基于PLC控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、課課程程設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)說(shuō)說(shuō)明明書(shū)書(shū) 名稱(chēng) 基于 plc 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2010 年 7 月 4 日至 2010 年 7 月 8 日共 1 周 院 系 電子信息工程系 班 級(jí) 09 電氣（1） 姓 名 學(xué) 號(hào) 目錄目錄 緒論緒論 .1 第一章第一章 plcplc 的介紹的介紹.2 1.1 plc 的基本概念 .2 1.2 plc 的基本組成 .2 1.3 plc 的工作原理 .4 1.4 歐姆龍 cp1h 型 plc 的特性及功能簡(jiǎn)介 .5 1.4.1 cp1h 型 plc 的基本特性 .5 1.4.2 cp1h 中斷功能 .6 1.4.3 模擬輸入/輸出功能.7 1.4.4 串行通信功能.

2、7 第第二二章章 vf0vf0 變頻器變頻器 .8 2.1 變頻器的工作原理.8 2.2 vf0 變頻器的特點(diǎn) .8 2.3 vf0 變頻器操作面板的介紹 .9 2.4 vf0 變頻器工作模式及控制方式 .10 2.4.1 vf0 變頻器工作模式 .10 2.4.2 vf0 變頻器的控制方式 .11 第三章第三章 調(diào)速系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) .14 3.1 vf0 變頻器主電路和控制電路的接線 .14 3.1.1 主電路的接線方法.14 3.1.2 控制電路的接線方法.15 3.2 系統(tǒng)電路接線 .16 3.3 i/o 地址分配 .17 3.4 梯形圖程序編寫(xiě) .18 第四章第四

3、章 調(diào)試過(guò)程及結(jié)果調(diào)試過(guò)程及結(jié)果 .19 4.1 vf0 變頻器的調(diào)試說(shuō)明.19 4.1.1 設(shè)定頻率 .19 4.1.2 正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)功能.19 4.1.3 功能組合設(shè)定.20 4.2 調(diào)試過(guò)程 .20 4.3 調(diào)試結(jié)果 .20 第五章第五章 心得體會(huì)心得體會(huì) .22 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .23 附錄附錄 .24 梯形圖程序 .24 基于 plc 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 0 頁(yè) 共 24 頁(yè) 緒論緒論 可編程序控制器（programmable logic controller，簡(jiǎn)稱(chēng) plc） 。它是一種新型 的控制器件，集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)于一體，在取代繼電器控制系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)多

4、種設(shè)備的自動(dòng)控制中，充分體現(xiàn)其諸多優(yōu)點(diǎn)，受到廣大用戶(hù)的歡迎和重視。 plc 是一種以微處理技術(shù)為基礎(chǔ)，將控制處理規(guī)則存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中，應(yīng)用于以控制 開(kāi)關(guān)量為主或包括控制參量在內(nèi)的邏輯控制、機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制或過(guò)程控制等工業(yè)控制領(lǐng) 域的新型工業(yè)控制裝置。用編寫(xiě)的程序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并 通過(guò)數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來(lái)控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。 plc 具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等 特點(diǎn)。可以預(yù)料在工業(yè)控制領(lǐng)域中，plc 控制技術(shù)的應(yīng)用必將形成世界的潮流。 plc 程序既有生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)程序，又有用戶(hù)自己開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序，系統(tǒng)程序提供 運(yùn)行平臺(tái)，同

5、時(shí)，還為 plc 程序可靠運(yùn)行及信息與信息轉(zhuǎn)換進(jìn)行必要的公共處理。用 戶(hù)程序由用戶(hù)按控制要求設(shè)計(jì)。 任何生產(chǎn)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，都包括兩個(gè)基本方面：一個(gè)是滿(mǎn)足生產(chǎn)機(jī)械 和工藝的各種控制要求，另一個(gè)是滿(mǎn)足電氣控制系統(tǒng)本身的制造、使用以及維修的需 要。因此，電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括原理設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。前者決定一臺(tái)設(shè)備 使用效能和自動(dòng)化程度，即決定著生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的先進(jìn)性、合理性，而后者決定著電 氣控制設(shè)備生產(chǎn)可行性、經(jīng)濟(jì)性、外觀和維修等方面的性能。 要完成好電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，除要求我們掌握必要的電氣設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)外， 還要求我們必須經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)踐，深入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，將我們所學(xué)的理論知識(shí)和積累的

