plc對(duì)變頻器的modbus通訊控制畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　學(xué)院（系）： 電子與電氣工程院 </p><p>　　專 業(yè)： 自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué) 生： </p><p>　　指導(dǎo)教師 ： </p><p>　　完成日期

2、 2012 年 5 月</p><p>　　PLC對(duì)變頻器的Modbus通訊控制</p><p>　　Frequency converter with Modbus communication control</p><p>　　based on PLC </p><p>　　PLC對(duì)變頻器的Modbus通訊控制<

3、;/p><p><b>　　自動(dòng)化 </b></p><p>　　[摘 要]本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為設(shè)計(jì)和制作運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)。以伺服電機(jī)及配套的驅(qū)動(dòng)器、PLC和變頻器為核心設(shè)備，實(shí)現(xiàn)各種控制要求，方便以后學(xué)習(xí)伺服及相關(guān)傳動(dòng)知識(shí)。主要完成以DVP 系列PLC 作為主機(jī)，通過(guò)其自帶的RS485接口，使用MODBUS協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)嵌有RS485 接口的臺(tái)達(dá)VFD-M 變頻器進(jìn)行控制，

4、旋轉(zhuǎn)編碼器采集三相異步電機(jī)速度反饋給PLC等控制任務(wù)。</p><p>　　[關(guān)鍵字]PLC；變頻器；MODBUS；控制</p><p>　　Frequency converter with Modbus communication control based on PLC </p><p>　　Automatin Specialty YAO Yi-bin</

5、p><p>　　Abstract:The design is aimed to make designing servo experiments table.Based on the devices, the system regards the servo motor and matching drive.PLC.inverter as the core components and achieving many

6、kinds of control requirement, it helps to learn the knowledge of servo and transmission.Frequency converter with Modbus communication control based on DELTA DVP40EH PLC.Encoder feedback speed of three-phase asynchronous

7、motor to PLC.Comprehensive use the experiment equipment.</p><p>　　Key word:Programmable Logic Controller;converter;Modbus;control</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　

8、1引言1</b></p><p>　　1.1 課題研究的意義1</p><p>　　1.2 課題研究的目的1</p><p><b>　　2硬件介紹1</b></p><p>　　2.1VFD-M變頻器1</p><p>　　2.2Delta伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)2</

9、p><p><b>　　2.3人機(jī)界面3</b></p><p>　　3實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組建與各器件的連接4</p><p><b>　　3.1電源模塊4</b></p><p>　　3.2變頻器的安裝與設(shè)置5</p><p>　　3.2.1VFD-M變頻器的安裝5</p

10、><p>　　3.2.2VFD-M變頻器的配線5</p><p>　　3.2.3變頻器設(shè)置參數(shù)6</p><p>　　3.3伺服硬件的安裝6</p><p>　　3.3.1伺服驅(qū)動(dòng)器的安裝6</p><p>　　3.3.2伺服驅(qū)動(dòng)器的配線7</p><p>　　3.3.3伺服電機(jī)的安裝與接

11、線9</p><p>　　3.4 三相異步電動(dòng)機(jī)與編碼器連接10</p><p><b>　　4程序設(shè)計(jì)11</b></p><p>　　4.1 Mudbus通訊協(xié)議11</p><p>　　4.2WPLSoft軟件編程11</p><p>　　4.2.1實(shí)現(xiàn)Modbus通訊12<

12、;/p><p>　　4.2.3速度的采集15</p><p>　　4.3人機(jī)界面15</p><p>　　5實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析16</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p><b>　　致謝19</b></p><p><

13、b>　　附錄120</b></p><p><b>　　1引言</b></p><p>　　1.1 課題研究的意義</p><p>　　隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，在工業(yè)控制中，交流電機(jī)的拖動(dòng)越來(lái)越多地采用變頻器完成，而變頻器也不僅僅作為一個(gè)單獨(dú)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而是隨著其不斷的智能化，可以同主機(jī)之間通過(guò)一定的通信方式結(jié)合成一個(gè)

14、有機(jī)的整體。 采用RS485 通信接口對(duì)交流電機(jī)的拖動(dòng)進(jìn)行控制，這是一種低成本的聯(lián)接方案，可以極大地減少線路聯(lián)接的復(fù)雜性，避免現(xiàn)場(chǎng)可能的各種電磁干擾對(duì)控制設(shè)備的影響。本設(shè)計(jì)介紹以DVP 系列PLC 作為主機(jī)，通過(guò)其自帶的RS485接口，使用MODBUS協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)嵌有RS485 接口的臺(tái)達(dá)VFD-M 變頻器進(jìn)行控制，VFD-M變頻器控制異步電機(jī)運(yùn)行，用旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)試電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋給臺(tái)達(dá)PLC，臺(tái)達(dá)PLC控制ASDA-AB伺服電機(jī)跟

