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1、安 徽 机 电 职 业 技 术 学 院毕 业 论 文PLC 控制电机变频调速试验系统系 别 专 业 班 级 姓 名 学 号 20XX 20XX 学年第 X 学期摘要随着电力电子技术以及控制技术的发展,交流变频调速在上业电机拖动领域得到了广泛应用;可编程控制器 PLC 作为替代继电器的新型控制装置,简单可靠!操作方便!通用灵活!体积小!使用寿命一长且功能强大!容易使用!可靠性高,常常被用于现场数据的采集和设备的控制;组态软件技术作为用户可定制功能的软件平台工具,可实时显不电机转速,可进行远程调速控制,在 PC 机上可开发出友好人机界面,通过 PLC 可以对自动化设备进行/智能 0 控制。本论文以
2、混凝土搅拌为设计目标,构建基于可编程逻辑控制器(PLC),结合变频器!组态技术,对电动机进行变频调速的试验系统,主要内容包括:l)简要介绍变频器的内部结构,深入探讨变频调速的原理和优点,对二菱变频器FR 一 A54O 做了简要说明。2)介绍组态软件的构成!功能特点,讨论 FO 系统的数据处理和回放;对国产组态软件/组态王./做了简要说明3)介绍 PLC 的组成和各部分作用,分析 PLC 的工作原理,对二菱 FX 一 ZN 系列做了简要说明。4)重点研究了变频调速试验系统的组成!给出了系统控制方案及信号处理方法,设计了控制界面!硬件电路和相关梯形图程序。通过该试验系统的设计实践!锻炼,可使学生进
3、一步理解 PLC 和变频调速控制系统的原理,掌握 PLC 的应用;熟悉上位机 PC 与下位机 PLC 之间的通讯连接;能够熟练进行 PLC 与变频器及其他硬件的连接及软件设计;能够熟练进行 PLC 的编程,为将来从事相关设计工作打下基础。关键词:PLC、变频器、变频调速、目录第一章 绪论.11.1 研究背景及意义.11.2 课题研究概述.11.3 相关技术简介.11.4 论文的主要内容.3第二章 变频器调速原理.42.1 变频器的基本结构.42.2 变频调速的优点.62.3 三菱(FR 一 A540)变频器性能介绍.7第三章 PLC 技术.83.1PLC 概述.83.2PLC 的组成及各部分作
4、用.83.3PLC 的工作原理.10第四章 试验系统的设计与实现.124.1 整体设计思路.124.2 上位机软件设计.12总结.13致谢.14参考文献.150第一章绪论1.1 研究背景及意义电气传动技术以运动机械的驱动装置一电动机为控制对象,以微电子装置为核心,以电力电子功率变换装置为执行机构,在自动控制理论的指导下完成电气传动自动控制系统,控制电动机的转矩和转速,将电能转换成机械能,实现工作机械的旋转运动或反复运动.变频调速系统具有高效率!宽范围和高精度等特点,是运用最广!最有发展前途的调速方式交流电机变频调速系统的种类很多,从 50 年代提出的电压源型变频器开始,相继发展了电流源型!脉宽
5、调制型等各种变频器目前变频调速的主要方案有:交一交变频调速,交一直一交变频调速,同步电动机自控式变频调速系统,正弦波脉宽调制(SPWM),矢量控制!直接转矩控制变频调速等,LJ-且无速度传感技术日益成熟,许多智能技术逐步渗透到其中,如模糊控制!专家系统!神经网络!自适应控制等,与这些控制方式相结合,大大提高了变频器调速系统的控制效果。变频器调速技术的发展很大程度上依赖于大功率半导体器件的制造水平以及电力电子技术的发展水平随着第二代电力半导体器件如门极可关断晶闸俗,GTO!绝缘栅双极晶体怜 IGBT 的相继出现,交流变频调速技术得到了飞速发展，日、美、德、英等国家在结合现代微处理器控制技术、电力
6、电子技术、电机传动技术的基础上,推出了一系列的变频器,且不断进行更新换代，这些高精度!多功能!智能化的变频器将调速效率和精度提高到了前所未有的水平。1.2 课题研究概述由于 PLC 的功能强大、容易使用、可靠性高,常常被用来作为现场数据的采集和设备的控制;组态软件技术作为用户可定制功能的软件平台工具,可以在 PC 机上开发出友好人机界面,实时显不电机转速;通过 PLC 可以对自动化设各进行智能 0 控制，所以拟采用组态软件技术，PLC 技术!变频调速技术来实现系统设计要求。1.3 相关技术简介1.3.1 交流调速交流变频调速的优越性早在上世纪 20 年代就已被人们所认识,但受到器件的限制,未能
