基于PLC模拟量方式的变频器闭环调速
一种基于PLC控制的变频器PID闭环调速系统
一种基于PLC控制的变频器PID闭环调速系统作者：陈科来源：《科学与财富》2015年第36期【摘要】本文介绍了一种基于西门子S7-200 PLC的变频器PID闭环调速系统。
其中，变频器采用西门子MM420，速度反馈采用光电编码器实现，速度采集利用PLC的高速脉冲采集功能实现，电机转速观测与显示通过组态软件实现。
通过实验电机速度趋于稳定，误差很小，达到了满意的控制效果。
【关键词】PLC；变频器；PID一、引言调速系统的快速性、稳定性、动态性能好是工业自动化生产中的基本要求。
在工业控制领域，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。
就当前的控制策略而言，占统治地位的仍旧是常规的PID控制。
PID结构简单、稳定性好、工作可靠、使用中不必弄清系统的数学模型，为快速搭建合适的参数控制系统提供了方便。
目前，变频调速已被公认为最理想的调速方式之一，在实际应用中用户可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。
本设计就基于S7-200 PLC的PID调节模块实现变频器的闭环调速，最后通过上位机组态软件观测电机转速。
二、系统设计该系统主要由三个部分构成，即可编程逻辑控制器件S7-200、变频器MM420和电机。
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无静差调速。
速度的测量可以通过光电编码器和PLC来实现。
速度采集可利用S7-200的高速脉冲采集功能，采集频率可以达到30KHz，共有6个高速计数器（HSC0～HSC5），工作模式有12种。
在固定时间间隔内采集脉冲差值，通过计算即可以获得电动机的当前转速。
例如：设采样周期为100ms 即是每隔100ms采集脉冲一次，光电开关每转发出8个脉冲，那么就可以得到速度为。
其中，？驻m为采样周期内接受到的脉冲数。
转速的单位为r/min。
PLC实现的闭环调速控制系统
【摘要】随着电力电子技术及控制技术的发展，使得交流变频调速在工业电机拖动领域得到了广泛应用。
由于PLC的功能强大、容易使用、高可靠性，常常被用来作为现场数据的采集和设备的控制。
组态软件技术作为用户可定制功能的软件平台工具，在PC机上可开发出友好人机界面，通过PLC可以对自动化设备进行“智能”控制。
经过研究分析确定在本系统中采用通用变频器MM420，对电机进行转速调节，实现了能源的充分利用和生产的需要。
此变频器的FS型加减速功能和转矩提升功能，能很好的解决转速之间的切换。
系统中PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。
基于S7—200 PLC的编程软件STEP 7，采用模块化的程序设计方法，减少了软件的开发和维护。
利用组态软件良好的人机界面和通信能力，使工作人员可以在中央控制室的PC机上就可以方便的浏览现场的工业流程、实现变频器的参数设置、故障诊断及电机的启动和停止。
本文综述了组态软件、PLC技术、变频调速技术的概况。
分析了PLC的基本原理，变频调速的基本原理、变频器的结构及其控制算法等变频调速技术。
关键词： PLC、、变频调速、PID调节Abstract:With the development of electric power and electronic technology and control technology,AC frequency conversion velocity modulation technology is widely used in theindustry motor dragging fields.Because of the characteristics with powerful function,easy operation and high dependability,PLC is usually used for the field of data gathering andequipment control.Configuration software technology is one software platform tool that with custom-made function,friendly human-machine windows,which can be developed on the PC machine,used the PLC to intelligently control the automatic equipment．Through the rigorouse research and analysis,this system adjusts general transducer KASUGA+Mini MM420 to control the speed of motor,consequently actualizes the full use ofenergy and the need of production．The transducer’s functions of adding or decreasing speedin S form and promoting torque can solve the adjustment of speeds well．