15、蹤異步電機(jī)的運(yùn)行，同時(shí)在試驗(yàn)臺(tái)上實(shí)現(xiàn)DOP-AE系列人機(jī)界面的監(jiān)控。</p><p>　　目前的變頻器調(diào)速已經(jīng)上升為以電氣調(diào)速傳動(dòng)為主流,變頻器調(diào)速已經(jīng)從最初的只能用于風(fēng)機(jī)、泵類的調(diào)速過(guò)渡到針對(duì)各類高精度、快響應(yīng)的高性能的調(diào)速控制。中小容量的變頻器采用了自關(guān)斷器件的全數(shù)字控制PWM,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了通用化,變頻器調(diào)速已經(jīng)優(yōu)于直流調(diào)速裝置。變頻器的迅速發(fā)展,使傳統(tǒng)電氣傳動(dòng)觀念得到了轉(zhuǎn)變。隨著智能化的發(fā)展和普及,使用PLC

16、與變頻器結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻器的遠(yuǎn)程控制,是目前電氣傳動(dòng)遠(yuǎn)程控制中的主流。</p><p>　　我們國(guó)家的伺服控制系統(tǒng)的研究較國(guó)外晚一些，但是臺(tái)達(dá)公司也推出了一些比較好的變頻器。但跟國(guó)外還是有差距的，主要體現(xiàn)在控制的精度上，隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)設(shè)備對(duì)控制精度的要求越來(lái)越高，現(xiàn)成的控制系統(tǒng)仍有許多需要改進(jìn)和完善的地方，因此要不斷地改進(jìn)和技術(shù)革新。</p><p>　　1.2 課題研究的目的&l

17、t;/p><p>　　完成實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)與制作，主要以PLC對(duì)變頻器的MUBDUS通訊控制為目標(biāo)。設(shè)計(jì)的目的是能使我們掌握自動(dòng)化控制工程設(shè)計(jì)能力和安裝調(diào)試能力，熟悉臺(tái)達(dá)PLC、變頻器、伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)等硬件，掌握WPLsofl的軟件編程。為我們畢業(yè)后進(jìn)入自動(dòng)化行業(yè)打下結(jié)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　2硬件介紹</b></p><p>　

18、　2.1VFD-M變頻器</p><p>　　變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的軟起動(dòng)、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因素、過(guò)流/過(guò)壓/過(guò)載保護(hù)等功能。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)中使用的是臺(tái)達(dá)VFD-M變頻器。臺(tái)達(dá)變頻器VFD系列是一款高功能低噪音迷你型變頻器。具有體積小、低速力矩大、性能完善、使用方便等特點(diǎn)。使用的型號(hào)

19、為VFD015M21A-Z(VFD-M系列；2HP；最大適用馬達(dá)1.5KW；輸入電壓：220V)變頻器。</p><p>　　2.2Delta伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)</p><p>　　隨著微處理器技術(shù)的日新月異，大功率、高性能半導(dǎo)體功率器和伺服電機(jī)所需永磁材料制造工藝的發(fā)展及其性價(jià)比不斷提高，交流伺服電機(jī)和交流伺服控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)技術(shù)。臺(tái)達(dá)ASDA交流伺服驅(qū)

20、動(dòng)器以其掌握核心的電子技術(shù)為基礎(chǔ)，針對(duì)不同生產(chǎn)機(jī)械的需求，研發(fā)了全方位的伺服驅(qū)動(dòng)器及伺服系統(tǒng)。臺(tái)達(dá)伺服驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品的控制回路均采用高速數(shù)字信號(hào)處理器，配合增益自動(dòng)調(diào)整、指令平滑功能的設(shè)計(jì)以及軟件分析與監(jiān)控，可達(dá)到高速位移、精準(zhǔn)定位等運(yùn)動(dòng)控制需求。</p><p>　　ECMA系列伺服馬達(dá)支持低、中、高三種慣量，可解決在不同扭力應(yīng)用上的需求。支持標(biāo)準(zhǔn)Modbus通訊讀寫，可與臺(tái)達(dá)PLC, HMI構(gòu)成通訊控制架構(gòu)。本系