6、經(jīng)驗(yàn) 技術(shù)應(yīng)用到設(shè)計(jì)中來(lái)。本次課程設(shè)計(jì)正是本著這一目的而著手實(shí)施的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，它 是一項(xiàng)初步的模擬工程訓(xùn)練。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，可以更深地了解一般電氣控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)方法。 基于 plc 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 共 24 頁(yè) 第一章第一章 plc 的介紹的介紹 1.1 plc 的基本概念 可編程控制器 (plc)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。 早期的可編程控制器稱(chēng)作可編程邏輯控制器 (programmable logic controller)，簡(jiǎn) 稱(chēng) plc，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能 已經(jīng)大大超過(guò)了邏

7、輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱(chēng)作可編程控制器，簡(jiǎn)稱(chēng) pc。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī) (personal computer)的簡(jiǎn)稱(chēng)混淆，所以將可編程控 制器簡(jiǎn)稱(chēng) plc。 1.2 plc 的基本組成 plc 實(shí)質(zhì)是一種專(zhuān)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相 同，其基本組成結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1-1 所示，主要由電源、 cpu 單元、存儲(chǔ)器、 i/o 接口和通信單元等組成。 系統(tǒng)總線 電源單元單元編程器擴(kuò)展存儲(chǔ)器 輸入單元 輸出單元/0單元通信單元 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 機(jī) 終端設(shè)備 圖 1-1 plc 的組成結(jié)構(gòu)示意圖 a、電源 基于 plc 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 24 頁(yè)

8、 plc 的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可靠的 電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此 plc 的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。 一般交流電壓波動(dòng)在 +10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 plc 直接連 接到交流電網(wǎng)上去 。 b、中央處理單元 (cpu) 中央處理單元 (cpu)是 plc 的控制中樞。它按照 plc 系統(tǒng)程序賦予的功能接 收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、i/o 以及警戒定時(shí) 器的狀態(tài)，并能診斷用戶(hù)程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)plc 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描 的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入i/o 映象區(qū)，

9、然后從用戶(hù)程 序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶(hù)程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算 的結(jié)果送入 i/o 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶(hù)程序執(zhí)行完畢之后，最后將 i/o 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn) 行，直到停止運(yùn)行。 為了進(jìn)一步提高 plc 的可靠性，近年來(lái)對(duì)大型 plc 還采用雙 cpu 構(gòu)成冗余 系統(tǒng)，或采用三 cpu 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè) cpu 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍 能正常運(yùn)行。 c、存儲(chǔ)器 存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。 存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為用戶(hù)程序存儲(chǔ)器。 d、輸入/輸出接口電路 、現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路

10、和微機(jī)的輸入接口電路，作用是plc 與 現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道。 、現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作 用 plc 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。 e、功能模塊 如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊 。 基于 plc 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 共 24 頁(yè) f、通信模塊 如以太網(wǎng)、rs485、profibus-dp 通訊模塊等。 1.3 plc 的工作原理 plc 運(yùn)行時(shí)，需要進(jìn)行大量的操作，這迫使 plc 中的 cpu 只能根據(jù)分時(shí)操作 原理，按一定的順序，每一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)操作。這種分時(shí)操作的方式，稱(chēng)為cpu 的掃描工作方式，是 pl

11、c 進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的常用的一種方式。 plc 采取按順序循環(huán)掃描的工作方式， 當(dāng) plc 投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般 分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階 段稱(chēng)作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間， plc 的 cpu 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行 上述三個(gè)階段。 (一) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段， plc 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們 存入 i/o 映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷 新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， i/o 映象區(qū)中的相應(yīng)單 元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，

