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1、 2016届毕业设计说明书（论文） 交流异步电动机转速闭环控制系统设计院 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 刘泰波 指导教师： 邓宝燕 职称 工程师 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气1205班 完成时间： 2016年5月 摘 要交流异步电机具有结构简单、制造容易、维护检修工作量小等一系列优点，在早期多用于不可拖动领域。伴随着电力电子科技技术不断发展，和静止式变频器出现，交流异步电机在可拖动领域当中逐步得到了普遍的实际应用。实现电机的调速有很多方法。探究异步电动机的调速，寻求符合实际情况调速方法能够最大的限度节省资源，因此探究控制调速就显得很有一定的必要。交流异步电机转速闭环
2、控制是一种比较简便实用的调速系统，这个系统其拥有优异的运行、控制及经济性能，彰显了庞大的技术开发潜力。此次设计介绍了交流异步电机转速闭环控制系统的几大组成部分，并且着重阐述了三相交流异步电动机、变频器、可编程控制器PLC（programmable logic controller）的简单的工作原理。在探究转速闭环控制基本原理的基础上，研究出了交流异步电机单闭环转速系统结构原理图。还将具体分析本次实验器件选择方案的优缺点，叙述课题的硬件软件设计内容，介绍各个器件的详细资料。以单闭环调速系统为例，如果选择电机调速，速度控制系统的范围是最小的，速度变量用来作为负反馈回路控制系统就能解决这个问题，使调
3、速性能得到充分改善。最后，经过理论分析并建立模型后，基于组态王人机界面开发仿真软件，并进行调试仿真实验，并且对仿真结果进行进一定的分析和改进。关键词：PLC；变频器；交流异步电动机；转速闭环控制；组态王IABSTRACTAc asynchronous motor has simple structure, easy manufacture, small maintenance workload and a series of advantages, in the field of early to not drag. With the continuous development of pow
4、er electronic technology, and the static frequency converter, ac asynchronous motor to drag field gradually widely practical application. There are so many ways to achieve motor speed control. To explore the speed regulation of asynchronous motor, seek to conform to the actual situation speed regula
5、tion method can maximum limit to save resources, thus to explore the control speed regulation is very necessary. Ac asynchronous motor speed closed-loop control is a relatively simple and practical control system, this system has good operation, control and economic performance, reveals the huge pot
6、ential of technology development.The design of ac asynchronous motor speed closed-loop control system is introduced several major components, and emphatically expounds the three-phase ac asynchronous motor, frequency converter, PLC (programmable controller programmable logic controller) of simple wo
7、rking principle. In the inquiry speed closed-loop control, on the basis of basic principle, research out of the ac asynchronous motor single closed-loop speed system structure diagram. Will also be a concrete analysis the advantages and disadvantages of this experiment device options, hardware and s
8、oftware design contents of narrative subject, introduce details of each device.Single closed-loop speed control system, for example, if you choose to motor speed control, speed control system is the smallest, the range of speed variable used as a negative feedback loop control system can solve this