21、列可適用于各種機(jī)械加工行業(yè)或產(chǎn)業(yè)機(jī)械。多用于機(jī)械加工中心的刀庫(kù)控制，分度裝配系統(tǒng)、封口機(jī)、剪床機(jī)、送料機(jī)、雕刻機(jī)、車床、高速卷繞機(jī)、檢測(cè)機(jī)、切割機(jī)、PCB點(diǎn)膠機(jī)、成型機(jī)等。</p><p>　　使用的ASDA-AB伺服驅(qū)動(dòng)，其參數(shù)如下表1：</p><p>　　表1 ASDA-AB伺服驅(qū)動(dòng)參數(shù)設(shè)置</p><p>　　2.2.4伺服電機(jī)的工作原理</p>

22、<p>　　交流伺服電動(dòng)機(jī)定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動(dòng)機(jī)相似。其定子上裝有兩個(gè)位置互差90°的繞組，一個(gè)是勵(lì)磁繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上；另一個(gè)是控制繞組L，聯(lián)接控制信號(hào)電壓Uc。所以交流伺服電動(dòng)機(jī)又稱兩個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)。交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動(dòng)機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機(jī)械特性，無(wú)“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應(yīng)的性能，它與普通電動(dòng)機(jī)相比，應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小這兩個(gè)特

23、點(diǎn)。目前應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種形式：一種是采用高電阻率的導(dǎo)電材料做成的高電阻率導(dǎo)條的鼠籠轉(zhuǎn)子，為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，轉(zhuǎn)子做得細(xì)長(zhǎng)；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)子，杯壁很薄，僅0.2-0.3mm，為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)放置固定的內(nèi)定子。空心杯形轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，反應(yīng)迅速，而且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此被廣泛采用。交流伺服電機(jī)的工作原理與分相式單項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)雖然相似，但前者的轉(zhuǎn)子電阻比后者大的多，所以伺服電機(jī)與單相異步電機(jī)相

24、比有三個(gè)顯著的特點(diǎn)：</p><p><b>　?。?）啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大</b></p><p>　　由于轉(zhuǎn)子電阻大，它可使臨界轉(zhuǎn)差率SO>1，這樣不僅使其機(jī)械特性更接近于線性，而且具有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因此，當(dāng)定子一有控制電壓，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)，即具有啟動(dòng)快，靈敏度高的特點(diǎn)。</p><p><b>　　（2）運(yùn)行范圍廣</b>

25、;</p><p><b>　?。?）無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象</b></p><p>　　正常運(yùn)轉(zhuǎn)的伺服電機(jī)，只要失去控制電壓，電機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。伺服主要靠脈沖來(lái)定位，基本上可以這樣理解，伺服電機(jī)接收到1個(gè)脈沖，就會(huì)旋轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移，因?yàn)?，伺服電機(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，都會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機(jī)接受的脈沖形成了呼應(yīng)，

26、或者叫閉環(huán)，如此一來(lái)，系統(tǒng)就會(huì)知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī)，同時(shí)又收了多少脈沖回來(lái)，這樣，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位，可達(dá)到0.001mm。直流伺服電機(jī)分為有刷和無(wú)刷電機(jī)。有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對(duì)環(huán)境有要求。因此它可以用于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合。交流伺服電動(dòng)機(jī)在沒(méi)有控制電壓時(shí)，定子內(nèi)只有勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)。當(dāng)

27、有控制電壓時(shí)，定子內(nèi)便產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)，在負(fù)載恒定的情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化，當(dāng)控制電壓的相位相反時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)將反轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　2.3人機(jī)界面</b></p><p>　　工業(yè)人機(jī)界面(Industrial Human-machine Interface 或簡(jiǎn)稱Industrial HMI)是一種帶微處

28、理器的智能終端，一般用于工業(yè)場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)人和機(jī)器之間的信息交互，包括文字或圖形顯示以及輸入等功能。目前也有大量的工業(yè)人機(jī)界面因其成熟的人機(jī)界面技術(shù)和高可靠性而被廣泛用于智能樓宇、智能家居、城市信息管理、醫(yī)院信息管理等非工業(yè)領(lǐng)域，因此，工業(yè)人機(jī)界面正在向應(yīng)用范圍更廣的高可靠性智能化信息終端發(fā)展</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的是臺(tái)達(dá)DOP系列的人機(jī)界面產(chǎn)品，該人機(jī)界面支持Delta、Omron、Siemens、Mi