12、則該脈沖信號(hào)的寬度必 須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 (二) 用戶(hù)程序執(zhí)行階段 在用戶(hù)程序執(zhí)行階段， plc 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶(hù)程序 (梯形 圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路， 并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù) 邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)ram 存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新 該輸出線圈在 i/o 映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的 特殊功能指令。 基于 plc 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 共 24 頁(yè) 在程序執(zhí)行的過(guò)程中如果使

13、用立即 i/o 指令則可以直接存取 i/o 點(diǎn)。即使用 i/o 指令的話，輸入過(guò)程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從i/o 模塊取值， 輸出過(guò)程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 (三) 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶(hù)程序結(jié)束后，plc 就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，cpu 按照 i/o 映 象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。 這時(shí)，才是 plc 的真正輸出。 1.4 歐姆龍 cp1h 型 plc 的特性及功能簡(jiǎn)介 歐姆龍公司cp1h型高功能plc的外形圖如圖1-2所示 圖1-2 cp1h型plc外形圖 1.4.1 cp1h 型 plc 的基本特

14、性 處理速度：基本指令 0.1s；特殊指令 0.3s； i/o 容量：最多 7 個(gè)擴(kuò)展單元，開(kāi)關(guān)量最大 320 點(diǎn)，模擬量最大 37 路； 程序容量：20k 步； 數(shù)據(jù)容量：32k 字 ； 機(jī)型類(lèi)別：本體 40 點(diǎn)，24 點(diǎn)輸入，16 點(diǎn)輸出，繼電器輸出或晶體管輸出可選； 4 軸脈沖輸出：100khz2 和 30 khz2（x 型和 xa 型） ，最大 1mhz（y 型） ； 4 軸高速計(jì)數(shù)：?jiǎn)蜗?100khz 或相位差 50 khz4（x 型和 xa 型） ，最大 1mhz（y 型） ； 基于 plc 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 共 24 頁(yè) 內(nèi)置模擬量： 4 輸入，2 輸出（xa

15、型） ； 通信接口：最大 2 個(gè)串行通信口（rs-232a 或 rs-422/485 任選） ；本體附帶一個(gè) usb 編程端口； 2 位 7 段碼發(fā)光二極管顯示故障信息； 支持歐姆龍中型機(jī) cj1 系列高功能模塊（最大 2 塊） ； 支持 fb/st 編程，可以利用歐姆龍的 smart fb 庫(kù)，與 cj1/cs1 系列程序統(tǒng)一，可 以互換。 1.4.2 cp1h 中斷功能 cp1h的cpu單元，通常周期性重復(fù)（公共處理運(yùn)算處理i/o刷新外圍服務(wù)） 的處理，運(yùn)算處理中執(zhí)行周期執(zhí)行任務(wù)。與此不同，根據(jù)特定要求的發(fā)生，可以在該 周期的中途中斷，使其執(zhí)行特定的程序。中斷功能種類(lèi)如下： （1）輸入中斷

16、（直接模式） cpu單元的內(nèi)置輸入發(fā)生offon的變化，或onoff的變化時(shí)，執(zhí)行中斷任務(wù)的處 理。耕具中斷接點(diǎn)中斷任務(wù)140147被固定分配。 （2）輸入中斷（計(jì)時(shí)器模式） 通過(guò)對(duì)向cpu單元的內(nèi)置輸入的輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)及計(jì)數(shù)達(dá)到，執(zhí)行中斷任務(wù)的處 理。輸入頻率，作為所使用的輸入中斷（計(jì)時(shí)器模式）的合計(jì)為5khz以下。 （3）定時(shí)中斷 通過(guò)cpu單元的內(nèi)置定時(shí)器，按照一定的時(shí)間間隔執(zhí)行中斷任務(wù)的處理。時(shí)間間隔 的單位時(shí)間可從10ms、1ms、0.1ms中選擇。 （4）高速計(jì)數(shù)器中斷 用cpu單元內(nèi)置的高速計(jì)數(shù)器來(lái)對(duì)輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，根據(jù)當(dāng)前值，與目標(biāo)值一致、 或通過(guò)區(qū)域比較來(lái)執(zhí)行中斷任務(wù)的處

