基于PLC及变频器控制系统的工业分体式电气控制系统设计

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基于plc与变频器水塔水位控制系统推荐度：
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电气自动化毕业论文——————基于PLC捏合机

基于PLC及变频器控制系统的工业分体

式电气控制实训装置

学生姓名：指导老师专业：院（系）：

2012年 04 月 21 日

电气自动化毕业论文——————基于PLC捏合机

基于PLC及变频器控制系统的工业分体

式电气控制实训装置

摘要

本文主要介绍捏合机的工作原理及应用，通过对捏合机电气控制系统的操作介绍，给出了PLC可编程控制技术、变频器及TD400C的使用方法。主要涉及捏合机的电工电气控制技术、可编程控制器控制技术、变频调速技术、搅拌机自动启动、定位开盖实验以及文本显示屏实验。

通过编程软件设计了一个用于在军事工业中，固体混合设备在制造炸药和火箭燃料事业的捏合机混合系统，该系统集成自动控制技术、传感器技术、现场总线技术、变频器技术、计算机管理技术于一体，充分利用PLC可编程控制技术对生产过程进行集中上位监控、控制管理和分散控制。充分吸收了分体式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，还适用于其他加工生产线，具备较强的安全性、通用性、工程性、灵活性，有着广泛的应用前景。

关键词 PLC 控制变频调速 TD400C 捏合机程序设计

Abstract

This paper mainly introduces the working principle of the kneading machine and application, through an air of mechanical and electronic control system introduced operation, and gives the PLC programmable control technology, frequency converter and TD400C use method. Mainly involves kneading machine electrician electrical control technology, PLC control technology, the technology of frequency conversion, mixer, the cover automatically start positioning experiments and a text display experiment.

Through the programming software design a used in military industry, solid mixing equipment in manufacturing explosives and rocket fuel business kneading machine hybrid system, this system integration automatic control technology, the sensor technology, fieldbus technology, inverter technology, computer management technology in an organic whole, make full use of PLC programmable control technology for production process for focus on upper monitor and control the management and distributed control. Fully absorbed fission control system and the advantages of centralized control system, the use of standardized, systematic, modular design, but also apply to other processing lines, has strong safety, generality, GongChengXing, flexibility, has a broad prospect of application.

Key word: PLC control, frequency conversion velocity modulation, DT400C，

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KNEADER，Program design

摘要 ..................................................................................................................................................... II Abstract ............................................................................................................................................... II 引言 ...................................................................................................................................................... 1 1绪论 ................................................................................................................................................... 1

1.1项目的意义及应用背景 ........................ 1 1.2课题的方案设计 .............................. 2 1.3本文研究的内容 .............................. 2

2系统相关部件的介绍及应用 ........................................................................................................... 3

2．1文本显示器（人机界面） ..................... 3 2．2操作屏 ..................................... 3 2.3控制柜 ...................................... 3 2.4主电气柜 .................................... 3 2.5控制对象 .................................... 3

3电工电气控制模式（手动模式） ................................................................................................... 6

3.1三相异步电动机正反转控制 .................... 6 3.2三相异步电动机开关盖保护控制 ................ 7

4可编程控制器控制模式（自动操作） ........................................................................................... 8

4.1三相异步电机正反转控制 ...................... 8 4.2三相异步电机开关盖 .......................... 9 4.3加料加热检测 ............................... 10

5变频调速技术 ................................................................................................................................. 13

5.1基本操作板（BOP）调试变频器 ................ 13 5.2PLC控制变频器启动、停止功能 ................ 17 5.3PLC控制变频器实现多段速功能 ................ 19 5.4搅拌器自动启动、定位开盖功能 ............... 23

6 文本显示屏功能 ............................................................................................................................ 26

6.1单屏文本显示实验 ........................... 26 6.2显示屏控制搅拌电机启/停实验 ................ 32 6.3显示屏进行转速调节实验 ..................... 34 6.4 F1实现整个系统的完全自动功能 .............. 36

结论 ............................................................................................................................................ 45 致谢 ............................................................................................................................................ 46 参考文献 ............................................................................................................................................ 47

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引言

随着科学技术的不断发展，人类对自动化程度要求越来越高，传统的机械混合加工远远不能满足当今高度自动化的需要。减轻劳动强度，保障生产的可靠性、安全性，降低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益等是所有制造型企业所必须面临的重大问题。因此采用自动化生产线技术实现物料自动搅拌、混合、加热对改善生产效果、提高生产效率有重大意义。捏合机是物料混合生产的主要设备之一，也是安全生产的关键，不论是二十世纪六十年代世界各国普遍采用的“S”形桨叶卧式胶化机，还是目前采用的双桨叶、双行星运动的立式捏合机，由于自动化程度低，缺乏状态检测手段等原因，都极易发生技术安全事故。说到底，捏合机是属于混合设备的一种。混合设备在化工，冶金，医药，造纸，化妆品，涂饰材料，食品，饲料和废水处理等行业中都得到非常广泛的应用，在化学工业中使用最多。混和设备在很多场合是作为反应器来应用的。在军事工业中，固体混合设备在制造炸药和火箭燃料事业得到很广泛的应用。混合过程是一个使体系内物料的不均匀程度不断降低的过程，通过搅拌可以使两种或多种不同的物质在彼此之中互相分散，从而达到均匀混合；也可以加速传热和传质过程。原料的混合操作在很多化工工业中是必要的操作工程，这操作一般有混合、捏合、搅拌和加热等程序。