29、tsubishi等不同種牌子的PLC,支持任意字體的畫面編輯器，操作方便，利用宏功能可以有效的幫助PLC處理復(fù)雜的運(yùn)算功能及分擔(dān)PLC控制器的工作量，還可以配合通訊宏指令自行撰寫通訊協(xié)議，并透過(guò)串行口與特定系統(tǒng)或控制連接。DOP系列人機(jī)界面需要安裝Screen Editor編輯軟件。</p><p>　　3實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組建與各器件的連接</p><p><b>　　3.1電源模塊&l

30、t;/b></p><p>　　設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)使用的是DVP-40EHPLC、VFD-M變頻器、ASD-AB伺服驅(qū)動(dòng)器、ECMA系列伺服馬達(dá)、三相異步電動(dòng)機(jī)等。根據(jù)上述設(shè)備PLC、變頻器和伺服驅(qū)動(dòng)需要單相的220V電源，可以由空氣開關(guān)直接提供，而三相異步電機(jī)需要的是三相330V的交流電，可以由變頻器提供。220V交流電通過(guò)直流穩(wěn)壓電源給編碼器等設(shè)備提供24V直流電源。</p><p>　

31、　空氣開關(guān)的選擇也至關(guān)重要，現(xiàn)在的空氣開關(guān)不僅僅是一個(gè)開關(guān)，同時(shí)還具有漏電保護(hù)功能、失壓、過(guò)電路保護(hù)等作用。試驗(yàn)臺(tái)上我們選用的是具有漏電保護(hù)作用的斷路器?？諝忾_關(guān)的選擇其額定電流應(yīng)該大于或者等于線路的額定電路，實(shí)驗(yàn)臺(tái)上安裝的斷路器的型號(hào)分別為DZ47LE-16和DZ47LE-13兩種型號(hào)。</p><p><b>　　圖1 空氣開關(guān)</b></p><p><b

32、>　　圖2 直流穩(wěn)壓電源</b></p><p>　　3.2變頻器的安裝與設(shè)置</p><p>　　3.2.1VFD-M變頻器的安裝</p><p>　　臺(tái)達(dá)VFD-M變頻器是用螺釘固定在鐵架臺(tái)上的，由于變頻器在運(yùn)行的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，所以在其左右留有大量的空間以便其散熱。變頻器的底部裝有冷卻風(fēng)扇，且底部需要接線，所以在變頻器的底部也留有大量的

33、空間，為了接線方便把變頻器向里面縮進(jìn)了一點(diǎn)。如圖3變頻器所示。由于變頻器四周留有大量的散熱孔，在安裝的時(shí)候一定要注意不能將雜物木屑等物掉入變頻器里，很可能會(huì)引起火災(zāi)等事故。</p><p><b>　　圖3 變頻器</b></p><p>　　3.2.2VFD-M變頻器的配線</p><p>　　臺(tái)達(dá)VFD-M變頻器選用的是220V交流電源，由

34、空氣開關(guān)C20連接到變頻器的R/L1,S/L2,T/L3端。給變頻器提供電源。三相異步電動(dòng)機(jī)接變頻器的U/T1，V/T2，W/T3端。給三相異步電機(jī)提供330V交流電源。在改線過(guò)程中，一定要注意在電源關(guān)斷的情況下進(jìn)行，并且在電源關(guān)斷之后不能馬上接線，要等回路直流部分濾波電容完成放電才能開始接線，也就是要等待指示燈熄滅之后，最好再用直流電壓表測(cè)試電壓是否在25V之下。否則很有肯能發(fā)生事故。</p><p>　　在V

35、FD-M變頻器下方有眾多功能控制端子，可以實(shí)現(xiàn)變頻器的多段速調(diào)速。RA、RB為多功能知識(shí)信號(hào)輸出接點(diǎn)，M0為多功能輸入輔助端子，M1-5為多功能輸入選擇，在組建實(shí)驗(yàn)臺(tái)時(shí)為了以后改線的方便，把所有的端子都連接到后面的端子排上了。線如圖4控制端子接線圖所示。</p><p>　　圖4 控制端子接線圖</p><p>　　3.2.3變頻器設(shè)置參數(shù)</p><p>　　變頻

