基于USS通信的MM420变频器控制研究.docx

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1、课程设计任务书及成绩学生姓名班级学号课程名称运动控制系统综合设计题目基于USS通信的MM420变频器控制研究课程设计目标与任务：（1）设计电气控制线路的设计（包括主回路和控制回路），并用绘图软件绘图。（2）根据指导书中电机额定参数，计算变频器容量。（3）选择变频器外围其他电气设备，并计算容量及选择型号。（4）变频器参数的设置。（5）编写PLC程序，实现变频调速。工作计划与进度安排:（1）布置任务，查阅资料1天（2）设计4天（3）实验研究2天（4）撰写设计报告和绘图2天（5）答辩1天评语：成绩：指导教师：2021年6月17日专业负责人：2021年6月18日学院教学副院长：2021年6月18日摘要

2、目前，各种自动化技术手段并行发展、相互融合，为工业控制提供了多种可行的技术途径。可编程序控制器技术、工业控制计算机技术、分布式控制系统、数控系统、人机界面技术以及各种嵌入式控制器系统的快速发展进一步提升了工业自动化技术的发展水平。在工业自动化控制领域的发展过程中，变频器的使用越来越受人们的关注。但是变频调速具有一定的技术难度，人们需要一个慢慢了解和熟悉的过程。变频器的使用最主要的一个特点就是节能和降低成本，许多传统的耗能设备都要进行技术改造。所以变频调速技术的推广有着十分重要的现实意义。同时，随着PLC的不断发展，使得工业自动化控制更加的准确、方便、安全和可靠。把PLC和变频器结合起来一起对电

3、机传动进行控制，实现远程监视网络控制系统。在实际工程中，有的企业已实现了全车间或全厂的综合自动化，即将不同厂家生产的可编程设备连接在单层或多层网络上，相互之间进行数据通信，实现分散控制和集中管理。因此，通信与网络已经成为控制系统不可缺少的重要组成部分，也是控制系统的设计和维护的重点和难点之一。在小型自动化控制系统中，USS协议通信是一种很成功的解决方案，能显示出具有硬件逻辑简单、抗干扰能力强的特点，可以实现车间级的现场总线网络控制。本文介绍了自动化控制技术的综合应用，将各种通用的自动化技术与实践优化结合，将SIEMENS公司的S7200PLC和变频器应用于电动机调速中，通过基于USS协议的RS

4、485总线进行组网，进行PLC和变频器对电机的控制，其中PLC和变频器之间的通信设计最为关键。关键词：USS协议；变频器；PLC；调速目录1弓I言1222.1USS通信协议22.2变频器42.2.1变频器的基本结构和原理42.2.2MM4系列变频器42.2.3MM420变频器52. 3PLC*73硬件设计92.1 基本数据及控制要求93. 2PLC的型号选择94. 3变频器的选择和参数设置103. 3.1变频器的选择104. 3.3变频器的工作原理115. 3.4变频器的参数设置123.4变频器的故障显示及处理144 MM420变频器倜试155 I/O分配表166电气控制线路设计177 PLC

5、198 系统调试22总结231引言USS通讯协议（UniVerSalSerialInterfaceProtoCoD通用串行接口协议,该协议是由西门子公司专为变频器通信而开发出来的通用通行协议，它可以支持变频器与PLC之间的通信连接,利用串行总线进行数据交换的一种协议。S7-200PLC可以将其通信端口设置为自由口模式的USS协议，可以实现PLC对变频器的控制，USS协议是主一从结构协议，规定了USS总线上可以有一个主站（PLC）和最多31个从站（变频器），总站上的每一个从站都有唯一的标识码（即站地址,在从站参数中设定），主站依靠标识码识别各个从站，每个从站也可以对主站发来的信息报文做出响应并回

6、应报文,从站与从站之间不能直接进行数据通信，外还有一种广播通信方式，主站可以同时给所有的从站发送报文,从站在接受报文并做出相应的响应后不必会送报文。使用USS通信协议有很多的优势在利用PLC对变频器进行控制时，多采用面板和端子进行控制，PLC输出数字量来控制变频器的启动和停止,也可以依靠PLC的模拟量输出来控制变频器的速度，但是这样做有很多的弊端:在设计控制电路时需要很多的硬件,设计成本提高。在现场布线时比较复杂,线和线之间容易引起相互的干扰和影响。PLC与变频器之间由于受到硬件的限制，彼此之间交换的信息量很少。在控制变频器的启动与停止时，由于存在硬件动作时间延时的影响，如交流接触器的主辅触点

7、的动作延时,会影响控制的精度。如果变频器出现故障时,变频器只能从一个输出点输出，PLC能得到变频器的故障状态，但是不能准确判断当发生故障时，变频器是处在何种状态。为了能够准确地控制变频器,减少布线的压力和降低成本，我们可以用USS通讯协议方式来控制变频器,西门子变频器都可以利用网络的方式与PLC进行信息交换,进行数字化的信息传送,这样做能够克服以上缺点，极大提高系统的自动化控制水平和运行的可靠性。2概述2.1USS通信协议通用串行接口协议，该协议是由西门子公司专为变频器通信而开发出来的通用通行协议，它可以支持变频器与PLC之间的通信连接，利用串行总线进行数据交换的一种协议。S7-200PLC可

8、以将其通信端口设置为自由口模式的USS协议，可以实现PLC对变频器的控制，USS协议是主一从结构协议，规定了USS总线.上可以有一个主站(PLe)和最多31个从站(变频器)，总站上的每一个从站都有唯一的标识码(即站地址，在从站参数中设定)，主站依靠标识码识别各个从站，每个从站也可以对主站发来的信息报文做出响应并回应报文，从站与从站之间不能直接进行数据通信，另外还有一种广播通信方式，主站可以同时给所有的从站发送报文，从站在接受报文并做出相应的响应后不必会送报文。USS协议又叫串行接口协议,该协议按照串行总线的主-从通讯原理来确定访问的方法。总线上可以连接一个主站和最多31个从站。主站根据通讯报文

