苏州市职业大学

苏 州 市 职 业 大 学

课程设计任务书

课程名称：起讫时间： 2011年6月20日至24日

院 系： 电子信息工程系

班 级： 09电气(4)

姓 名： 王 田 兵

指导教师： 系 主 任：

目录

第一章 绪论......................................................... 4

1.1 PLC的发展与应用............................................. 4

1.2 PLC的特点................................................... 4

第二章 总体设计方案................................................. 6

2.1设计任务和目的............................................... 6

2.2课程设计要求................................................. 6

2.3 选择机型 ................................................... 6

2.4 系统控制结构 ................................................ 6

第三章 主要器件介绍................................................. 7

3.1 欧姆龙CP1H的特点及功能简介 ................................. 7

3.1.1 欧姆龙CP1H的特点...................................... 7

3.1.2 欧姆龙CP1H的功能...................................... 7

3.2 VFO变频器介绍............................................... 8

3.2.1 松下变频器VF0的特点................................... 8

3.2.2 变频器模式设定........................................ 8

3.3 电机介绍 .................................................... 9

3.3.1 电机的参数指标......................................... 9

3.3.2 电机的工作原理......................................... 9

3.3.3电机的接线 ............................................ 10

第四章 硬件设计.................................................... 11

4.1 变频器的接线 ............................................... 11

4.2 变频器的参数设置 ........................................... 12

4.3 PLC的接线.................................................. 12

第五章 软件设计.................................................... 13

5.1 I/O地址分配................................................ 13

5.3 程序的调试 ................................................. 13

第六章 心得体会.................................................... 14

参考文献........................................................... 15

附录:.............................................................. 16

第一章 绪论

1.1 PLC的发展与应用

可编程控制器（PLC）是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发出来的，现已广泛应用于工业控制的各个领域。它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。

如今，PLC在我国各个工业领域中的应用越来越广泛。在就业竞争日益激烈的今天，掌握PLC设计和应用是从事工业控制研发技术人员必须掌握的一门专业技术。

任何生产机械电气控制系统的设计，都包括两个基本方面：一个是满足生产机械和工艺的各种控制要求，另一个是满足电气控制系统本身的制造、使用以及维修的需要。因此，电气控制系统设计包括原理设计和工艺设计两个方面。前者决定一台设备使用效能和自动化程度，即决定着生产机械设备的先进性、合理性，而后者决定着电气控制设备生产可行性、经济性、外观和维修等方面的性能。 在现代控制设备中，机-电、液-电、气-电配合得越来越密切，虽然生产机械的种类繁多，其电气控制设备也各不相同，但电气控制系统的设计原则和设计方法基本相同。

在最大限度满足生产设备和生产工艺对电气控制系统要求的前提下，力求运行安全、可靠，动作准确，结果简单、经济，电动机及电气元件选用合理，操作、安装、调试和维修方便。

要完成好电气控制系统的设计系统，除要求我们掌握必要的电气设计基础知识外，还要求我们必须经过反复实践，深入生产现场，将我们所学的理论知识和积累的经验技术应用到设计中来。本次课程设计正是本着这一目的而着手实施的实践性环节，它是一项初步的模拟工程训练。通过这次课程设计，我感到更深地了解一般电气控制系统的设计要求、设计内容和设计方法。

1.2 PLC的特点

PLC是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。

1. 可靠性高，抗干扰能力强

为了限制故障的发生或者在发生故障时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，采取了多种措施，使PC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PC具有了很强的抗干扰能力。

2. 通用性强，控制程序可变，使用方便

PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。

3. 功能强，适应面广

现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。

4. 编程简单，容易掌握

目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。

5. 减少了控制系统的设计及施工的工作量

由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。

6. 体积小、重量轻、功耗低、维护方便

PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

第二章 总体设计方案

2.1设计任务和目的

本次设计是实现控制变频调速系统，选用PLC和变频器的组合可完成数字量的输入，实现模拟量和数字量的输出控制。可以通过对频率的调节来实现对速度的控制，使得速度变化更加平滑和实现精确调速。