7、推广，到了 50 年代初,中小型感应电动机多采用晶闸怜调压调速;大中型绕线式感应电动机采用晶闸符静止型电气串级调速系统，70 年代发展起来的变频调速,比上述两种调速方式效率更高,性能更好。1交流调速系统大致经历过以下几个阶段:(l)异步电动机调压调速系统:调压调速过去常用的方法是在定子回路中串入饱和电抗器,或在定了侧加自耗铜材料,体积小,控制方便，用晶闸怜功率变换器来完成馈送任务,这就构成了由绕线异步电动机与晶闸管变换器共同组成的调压器,通过控制触发脉冲的相位角,便可控制加在负载上的电压大小,很快成为交流调压器的主要形式,但由于相位控制时,晶闸管导通后负载上获得的电压波形不是电网提供的完整的工
8、频电压波形,因此产生了成分复杂的皆波。(2)串级调速系统:绕线转子异步电动机串级调速是将转差率加以利用的一种经济、高效的调速方法,改变转差率的传统方法是在转子回路中串入不同的电阻以获得不同斜率的机械特性,从而实现速度的调节，这种方法简单方便,但是调速是有级的，不平滑,并且转差功率消耗在电阻发热上,效率低,自大功率器件问世后,人们采用在转子回路中串联晶闸管功率变换器来完成馈送任务,这就构成了由绕线异步电动机与晶闸怜变换器共同组成的晶闸管串级调速系统，由于晶闸恃的逆变角可以平滑连续的改变,使得电动机转速也能平滑连续的调节，另外转差功率又可以通过逆变器回馈到交流电网,提高了效率。串级调速的缺点是功率
9、因数较低,采用强迫换流，改进型二相四线逆变器，逆变器的不对称控制以及转子直流回路加斩波器控制等,可以提高功率因数。其中采用强迫换流方式可使用门极可关断晶闸份(GTO),这样可以省去关断晶闸怜用的储能电路,使逆变电路简单，体积小。(3)变频调速系统:变频调速具有高效率!宽范围和高精度等特点,是运用 J 一最有发展前途的调速方式。交流电机变频调速系统的种类很多,从 50 年代提出的电压源型变频器开始,相继发展了电流源型。脉宽调制型等各种变频器，目前变频调速的主要方案有:交一交变频调速,交一直一交变频调速,同步电动机自控式变频调速系统,正弦波脉宽调制(SPWM),矢量控制，直接转矩控制变频调速等,而
10、且无速度传感技术日益成熟,许多智能技术逐步渗透到其中,如模糊控制，专家系统，神经网络，自适应控制等,与这些控制方式相结合,大大提高了变频器调速系统的控制效果,这些变频器调速技术的发展很大程度上依赖于大功率半导体器件的制造水平以及电力电子技术的发展水平。80 年代中期随着第二代电力半导体器件如门极可关断晶闸竹 GTO,绝缘栅双极晶体怜 IGBT 的相继出现,交流变频调速技术得到了飞速发展。1.3.2 组态软件计算机技术的发展,使设计更加完善的控制系统和获得更方便!可靠!快速的控制过程成为可能，工程技术人员对传统的仪表控制方式很熟悉,但往往缺乏专业的计算机知识;而专业的计算机技术人员又往往缺乏实际
11、的控制经验，计算机与控制之间就存在着一个巨大的障碍,而组态软件则成为逾越这一障碍的桥梁,使技术人员能够用最简单的方法随心所欲地组成自己的控制系统。21.4 论文的主要内容为了实现能源的充分利用和生产的需要,需要对电机进行转速调节,在各种异步电动机调速系统中,效率最高!性能最好的系统是变压变频调速系统。调速时,须调节定子电压和频率,在这种情况下,机械特性基本上平行移动,而转差率不变,它是当前交流调速的主要发展方向，考虑到电机的启动!运行!调速和制动的特性,采用高功能性的通用变频器二菱的通用经济型的 FR 一 A54O,此变频器的 S 型加减速功能和转矩提升功能,能很好的解决高低速之间的切换和启动
12、问题，系统中由 PLC 完成数据的采集和对变频器，电机等设备的控制任务，基于 FXZNPLC 的编程软件 FXGPWIN 一 E 采用模块化的程序设计方法,大量采用代码重用,减少软件的开发和维护。利用组态王良好的人机界面和通信能力,使工作人员可以在中央控制室的 PC 机上方便的浏览现场的工业流程!实现变频器的参数设置。故障诊断和电机的启动和停止，本文研究了变频调速技术在生产中的控制结构,结合组态软件和 PLC 技术,实现了一个物料搅拌装置的变频调速系统，本文首先介绍了课题的意义,综述了组态软件、PLC 技术!变频调速技术的发展概况。3第二章变频器调速原理变频器是在保证电机原有性能的情况下,通过改变电机的供电频率和电压的方式,实现电机转速调节的现代电力电子设备，它根据电机的不同负载分别实现节能，提高生产效率，提高产品质量，实现自动化，增加设备使用寿命并使设备小型化等用途,广泛应用在钢铁，轻工，化学，纤维，汽车，电机(机械)，机床，食品，造纸，水泥，矿业，煤气，交通，装卸搬运，建筑，农业，生活服务，电力，试验研究，石油等领域。2.1 变频器的基本结构2-1 变频器主电路图一、交一直变换部分1、VDI 一 VD6 组成二相整流桥,将交流变换为直流，如二相线电压为 UL,则整流后的直流电压 UD 为:UD=l.35UL2、滤波电