36、器的參數(shù)設(shè)置是在變頻器的控制面板上完成的，Modbus通訊控制設(shè)置參數(shù)如下表2。</p><p>　　表2 Modbus功能變頻器參數(shù)設(shè)置</p><p>　　3.3伺服硬件的安裝</p><p>　　3.3.1伺服驅(qū)動(dòng)器的安裝</p><p>　　伺服驅(qū)動(dòng)器的安裝和變頻器很相似。也是用螺釘固定在鐵架上，并垂直安裝，在其上下左右留下大量空間，

37、以便其散熱，在伺服驅(qū)動(dòng)器的上面和側(cè)面都有大量的排氣孔，不可以將其堵住，在安裝的時(shí)候也要小心其他雜物掉進(jìn)去，很容易引起事故，如圖5私服驅(qū)動(dòng)器所示。</p><p><b>　　圖5 伺服驅(qū)動(dòng)器</b></p><p>　　3.3.2伺服驅(qū)動(dòng)器的配線</p><p>　　伺服驅(qū)動(dòng)器電源接線法分為單相和三相兩種。本設(shè)計(jì)使用的是單相電源接線法。空氣開關(guān)

38、C16的零火線連接伺服驅(qū)動(dòng)器的RS端口，L1與R連接，L2與S連接，如圖6伺服驅(qū)動(dòng)的電源接線所示。</p><p>　　伺服驅(qū)動(dòng)器的U、V、W端子接伺服電機(jī)的輸入端，給伺服電機(jī)提供電源。CN2端接伺服電機(jī)的編碼器接頭，當(dāng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，編碼器采集的速度通過(guò)CN2端傳送給伺服驅(qū)動(dòng)器。CN1I/O為伺服驅(qū)動(dòng)器的輸入輸出端，可以接PLC也可以接開關(guān)。畢業(yè)設(shè)計(jì)中需要把各端子連接到后面的端子排上，由于伺服驅(qū)動(dòng)的CN1的

39、線太多，又是細(xì)單銅絲的，不方便接線，為了接線方便在每根導(dǎo)線后面焊接了粗一點(diǎn)的導(dǎo)線。圖7為伺服系統(tǒng)的周邊接線。</p><p>　　圖6 伺服驅(qū)動(dòng)的電源接線圖</p><p>　　圖7 伺服系統(tǒng)的周邊接線</p><p>　　伺服都有三種控制方式：速度控制方式,轉(zhuǎn)矩控制方式,位置控制方式。速度模式是通過(guò)模擬量的輸入或脈沖的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制的。轉(zhuǎn)矩控制方式是通過(guò)外

40、部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來(lái)設(shè)定電機(jī)軸對(duì)外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小。位置控制模式一般是通過(guò)外部輸入的脈沖的頻率來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過(guò)脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，畢業(yè)設(shè)計(jì)中采用的是位置控制模式。如圖8位置控制模式接線圖所示</p><p>　　圖8 位置模式控制接線圖</p><p>　　3.3.3伺服電機(jī)的安裝與接線</p><p>　　伺服驅(qū)動(dòng)器上的U（紅色）V

41、(綠色)W(黑絲)端子引出的線連接到伺服電機(jī)的電源線上，其對(duì)應(yīng)的顏色為紅對(duì)紅，綠對(duì)白，黑對(duì)黑。伺服驅(qū)動(dòng)器上的CN2端導(dǎo)線連接的是伺服電機(jī)的編碼器上，它有專用的插頭的。把伺服電機(jī)固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)前面的平臺(tái)上。</p><p>　　3.4 三相異步電動(dòng)機(jī)與編碼器連接</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)中使用的是一臺(tái)軸頸14mm電機(jī)，而編碼器軸頸為6mm，同時(shí)編碼器自帶具有緩沖功能的內(nèi)徑6mm的塑料管。為

42、實(shí)現(xiàn)電機(jī)與編碼器的對(duì)接。特請(qǐng)機(jī)電系老師制作了一個(gè)聯(lián)軸器，具體尺寸如圖9聯(lián)軸器所示。但是由于編碼器和三相異步電機(jī)不是同軸，所以編碼器采集的脈沖有比較大的誤差。圖10為編碼器和三相異步電機(jī)。</p><p><b>　　圖9 聯(lián)軸器</b></p><p>　　圖10 編碼器和三相異步電機(jī)</p><p>　　3.4PLC與變頻器的連接</p

