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1、 基于PLC交流变频调速系统的设计2012年5月基于PLC交流变频调速系统的设计Design of Frequency Fonversion Fpeed Regulation System Based on PLC 摘要近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果
2、，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。而PLC控制技术的引入使得调速控制的快速性，稳定性，准确性方面有了不小的改进。因此，应用PLC控制交流变频调速有着较为广阔的发展前景。本文内容介绍了步进电机以及单片机原理、该系统的硬件电路、程序组成，同时对软、硬件进行了调试。该设计具有思路明确、可靠性高、稳定性强等特点，通过调试实现了上述功能。关键词: 交流调速系统 变频技术 异步电动机 PLC控制技术 Abstract In recent years, with the development of power electronic technology, compute
3、r technology, automatic control technology is developing rapidly, AC drive and control technology has become the most rapidly developing technology, electric drive technology is facing a historical revolution, namely the AC speed regulation to replace DC speed control and computer digital control te
4、chnology to replace the analog control technology has become the trend of development. Motor AC variable frequency speed control technology is now the electricity saving, improve the process to improve product quality and improving the environment, promoting technological progress and a main means.
5、With its high frequency conversion speed and braking performance, high efficiency, high power factor and energy saving effect, wide applicable range and many other advantages by domestic grandpa think the most promising control mode. While the PLC control technology makes the speed control speed, st
6、ability, accuracy, there is not a small improvement. Therefore, the application of PLC control AC drive has a more broad prospects for development. This article introduced the stepper motor and the principle of single-chip computer, the hardware circuit of the system, the program components, while t
7、he soft, hardware debugging. The design has the advantages of clear thinking, high reliability, strong stability and other characteristics, the functions are achieved through debugging.Key words: AC variable speed control system frequency conversion technology asynchronous motor PLC control technolo
8、gy目录摘要1绪论11 系统的工作原理21.1 三相异步电机21.1.1 三相异步电机的结构21.1.2 三相异步电机的工作原理31.2 变频器31.3 控制系统41.3.1 PLC的工作原理41.3.2 PLC的应用52 系统控制方案选取72.1 电机的选择72.2 变频器的选择72.3 PLC的选择82.3 控制方式的选择93 变频调速系统的设计103.1 软件设计103.1.1 S7-200PLC103.1.2 MicroMaster420变频器103.1.3 外部电路设计113.1.4 变频开环调速113.1.5 数字量方式多段速控制133.2 软件设计153.2.1 编程软件153.
