1 选题意义
1.1课题的研究背景及意义
随着电力电子技术和自动控制技术的日益发展，电动机的调速已经从继电器控制时代发展到今天的由变频器控制调速。且在工业各个领域中得到了极为广泛的应用。在现在的在工业自动化控制系统中，最为常见的是由PLC控制变频器实现电动机的调速控制。该方法主要通过程序来控制了电动机的变频调速，从而实现了自动控制。目前，本校已经引进了几十套PLC，变频器，触摸屏设备，并且开设了PLC，电动机调速等相关课程。PLC采用怎样的控制方式来实现电动机的变频调速？是不是PLC控制的电动机变频调速方法只有一种？是不是一台PLC只能实现单台电动机的变频调速？在程序上又是如何实现电动机的调速控制？在学习这些课程的时候很多同学难免会存在很多疑问。本文就来诠释上述问题。通过常用的PLC在变频调速中的三种方法进行详尽阐述，希望对学生在变频调速的学习方面能有一定的帮助。为他们在将来的更进一步深入学习该领域的更深层的内容打下基础
在日常生活中和在工业里我们随处可以看到需要调速的地方，比如生活中我们看到的电梯，在过去电梯不能随需要自动加速或减速，人坐在电梯有很强烈 的震动感，这样人在电梯里既不舒服又不安全。而本设计采用的PLC与变频器控制电动机调速，如果用在电梯里，就能自动调速，使电梯平稳的启动、加速、停止。这样人在电梯里又感觉舒服又安全。同时在工业里过去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，要是用本设计的PLC与变频器控制电动机调速，就能安全准确的控制大功率电动机调速。
通过设计能使我们掌握PLC的工程设计方法，同时又能深入了解PLC与变频器控制电动机控制系统的够成和在工业生活中的用处，为我的将来的工作学习打下良好的基础。
1.2 PLC 与MM440变频器控制电动机的发展前景
如今，PLC已是工业自动化应用技术的三大支柱之一，自从它诞生以来得到了广泛的使用。在工业自动化应用技术领域，速度调节和控制是经常用到的环节。而变频器具有高效的驱动性能和良好的控制特性，在提高控制质量、减少维护费用和节能等方面都取得了明显的经济效益。在这些场合，变频器所发挥的作用是其他任何控制设备和装置都不能取代的。
虽然变频器可以单独使用，但大多数情况还是作为一个组成部分在工业自动化控制系统中使用。所以，作为主控制器的PLC和作为执行及检测器件（设备和装置）的变频器之间就必须相互配合，共同完成控制任务。 PLC可以控制变频器的频率给定信号，以使变频器输出相应的速度控制曲线，控制工艺指标：变频器上的检测信号和其他智能信号也可以接入PLC，完成系统的报警和速度控
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制，比如通过变频器控制电机的启动，停止及正、反转，也可以使用一个变频器去控制若干台电动机的运行。
现在的PLC控制电动机已经离不开变频器了，工业生产 ，科研， 石油开采，几乎所有的现代化都需要变频调速机的工作 因此 其意义是深远的。
2设计任务
2.1 任务概要
在本设计中依据PLC与MM440变频器控制电动机实现15 速段运转控制系统的功能要求，主要完成如下设计：
（1）完成PLC与MM440变频器控制电动机实现15 速段运转控制系统功能框图设计。
（2） 完成PLC与MM440变频器控制电动机实现15 速段运转控制系统PLC的配置及I/O表设计。
（3）完成PLC与MM440变频器控制电动机实现15 速段运转控制系统的硬件设计。
（4）完成PLC与MM440变频器控制电动机实现15 速段运转控制系统的PLC软件程序设计。
2.2 电动机运转要求
按下电动机运行按钮，电动机启动运行在5Hz频率所对应的140 r/min的转速上：延时10s后，电动机升速运行在10Hz频率所对应的260 r/min的转速上，再延时10s后，电动机继续升速运行在20 Hz频率对应的560 r/min的转速上；以后每隔10s 依次变化 最后按下停止按钮，电动机停止运行。
3 工艺系统分析
PLC与MM440变频器控制电动机实现15 速段运转系统主要由PLC、 频器MM440机三个部分构成。如系统结构图3-1所示，
变
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PLC S7-200 MM440 3M
系统结构图
PLC与MM440变频器控制电动机实现15 速段运转系统在PLC的输入端设置一个启动按钮和一个停止按钮，然后通过PLC程序的变化输出去控制MM440的输入端，由变频器的状态去控制15段速电动机的转速。
图3-1
4系统控制功能及控制方案。
4．1 本设计采用启停按钮进行操作，采用PLC进行控制，系统控制结构图如图4-1所示：