17、理?？赏ㄟ^(guò)指令語(yǔ)言分配中斷任務(wù)0255。 （5）外部中斷 基于 plc 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 24 頁(yè) 連接cj系列的高功能i/o單元、cpu高功能單元時(shí)，通過(guò)單元側(cè)的控制，指定中斷 任務(wù)0255并執(zhí)行處理。 1.4.3 模擬輸入/輸出功能 xa型的cp1h cpu單元內(nèi)置模擬輸入4點(diǎn)及模擬輸出2點(diǎn)。分辨率分為1/6000或 1/12000兩種。輸入輸出分別刻選擇： 05v、15v、010v、10v10v、020a、420a等6種方式。 1.4.4 串行通信功能 cp1h cpu 單元支持串行通信功能有串行網(wǎng)關(guān)、串行 plc 鏈接、nt 鏈接 1：n、上位 鏈接、工具總線等。

18、 基于 plc 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 共 24 頁(yè) 第第二二章章 vf0 變頻器變頻器 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控 制裝置。它主要由兩部分電路構(gòu)成，一是主電路（整流模塊、電解電容和逆變模塊） ，二是控制電路（開(kāi)關(guān)電源板、控制電路板）。 cpu 就安裝在控制電路板上，變頻 器的操作軟件燒錄在 cpu 上，同一型號(hào)的變頻器軟件是固定的，唯一例外的就是三 晶變頻器，軟件可根據(jù)使用需求更改。 2.1 變頻器的工作原理 交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式為： n60 f(1s)/p (1) 式中 n 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速； f 異步電動(dòng)機(jī)的頻率； s 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)

19、差率； p 電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。 由式(1)可知，轉(zhuǎn)速 n 與頻率 f 成正比，只要改變頻率 f 即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速， 當(dāng)頻率 f 在 050hz 的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過(guò) 改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。 2.2 vf0 變頻器的特點(diǎn) 松下 vf0 變頻器的特點(diǎn)如下： .小巧 為了滿(mǎn)足各類(lèi)機(jī)器小型化的需要，其實(shí)現(xiàn)了同類(lèi)產(chǎn)品中最小型化 體積僅是同類(lèi)產(chǎn)品的 4056 基于 plc 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 共 24 頁(yè) .操作簡(jiǎn)單 采用了新設(shè)計(jì)的調(diào)頻電位器，使調(diào)頻操作簡(jiǎn)單輕松 而且用操作盤(pán)就可容易地操作正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn) .可

20、由 plc 直接調(diào)節(jié)頻率 可直接接收 plc 的 pwm 信號(hào)并可控制電動(dòng)機(jī)頻率 同時(shí)可與我公司 plc(fp0 等)配套使用，無(wú)需模擬 i/o 單元 .功能齊全 2.3 vf0 變頻器操作面板的介紹 數(shù)字操作器 lc-01/lc-02p 位于交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上方，可分為兩部分：顯示區(qū)和 按鍵控制區(qū)。顯示區(qū)提供參數(shù)設(shè)定規(guī)劃模式及顯示不同的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。按鍵控制區(qū)為使 用者與交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器溝通界面。操作面板如圖 2-1 所示，操作面板說(shuō)明如表 2-1 所 示。 圖 2-1 vf0 變頻器的操作面板 基于 plc 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 共 24 頁(yè) 表 2-1 操作面板說(shuō)明 顯示部位 顯示