1绪论

1.1项目的意义及应用背景

可编程控制器简称PC（英文全称：Programmable Controller），它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：Programmable Logic Controller）和可编程序控制器PC几个不同时期。但由于PC容易和个人计算机PC（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的

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发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。

人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。

PLC的通信联网：

依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出“网络就是控制器”的观点说法。

PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。例如西门子PLC的通信现在主要采用PPI、MPI、PROFIBUS、ETHERNET四种方式进行联网。

捏合机基于可编程控制器（PLC）对物料混合、加热的捏合机进行设计。集成自动控制技术、传感器技术、现场总线技术、变频器技术、计算机管理技术于一体，充分利用PLC可编程控制技术对生产过程进行集中上位监控、控制管理和分散控制。充分吸收了分体式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，还适用于其他加工生产线，具备较强的安全性、通用性、工程性、灵活性，有着广泛的应用前景。

1.2课题的方案设计

根据该题目的要求：有两台电机构成基于PLC的电机正反转控制系统，实现两种工作模式，即电工电气控制模式（手动模式）和可编程控制器控制模式（自动模式）。

①电工电气控制模式：自由操作，可以只启动捏合机系统的任何一步操作； ②可编程控制器控制模式： 1）自动开关盖 2）自动搅拌物料 3）自动加热物料 4）整个系统完全自动

1.3本文研究的内容

本文介绍可编程控制器(PLC)为控制核心，西门子公司MM420变频调速技术和TD400C为执行元件，采用PLC控制电机正反转及转速，即可实现物料的混合加热搅拌的功能。其中主要内容包括电机正反转原理，PLC原理，变频调速原理，通过设置几个主要器件I/O参数，实现PLC，变频器，TD400C之间的通讯、控制功能。

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2系统相关部件的介绍及应用

2．1文本显示器（人机界面）

人机界面是在操作人员和机器设备之间做双向沟通的桥梁，用户可以自由的组合文字、按钮、图形、数字等处理或监控管理及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕。随着机械设备的飞速发展，以往的操作界面需由熟练的操作员才能操作，而且操作困难，无法提高工作效率。但是使用人机界面能够明确指示并告知操作员设备目前的状况，使操作变的简单生动，并且可以减少操作上的失误，即使是新手也可以轻松的操作整个机器设备。使用人机界面还可以使机器的配线标准化、简单化，同时也能减少PLC控制器所需的I/O点数，降低生产的成本。同时由于面板控制的小型化及高性能，相对的提高了整套设备的附加价值。

触摸屏作为一种新型的人机界面，从一出现就受到关注，它的简单易用，强大的功能及优异的稳定性使它非常适合用于工业环境，甚至可以用于日常生活之中，应用非常广泛，比如：自动化停车设备、自动洗车机、天车升降控制、生产线监控等，甚至可用于智能大厦管理、会议室声光控制、温度调整。

2．2操作屏

由转换开关、按钮、电位器、指示灯组成，其作用是作为人机界面的辅助设备，多用于手动控制。

2.3控制柜

由PLC、信号隔离器等中央控制系统组成，做为人机界面和主电气柜的中间环节，是整个系统的核心。

2.4主电气柜

由断路器、接触器、热继电器、中间继电器、变频器、开关电源、UPS等设备组成，主要用于给系统提供各种电源。

2.5控制对象

由搅拌电机、三相异步电机、各种传感器组成，作为工艺生产单元，由主电气柜根据控制要求提供动力电源进行各种工艺生产。

操作屏

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控制柜

主电气柜

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控制对象

捏合机整体图片

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3电工电气控制模式（手动模式）

3.1三相异步电动机正反转控制

原理说明：在实际生产中，我们经常会遇到要求同一个电机进行正反两种操作，其工作原理就是通过两个接触器分别给电机两种不同相序的三相电来实现电机的正反转。这就要求两个接触器不能同时得电吸合，否则，会造成线路跳闸。

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3.2

LC1D09BDC

3.4

3.1

3.5

LRD04CFR31

3.6

3.3

(5-13)(6-4)

在本系统中，为了避免正转接触器KM31-1、反转接触器KM31-2同时得电吸合造成三相电源短路，在KM31-1控制回路里串接有KM31-2的常闭触点，在KM31-2控制回路里串接有KM31-1的常闭触点，通过这种方式保证了电机工作时KM31-1 和KM31-2不会同时得电，达到电气互锁目的。

实验准备：按标号插上航空插头，将系统各部分连接；插上外部进线插头，给系统供电；将选择开关SA52和SA53打到ON位置；正反转控制

1．接通主电源：按顺序闭合QF01，QF02，QF03，QF04，QF05，QM31。

2．接通后中间继电器KA51上电，其常开接点KA51闭合，QM31闭合，中间继电器KA92未上电，其常闭接点KA92闭合。若搅拌刀片在定轴位置，则中间继电器KA136上电，其常开接点KA136闭合，否则无法启动。

