基于PLC与变频器的交流电机调速控制硬件系统设计与实现.docx

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1、基于PLC与变频器的交流电机调速控制硬件系统设计与实现完成日期：指导教师签字：辩论小组成员签字：摘要可编程控制器(PLC)是一种数字运算与操作的控制装置。PLC作为传统继电器的替代产品，广泛应用于工业控制的各个领域。由于PLC可以用软件来改变控制过程，并有体积小，组装灵活，编程简单，抗干扰能力强及可靠性高等特点，特别适用于恶劣环境下运行。随着电力电子技术以及控制技术的开展，交流变频调速在工业电机拖动领域得到了广泛应用；本文介绍了基于PLC的变频器调速系统。将现在应用最广泛的PLC和变频器综合起来主要功能实现了变频调速。首先通过设置给定输入给PLC,再通过PLC控制变频器，再经由变频器来控制异步

2、电机，控制运算主要由PLC和变频器来完成，执行元件为变频器和异步电机。关键词：电力电子；变频器；变频调速；交流电机AbstractProgrammablelogiccontroller(PLC)isadigitalcomputingandcontroldeviceoperation.PLCasathetraditionalrelayreplacementproducts,widelyusedinallareasofindustrialcontrol.PLCsoftwarecanbeusedtochangecontrolprocess,andsmallsize,flexibleassemblya

3、ndprogrammingissimple,stronganti-jammingcapabilityandhighreliability,especiallysuitableforharshenvironments.Withthedevelopmentofpowerelectronicstechnologyandcontroltechnology,theACfrequencycontrolhasbeenwidelyusedinthefieldofindustrialmotordrag;programmablelogiccontrollerPLCasanewalternativerelaycon

4、troldevice,oftenusedforfielddatacollectionandcontrolequipment.ThisarticledescribestheinverterspeedcontrolsystembasedonPLC.NowthemostwidelyusedPLCandinvertertogetherthemainfunctionoffrequencycontroLFirstsettothegiveninputtothePLC,PLCcontrolinverterIocontrolthemotorviatheinvertercontrolalgorithmsmainl

5、ybythePLCandinvertertocompletetheimplementationofthecomponentsoftheinverterandthemotor.Keywords:Powerelectronics;Converter;Frequencycontrol;A-cmachive目录1概述12系统设计总体方案与功能分析12. 1设计总体方案13. 2系统功能23PLC和变频器的型号选择33. 1PLC的选择34. 2变频器的选择54硬件设计65. 1变频器接线6变频器主电路接线6控制端子接线74. 2变频器的操作及参数设置8变频器的操作说明8变频器的参数设置94.3PLC的

6、硬件接线104. 4PLC与变频器的连接105. 5调速控制总电路115安装调试116总结11参考文献13致谢13附录131概述PLC就是可编程控制器(ProgrammabIelogicController),国际电工委员会(InternationalEIeCtriCaICommittee)在1987年发布的PLC标准草案中对PLC做了这样的定义：一种数字运算操作的电子系统就是可编程控制器，主要是在工业环境下应用。PLC是在电气控制技术和计算机技术的根底上开发形成的，它以微处理器为核心，融入了自动化及计算机技术。PLC在世界范围内己广泛应用于工业生产，交通运输，生活娱乐等。PLC在工业中应用广

7、泛，它的工作方式以及使用方便快捷。在硬件方面，接口比拟容易，方便连接。此外，它还可以有很多实用功能，比方，它可以编入外围器件的故障自诊断程序，可以让系统中除PLC以外的电路及设备也可以获得故障自诊断保护，并且也己经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，有品种齐全的各种硬件装置供用户选用；在软件方面，PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法规律性强，容易掌握编程语言容易学习，较为简单，并且梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近。变频器是应用电力电子技术与变频技术和自动控制技术，通过改变三相异步电机工作电源频率来控制交流电动机转速的电力控制设备。变频调速已被公认为是最理

8、想、最有开展前景的调速方式之一。采用变频器调速有以下优点提高了设备的自动化程度也提高了生产速度，可以最大的节约能源、降低生产本钱。PLC和变频器被广泛的应用在电力、冶金、矿物开采、化工、交通控制、机械加工和食品加工等诸多领域。本次课题将对S7-200PLC与台达变频器对交流电机调速控制系统进行研究。本文所研究的交流电机调速系统采用PLC来控制变频器调速。充分发挥可编程控制器的高可靠性、灵活性、通用性、扩展性等优点。通过PLC的开关量输入输出模块控制变频器的多功能输入端，从而改变三相异步电机工作电源频率，实现电动机的多级调速。2系统设计总体方案与功能分析5.1 设计总体方案系统采用PLC控制变频

9、器实现交流电动机启动、停止、正反转及各种转速的改变。系统主要由三个局部构成，即可控制局部PLC,执行局部变频器和三相异步交流电机，系统构成框图如图2-1所示。首先通过设置给定输入给PLC,再通过PLC控制变频器，再经由变频器来控制电机。PLC变频器图2-1系统主要构成图5.2 系统功能随着电力电子技术以及自动控制技术的开展，交流变频调速在工业电机拖动领域得到了广泛应用叫PLC和变频器作为替代继电器的新型控制装置，可靠性高，抗干扰能力强，硬件配套齐全，功能完善，使用方便，体积小，重量轻，能耗低，使用寿命长且功能强大，常常被用于现场数据采集和设备的控制。本次设计就是基于PLC的变频器调速系统，首先