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启/停按钮操作 PLC MM440 15段速电动机
图4-1
4.2 PLC控制装置功能介绍
4.2.1PLC的硬件组成
控制结构图
编程器上位计算机图形监控系统打印机EPROM写入器盒式磁带机条码判读机外部设备接口存储器系统程序用户程序数据I/O扩展接口I/O扩展单元限位开关手动开关编码器输入接口 处理单元 (CPU)输出接口电磁阀继电器指示灯蜂鸣器数字开关电源电源
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图4-2-1 PLC结构图
PLC的硬件主要由处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等几部分组成。如图4-2-1所示
4.2.2 PLC的工作原理
可编程控制器是一种工业控制计算机，它的工作原理建立在计算机工作原理之上，即通过执行反映控制要求的用户程序来完成。
当PLC运行时，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作，但CPU不可能同时去执行多个操作，它只能按分时操作（串行工作）方式，每一次执行一个操作，按顺序逐个执行。由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时（并行）完成的。这种串行工作过程称为PLC的扫描工作方式。
4.2.3 PLC的工作过程
PLC在每次扫描工作过程中除了执行用户程序外，还要完成内部处理、通信 服务等工作。整个扫描工作过程包括内部处理、通信服务、输入采样、程序执行、输出刷新五个阶段。整个过程扫描执行一遍所需的时间称为扫描周期。
（1） 集中采样
PLC在一个扫描周期内，对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。当PLC进入程序执行阶段后输入端将，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行重新采样。这种方式称为集中采样。 （2）集中输出
在一个扫描周期内，只在输出刷新阶段才将输出状态从输出映像寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映像寄存器中。这种方式称为集中输出。 （3） 响应滞后
当PLC的输入端输入信号发生变化到PLC输出端对该输入变化做出反应，需要一段时间，这种现象称为PLC输入/输出响应滞后。
4.3 变频器的功能结构
MM440的 主电路由电源端输入单相或三相恒压恒频的标准正弦交流电压,经整流电路将其转换成恒定的直流电压,供给逆变电路.在微控制器的控制下,逆变电路将恒定的直流电压逆变成电压和频率均可调节的三相交流电供给电动机负载.因为其直流环节是使用电容进行滤波的,所以MM440属于电压型的交一直一交变频器.
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图 4-3 变频器内部功能方框图
如图 4-3所示为MM440变频器的内部功能方框图.其控制电路贞CPU、模拟输入/输出、数字输入/输出、操作面板等部分组成。该变频器共有20个控制端子，分为4类：输入信号端子、频率模拟设定输入端子、监视信号输出端子和通信端子。
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五 硬件设计和软件设计
5.1 电动机的运转要求
按下电动机运行按钮，电动机 启动运行在5Hz频率所对应的140r/min的转速上；延时10秒后，电动机继续升速运行在10Hz频率所对应的 280r/min的转速上，再延时10秒后，电动机继续升速运行在20Hz频率所对应的560r/min的转速上；以后每隔10秒，则速度按表依次变化。最后按下停止按钮，电动机停止运行。
5.2 MM440变频器输入数字量的约定
MM440变频器数字输入“5”、“6”、“7”、“8”端口通过P0701、P0702P0703P0704参数设为15段固定频率控制端，每一频段的频率可分为P1001~P1015参数设置。变频器数字输入“16”端口，设为电动机运行、停止控制端，可由P0705。
5.3 PLC数字输入/输出变量约定 （1） 数字输入：
I0.0-----电动机运行，对应 电动机运行按钮SB1； I0.1-----电动机停止，对应电动机停止按钮SB2； （2） 数字输出：
Q0.0----固定频率设置，接MM440变频器数字输入接口“5”; Q0.1----固定频率设置，接MM440变频器数字输入接口“6”； Q0.2----固定频率设置，接MM440变频器数字输入接口“7”； Q0.3----固定频率设置，接MM440变频器数字输入接口“8”；