9、problem, make the speed regulating performance fully improved.Finally, after theoretical analysis and establish the model, simulation software based on kingview man-machine interface development, and debugging simulation experiment, and the simulation results are in a certain analysis and improvemen
10、t.Key words: PLC; Frequency converter; Ac asynchronous motor. Speed closed-loop control; kingviewII目 录1 绪论11.1 课题设计的目的11.2 课题设计内容及实现目标21.3 论文整体结构22 整体方案选择32.1 变频器的选择32.2 可编程控制器的选择42.3 组态软件的选择42.4 光电旋转编码器的选择42.5 整体方案说明43 控制系统硬件设计53.1 系统硬件配置简介53.1.1 变频器的简介53.1.2 可编程控制器简介93.1.3 特殊功能模块扩展简介113.1.4 电机机组简介
11、123.1.5 旋转编码器简介123.1.6 工控机简介133.2 系统硬件组成原理133.3 系统硬件示意图设计153.3.1 PLC电路接线图163.3.2 变频器电路接线图173.3.3 编码器电路接线图174 PLC控制系统软件设计184.1 I/O地址分配184.2 控制程序流程图设计194.3 PLC控制程序设计205 系统仿真调试及结果分析235.1仿真软件简介235.2仿真调试及结果分析24结束语26致 谢27参考文献28附 录29附录A：主电路电气连接图29附录B：变频器电路图30附录C：PLC电路图31附录D：编码器电路图32附录E：硬件清单33附录F：梯形图程序34IV1
12、 绪论随着人类能源需求的发展,大大刺激了全世界工业经济的飞速提升，与发达国家工业经济发展相比之下我国的能源状况，也需要相应的提高资源的需求提升经济能力。上个世纪末，我国工业高耗能机械设备就已经稳稳地超越了许多经济发达的欧美国家，但是面对高耗能的情形下，我国机械设备的综合电力能源使用率却仅仅只有百分之三十八，这个数值与发达国家相对比却低得很多，根据这个情况我国有必要发展新技术来提高电力能源的利用率，大力降低浪费的电力能源，提升工业经济能力。电机已然是如今工业生产中能源的使用巨头其中之一，目前电机在全国范围内的总装机容量已超过4亿KW，每年已超过6千亿KW.h，其指标在生产当中达到百分之八十，而如
13、今，在我国，超过百分之八十的电机主要都以中小型异步电动机为主，从这个粗略的数据可以得到一个信息，我国在电力设备特别是在电机领域还有很大潜力来大力降低综合能源的消耗促进经济的进一步发展。通过分析电机的结构原理判断出电机频率是对能源消耗的关键所在，所以改变电机频率需要涉及到变频调速技术，由于变频调速技术杰出的节能优点、良好的调速功能和广泛的普及适用得到了工业领域的强烈欢迎和青睐。 虽然有很多实验研究所对变频调速技术有着深入的研究，但运用到生产经济当中产业化模块却是非常的不尽人意，我国技术市场的近百分之六十由海外工业机械设备占领。大致相比之下，经过我国的变频调速技术几十年的发展，但还是与欧美发达国家
14、技术有十年左右的差距水平。在大功率交-交电机等变频器技术领域，我们国家只有为数不多的研究所有其自身的实力研究制造出来，但是与国外技术发达的国家相比，在数字化和系统可靠性方面还需要更进一步的提高。异步电机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，可以通过其坐标的变换让阶次降低并简化，但这对于非线性和多变量的本质来说是没有改变的。转速开环的恒压频比调速控制系统和转速闭环的转差频率变频调速系统，它们的动态性能并不是能够得到满意的认可，很难准确的设计出调节器的参数。主要在于没有涉及到非线性和多变量的本质，只是单独运用了单变量控制系统的概念。1.1 课题设计的目的对于电动机转速的控制，开环系统其
15、结构简单，电机触发电路由控制电压直接控制。但转速变化很大，系统静特性差。虽然闭环系统的结构是复杂的，但系统的特性曲线较硬，速度调节性能好，转矩变化几乎没有影响系统的速度。在众多工业产业当中，电机转速能够符合给定的转速，所以选用闭环控制系统。此次课题设计就是基于PLC可编程控制器的三菱变频器来实现转速闭环控制。1.2 课题设计内容及实现目标通过变频器驱动三相异步电动机旋转，电机尾部接有旋转编码器，编码器高速脉冲信号接入PLC，通过高速计数器指令准确计算出电机的转速，依靠PLC内部的PID指令动态准确的调节电机的转速达到设定速度与反馈速度基本一致，实现功能。1.3 论文整体结构此次论文课题设计的是基于可编程控制器PLC交流异步电动机转速闭环控制系统设计，需要使用三菱FR-E740系列变频器、PLC三菱FX系列可编程控制器、组态王人机界面仿真、交流异步电动机、光电旋转编码器对本课题进行完整的设计实施，能够使电机转速达到设定的速度与系统反馈的速度基本达成一致，实现功能目标。论文主要分为六部分，各部分内容如下：第一部分：绪论，大体