2.2课程设计要求

1.了解变频调速原理；

2.理解松下VF0变频器的工作模式及控制方式；

3.设计该调速系统实现框图；

4.合理选择PLC，并设计相应控制方案；

5.通过PLC控制（可组成网络）电动机先加速运行，然后能自由在8个频率段进行切换；

2.3 选择机型

本次设计采用欧姆龙CP1H系列PLC进行控制，从以上分析可以知道，该系统只需开关量输入点2个。本设计中的变频器采用松下VF0变频器。电动机采用一般的三相异步电动机即可。

2.4 系统控制结构

由PLC和变频器组成的控制系统，开关量输入端由两输入，开始与停止按钮；PLC输出端作为变频器的输入。实现如下控制：

按下启动输出频率为手动控制; 延时时间到时自动跳转到下一输出频率为15HZ的状态; 延时时间到时自动跳转到下一输出频率为20HZ的状态等一直自动跳转8个频率段至45HZ的状态，然后循环，直到按下停止按钮。

PLC控制电动机在8个频率段进行时，电动机的转速变化曲线如图2-1所示

图2-1电机在8个频率段时的转速变化

第三章 主要器件介绍

3.1 欧姆龙CP1H的特点及功能简介

3.1.1 欧姆龙CP1H的特点

欧姆龙 CP1H小型高功能PLC ，有如下特点：

1.基本性能

处理速度：基本指令0.1μs；特殊指令0.3μs；

I/O容量： 最多7个扩展单元，开关量最大320点，模拟量最大37路 程序容量：20K步；

数据容量：32K字 ；

机型类别：本体40点，24点输入，16点输出，继电器输出或晶体管输出可选；

2.特殊功能

4轴脉冲输出：100kHz×2和30 kHz×2（X型和XA型），最大1MHz（Y型）； 4轴高速计数：单向100kHz或相位差50 kHz×4（X型和XA型），最大1MHz（Y型）；

内置模拟量： 4输入，2输出（XA型）；

3.通信功能

通信接口：最大2个串行通信口（RS-232A或RS-422/485任选）；本体附带一个USB编程端口；

通信功能：上位链接、无协议通信、NT链接（1:N）、串行网关功能、串行PLC链接功能、 Modbus-RTU简易主站；

4.其他功能 4-1模拟量输入手动设定；

2位7段码发光二极管显示故障信息；

支持欧姆龙中型机CJ1系列高功能模块（最大2块）；

支持FB/ST编程，可以利用欧姆龙的Smart FB库，与CJ1/CS1系列程序统一，可以互换。

3.1.2 欧姆龙CP1H的功能

1.中断功能

CP1H的CPU单元，通常周期性重复（公共处理→运算处理→扫描处理→I/O

刷新→外设端口服务）的处理，运算处理中执行周期执行任务。与此不同，根据特定要求的发生，可以在该周期的中途中断，使其执行特定的程序。中断功能种类如下：（1）输入中断（直接模式）（2）输入中断（计时器模式）（3）定时中（4）高速计数器中断（5）外部中断

2.模拟输入/输出功能

XA型的CP1HCPU单元内置模拟输入4点及模拟输出2点。分辨率分为1/6000或1/12000两种。输入／输出分别刻选择：0～5V、1～5V、0～10V、－10V～10V、0～20ｍA、4～20ｍA等5种方式。

3.串行通信功能

CP1H CPU单元支持串行通信功能有串行网关、串行PLC链接、NT链接1：N、上位链接、工具总线等。

3.2 VFO变频器介绍

3.2.1 松下变频器VF0的特点

小巧，操作简单，可由PLC直接调节频率

松下变频器VFO系列特点：

1.小巧：为了满足各类机器小型化的需要，实现了同类产品中最小型化；

2.操作简单：采用了新设计的调频电位器，使调频操作简单轻松；而且用操作盘就可容易地操作正转/反转；

3.可由PLC直接调节频率：可直接接收PLC的PWM信号并可控制电动机频率；同时可与PLC(FP0等)配套使用，无需模拟I/O单元；

4.功能齐全的小型产品：8段速控制制动功能；再试功能；根据外部SW调整频率增减和记忆功能；再生制动功能的充实；400V系列型:内置制动电路；200V系列型:内置0.4-1.5kW电阻；0.2kW电路没有制动电阻；0.4kW是外部设置的同包装电阻。