43、><p>　　當(dāng)與PLC進(jìn)行RS485通訊時(shí)，僅需使用編號(hào)為3和4的腳，其中3腳和PLC的RS485接口的－相連，４腳與RS485口的+相連即可。變頻器接口為RJ－11接口，和常用的電話機(jī)的接口是相同的，而PLC端是普通接線端子埠，因此通訊線的制作非常簡(jiǎn)單，無(wú)需用專用接口焊接通訊線。如圖11變頻器通訊接口各腳分布及定義所示</p><p>　　圖11 變頻器RS-485接口各腳的定義</

44、p><p>　　3.4.1 RS485接口的特點(diǎn)</p><p>　　RS485接口是在我們熟知的RS232接口的基礎(chǔ)上推出的性能更優(yōu)的一種串口。由于RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，較長(zhǎng)的傳輸距離和多站功能等優(yōu)點(diǎn)，它成為應(yīng)用越來(lái)越廣泛的串行接口。此外，RS485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)一般只需二根屏蔽雙絞電線，這為長(zhǎng)距離的通訊線路節(jié)省了很多配線，降低了系統(tǒng)的成本。</p>&

45、lt;p><b>　　4.程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 Mudbus通訊協(xié)議</p><p>　　MODBUS協(xié)議是GOULD 公司為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的一種可靠而有效的工業(yè)控制系統(tǒng)通信協(xié)議，大量應(yīng)用證明是一種可靠有效的工業(yè)控制系統(tǒng)通信協(xié)議，得到了眾多硬件廠商的支持，并廣泛應(yīng)用。MODBUS協(xié)議的數(shù)據(jù)通訊通過(guò)主機(jī)與從機(jī)之間用命令/應(yīng)答的方式實(shí)現(xiàn)，主機(jī)

46、發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求消息，從機(jī)接收到正確消息后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到主機(jī)以響應(yīng)請(qǐng)求；主機(jī)也可以直接發(fā)消息修改從機(jī)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)雙向讀寫。</p><p>　　MODBUS 協(xié)議系統(tǒng)中有兩種有效的傳輸模式：ASCⅡ（美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼）模式和RTU（遠(yuǎn)程終端裝置）模式。本設(shè)計(jì)用的是ASCⅡ模式，ASCⅡ 模式通信時(shí),在消息中的每個(gè)8bit 字節(jié)都作為兩個(gè)ASCⅡ 字符發(fā)送。ASCⅡ模式的通信字符傳輸格式為1 個(gè)起始位，7 位數(shù)據(jù)位

47、，一位偶校驗(yàn)位，一位停止位。 CMD指令碼是MODBUS 協(xié)議規(guī)定的功能代碼，其中功能代碼03 代表讀取內(nèi)部寄存器內(nèi)容，功能碼06 代表刷新單個(gè)寄存器內(nèi)容。LRC 是ASCⅡ模式采用的縱向冗余錯(cuò)誤校驗(yàn)，即把一個(gè)8 位二進(jìn)制數(shù)作為2 個(gè)ASCⅡ十六進(jìn)制字符傳送，把十六進(jìn)制字符轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制，加上無(wú)循環(huán)進(jìn)位的二進(jìn)制字符和二進(jìn)制補(bǔ)碼，生成LRC 錯(cuò)誤校驗(yàn)。這個(gè)LRC 在接收設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)。冒號(hào)、回車、換行和其他非ASCⅡ十六進(jìn)制字符不在計(jì)

48、算之內(nèi)。</p><p>　　4.2WPLSoft軟件編程</p><p>　　WPLSoft軟件是用于編寫臺(tái)達(dá)系列PLC的軟件，也就是本設(shè)計(jì)使用的軟件。進(jìn)入軟件首先點(diǎn)擊通訊菜單欄中的通訊偵測(cè)（在電腦和PLC,PLC與變頻器都連接好的前提下），電腦會(huì)自動(dòng)偵測(cè)通訊設(shè)置。</p><p>　　然后點(diǎn)擊設(shè)置中的PLC機(jī)種選擇，選自己所用的機(jī)種，本設(shè)計(jì)使用的是EH2系列。&

49、lt;/p><p>　　4.2.1實(shí)現(xiàn)Modbus通訊</p><p>　　在編寫程序之前要明確任務(wù)，該畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是用PLC通過(guò)Modbus通訊控制變頻器運(yùn)行，所以編寫的程序要求有：</p><p>　?。?）讀取VFD-M 系列變頻器主頻率（頻率指令）、輸出頻率并將其分別存于D0、D1 中。（MODRD指令實(shí)現(xiàn)）</p><p>　?。?）

