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1、太原科技大学毕业设计（论文）TAIYUAN UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 毕业设计（论文）题目：基于PLC控制的交流电动机的变频调速系统学 生 姓 名 _ _ _ _学 号 _班 级 _ 电气072202H 所属院（系）_电子信息工程系_指 导 教 师 _ _2011年06月15日50目 录摘 要III第1章 前言11.1基于PLC控制的交流电动机变频调速技术的重要意义11.2 PLC控制的交流电动机变频调速系统简述21.3 PLC控制的交流电动机变频调速系统的发展与现状2第2章 系统硬件设计42.1瓦楞纸分切压痕机电气控制系统的工艺要求42.2系统的整
2、体结构框图52.3 可编程控制器（PLC）简介62.3.1 PLC的基本特点62.3.2 PLC的基本结构82.3.3 PLC的工作原理92.2.4 PLC的分类102.3.5 PLC的接入方式112.4变频调速在控制系统中的运用122.4.1变频调速的发展及在调速系统中的应用122.4.2变频调速基本原理132.4.3 变频器的分类与特点142.4.4变频调速技术的发展现状172.4.5本设计中变频器与PLC通讯时的参数设置182.5 外围电路硬件设计192.5.1PLC和变频器的选型及外部接线192.5.2 位置信号采集及传感器的信号采集252.5.3 安全回路26第3章 系统的软件设计2
3、93.1 PLC编程说明293.2总体结构313.2.1 STEP7-Micro/Win32简介313.2.2系统的程序设计333.2.3 软件设计补充说明37总结45参考文献46致谢47基于PLC控制的交流电动机的变频调速系统摘 要交流异步电动机是工农业生产中最重要的拖动设备之一，因其结构简单、维修容易等优点而得到了广泛应用。而在现代工业生产中，有一些设备需要根据不同的工作环境，要调节到一个特定的转速。从而对交流异步电动机的速度提出了要求，希望能达到一台设备运行时，能根据不同材质的加工产品，实现运行速度的调节，并能稳定运行。传统交流电动机的调速系统是运用串电阻分级调速的方式，存在低速时带载能
4、力差、能耗大以及有一定的电气冲击的特点。随着电力半导体的不断发展，20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并广泛应用，实现了对交流电动机的变频调速，从而使交流电机有更大的调速范围和良好的低速性能，实现交流电动机的平滑调速。为了实现在恶劣的工作环境中对电动机进行远程控制，引入PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）控制单元，实现了对变频调速系统的智能控制，使得该调速系统性能更加优越，满足了现代工业化生产的需要。瓦楞纸通常用作包装箱纸，是生产及生活中用量极大的纸产品。在生产自动化程度愈来愈高的今天，它的生产过程也早
5、已实现了智能控制，其生产过程也采用了先进节能的控制技术。关键词：交流异步电动机,变频器, 可编程逻辑控制器,变频调速Based on PLC control ac motors Variable frequency speed regulation systemABSTRACTIn the industrial and agricultural manufacture, alternating current asynchronous motor is one of the most important driving equipments. It has got vast applicati
6、on for a simple framework and well maintain ability. But in modern industrial production, some equipment need according to different work environment, to adjust to a specific speed. For ac induction motor speed proposed requirements, Hope can achieve a equipment in operation, can according to differ
7、ent material processing products, the realization of operation speed regulation, and stable operation.Traditional ac motor speed control system is using the way of resistance, exist grading speed with load capacity difference speed, high power consumption and have the characteristics of electric sho
8、ck. With the continuous development of power semiconductor, second half began in the 1980s, America, Japan, Germany, England and other developed countries has been put into market and VVVF inverter, realizing the widely application of ac motor, thus make the frequency control ac motor have greater s