21、輸出頻率、電流、線速度、異常內(nèi)容、設(shè)定功能 時(shí)的數(shù)據(jù)及其參數(shù)no run（運(yùn)行）鍵使變頻器運(yùn)行的鍵 stop（停止）鍵使變頻器運(yùn)行停止的鍵 mode（模式）鍵 切換“輸出頻率電流顯示” 、 “頻率設(shè)定監(jiān)控” 、 “旋轉(zhuǎn)方向設(shè)定” 、 “功能設(shè)定”等各種模式以及將數(shù) 據(jù)顯示切換為模式顯示所有的鍵 set（設(shè)定）鍵 切換模式和數(shù)據(jù)顯示以及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)所有的鍵。在“輸 出頻率電流顯示模式“下，進(jìn)行頻率顯示和電流顯 示的切換 up（上升）鍵 改變數(shù)據(jù)或輸出頻率以及利用操作板使其正轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí) 用于設(shè)定正轉(zhuǎn)方向 down(下降)鍵 改變數(shù)據(jù)或輸出頻率以及利用操作板使其反轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí) 用于設(shè)定反轉(zhuǎn)方向 頻率設(shè)定鍵用操

22、作板設(shè)定運(yùn)行頻率而使用的鍵 2.4 vf0 變頻器工作模式及控制方式 2.4.1 vf0 變頻器工作模式 vf0 變頻器由下列四種模式構(gòu)成： 輸出頻率電流顯示模式 頻率設(shè)定監(jiān)控模式 旋轉(zhuǎn)方向設(shè)定模式 功能設(shè)定模式 通常情況下使用輸出頻率電流顯示模式。施加電源時(shí)即使這種模式。四種模式 基于 plc 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 共 24 頁(yè) 的關(guān)系如圖 2-2 所示。 圖 2-2 vf0 變頻器四種工作模式的關(guān)系 2.4.2 vf0 變頻器的控制方式 低壓通用變頻輸出電壓為 380650v，輸出功率為 0.75400kw，工作頻率為 0400hz，它的主電路都采用交直交電路。其控制方式經(jīng)

23、歷了以下四代。 u/f=c 的正弦脈寬調(diào)制（spwm）控制方式 其特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿(mǎn)足一般傳 動(dòng)的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻 基于 plc 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 共 24 頁(yè) 時(shí)，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。 另外，其機(jī)械特性終究沒(méi)有直流電動(dòng)機(jī)硬，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如 人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會(huì)隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機(jī)轉(zhuǎn)矩利 用率不高，低速時(shí)因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。 因此人們又研究出

24、矢量控制變頻調(diào)速。 電壓空間矢量（svpwm）控制方式 它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡 為目的，一次生成三相調(diào)制波形，以?xún)?nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制的。經(jīng)實(shí)踐使 用后又有所改進(jìn)，即引入頻率補(bǔ)償，能消除速度控制的誤差；通過(guò)反饋估算磁鏈幅值， 消除低速時(shí)定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動(dòng)態(tài)的精度和穩(wěn)定度。 但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒(méi)有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒(méi)有得到根本改善。 矢量控制（vc）方式 矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流 ia、ib、ic、 通過(guò)三相二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流 ia1ib1

25、，再通過(guò)按轉(zhuǎn)子磁 場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流 im1、it1（im1 相當(dāng)于直流電 動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流；it1 相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流），然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制 方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。 其實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，分別對(duì)速度，磁場(chǎng)兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制。 通過(guò)控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí) 現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時(shí)代的意義。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由 于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動(dòng)機(jī) 控制過(guò)程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較

26、復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。 直接轉(zhuǎn)矩控制（dtc）方式 1985 年，德國(guó)魯爾大學(xué)的 depenbrock 教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。該 技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡(jiǎn)潔明了的系 基于 plc 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 共 24 頁(yè) 統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。目前，該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機(jī)車(chē) 牽引的大功率交流傳動(dòng)上。 直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁 鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的 許多復(fù)雜計(jì)算；它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的