9、2.2 系统程序设计164 系统抗干扰措施264.1 PLC抗干扰措施264.2 软件抗干扰措施26结论27致谢28参考文献29 绪论(1) 课题背景从1876年第一台直流电动机问世到1888年交流电动机的发明及广泛应用，再到电机随处可见当今世界，电机的发展早已经成为衡量一个国家现代化水平标准之一，纵观电机的发展，其应用范围的不断扩大，使用要求不断提高，结构类型不断增多，理论要求不断深入。特别是近30年来，伴随着电力电子技术和计算机技术的进步，尤其是超导技术的重大突破和新原理，新结构，新材料，新工艺，新方法的不断推动，电机发展更是呈现出勃勃生机，其前景是不可限量的12。近年来随着电力电子技术，
10、计算机技术，自动控制技术的发展，电机的控制技术得到了迅速的发展，人们在追求控制电机更快，更准，更稳的同时，也意识到节能，环保，经济的重要性。变频技术是近年来国际家电领域全面开发和应用的一项高新技术，它采用新型变频器，将50Hz的固定供电频率转换为30-130Hz的变化频率，实现电动机运转频率的自动调节，达到节能和提高效率的目的。上个世纪80年代初，变频器实现了商品化。在近20年的时间内，经历了由模拟控制到全数字控制和由采用BJT到采用IGBT两个大发展过程1。PLC是20世纪70年代以来，在电气控制技术，集成电路，计算机技术基础上发展起来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术，把计算
11、机技术，通信技术融为一体的一种新型工业控制设备。它具有功能强，可靠性高，配置灵活，使用方便，以及体积小，重量轻等优点13。(2) 设计的目的和意义随着工业控制要求的不断发展，对电机的速度控制要求也越来越高，一般都需要进行闭环控制。交流电机调速的方法有很多，调压串级滑差变频等方式都不同程度地应用于各种各样的工控领域。随着变频技术的发展，变频器越来越多的被应用于调速场合。可编程控制器是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置，将PLC应用于交流变频调速，不仅可靠性高，易于操作，而且还能降低能耗，节约能源。1 系统的工作原理1.1三相异步电机三相异步电机
12、(Triple-phase asynchronous motor)是靠同时接入三相交流电源(相位差120度)供电的一类电动机，由于三相异步电机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速成旋转，存在转差率，所以叫三相异步电机。1.1.1 三相异步电机的结构异步电机主要由固定不动的和旋转的转子两部分组成，定子转子之间有气隙，在定子两端有端盖支撑转子。（1） 定子 异步电机的定子由铁心，定子绕组和机座三部分组成,定子铁心的作用是作为电机磁路的一部分和嵌放定子绕组。为了减少交变磁场在铁心中引起的损耗，铁心一般采用导磁性能良好，比损耗小的0.5mm厚低硅钢片叠成。定子绕组是电机的电路，器作用是感应电动
13、势流过电流。定子绕组在槽内部分 与铁心间必须可靠绝缘，槽绝缘的材料厚度由电机耐热等级和工作电压来决定。机座的作用主要是固定和支撑定子铁心。（2） 转子异步电机的转子由转子铁心转子绕组和转轴组成。转子铁心是电机磁路的一部分，一般由0.5mm硅钢片冲制后叠压而成。转轴起支撑转子铁心和输出机械转矩的作用，转子绕组的作用是感应电动势，流过电流和产生电磁转矩。其结构形式有两种:笼式和绕线式。（3） 气隙 异步电机定，转子之间气隙很小，对于小型异步电机，气隙一般为0.2到1.5mm。气隙大小对异步电机性能影响很大。为了降低电机的空载电流和提高电机的功率，气隙应尽可能的小，但气隙太小又可能造成定转子在运行中
14、发生摩擦，因此异步电机气隙长度应为定转子在运行中不发生机械摩擦所允许的最小值。1.1.2三相异步电机的工作原理三相交流异步电动机的工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律和电磁力定律等基础上的。当磁极沿顺时针方向旋转，磁极的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。电动势的方向由右手定则来确定。因为运动是相对的，假如磁极不动，转子导条沿逆时针方向旋转，则导条中同样也能感应出电动势来。在电动势的作用下，闭合的导条中就产生电流。该电流与旋转磁极的磁场相互作用，而使转子导条受到电磁力，电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力进而产生电磁转矩，转子就转动起来。三相绕组接通三相电源产生的磁场在空
15、间旋转，称为旋转磁场，转速的大小由电动机极数和电源频率而定。转子在磁场中相对定子有相对运动，切割磁杨，形成感应电动势。转子铜条是短路的，有感应电流产生。转子铜条有电流，在磁场中受到力的作用。转子就会旋转起来。第一：要有旋转磁场，第二：转子转动方向与旋转磁场方向相同，第三：转子转速必须小于同步转速，否则导体不会切割磁场，无感应电流产生，无转矩，电机就要停下来，停下后，速度减慢，由于有转速差，转子又开始转动，所以只要旋转磁场存在，转子总是落后同步转速在转动。12三相异步电机是感应电机，定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场。通电启动后，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，即旋转磁场与转子存在相对转速，并与磁场相互作用产生电磁转矩，使转子转起来，实现能量变换。1.2变频器变频器主要应用于对电机速度的调节，可将其分为四个部分，其结构如图1-1所示。通用变频器由主电路和控制回路组成。给异