10、通过设置给定输入给PLC,再通过PLC控制变频器，再经由变频器来控制电机。结合实际情况，我为系统设计了以下功能：(1)按下正转按钮(10.0)时，异步电机按变频器的旋钮设定频率进行正转。(2)按下反转按钮(10.1)时，异步电机按变频器的旋钮设定频率进行反转。按停止按钮(10.3)时,电机在任何情况下都停止运转。(4)按下自动按钮(10.2)时，可以使变频器按照自身设定程序自动循环运转。图2-2变频器控制电动机运转模式（5）按下按钮（10.4）时，电动机正转，使电机按照PLC设定程序自动循环运转。具体运转模式见图2-3。每15s交替一次，正转频率为35Hz,反转频率为20Hz。（7）变频器故障

11、时（10.5）,即当交流电机驱动器侦测到有异常状况发生时，电动机停止运转。3PLC和变频器的型号选择3.1PLC的选择在PLC系统设计时，首先应确定控制方窠，下一步工作就是PLC工程设计选型,工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。在PLC型号的选择上，工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据，同时综合了输入输出（I/O）点数、存储器容量、各项控制功能和机型的考虑以及性价比等各方面的因素，来确定PLC型号的选择。根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。PLC还有故障自诊断功能，可以让系统中

12、除PLC以外的电路及设备也可以获得故障自诊断保护。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法规律性强,容易掌握编程语言容易学习，较为简单，并且梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近。本次设计PLC输入点数在7个，输出点数6个。I/O点数估算时应考虑增加10%20%的余量，因此选择了S7-200PLC/CPU224/14输入/10输出。由于控制较简单，对PLC存储容量、殊功能模块没有特殊要求。根据学校实验室现有设备，从中选择了S7-200PLC/CPU224XP/14输入/10输出。S7-200PLC具体型号见表3-1。表3-1S7-2PLCCPU选型型号表注：AC/D

13、C/继电器100-230VAC电源/24VDC输入/继电器输出;CPu系列号产品图片描述选型型号4 *JCEU224XP6ES7 214-2BD23-0XB0AC/DC/继电器：14点输入/10点输出;2输入/1输出共3个模拟量1/0点在PLC的应用中还有重要的一项就是编程，编程中需要用到的指令如下。S7-200系列PLC的根本指令包括常用指令、堆栈操作指令、计数指令、定时器指令、比拟指令和程序控制指令等。1)触点指令触点指令包括逻辑取和线圈驱动指令，它有两种连接形式，即串联和并联。逻辑取和线圈驱动指令。指令格式为：LD取指令：LDN取反指令。触点串联指令。指令格式为：A常开触点串联：AN常闭

14、触点串联。触点并联指令。指令格式为：O常开触点并联：ON常闭触点并联。(2)逻辑电路块的连接指令串联电路块的并联指令。指令格式为：OLD。并联电路块的串联指令。指令格式为：ALD。(3)置位，复位，取反指令置位指令的格式为：SbitN0复位指令的格式为：RbitNo取反指令的格式为：NOTo(4)计数器指令增计数器指令CTiL其指令格式为：CTUCX,PV。X为计数器编号。减计数器指令CTD：其指令格式为：CTDCx,PV0X为计数器编号。增减计数器指令CTUD:其指令格式为：CTUDCx,PV0X为计数器编号。(5)定时器指令接通延时指令TON：其指令格式为：ToNTX,PT。X为定时器编号

15、。断开延时指令TOF：其指令格式为：TOFTX,PT。X为定时器编号。有记忆接通延时指令TONR：其指令格式为：ToRTX,PT。X为定时器编号。(6)结束及暂停指令结束指令可分为有条件结束指令END和无条件结束指令MEND0暂停指令的指令格式为：SToPiJ7子程序指令子程序指令包括3个指令：建立子程序、子程序调用和子程序返回。其中子程序调用指令又有2条指令：子程序调用指令CALL和子程序条件返回指令CRETo3.2变频器的选择在选择变频器时，首先要确定在该设计系统中使用通用变频器的目的，根据目的来选择最优的变频器，从而到达预期效果。再根据该设计的控制要求，对调速范围、速度响应和控制精度、启动转矩等要素，并充分了解变频器所驱动负载特性，从而来确定采用什么功能的变频器对于该设计的实现更加方便，然后确定采用什么控制方式最适宜。所选用的通用变频器应是既满足生产工艺要求，又要在技术经济指标上合理。假设对变频器选型、系统设计及使用不当，可能会造成很多影响，比方，可能会使变频器不能正常的运行，从而达不到预期效果；可能引发设备故障，造成不必要的损失。为了保证所选用的变频器长期的可靠的运行，应当重点注意变频器的地线的接地连接。变频器的工作原理是把市电(38OV、50Hz)通过整流器变成平滑直流，然后利