In this system，PLC is used to collect data and control equipments such as electromotor and transducer.Based on S7-200 PLC’s programming software STEP 7.which adopts the modularization method inprogramming design,can reduce the software exploitation and maintenance.By the virtue of HMI with nice configuration software and strong communication ability,the staff can conveniently browse the industry flowFig on the locale,set the parameter of the transducer,diagnose the fault,and start or stop the electromotor on the PC machine in the control-centerr00m．This paper summarizes the configurationsoftware technology,PLC technology and AC frequency conversion for speed adjustment technology．Key words:PLC,cold-rocold rolling mill,Frequency conversion velocity modulation,PID regulator目录1 绪论................................................................................................................................................. - 1 -2 S7-200 PLC的构成........................................................................................................................ - 2 -2.1S7-200CPU224型PLC的结构 (2)2.2CPU224型PLC的技术参数 (4)2.3S7-200PLC的构成 (5)2.4PLC的工作原理 (13)3 系统硬件选择............................................................................................................................... - 16 -3.1西门子S7-200型PLC (16)3.2EM235模拟量模块 (16)3.3M ICRO M ASTER420变频器 (18)3.4PID调节原理 (19)4 PLC编程设计................................................................................................................................ - 20 -4.1梯形图 (20)4.2语句表 (24)4.3功能块图 (26)结束语 (30)致谢 (31)参考文献 (32)1 绪论随着变频调速技术的应用日益广泛,应用水平的不断提高,对变频调速控制系统的精度要求也越来越高。
PLC模拟量控制在变频调速实际应用
三菱PLC 模拟量控制在变频调速的实际应用本文以三菱PLC为例介绍了模拟量控制，并结合变频调速基本原理及特点，重点阐述了如何通过PLC模拟量控制来实现对变频器的速度调节。
1、引言近年来可编程序控制器(PLC)以及变频调速技术日益发展，性能价格比日益提高，并在机械、冶金、制造、化工、纺织等领域得以普及和应用。
为满足温度、速度、流量等工艺变量的控制要求，常常要对这些模拟量进行控制，PLC模拟量控制模块的使用也日益广泛。
通常情况下，变频器的速度调节可采用键盘调节或电位器调节方式，但是，在速度要求根据工艺而变化时，仅利用上述两种方式则不能满足生产控制要求，因此，我们须利用PLC灵活编程及控制的功能，实现速度因工艺而变化，从而保证产品的合格率。
2、变频器简介交流电动机的转速n公式为：式中:f—频率;p—极对数;s—转差率(0～3%或0～6%)。
由转速公式可见，改变三相异步电动机电源频率，可以改变旋转磁通势的同步转速，达到调速的目的。
额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向上调(恒功率调速)，也可以从基频向下调(恒转距调速)。
因此变频调速方式，比改变极对数p和转差率s两个参数简单得多。
同时还具有很好的性价比、操作方便、机械特性较硬、静差率小、转速稳定性好、调速范围广等优点，因此变频调速方式拥有广阔的发展前景。
3、PLC模拟量控制在变频调速的应用PLC包括许多的特殊功能模块，而模拟量模块则是其中的一种。
它包括数模转换模块和模数转换模块。
例如数模转换模块可将一定的数字量转换成对应的模拟量(电压或电流)输出，这种转换具有较高的精度。
在设计一个控制系统或对一个已有的设备进行改造时，常常会需要对电机的速度进行控制，利用PLC的模拟量控制模块的输出来对变频器实现速度控制则是一个经济而又简便的方法。
下面以三菱FX2N系列PLC为例进行说明。
同时选择FX2N-2DA模拟量模块作为对变频器进行速度控制的控制信号输出。
如图1所示，控制系统采用具有两路模拟量输出的模块对两个变频器进行速度控制。