50、設(shè)置變頻器以主頻率為40Hz 正方向啟動(dòng)。（MODWR 指令實(shí)現(xiàn)）。</p><p>　　下面是我所編寫的Modbus通訊程序。</p><p>　　圖12 Modbus通訊設(shè)置程序</p><p>　　MOV指令是把16進(jìn)制的H86存入D1120中，D1120為COM2(RS-485),H86所表示的是通訊格式為9600,7,E,1 H8(1000)表示的是96

51、00bps。因?yàn)楫?dāng)PLC由STOP到RUN時(shí)，在PLC的第一次掃描時(shí)間時(shí)，會(huì)偵測(cè)M1120是否有ON，若有則會(huì)根據(jù)D1120的設(shè)置值去更改COM2的相關(guān)設(shè)定，所以在設(shè)置好D1120后要SET M1120使其通訊格式保持。D1129為通訊逾時(shí)異常，時(shí)間定義。設(shè)置通訊逾時(shí)時(shí)間定義為100ms 。M1143為COM2（RS-485)的ASCII/RUT模式選擇（OFF是為ASCII模式ON。如圖Modbus通訊設(shè)置程序。</p>

52、<p>　　圖13 計(jì)數(shù)器的運(yùn)用</p><p>　　C0為PLC的計(jì)數(shù)器，當(dāng)C0=0時(shí)M0為ON，當(dāng)C0=1的時(shí)候M1為ON，當(dāng)C0=2的時(shí)候M2為ON，當(dāng)C0=3的時(shí)候C0被復(fù)位。這樣PLC一開始RUN，就比較C0是否等于0，就開始不停的對(duì)M0M1M2進(jìn)行控制。如圖13計(jì)數(shù)器的運(yùn)用所示。</p><p>　　圖14上邊沿命令的運(yùn)用</p><p>　

53、　當(dāng)M0或M1或M2從OFF到ON時(shí)，其導(dǎo)通，使M1122置位。M1122為位置送信要求。如圖14上邊沿命令的運(yùn)用。</p><p>　　圖15 頻率的讀取與輸入</p><p>　　當(dāng)M0閉合的時(shí)候MODRD指令執(zhí)行，K1為通訊地址，H2102為變頻器的頻率地址,K2是數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為2個(gè)字。整個(gè)的意思是讀取變頻器的主頻率及輸出頻率，并以ASCII碼字符形式存放在D1073-D1076，并自動(dòng)

54、將其內(nèi)容轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制數(shù)值存放于寄存器D1050和D1051中。如圖15頻率的讀取與輸入所示。</p><p>　　當(dāng)M1閉合的時(shí)候MODWR指令執(zhí)行，K1為通訊地址，H2000為對(duì)驅(qū)動(dòng)器的指令。H12是0001 0010，在H2000中的功能如表，所以它設(shè)置了變頻器啟動(dòng)并正轉(zhuǎn)。</p><p>　　表3 變頻器H2000功能表</p><p>　　當(dāng)M2閉合的時(shí)候

55、MODWR指令執(zhí)行，K1為通訊地址，H2001是對(duì)驅(qū)動(dòng)器的頻率指令，K4000就是設(shè)置變頻器的主頻率為40Hz。如圖15頻率的讀取與輸入所示。</p><p><b>　　圖16 通訊錯(cuò)誤</b></p><p>　　在該程序中MODBUS通信只會(huì)出現(xiàn)4種情況，如圖16通訊錯(cuò)誤所示。正常通信完成對(duì)應(yīng)通信標(biāo)志M1127，通信錯(cuò)誤對(duì)應(yīng)的是M1129(通信接受逾時(shí)）M114

56、0(數(shù)據(jù)接受錯(cuò)誤）M1141(指令參數(shù)錯(cuò)誤）。所以，在程序中通過(guò)這4個(gè)通信標(biāo)志信號(hào)的ON/OFF 狀態(tài)進(jìn)行計(jì)數(shù)，在利用C0的數(shù)值來(lái)控制3個(gè)MODBUS指令的依次執(zhí)行，保證通信的可靠性。</p><p><b>　　圖17輸出程序</b></p><p>　　該條指令時(shí)將變頻器的主頻率存儲(chǔ)在D0中，把變頻器的輸出頻率存儲(chǔ)在D1中。如圖17輸出程序所示。</p>