27、控制，也不需要為解耦而簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī) 的數(shù)學(xué)模型。 矩陣式交交控制方式 vvvf 變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交直交變頻中的一種。 其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流電路需要大的儲(chǔ)能電容，再生能量 又不能反饋回電網(wǎng)，即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行。為此，矩陣式交交變頻應(yīng)運(yùn)而生。由 于矩陣式交交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價(jià)格貴的電解電容。 它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為 l，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術(shù) 目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學(xué)者深入研究。其實(shí)質(zhì)不是間接的控制電流、磁 鏈等量，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。具體方法是： 控制定子磁鏈引入定

28、子磁鏈觀測(cè)器，實(shí)現(xiàn)無(wú)速度傳感器方式； 自動(dòng)識(shí)別（id）依靠精確的電機(jī)數(shù)學(xué)模型，對(duì)電機(jī)參數(shù)自動(dòng)識(shí)別； 算出實(shí)際值對(duì)應(yīng)定子阻抗、互感、磁飽和因素、慣量等算出實(shí)際的轉(zhuǎn)矩、定子磁 鏈、轉(zhuǎn)子速度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制； 實(shí)現(xiàn) bandband 控制按磁鏈和轉(zhuǎn)矩的 bandband 控制產(chǎn)生 pwm 信號(hào)，對(duì)逆變 器開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制。 基于 plc 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) 共 24 頁(yè) 第三章第三章 調(diào)速系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 本次課程設(shè)計(jì)任務(wù)是實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，選用 plc 和變頻器的組合完成數(shù) 字量的輸入，實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量的輸出控制。通過(guò)改變輸入的頻率大小來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)速 度的控制

29、，使速度變化更加平滑，達(dá)到精準(zhǔn)調(diào)速。被控變量是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，要求電 動(dòng)機(jī)能在變頻器頻率的控制下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的變化，我們通過(guò)編寫(xiě)梯形圖程序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電 動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度的大小及運(yùn)轉(zhuǎn)方向的控制。 3.1 vf0 變頻器主電路和控制電路的接線 在課程設(shè)計(jì)開(kāi)始之前，指導(dǎo)老師就給我們仔細(xì)地講解了vf0 變頻器主電路和控 制電路的接線方法及其參數(shù)的設(shè)置，讓我們對(duì)松下的 vf0 變頻器有了初步的了解，有 利于此次課程設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。 3.1.1 主電路的接線方法 主電路接線方法如圖 3-1 所示： 圖 3-1 主電路接線圖 基于 plc 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 共 24 頁(yè) 接線時(shí)的注意事項(xiàng)如下： .將

30、電源連接到輸入電子（l,n）上，電動(dòng)機(jī)連接到輸出端子（u,v,w）上。 .電源和電動(dòng)機(jī)的端子請(qǐng)使用帶套筒的圓形壓緊式端子。 （vf0 變頻器使用手冊(cè)） .主電路接線后，一定要確認(rèn)連接的是否牢固，否則一旦控制電路接線后會(huì)因電 線的進(jìn)出受到限制而不能重新擰緊主電路。 .以最短方式連接到大容量電源變壓器時(shí)（500kva 以上） ，在變頻器的輸入端一 定要設(shè)置改善功率因數(shù)的扼流圈。 .為了適應(yīng) ce 標(biāo)記的要求，變頻器的電源輸入端必須設(shè)置過(guò)電流、短路以及漏 電的保護(hù)設(shè)備。 3.1.2 控制電路的接線方法 控制回路接線方法如圖 3-2 所示，各端子說(shuō)明如表 3-1 所示： 圖 3-2 控制回路接線圖 基

31、于 plc 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 共 24 頁(yè) 表 3-1 各端子說(shuō)明 端子端子功能關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù) 1 頻率設(shè)定用電位器連接端子（+5v） p09 2 頻率設(shè)定模擬信號(hào)的輸入端子 p09 3 （1） 、 （2） 、 （4）（9）輸入信號(hào)的共用端子 4 多功能模擬信號(hào)輸出端子（05v） p58,59 5 運(yùn)行/停止、正轉(zhuǎn)運(yùn)行信號(hào)的輸入端子 p08 6 正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)運(yùn)行信號(hào)的輸入端子 p08 7 多功能控制信號(hào)sw1的輸入端子 p19,20,21 8 多功能控制信號(hào)sw2的輸入端子 pwm控制的頻率切換用輸入端子 p1921 p2224 9 多功能控制信號(hào)sw3的輸入端子 pwm控制