PLC控制实验--基于PLC模拟量方式变频开环调速控制
实验三十五基于PLC模拟量方式变频开环调速控制一、实验目的了解变频器外部控制端子的功能，掌握外部运行模式下变频器的操作方法。
二、实验设备序号名称型号与规格数量备注1 网络型可编程控制器高级实验装置THORM-D 12 实验挂箱CM51 13 电机WDJ26 14 实验导线3号/4号若干5 通讯电缆USB 16 计算机 1 自备三、控制要求1.正确设置变频器输出的额定频率、额定电压、额定电流。
2.通过外部端子控制电机启动/停止、打开“K1”电机正转启动。
调节输入电压，电机转速随电压增加而增大。
四、参数功能表及接线图1.参数功能表序号变频器参数出厂值设定值功能说明1n1.00 50.00 50.00 最高频率2n1.05 1.5 0.01 最低输出频率3n1.09 10.0 10.0 加速时间4n1.10 10.0 10.0 减速时间5n2.00 1 2 频率指令输入A1端子有效（0-10V）6n2.01 0 1 可控制回路端子7n4.04 0 1 控制回路端子的运转指令2.变频器外部接线图五、操作步骤1.检查实验设备中器材是否齐全。
2.按照变频器外部接线图完成变频器的接线，认真检查，确保正确无误。
3.打开电源开关，按照参数功能表正确设置变频器参数。
4.打开示例程序或用户自己编写的控制程序，进行编译，有错误时根据提示信息修改，直至无误，用通讯编程电缆连接计算机串口与PLC通讯口，打开PLC主机电源开关，下载程序至PLC中。
5.打开开关“K1”，调节PLC模拟量模块输入电压，观察并记录电机的运转情况。
六、实验总结1.总结PLC控制变频器的开环调速的操作方法。
2.记录变频器与电机控制线路的接线方法及注意事项。
基于PLC控制的变频闭环调速系统设计
基于PLC控制的变频闭环调速系统设计张芬【摘要】利用PLC、变频器、异步电动机及旋转编码器构建交流变频闭环调速控制系统。
文章介绍了变频调速系统的组成及工作原理，给出了系统控制方案并设计了相关梯形图程序，利用MCGS组态软件对该系统的上位机监控界面进行设计。
运行结果表明：该系统可靠性高，扩展性好，动态响应速度快。
%This paper using PLC, inverter, asynchronous motor and rotary encoder to structure a closed loop system of AC variable frequency drive. The thesis described the constitution and working prin-ciple of the variable-frequency drive,give a control method of system and design the ladder diagram pro-gram, using MCGS configuration software to design the monitoring interface of system. The trial operation results show that the system has high reliability,good scalability and fast dynamic response.【期刊名称】《工业仪表与自动化装置》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】3页(P78-80)【关键词】PLC;变频调速系统;变频器【作者】张芬【作者单位】西安航空职业技术学院自动化工程学院，西安710089【正文语种】中文【中图分类】TP2770 引言变频器是在保证电机原有性能的情况下，通过改变电机的供电频率和电压的方式，实现电机转速调节的现代电力电子设备。
基于PLC的变频器电机调速的方法探究
基于PLC的变频器电机调速的方法探究基于PLC的变频器电机调速的方法探究王玉娟摘要：在我国经济飞速发展的大背景下，国内变频器的应用也随之逐渐扩大规模。
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将电压和频率固定不变的工频交流电源变化成电压和频率可变的交流电源，供给交流电动机实现软起动、变频调速等功能的电能变换控制装置。
我们将设计探究基于PLC的变频器多段速控制，通过总体方案设计来确定系统的功能要求，选择软硬件，制定工作方案;然后进行硬件设计，完成输入输出分配以及接线端子的连接;最后通过变频器的参数设定和PLC的程序设计来完成此次多段速控制系统的操作。
关键词：PLC;变频器;电机调速;方法引言计算机技术的发展使得自动化这一概念越来越多应用于工业生产中，也使得很多复杂且对精确性较高的工作由原有的人工操作转变为自动化系统操作，这不仅给有关人员减轻了工作负担，也使得这些工作完成的效率与可靠性均得到了保障。
在这些实现自动化功能的元件中，可编程类控制元件占据重要地位，利用程序完成对系统的控制也逐渐在很多工业领域得以应用，这其中最为常见的可编程类控制元件就是PLC。
1 PLC系统的特点1.1体积小、节约能耗、安装简单方便在单个的小型PLC中，具有大量的编程元件，这些分布的原件都可以被用户加以利用，每个元件的的控制功能也不尽相同，所以在用户使用的时候可以根据自己的需要进行安装，用起来节能效果也十分满意，同时它也能够适应高速的生产速度，定位精度高，操作的误差也小，质量可以得到保证。
1.2程序编制相对简单PLC系统的编程是采用接线的形式来实现的，而且由于PLC系统会编辑相对应的梯形图程序，因此PLC系统一般会采用提醒语言的来做到相互对应。
除此之外，为了方便管理，PLC会采用顺序控制法来进行设计，这种设计方式规律极为明显，可以被容易地掌握。
