基于plc的電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1 緒論1.1本課題研究目的和意義PLC具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便、性能優(yōu)越、靈活通用、使用方便、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、壽命長等到一系列優(yōu)點(diǎn)2?？删幊炭刂破?PLC)的核心微處理器，通過將計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來，能夠?qū)崿F(xiàn)高度靈活、高可靠性的工業(yè)控制。為了進(jìn)一步提高設(shè)備的自動(dòng)化程度，越來越多的企業(yè)將PLC技術(shù)應(yīng)用于其工廠設(shè)備中。將原有電機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)行改造，引入電機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、監(jiān)控以及變頻、組態(tài)技術(shù)完善并改進(jìn)電機(jī)變頻調(diào)速機(jī)構(gòu)。該系統(tǒng)能對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)精確控制，實(shí)用性強(qiáng)，具有一定的推廣價(jià)值隨著電力電子技術(shù)以及控制技術(shù)的發(fā)展，交流變頻

2、調(diào)速在工業(yè)電機(jī)拖動(dòng)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用5。交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢(shì)。電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動(dòng)性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式3。本文對(duì)如何利用變頻器連接PLC和控制對(duì)象，利用軟件操作來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到遠(yuǎn)程自動(dòng)控制進(jìn)行了討論4。在工業(yè)生產(chǎn)中，電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動(dòng)性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，被公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。PLC控制技術(shù)在自動(dòng)控制系統(tǒng)

3、中被普遍采用。本文構(gòu)建了一個(gè)變頻囂連接PLC和控制對(duì)象，利用軟件操作來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速以達(dá)到遠(yuǎn)程自動(dòng)控制的系統(tǒng)8。1.2 交流變頻調(diào)速技術(shù)的研究情況及其發(fā)展在21世紀(jì)電力電子器件的快速發(fā)展，使交流變頻調(diào)速技術(shù)優(yōu)越的性能得到迅速發(fā)展，同時(shí)控制理論進(jìn)步，變頻調(diào)速以其調(diào)速精度高、調(diào)速控制范圍廣、回路保護(hù)功能完善，響應(yīng)速度快、節(jié)能顯著等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在以廣泛的用于電力、制造、運(yùn)輸?shù)葒窠?jīng)濟(jì)領(lǐng)域6。變頻調(diào)速技術(shù)現(xiàn)在被公認(rèn)為是最理想、最有發(fā)展前景的調(diào)速方式之一，采用變頻器構(gòu)成變頻調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的主要目的是為了滿足提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高設(shè)備自動(dòng)化程度、提高生活質(zhì)量及改善生活環(huán)境等要求以及節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成

4、本。用戶根據(jù)自己的實(shí)際工藝要求和運(yùn)用場(chǎng)合選擇不同類型的變頻器1。 國外交流變頻調(diào)速技術(shù)高速發(fā)展?fàn)顩r：功率器件的發(fā)展：近年來高電壓、大電流的GTR、GTO、IGBT、IGCT 等器件的生產(chǎn)以及并聯(lián)、串聯(lián)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，使高低壓大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)及應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)?？刂评碚摵臀㈦娮蛹夹g(shù)的發(fā)展：矢量控制、磁通控制、轉(zhuǎn)矩控制、模糊控制、適應(yīng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新的控制理論為高性能的變頻器提供了理論基礎(chǔ),32位高性能微處理器及信號(hào)處理器和專用集成電路（ASIC），SLE4520等的快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速傳動(dòng)設(shè)備高精度、多功能提供了硬件手段10?；A(chǔ)工業(yè)和各種制造業(yè)的高速發(fā)展，變頻調(diào)速傳動(dòng)設(shè)備相關(guān)配套件實(shí)現(xiàn)了社