32、時(shí)的pwm信號(hào)輸入端子 p1921 p2224 10 開(kāi)路式集電極輸出端子（c：集電極） p25 11 開(kāi)路式集電極輸出端子（e：發(fā)射極） p25 a 繼電器接點(diǎn)輸出端子（no：出廠配置） p26 b 繼電器接點(diǎn)輸出端子（nc：出廠配置） p26 c 繼電器接點(diǎn)輸出端子（com） p26 3.2 系統(tǒng)電路接線 plc 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)接線圖如圖 3-3 所示。圖 3-3 中 plc 的輸入端 0.00 和 0.01 分別接起動(dòng)按鈕 sb1 和停止按鈕 sb2 的一端，兩個(gè)按鈕的另一端均接到電源正極， 電源的負(fù)極接到 plc 輸入模塊的 com 端上；plc 輸出模塊的前四個(gè) com 端接變頻

33、器控制 回路的端子 3（com 端），plc 輸出端 100.00 和 100.01 分別接變頻器控制回路的端子 5 和 6,其中端子 5 控制電機(jī)的運(yùn)行與停止端子 6 控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；變頻器多功能控 制信號(hào)端子（sw1sw3）可以組成 8 種不同的組合，即對(duì)應(yīng)著 8 個(gè)不同的頻率， 從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在 8 個(gè)速度段中切換。變頻器的主回路接電動(dòng)機(jī)。 基于 plc 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 共 24 頁(yè) 本設(shè)計(jì)中變頻器 p32p38 單元所設(shè)定的第 28 速頻率分別為 10hz，20hz，25hz，305hz，35hz，40hz，45hz。 圖 3-3 plc 控制的變頻調(diào)速系

34、統(tǒng)接線圖 3.3 i/o 地址分配 本設(shè)計(jì)中將 p08 單元的參數(shù)設(shè)置為 4，即端子 5 得電，電機(jī)運(yùn)行，失電則停止運(yùn)行； 端子 6 得電，電機(jī)反轉(zhuǎn)，失電則正轉(zhuǎn)。同時(shí)，面板有復(fù)位功能。其 i/o 地址分配如表 3-2 所示。 表 3-2 i/o 地址分配表 輸入元件符號(hào)輸入地址輸出元件符號(hào)或功能輸出地址 起動(dòng)按鈕 sb10.00 端子 5運(yùn)行/停止 止 100.00 停止按鈕 sb20.01 端子 6正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn) 100.01 端子 7 sw1100.02 端子 8 sw2100.03 端子 9 sw3100.04 基于 plc 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) 共 24 頁(yè) 3.4 梯形圖

35、程序編寫(xiě) 本次設(shè)計(jì)中采用 順序功能圖模版 編寫(xiě)梯形圖（見(jiàn)附錄）。先讓電機(jī)加速正轉(zhuǎn)， 即輸出線圈 100.02、100.03、100.04 的得電狀況按頻率遞增的順序排列，當(dāng)頻率 增到 45hz 后開(kāi)始減速正轉(zhuǎn)，減到 0 后又開(kāi)始加速反轉(zhuǎn)，此時(shí) 100.01 應(yīng)一直保持 得電狀態(tài)，待頻率到達(dá) 45hz 后又開(kāi)始減速反轉(zhuǎn)，就這樣循環(huán)執(zhí)行上述過(guò)程，且每種 轉(zhuǎn)速保持時(shí)間均為 5s 鐘。停止按鈕 0.01 控制電機(jī)的停止。梯形圖程序見(jiàn)附錄。 基于 plc 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 共 24 頁(yè) 第四章第四章 調(diào)試過(guò)程及結(jié)果調(diào)試過(guò)程及結(jié)果 硬件接線及內(nèi)部梯形圖程序的編寫(xiě)均完成后，接下來(lái)便開(kāi)始進(jìn)