3．将转换开关SA61拧向AUTO，则接通左方6.4与6.8线路。

4．按下开盖按钮SB121，此时正转接触器KM31-1吸合，反转接触器KM31-2断开，三相异步电机慢慢抬起。

5．按下关盖按钮SB122，此时反转接触器KM31-2吸合，正转接触器KM31-1断开，三相异步电机慢慢降下。

3.2三相异步电动机开关盖保护控制

原理说明：在控制回路里，经常采用各种各样的保护，保护措施既有保护人身安全的，也有保护设备安全的。下面以限位开关为例说明如何实现保护设备安全的。当三相异步电机进行打开操作时，开到一定位置如果继续进行开盖操作，会将控制对象掀翻；当三相异步电机进行关闭操作时，关到一定位置如果继续进行关盖操作，会损坏控制对象。这时，就需要在三相异步电机打开到一定位置时，强制电机不能继续进行打开动作；在三相异步电机关闭到一定位置时，强制电机不能继续进行关闭动作；这就是限位开关SL71和SL72的作用。

实验准备：按标号插上航空插头，将系统各部分连接；插上外部进线插头，给系统供电；将选择开关SA52和SA53打到ON位置；开关盖保护控制

1．接通主电源：按顺序闭合QF01，QF02，QF03，QF04，QF05，QM31。

U3.1

V3.1

W3.1

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3．将转换开关SA61拧向MAN，则接通左方6.4与6.5线路。

4．手动转动转换开关SA62到开盖位置，三相异步电机慢慢抬起，当电机抬升到顶端，并且限位开关SL71动作时,中间继电器KA71失电，接触器KM31-1的控制回路被断开。此时如果继续进行开盖操作，三相异步电机没有任何动作，进行关盖操作时，三相异步电机仍能进行关盖动作。

5．手动转动转换开关SA62到关盖位置，三相异步电机慢慢降下，当电机下降到底端，并且限位开关SL72动作时,中间继电器KA72失电，接触器KM31-2的控制回路被断开。此时三相异步电机没有任何动作，进行开盖操作时，三相异步电机仍能进行开盖动作。

4可编程控制器控制模式（自动操作）

4.1三相异步电机正反转控制

实验准备：按标号插上航空插头，将系统各部分连接；插上外部进线插头，给系统供电；将选择开关SA52和SA53打到ON位置；

1．接通主电源：按顺序闭合QF01，QF02，QF03，QF04，QF05，QM31。

3．将转换开关SA61拧向MAN，接通左方6.4与6.5线路。

编写程序：在这个实验中，我们利用开盖按钮SB121和关盖按钮SB122通过PLC输出点Q0.0和Q0.1控制中间继电器KA131和KA132的吸合，进而控制电机的开关盖动作，同时开关盖的动作受限位开关SL71和SL72控制，为了避免三相电源短路，我们在程序里增加线圈的互锁环节。

为0）后，Q0.0始终为1。此时按下按钮SB122（I0.5为1），Q0.1始终为0，直到用手触发SL71动作，Q0.0为0（KA131断开）后，这时按下按钮SB122（I0.5为1），Q0.1才为1。

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网络2：按下按钮SB122后（I0.5为1），Q0.1为1（KA132吸合），松开按钮SB122（I0.5为0）后，Q0.1始终为1，此时按下按钮SB121（I0.4为1），Q0.0始终为0，直到用手触发SL72动作，Q0.1为0（KA132断开）后，这时按下按钮SB121（I0.4为1），Q0.0才为1。

4.2三相异步电机开关盖

实验准备：按标号插上航空插头，将系统各部分连接；插上外部进线插头，给系统供电；将选择开关SA52和SA53打到ON位置；

1．接通主电源：按顺序闭合QF01，QF02，QF03，QF04，QF05，QM31。

3．将转换开关SA61拧向MAN，接通左方6.4与6.5线路。

编写程序：在这个实验中，我们利用开盖按钮SB121和关盖按钮SB122通过PLC输出点Q0.0和Q0.1控制中间继电器KA131和KA132的吸合，进而控制电机的开关盖动作，同时开关盖的动作受限位开关SL71和SL72控制。

符号表

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后，Q0.0为0（KA131断开）。

网络2：按住按钮SB122后（I0.5为1），Q0.1为1（KA132吸合），用手触发SL72动作后，Q0.1为0（KA132断开）。

4.3加料加热检测

原理说明：如果料筒内有物料时，我们需要自动启动加热器，并且要求启动30秒停止30秒，当温度达到40℃时，自动停止加热器。通过这种方式来实现一个小型自动化过程。实验准备：按标号插上航空插头，将系统各部分连接；插上外部进线插头，给系统供电；将选择开关SA52和SA53打到ON位置；

1．接通主电源：按顺序闭合QF01，QF02，QF03，QF04，QF05，QM31。