3.2.2 变频器模式设定

在模式设置中通过改变P08和P09改变控制方式为面板控制和面板外控。 当设置为面板控制设置fr控制其输出频率，设置dr控制其旋转方向。 当设置为面板外控时，输出频率和旋转方向有外界信号控制。在这次实验中将P08的值改为4，则端子5控制运行和停止，端子6控制旋转方向。将P09的

值改为3，端子2、3接受0~5v电压信号控制输出频率。

1.将P08的值改为4

把运行指令设为面板外控，操作板有复位功能。

2.将P09的值设为4

把频率设定信号改为外控，设定信号为0~5v电压信号，改变电压大小改变其输出频率大小。接线端子为NO.2、3（2：+，3：—）。

3.3 电机介绍

3.3.1 电机的参数指标

变频器在使用过程中带动的是电机，所以，变频器的选型可以从电机的角度来选择型号、规格。那首先，我们就必须先了解电机的各项规格指标参数。 每台电机都有它自己出厂的铭牌，从铭牌上，我们不难找到电机的各项参数。这些参数中，我们需要了解的主要参数有：电机的额定电压、额定电流、额定频率、额定转速等。

电机的额定电压：电机的额定电压一般有110V、220V、380V、690V、1140V、6kV等。

电机的额定电流：电机的额定电流根据电机的功率不同而不同。选择变频器时，变频器的额定电流应大于或等于电机的额定电流，特殊情况应将变频器功率档次放大一档。

电机的额定频率：普通电机的额定频率一般是50～60Hz，高速电机有1000～3000Hz等。CH_100系列可满足0～600Hz电机的需要，如需更高频率，请选用CH_150系列变频器。

电机的额定转速：电机有分为2极、4极、6极、8极等，极数越高，转速越低，同功率电流也越大。我们一般用的电机的额定转速是1500 rpm对应4极电机。变频器也是根据4极电机来设计的。2极对应3000 rpm、6极对应960 rpm、8极对应720 rpm左右。

3.3.2 电机的工作原理

当导体在磁场内切割磁力线时，在导体内产生感应电流，“感应电机”的名称由此而来。

感应电流和磁场的联合作用向电机转子施加驱动力。 三组绕组问彼此相差120度，每一组绕组都由三相交流电源中的一相供电。

电动机使用了电流的磁效应原理，发现这一原理的的是丹麦物理学家奥斯特。

3.3.3电机的接线

在接线完成后。通入电源，若发现未控制电机反转，而旋转方向反转，则断开电源可以通过任意对调电动机的两根相线来改变其旋转方向。

图2-1 电机旋转方向

第四章 硬件设计

4.1 变频器的接线

变频器主回路的接线如图4-1所示

图4-1 变频器电源接线

控制回路（变频器与PLC）的接线如图4-2所示

图4-2控制回路接线

PLC模拟量信号输出端（COM端）接入变频器3端子。控制其输出频率。 PLC输出地址100.00接端子5，对应的地址COM接端子3。控制其运行与停止。

PLC输出地址100.01、100.02、100.03 分别接变频器7、8、9端子。控制其在八个频率段运行。

4.2 变频器的参数设置

变频器的各参数设置见表4-1

表4-1 变频器的参数设置

4.3 PLC的接线

PLC与变频器的连接方式已在4.1中介绍过，本节主要介绍PLC与电源按钮之间的连接。如图4-3所示

图4-3 PLC的接线方式

1、将PLC与PC机之间用连接线连接，用于给PLC下载程序； 2、PLC的+接电源盒的+24V上并与开关盒的+24V相连； 3、PLC的COM端与电源盒的-端相连； 4、将相应的输入按钮与PLC对应的地址相连。