57、;<p>　　4.2.3速度的采集</p><p>　　圖18 速度的采集程序</p><p>　　當(dāng)M104閉合的時(shí)候，執(zhí)行SPD指令，SPD為脈沖頻率檢測(cè)，旋轉(zhuǎn)編碼器以旋轉(zhuǎn)一圈發(fā)送100個(gè)脈沖，經(jīng)X0發(fā)送給PLC，K1000為接受的時(shí)間，采集的脈沖數(shù)存放在D10中，然后D10中的數(shù)乘以60結(jié)果存放在D5中，再D5中的數(shù)除以100所得的數(shù)存放在D8，D8中的數(shù)就為現(xiàn)在三相異

58、步電機(jī)的轉(zhuǎn)速。如圖18速度的采集程序所示。</p><p><b>　　4.3人機(jī)界面</b></p><p>　　在人際畫面中停止按鈕與程序的M101相關(guān)關(guān)聯(lián)，當(dāng)停止按鈕按下時(shí)M101 ON，H01轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)寄存器D20中，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，在停止按鈕OFF狀態(tài)下按下正轉(zhuǎn)按鈕，電機(jī)正轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)按鈕與M102關(guān)聯(lián)，當(dāng)M1O2閉合，H12轉(zhuǎn)移到寄存器D20中，電機(jī)正轉(zhuǎn)，但之前

59、必須在輸入頻率中輸入一定的頻率，電機(jī)才會(huì)以一定的速度旋轉(zhuǎn)。輸入頻率是與D21相關(guān)聯(lián)的。反轉(zhuǎn)按鈕是與M103關(guān)聯(lián)，當(dāng)M103閉合,H22轉(zhuǎn)移到D20中電機(jī)反轉(zhuǎn)。電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)測(cè)得當(dāng)前三相異步電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，它是與D8關(guān)聯(lián)的，直接讀取D8中所計(jì)算出來(lái)的速度。如圖19人機(jī)界面。</p><p><b>　　圖19 人機(jī)畫面</b></p><p><b>　　5實(shí)驗(yàn)結(jié)

60、果分析</b></p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是完成PLC對(duì)變頻器的Modbus通訊控制，并自主設(shè)計(jì)和制作運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)裝置。經(jīng)過(guò)將近十二周的努力，最終完成了“仁”“智”“禮”“義”“信”5臺(tái)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的硬件安裝。經(jīng)過(guò)調(diào)試運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)所有要求的利用Modbus通訊控制變頻器，并采用了人機(jī)界面監(jiān)控。同時(shí)畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)還增加了伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、編碼器，接近開關(guān)、光電開關(guān)、電磁閥等設(shè)備。提高了試驗(yàn)

61、臺(tái)的綜合控制能力。</p><p>　　在采用編碼器采集三相異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的時(shí)候，編碼器采集的速度產(chǎn)生一萬(wàn)多轉(zhuǎn)速的誤差，一開始認(rèn)為可能是電壓?jiǎn)栴}，把編碼器的24V電源接到更加穩(wěn)定的PLC上的24V電源上。但是問(wèn)題還是存在，排除了電壓的不穩(wěn)定因素，那就是信號(hào)干擾，檢查編碼器的排線，發(fā)現(xiàn)有可能是330V的異步電機(jī)的導(dǎo)線的干擾，因?yàn)樵?30V的輸入導(dǎo)線和編碼器的輸出導(dǎo)線有交匯，轉(zhuǎn)移了交匯點(diǎn)，誤差還是很大。用示波器測(cè)出

62、編碼器的輸出的脈沖受到好多高頻的干擾，所以會(huì)產(chǎn)生一萬(wàn)多的誤差。經(jīng)分析在編碼器的ABZ相和0V相分別并聯(lián)一個(gè)103的電容，再用示波器測(cè)得干擾少了好多，減小了電容的容量，換成474的電容，再用示波器測(cè)出來(lái)的波形非常的完美。如圖20最后的波形圖所示。</p><p>　　圖20 最后的波形圖</p><p>　　PLC對(duì)變頻器的MODBUS通訊控制，使用的是RS485通訊，電話線就可以使用，一端

63、接變頻器的RJ-11接口，一端接PLC的RS485接口。設(shè)置好變頻器的參數(shù)，下載好程序后，連接好人機(jī)界面，在人機(jī)界面中可以對(duì)三相異步電機(jī)進(jìn)行停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等控制。同時(shí)在人機(jī)界面上會(huì)顯示三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到了控制與監(jiān)控的要求。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] DVP PLC應(yīng)用技術(shù)手冊(cè)[M].2007.3</p>

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