9、中的地址字符来选择要传输数据的从站。在主站没有要求它进行通讯时,从站本身不能首先发送数据,各个从站之间也不能直接进行信息的传输。USS协议每条报文都是以字符STX(=02hex)开始,接着是长度的说明(LGE)和地址字节(ADR)。然后是采用的数据字符。报文以数据块的检验符(Bee)结束。其结构如图2.1所7JOISlXUE-而1I2NIKE图2.1通讯报文的结构图STXiSTX区是一个字节的ASCISTX字符(02hex),表示一条信息的开始。1.GEiLGE区是一个字节,指明这一条信息中后跟的字节数目。按照USS的技术说明,报文的长度是可以变化的，而且报文的长度必须在报文的第2个字节(即L

10、GE)中说明。根据配置,可以把报文定义为固定的长度(参看PKE和PZD区的说明)。总线上的各个从站结点可以采用不同长度的报文。MICROMASTER4既可以采用变化的报文长度,也可以采用固定的报文长度。采用哪种报文长度由参数P2012和P2013来定义PZD和PKW的长度。最常用的固定长度是4个字(8字节）的PKW区和2个字（4字节）的PZD区,共有12个数据字符。ADRrADR区是-一个字节,是从站结点（即变频器）的地址。其中该字节的第5位是广播位。如果这一位设置为1,该信息就是广播信息,对申行链路上的所有信息都有效。BCC：BCC区是长度为一个字节的校验和用于检查该信息是否有效。它是该信息

11、中BCC前面所有字节“异或”运算的结果。如果根据校验和的运算结果,表明变频器接收到的信息是无效的,它将丢弃这一信息，并且不向主站发出应答信号。USS通信协议指令：1） USS_INIT指令，USS_INIT指令主要用于启用、初始化或禁用与西门子变频器的通信，只有当成功执行USSNIT指令后，即Done（完成）输出位被置位时，才能继续执行下一条指令。首次上电扫描条件EN满足时，通过设置MOde端口通信协议、Baud通讯波特率、Active变频器通信地址，指定指令执行完成位DOne以及Error错误信息存放空间，实现变频器通信的初始化。2） USS/TRL指令，USS_CTRL指令主要用于激活变频

12、器，也可以通过SPeecr进行频率的写入，但若要写入其他参数时，则需调用USS_WPM_W（写入整数）或者USS_WPM_R（写入实数）指令,每台变频器仅限指定一条USS_CTRL指令。当EN条件为Smo.0时,通过设定变频器的RUN启停、0FF2减速停车、0FF3快速停车、DIR方向、DriVe地址、Type型号、F_ACK故隙确定位和Speed速度设定值条件,实现变频器以规定的速度和方向运动。每当S7-200从变频器收到一个应答位Resp_R接通时,则进行一次扫描,轮询变频器最新的状态信息,如变频器实际运行的StatUS状态、Speed速度、D_Dir方向、Run_EN状态信号、Inhib

13、it禁止状态信号，FaUlt故障指示位和EIHOr错误信息。3） USS_RPM指令，USS_RPM指令用于读取变频器的参数，当EN输入端接通时，利用XMT;上升沿读取指定参数号和IndeX索引的Drive变频器数，并将参数值放在ValUe里。4）USSJVPM指令,USS_WPM指令用于给变频器写入参数。当EN输入端接通时.利用XMT二上升沿,给指定参数号和IndeX索引的DriVe变频器，写入VaIUe设定的参数值。2.2变频器2 .2.1变频器的基本结构和原理变频器是把工频电源(50HZ或60HZ)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。变频器的基本构成如图3.1所示，其主

14、电路主要由整流电路、直流中间电路和逆变电路三部分以及有关的辅助电路组成。其中整流电路将电网的交流电源进行整流后给逆变电路和控制电路提供所需要的直流源直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路是变频器的最主要部分之一。它的主要作用是在控制电路的控制下将直流中间电路输出的直流电压(电流)转换为具有所需频率的交流电压(电流)。逆变电路的输出即为变频器的输出，它被用来实现对异步电动机的调速控制。与主电路相对应，为主电路提供所需驱动信号的电路称为变频器的控制电路。控制电路的主要作用是根据事先确定的变频器控制方式，产生进行V/f或电流控制时所需要的各种门极驱动信号或基极驱动信号。此外，变频器的控制

15、电路还包括对电流、电压、电动机速度进行检测的信号检测电路，为变频器和电动机提供保护的保护电路，对外接口电路和对数字操作盒的控制电路。变频器的基本结构框图，如图2.2所示。图2.2变频器的基本结构框图.2.2MM4系列变频器1.MM410基本型变频器：MM410变频器可以解决简单电力驱动问题，是实现佳简单控制要求的变频器,其功率范围为0.120.75kW(0.16LOHP)OMM410变频器是在单相电源供电条件下，要求变速驱动三相电动机的一种廉价的变频驱动装置。2. MM420通用型变频器：MM420是采用模块化设计的多功能标准变频器，用于驱动般对象时，只需进行简单的组态，就可以满足传动系统的控制要求，其功率范围为O.1211kW(0.1615HP)o在传动系统功率较小时，MM420变频器产品有单相变频器和三相变频器。3. MM430风机和永尖专用型文频器；由于被拖动的机械装置不同，所以对每一种驱动装置都有特定的控制要求。对变频器驱动装