5、會(huì)化、專業(yè)化生產(chǎn)使得交流變頻技術(shù)廣泛應(yīng)用。國內(nèi)交流變頻技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀：從總體上看我國電氣傳動(dòng)的技術(shù)水平較國際先進(jìn)水平差距510 年。在大功率交交變頻、無換向器電機(jī)等變頻技術(shù)方面，國內(nèi)只有少數(shù)科研單位有能力制造，但在數(shù)字化及系統(tǒng)的可靠性方面與國外還有相當(dāng)差距。而這方面產(chǎn)品在諸如抽水蓄能電站機(jī)組啟動(dòng)及運(yùn)行、大容量風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和軋機(jī)傳動(dòng)、礦井卷?xiàng)罘矫嬗泻艽笮枨?，發(fā)展前景比較樂觀。在中小功率變頻技術(shù)方面，國內(nèi)學(xué)者作了大量的變頻理論的基礎(chǔ)研究，早在80年代，已成功引入矢量控制的理論，針對(duì)交流電機(jī)的多變量、強(qiáng)耦合、非線性的特點(diǎn)，采用了線性解耦和非線性解耦的方法，探討交流電機(jī)變頻調(diào)速的策略控制7。進(jìn)入90年代

6、，隨著高性能單片機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理器的使用，國內(nèi)學(xué)者緊跟國外最新控制策略，針對(duì)交流感應(yīng)電機(jī)特點(diǎn)，采用高次諧波注入SPWM 和空間矢量控制（SVPWM）等方法，控制算法采用模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論對(duì)感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻、磁鏈和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行在線觀測(cè)，在實(shí)現(xiàn)無速度傳感器交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究上作了大量的基礎(chǔ)研究。隨著大功率變頻器的推廣應(yīng)用，越來越多的企業(yè)在新的建設(shè)項(xiàng)目和技改項(xiàng)目中，開始考慮3KV電壓等級(jí)以上的電機(jī)變頻調(diào)速問題，市場(chǎng)開始升溫。在剛剛起步的高壓變頻器領(lǐng)域，技術(shù)方案包括了高低高、高低、高中多電平H橋主回路、三電平主回路和直接串聯(lián)電流源型等多個(gè)技術(shù)流派。但總的來講，高壓變頻調(diào)速市場(chǎng)目前在我國仍處于初級(jí)階

7、段，市場(chǎng)容量較小，但是高壓變頻技術(shù)、因其特有的自身功耗小的優(yōu)勢(shì)，還是吸引了包括國外許多企業(yè)不斷加大研發(fā)和生產(chǎn)、力度。 電氣傳動(dòng)領(lǐng)域因變頻技術(shù)的發(fā)展而煥然一新，電壓等級(jí)從11010000V，容量從數(shù)百瓦的伺服系統(tǒng)到數(shù)萬千瓦的特大功率傳動(dòng)系統(tǒng)；從一般要求的調(diào)速系統(tǒng) 到精度、快響應(yīng)的高性能的調(diào)速系統(tǒng)。從單機(jī)調(diào)速到多機(jī)協(xié)調(diào)調(diào)速傳動(dòng)，幾乎無所不有,實(shí)踐證明交流調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及節(jié)能方面帶來了巨大的社會(huì)效益9。現(xiàn)在交流調(diào)速系統(tǒng)以全面、逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)，交流調(diào)速在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中占據(jù)了統(tǒng)治地位已是公認(rèn)的事實(shí)。變頻器亦叫電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速器，是一種靜止的頻率變換器。2 總體設(shè)計(jì)2.1 課題研究概述 可

8、編程序控制器原理及其應(yīng)用課程是一門實(shí)用性、工程性和綜合性很強(qiáng)的專業(yè)課，與工程實(shí)際聯(lián)系緊密，應(yīng)當(dāng)通過實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，增強(qiáng)學(xué)生的綜合運(yùn)用能力。在目前很多的PLC的實(shí)習(xí)教學(xué)中，僅僅以可編程序控制器來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而沒有控制對(duì)象，學(xué)生對(duì)可編程序控制器進(jìn)行編程之后，通過觀察輸出口曠狀態(tài)來確定程序的運(yùn)行情況。在這類教學(xué)方式中學(xué)生往往只能進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，沒有條件進(jìn)行外圍設(shè)備的連接和控制11。 本試驗(yàn)系統(tǒng)采用PLC、變頻器和電機(jī)，構(gòu)建一個(gè)PLC控制電機(jī)變頻調(diào)速試驗(yàn)系統(tǒng)，通過PLC編程、外圍設(shè)備之間的連線，可以使我們?cè)谠囼?yàn)設(shè)計(jì)過程中培養(yǎng)實(shí)踐動(dòng)手能力，加深對(duì)變頻調(diào)速技及PLC控制技術(shù)的理