Q0.4----电动机运行/停止控制，接MM440变频器数字输入接口“16”； PLC与MM440联机实现15段固定频率控制电路硬接线图
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图5-3
控制电路接线图
5.4 PLC程序设计
按照电动机的控制要求及MM440变频器数字输入接口、PLC数字输入/输出接口所做的变量约定，PLC应实现下列控制：
5.4.1 输出状态
当按下正转启动按钮SB1时，PLC数字输出端Q0.4为逻辑“1”，MM440变频器“16”接口为“ON”，允许电动机运行。
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PLC输出接口状态、变频器输出频率、电动机转速变化如表所示。 设置15段固定频率控制状态表 表 5-4-1 Q0.4“16” Q0.3“8” Q0.2“7” Q0.1“6” Q0.0“5” 频率Hz 转速r/min 1 0 0 0 1 5 140 1 0 0 1 10 280 1 0 0 1 1 20 560 1 0 1 0 30 840 1 0 1 0 1 40 1120 1 0 1 1 50 1400 1 0 1 1 1 45 1200 1 1 0 0 35 980 1 1 0 0 1 25 700 1 1 0 1 0 -10 420 1 1 0 1 1 -10 -280 1 1 1 0 -20 -560 1 1 1 0 1 -30 -840 1 1 1 1 0 -40 -1120 1 1 1 1 1 -50 -1400 0 0 0 0 0 0 0 当按下停止按钮SB2时,PLC数字输出端 Q0.4为逻辑“0”，MM440变频器“16”接口为“OFF”。电动机停止运行。
5.4.2 I/0 表 序号 1 2 3 4 5 6 7 表 5-4-2
符号 SB1 SB2 5 6 7 8 16 I/O地址 I0.0 I0.1 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 名称 启动按钮 停止按钮 固定频率设置 固定频率设置 固定频率设置 固定频率设置 运行/停止控制 9
5.4.3 梯形图
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6 参考文献
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总结
随着暑假的到来，课程设计也接近了尾声。经过两周的奋战我的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这学期来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，
有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。在整个设计中我还懂得了一个道理：做什么事情，都要对认真，既然是该你做的事，肯定是你应该有这个能力，即使能力不够，也是应该借这个机会来培养。所以放心大胆地做，对自己有信心，就有动力。有人说，世上的事就怕认真二字。确实，做什么，只是认真地去做，踏踏实实，戒躁戒躁，静静地思考，慢慢地进步，真的是天下无难事。这就是我这次课程设计中得到的最大的体会，受益匪浅.
我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。
在此要感谢我们的李玉杰老师对我们悉心的指导，感谢老师给我们的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。
题目刚下来的时候，觉得题目太抽象了，我有些不知所措，这时老师给我们认真的讲解每个题目的核心本质问题，才时我豁然开朗，并且老师鼓励我们一定可以完成，这给了我非常大的鼓舞，坚定了我完成这次课程设计的信心。在设计修改过程中，我遇到许多在学习中不曾想到的问题和麻烦，是一次次以她渊博的学识、严谨求实的科学精神和一丝不苟的治学态度帮助我解决问题。不仅在我的原理图、接线图初稿设计时纠正了许多错误，还指导了我应该去查找哪些方面的资料去完善设计，弥补出现的设计漏洞。使我的设计有一个明确的主导思想，能够顺利而有条不紊地进行。更让我们感动的是她在非常时期还坚持每天为我们修改电路图，连吃午饭的时候也不休息，而且一改就是一天。谢谢你老师。
我要再次感谢我们的指导老师，谢谢您对我的帮助和支持，再次向您表示深深的谢意，并由衷的对您说一句：“老师，您辛苦了！”
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