第五章 软件设计

5.1 I/O地址分配

在程序开始之前我们首先要对输入/输出的地址进行分配，本设计中用到两个输入和四个输出，见表5-1所示。

5.3 程序的调试

1.把程序编好了，在“PLC“选项里选择“传送”，然后在选择“到PLC”这个功能，其中“设置“中选择内建”AD/DA“如图5-1所示，范围选择0~5V。

图5-1 PLC的设定

2.按下变频器RUN变频器开始工作。

3.按下0.00，PLC程序开始工作 Q100.00得电，给变频器5端输入高电频，变频器给电机输入电源。同时电机正转，定时器工作。各个定时器所控制的中间继电器也相应工作，最后由8个中间继电器的常开触点控制100.01、100.02、100.03三个PLC的输出，这三个输出是变频器的SW1、SW2、SW3的输入从而通过改变三个输出线圈的输出方式改变频率从而改变电机的转速。

第六章 心得体会

通过本次课程设计，对欧姆龙CP1H系列PLC的特点有了更深的理解。利用了欧姆龙系列PLC的特点，对按钮、开关等输入/输出进行控制，实现了变频器在控制作用下的自动化。

在本次课程设计的实践环节中，我更深刻地理解和掌握了电器控制及可编程控制器(PLC)的理论知识和动手技能。参阅了大量的电器控制及可编程控制器(PLC)系统设计的书籍资料，查询了大量的图表、程序和数据，使得课程设计的方案和数据更为翔实和准确，力求科学严谨，使本次以变频器为主题的课程设计精益求精。

经历一周的方案设计、比较、论证、探讨等步骤，经过不懈的努力和反复的验证，积聚了同组同学的一致讨论并通过，再加上指导老师的细心点拨和教诲，终于成功地完成了本次课程设计。但是，由于学识浅薄和资历肤浅，对待解决问题还不成熟，望老师不吝纠正，深感谢意！

参考文献

1．李建兴主编．可编程序控制器及其应用．北京：机械工业出版社，1999 2. 邱公伟主编．可编程控制器网络通信及应用．北京：清华大学出版社，2000 3.邹益仁等编著．现场总线控制系统的设计和开发．北京：国防工业出版社，2003 4. 廖常初主编. 可编程序控制器的编程方法与工程应用，重庆：重庆大学出版社，2001

5. 陈在平等主编．可编程序控制器技术与应用系统设计．北京：机械工业出版社，2002

6. 宫淑贞等编著．可编程控制器原理及应用．北京：人民邮电出版社，2002 7. 方承远主编．电气控制原理与设计．北京：机械工业出版社，2000 8. 马小军主编．建筑电气控制技术.北京：机械工业出版社，2003

附录: 程序的语句表

' 启动 LD 0.00 OR W0.00 ANDNOT 0.01 OUT W0.00 ' 启动加速 LD W0.00 OUT 100.00

ANDNOT W0.01 TIM 0008 #30 LD T0008 OR W0.01 OUT W0.01 ' 过程 LD T0008 OR W200.00 OR T0007 ANDNOT 0.01 ANDNOT W200.01 OUT W200.00 TIM 0000 #30 LD T0000 OR W200.01 ANDNOT 0.01 ANDNOT W200.02 ANDNOT 200.00 OUT W200.01 TIM 0001 #30 LD T0001 OR W200.02 ANDNOT 0.01 ANDNOT W200.03 OUT W200.02 TIM 0002 #30 LD T0002 OR W200.03 ANDNOT 0.01 ANDNOT W200.04 OUT W200.03 TIM 0003 #30 LD T0003

OR W200.04 ANDNOT 0.01 ANDNOT W200.05 OUT W200.04 TIM 0004 #30 LD T0004 OR W200.05 ANDNOT 0.01 ANDNOT W200.06 OUT W200.05 TIM 0005 #30 LD T0005 OR W200.06 ANDNOT 0.01 ANDNOT W200.07 OUT W200.06 TIM 0006 #30 '

LD T0006 OR W200.07 ANDNOT 0.01 ANDNOT W200.00 OUT W200.07 TIM 0007 #30 ' 输出 LD W200.01 OR W200.03 OR W200.05 OR W200.07 OUT 100.01 LD W200.02 OR W200.03 OR W200.06 OR W200.07 OUT 100.02 LD W200.04 OR W200.05 OR W200.06 OR W200.07 OUT 100.03