPU在PLC中的作用类似于人体的神经中枢，它是PLC的运算、控制中心。它按照系统程序所赋予的功能，完成以下任务：

1）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；

2）诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程的语法错误； 3）用扫描的方式接收输入信号，送入PLC的数据寄存器保存起来；

4）PLC进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作；

5） 将用户程序的执行结果送至输出端。 现代PLC使用的CPU主要有以下几种： 1）通用微处理器，如808018 08812等； 2）单片机 ，如8051等；

3）位片式微处理器，如AMD2900系列等。 2. 存储器

根据存储器在系统中的作用，可以把它们分为以下3种： 1）系统程序存储器； 2）用户程序存储器； 3）工作数据存储器。

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数据表用来存放各种数据，它的标准格式是每一个数据占一个字。它存储用户程序执行时的某些可变参数值，如定时器和计数器的当前值和设定值。它还用来存放A/D转换得到的数字和数学运算的结果等。

3. I/0单元

I/0单元也称为I/0模块。PLC通过I/0单元与工业生产过程现场相联系，输入单元接收操作指令和现场的状态信息，加控制按钮、操作开关和限位开关、光电管、继电器触点、行程开关、接近开关等信号，并通过输入电路的滤波、光电隔离和电平转换等将这些信号转换成CPU能够接收和处理的信号。输出单元将CPU送出的弱电控制信号通过输出电路的光电隔离和功率放大等转换成现场需要的强电信号输出，以驰动接触器、电磁阀、电磁铁等执行元件。

4. PLC部分选型

本系统中主要选用了SIMATIC S7-400 和SIMATIC S7-300， SIMATIC S7-400可编程序控制器采用模块化设计，性能范围宽广的不同模板可灵活组合，扩展十分方便。一个系统可包括：电源模板（附言）、中央处理器(CPU)、数字两输入/输出(DI/DO)和模拟量输入/输出(AI/AO)的信号模板、通讯处理器(CP)、功能模板(FM)。SIMATIC S7-400还提供以下部件以满足用户的需要：接口模板（IM）、SIMATIC M7自动化计算机和SIMATIC S5模板。SIMATIC S7-400性能优越，环境适应性很强，因此应用范围十分广泛。

3.2.2 S 7-400PLC及其相关模块

1. CPU412-2DP

CPU412-2DP用于需要更多的扩展编程和高速指令处理的大型装置，它内置的PROFIBUS-DP接口使它能作为主站直接连接到PROFIBUS-DP现场总线。

它的RAM是72K字节的，数据后备通过电源模板中的电池或在应用时可以通过外部电池，它所使用的编程语言是STEP7，编程结构是线性、结构化的，它具有组织块（OB）、功能块（FB）、功能（FC）、数据块（DB）、系统功能（SFC）、系统功能块（SFB）六种块的类型。其中FB、FC和OB的块的数量最大分别为256、256和511。系统功能包括中断屏蔽、数据复制、始终功能、诊断功能、故障和出错处理、模板参数分配、运行时间计数器、中断和信号功能。

2. PS407电源（4A）

S7-400需要24伏直流电源，而PS-307负载电源模块可将120/230伏交流电压转化为该单元的24伏直流工作电压，这样就可以使用线路电源来运行SIMATIC S7-400和过程传感器及执行元件了。传感器和执行器使用的负载电压应单独提供。使用冗余电源时，标准系统和容错系统可作为无故障安全系统运行。

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PS-407的输入电压额定值为120/230VAC，允许范围为85～132VAC/170～264VAC；电网频率额定值为60/50HZ，容许范围：47～63HZ；额定输入电流230V时为0.31A，120V时为0.55A，浪涌电流最大为15×额定输入电流，输出电压额定值为5.1/24VDC，输出电流额定值在5VDC时为4A，在24VDC时为0.5A；功率典型值为46.5W，功率损失典型值为13.9W。

3. CP443-1工业以太网通讯处理器

CP443-1将SIMATIC S7-400连接到工业以太网，所具有的组合模式的通讯服务为SEND/RECEIVE和S7通讯。该模块可在AUI和工业双绞线接口之间实现自动切换，并且配置了可选软件包的CP 433-1通讯处理器用于工业以太网。它具有自己的微处理器，因而能减轻CPU的通讯任务和进一步扩展连接。它可通过CP 433-1的S7 400通讯能力实现与以下设备的通讯：编程器、计算机、HMI设备、其他SIMATIC S7系统和SIMATIC S5可编程序控制器。

CP443-1安装在S7-400的DIN导轨上，并经过背板总线连接到邻近的S7-400模板，并且不存在槽位规则，所以安装十分方便。它的D型插座连接器，在AUI和双绞线接口之间自动切换，而且不需要风扇和后备电池，所以接线非常方便。

该模块的数据传输率为10Mbit/s，从5VDC的电流消耗约为1A，从24VDC的典型值为220mA，最大为450mA。其功率损失为8.4W。允许的运行温度为0～60℃，非运行时温度为-40～70℃，工作海拔为30000m。它采用紧凑型、单宽度的模板格式。

3.3 MP270B触摸屏

HMI可以在生产过程中对机器进行操作控制和过程监控。SIMATIC HMI文本显示，操作员面板和触摸屏不仅是信誉度很高而且是最适用的人机界面。HMI能显示操作员和故障信息，可以通过TD/OP/TP很轻松、方便地更改与机器有关的参数。在故障事件时，HMI能快速地进行人工干预。但事实上，它能做的远不止这些，它还能直接连接到SIMATIC S7-CPU的PPI或MPI。通过PROFIBUS系统能在更远的距离范围进行过程的操作与监控。它有四种可选择的人机界面：按钮面板、文本显示、操作员面板和触摸屏。其中，按钮面板能够完成通用操作员面板能完成的任何工作，而且它的增加的功能不需要扩展的SPS编程并具有高度灵活性；文本显示能够存储和管理过程信号；操作员面板和触摸屏可以显示过程的信号/故障信息，设置专用的数值，调用机器或过程数据，修改机器或过程专用参数。

本系统选择的是MP270B触摸屏，MP270B触摸屏为西门子公司较高档次的产品，其显示分辨率为640×480 256色，装有Microsoft windows CE操作系统，带有多个通讯端

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