9、peed range and excellent low-speed characteristics, realize ac motor smooth speed. In order to attain the bad working environment of the remote control, introduce motor Programmable Controller, questions PLC (Programmable Logic Controller) control unit, realize the variable frequency speed regulatio
10、n system of intelligent control, makes the speed regulation system performance more superior, meet the need of modern industrial production.Keywords：Asynchronous motor, transducer, Programmable Logic Controller, Frequency conversion第1章 前言近年来，我国工农业的飞速发展对电能的需求越来越大，但煤炭、石油等燃料资源的相对短缺极大限制了电力资源的供应，抬升了电力价格。
11、在这种情况下采用现实可行的节能技术，节约用电量、提高能效就成为当务之急。本次设计基于瓦楞纸分切压痕机的控制系统作为课题，对PLC控制的变频调速系统进行研究。1.1基于PLC控制的交流电动机变频调速技术的重要意义电机是工业生产中最重要的拖动设备之一，交流异步电机由于结构简单、维修容易等优点，被广泛应用于工农业及其他生产当中。但随着工农业的不断发展，对电动机运行的要求也不断提高，很多的生产过程中都要求电动机能根据不同的工况，运行在不同的速度。早期工业生产中，对于一些要求调速精度高的系统，采用了直流电动机，但直流电动机存在启动转矩小，换向电刷容易老化产生火花等问题。人们又根据交流电动机的运行特点，得
12、出了传统的交流电动机调速方法，是利用转子回路串电阻分段控制的交流绕线式电机继电器接触器系统，设备陈旧、技术落后。而且这种控制方式存在着很多的问题:l)转子回路串接电阻，消耗电能，造成能源浪费。2)电阻分级切换，为有级调速，设备运行不平稳，容易引起电气及机械冲击。3)继电器、接触器频繁动作，电弧烧蚀触点，影响接触器使用寿命，维修成本较高。4)交流绕线异步电动机的滑环存在接触不良问题，容易引起设备事故。5)电动机依靠转子电阻获得的低速，其运行特性较软。上述问题使提升机运行的可靠性和安全性不能得到有效的保障。因此，需研制更加安全可靠的控制系统，使可调速系统的运行有更好的可靠性和安全性。就计算机技术在
13、工业现场应用情况而言，可编程控制器(PLC)是目前作为工业控制最理想的机型，它是采用计算机技术、按照事先编好并储存在计算机内部一段程序来完成设备的操作控制。采用PLC控制，硬件简洁、软件灵活性强、调试方便、维护量小，PLC技术己经广泛应用于各种控制系统。 本设计将在PLC电控系统的基础上配合变频调速装置，运用现在先进的矢量控制技术，适合和现在工业应用领域的绝大部分呢控制要求。1.2 PLC控制的交流电动机变频调速系统简述 所谓交流电动机的变频调速，是利用电动机转速的规律： （1-1）对电动机的速度进行调节。本次毕业设计选用的是交-直-交变频器，工作原理是，先通过半导体器件组成的整流电路，把三相
14、电源转换成直流电。然后，再把直流电逆变成所需频率的交流电，从而达到控制电动机转速的目的。现在通用变频器大都是采用二极管整流器和由全控开关器件IGBT或功率模块组成的PWM（脉宽调制）逆变器，构成交-直-交电压源型变压变频器，他们已经占据了全世界0.5到500kVA中、小容量变频调速装置的绝大部分市场。所谓“通用”，包含着两方面的含义:一是可以和通用的鼠笼型异步电动机配套使用；二是具有多种可供选择的功能，适用于各种不同性质的负载。图1.1所示是一种典型的数字控制通用变频器-异步电动机调速系统原理图。整流电路部分为增大转化效率采用的是二极管整流，由于二极管整流器不能为异步电动机的再生制动提供反向电
15、流的通路，所以除特殊情况外，通用变频器一般采用电阻吸收制动能量。减速制动时，异步电动机进入发电状态，首先通过逆变器的续流二极管向电容充电，当中间直流回路的电压（统称泵生电压）升高到一定限制值时，通过泵升限制电路使开关VTb导通，将电动机释放出来的动能消耗在电阻Rb上。为了便于散热，制动电阻常作为附件单独安装在变频器的机箱外面。PLC（可编程逻辑控制器件）的引入，使得控制系统自动化程度有了很大的提高，也对一些复杂的工作环境实现远程控制。其原理是通过RS-285串行通信技术，把PLC和上位机连接 ，实现他们之间的通信，利用STEP_7-MicroWIN_V4_SP3编程软件，根据搭建好的硬件线路图进行编程，实现所要实现的逻辑控制功能。1.3 PLC控制的交流电动机变频调速系统的发展与现状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气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