1.3操作靈活方便PLC系统具有自动以及手动模式，满足不同情况下的需要，同时在操作的时候还可以下达启动和暂停的命令，方便应对突发状况。
用PLC控制变频器调速的实例（图与程序）
用PLC控制变频器调速的实例（图与程序）《PLC控制变频器调速》实例的要求用PLC控制变频器，通过光电编码器反馈速度信号达到电动机调速的精确控制。
《PLC控制变频器调速》实例的目的1. 通过电动机变频调速控制系统实验，进一步了解可编程控制器在电动机变频调速控制中的应用。
2. 通过系统设计，进一步了解PLC、变频器及编码器之间的配合关系。
3. 通过实验线路的设计，实际操作，使理论与实际相结合，增加感性认识，使理论知识更加巩固。
4. 培养动手能力，增强对可编程控制器运用的能力。
5. 培养分析，查找故障的能力。
6. 增加对可编程控制器外围电路的认识。
《PLC控制变频器调速》实例的器件欧姆龙CPM2AH-40CDR可编程控制器（PLC），欧瑞F1000-G 系列变频器，三相异步电机。
本次实例由3部分组成第一部分采样：转速的采样采用的是欧姆龙的光电编码器，结合PLC的高速计数器端子，实现高精度的采样。
编码器是将信号（如比特流）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。
编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者成为码盘，后者称码尺．按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种．欧姆龙（OMRON）编码器是用来测量转速的装置，光电式旋转编码器通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出（REP）。
它分为单路输出和双路输出两种。
第二部分控制部分：变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。
第三部分软件:：控制的基本思路是讲采样的结果作为反馈量，输入到PLC中与所想要的频率对应值比较，然后再由PLC做出相应的控制。
实例中的电路图与梯形图一、光电编码器二、变频器三、实例总结四、梯形图。
(完整版)基于PLC控制的变频器调速系统
目录目录 (1)第一章系统的功能设计分析和总体思路 (2)1.1 概述 (2)1.2 系统功能设计分析 (3)1.3 系统设计的总体思路 (3)第二章PLC和变频器的型号选择 (4)2.1 PLC的型号选择 (4)2.2 变频器的选择和参数设置 (6)2.2.1 变频器的选择 (6)2.2.2 变频调速原理 (7)2.2.3 变频器的工作原理 (7)2.2.4 变频器的快速设置 (8)第三章硬件设计以及PLC编程 (11)3.1 开环控制设计及PLC编程 (11)3.1.1 硬件设计 (11)3.1.2 PLC软件编程 (12)3.2 闭环控制设计 (17)3.2.1 硬件和速度反馈设计 (17)3.2.3 闭环的程序设计以及源程序 (19)第四章实验调试和数据分析 (23)4.1 PID 参数整定 (23)4.2 运行结果 (24)第五章总结和体会 (25)第六章附录 (26)6.1 变频器内部原理框图 (26)第七章参考文献 (27)第一章系统的功能设计分析和总体思路1.1 概述调速系统快速性、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已在工业控制的各个领域中被广泛地使用。
目前在控制领域中，虽然逐步采用了电子计算机这个先进技术工具，特别是石油化工企业普遍采用了分散控制系统（DCS）。
但就其控制策略而言，占统治地位的仍旧是常规的PID控制。
PID结构简朴、稳定性好、工作可靠、使用中不必弄清系统的数学模型。
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基于PLC模拟量方式的变频器闭环调速
在MF51变频器实验挂箱中完成此实验
一、实验目的
1.利用可编程控制器及其模拟量模块，通过对变频器的控制，实现电机的闭环调速。
2.了解可编程控制器在实际工业生产中的应用及可编程控制器的编程方法。
二、实验要求
变频器控制电机，电机上同轴连旋转编码器。
编码器根据电机的转速变化而输出电压信号Vi1反馈到PLC模拟量模块（FX2N-4AD）的电压输入端，在PLC内部与给定量经过运算处理后，通过PLC模拟量模块（FX2N-2DA）的电压输出端输出一路DC0～+10V电压信号Vout来控制变频器的输出，达到闭环控制的目的。
三、实验原理图
四、实验步骤
1
n10
Pr.30 Pr.73 Pr.7
9
1 1 4 0
2．输入输出接线
3．按接线列表正确将导线连接完毕后，将程序下载至PLC主机，将“RUN/STOP”开关拨到“RUN”。
4．先设定给定值。
点击标准工具条上的“软元件测试”快捷项(或选择“在线”菜单下“调试”项中的“软元件测试”项)，进入软元件测试对话框。
在“字软元件/缓冲存储区”栏中的“软元件”项中键入D0，设置D0的值，确定电机的转速。
输入设定值N,N为十进制数，如：N=1000，则电机的转速目标值就为1000转/min。
5．按变频器面板上的“RUN”，启动电机转动。
电机转动平稳后，记录给定目标转速、电机实际转速、和他们之间的偏差，再改变给定值，观察电机转速的变化并记录数据。
（注意：由于闭环调节本身的特性，所以电机要过一段时间才能达到目标值）
给定目标转速（r/min）电机实际转速
（r/min）
变频器输出频率
（Hz）
最大震荡偏差
6．按变频器面板上的“STOP/RESET”，使电机停止转动。
五、梯形图参考程序。