36、行調(diào)試，并仔細(xì) 觀察和記錄調(diào)試結(jié)果。 4.1 vf0 變頻器的調(diào)試說(shuō)明 在操作板上設(shè)定頻率和正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)功能有兩方式。 設(shè)定頻率： “電位器設(shè)定方式”、“數(shù)字設(shè)定方式” 正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)：“正轉(zhuǎn)運(yùn)行/反轉(zhuǎn)運(yùn)行方式” “運(yùn)行/停止旋轉(zhuǎn)方向模式設(shè)定方式” 4.1.1 設(shè)定頻率 電位器設(shè)定方式（將參數(shù) p09 設(shè)定為“0”：出廠時(shí)設(shè)定） 旋轉(zhuǎn)操作板上的頻率設(shè)定鈕的角度進(jìn)行設(shè)定。min.的位置是停止，max.的位置是 最大設(shè)定功率。 數(shù)字設(shè)定方式（將參數(shù) p09=設(shè)定為“1”） 按下操作板上的 mode 鍵，選擇頻率設(shè)定模式（fr），按下 set 鍵之后，顯示出用 上升鍵或下降鍵所設(shè)定的頻率，按下 set 鍵

37、進(jìn)行設(shè)定確定。另外，在運(yùn)行過(guò)程中 可以通過(guò)持續(xù)按著上升鍵或下降鍵而改變頻率（這種功能將稱(chēng)為 mop 功能）。但是， 當(dāng)參數(shù) p08 為“1”時(shí)，mop 功能不能使用。 4.1.2 正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)功能 正轉(zhuǎn)運(yùn)行/反轉(zhuǎn)運(yùn)行方式（將參數(shù) p08 設(shè)定為“1”） 按下操作板上的鍵（正轉(zhuǎn)）或鍵（反轉(zhuǎn)）來(lái)選擇旋轉(zhuǎn)方向，按下 run 鍵則開(kāi) 始運(yùn)行。按下 stop 鍵為停止運(yùn)行。 僅按下 run 鍵時(shí)不會(huì)運(yùn)行。 基于 plc 控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 共 24 頁(yè) 當(dāng)頻率設(shè)定為數(shù)字設(shè)定方式時(shí)，mop 功能不能使用。 運(yùn)行/停止旋轉(zhuǎn)方向模式設(shè)定方式（參數(shù) p08 設(shè)定為“0”） 最初按兩次 mode

38、鍵使其變?yōu)樾D(zhuǎn)方向設(shè)定模式，用 set 鍵顯示旋轉(zhuǎn)方向數(shù)據(jù)，用 上升鍵或下降鍵改變旋轉(zhuǎn)方向，用 set 鍵進(jìn)行設(shè)定。（出廠時(shí)已設(shè)定為正轉(zhuǎn)狀態(tài)） 。然后，按下 run 鍵使其開(kāi)始運(yùn)行，按下 stop 鍵使其停止運(yùn)行。 4.1.3 功能組合設(shè)定 “mop 功能”、“旋轉(zhuǎn)方向設(shè)定模式”和正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)功能的組合如表 4-1 所示。 表 4-1 “mop 功能”、“旋轉(zhuǎn)方向設(shè)定模式”和正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)功能的組合 正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)功能mop 功能旋轉(zhuǎn)方向設(shè)定模式的內(nèi)容 正轉(zhuǎn)運(yùn)行/反轉(zhuǎn)運(yùn)行方式（不能使用）僅有監(jiān)控功能 運(yùn)行/停止旋轉(zhuǎn)方式設(shè)定模 式的設(shè)定方式 （可以使用）有監(jiān)控功能和方向設(shè)定功能 4.2 調(diào)試過(guò)程 由于電機(jī)運(yùn)行起來(lái)后速度可