9、解。本試驗(yàn)系統(tǒng)要求在于研究開發(fā)對(duì)電機(jī)變頻調(diào)速的正反轉(zhuǎn)五段調(diào)速。2.2 本課題系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)分析 隨著電力電子技術(shù)以及交流控制技術(shù)的發(fā)展，交流變頻調(diào)速在工業(yè)電機(jī)拖動(dòng)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用?？删幊炭刂破鱌LC作為替代繼電器的新型控制裝置，簡(jiǎn)單可靠，操作方便、通用靈活、體積小、使用壽命長且功能強(qiáng)大、容易使用、可靠性高，常常被用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和設(shè)備的控制。本次設(shè)計(jì)就是基于PLC的變頻器調(diào)速系統(tǒng)通過PLC和變頻器綜合來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)五段調(diào)速。因此，該系統(tǒng)必須具備以下三個(gè)主體部分：控制部分、運(yùn)算部分和執(zhí)行部分?？刂七\(yùn)算主要由PLC和變頻器來完成，執(zhí)行元件為變頻器和電機(jī)。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是基于松下系列PLC、

10、變頻器完成對(duì)三相異步電機(jī)的變頻調(diào)速控制的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)五段速控制14。正反轉(zhuǎn)五段速控制為開環(huán)控制，通過外部15檔和正反轉(zhuǎn)的控制按鈕來控制電機(jī)按照不同轉(zhuǎn)速正反轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。2.3系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及選擇硬件 系統(tǒng)主要由三個(gè)部分構(gòu)成，即可編程邏輯控制器件PLC、變頻器和電機(jī)。首先通過設(shè)置給定輸入給PLC，再通過PLC控制變頻器，再經(jīng)由變頻器來控制電機(jī)。 圖2.1 硬件電路圖 表2.1 硬件型號(hào)表格PLC的型號(hào)松下FP-C32CT變頻器型號(hào)松下VFO電機(jī)三相異步電機(jī)2.4 本課題要研究的問題 （1）系統(tǒng)的組成 （PLC 變頻器 電機(jī)） （2）PLC的選型及I/O分配 （3）PLC與變頻器，變頻器與電機(jī)的

11、連接 (4) 變頻器的選擇和參數(shù)設(shè)計(jì) (5) 硬件設(shè)計(jì)和PLC的編程2.5 研究方法、步驟和措施 通過查閱利用各種文獻(xiàn)資料，在相關(guān)理論的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一套plc的交流變頻調(diào)速方案并利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的硬件和軟件設(shè)備進(jìn)行調(diào)系，掌握PIC的電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作系統(tǒng)和原理。 (1) 掌握交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法 (2) 掌握PLC的使用方法和編程思路 (3) 完成PLC梯形圖的編寫 (4) 掌握變頻調(diào)速的原理控制方式2.6 本文內(nèi)容的安排電機(jī)的變頻調(diào)速為本文的主要內(nèi)容且詳細(xì)介紹了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展概況并且對(duì)相關(guān)技術(shù)的原理進(jìn)行了深入理解。具體包括以下幾個(gè)方面: （1) 本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的研究背景及意義、相

12、關(guān)技術(shù)的發(fā)展概況以及本課題研究概述； （2) 總體設(shè)計(jì)； （3）變頻調(diào)速原理及松下VFO變頻器的介紹； （4）系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)； （5）系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)； （6）電路的調(diào)試； （7) 總結(jié)。3 變頻調(diào)速原理及松下VFO變頻器的介紹3.1 變頻器原理3.1.1變頻器的構(gòu)成變頻器是一種把工頻電源(5OHz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以控制電機(jī)的變速運(yùn)行的裝置。變頻器主要由主電路和控制電路兩部分構(gòu)成，其中主電路包括整流電路和逆變電路兩部分，控制電路完成對(duì)主電路的控制。整流電路把工頻電源的交流電變換成直流電且對(duì)直流電進(jìn)行平滑濾波，逆變電路把直流電再逆變成各種頻率的交流電。對(duì)于通用變頻器單元，變頻

13、器一般是指包括逆變電路、整流電路和控制電路部分的裝置15。 控制系統(tǒng)電機(jī)逆變電路中間直流電路直流中間電路整流部分圖3.1 交直交變頻器系統(tǒng)框圖 變頻器的它由主電路（包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器）和控制電路組成。（1） 整流器：整流器的作用是把三相或單相交流電變成直流電。（2） 中間直流環(huán)節(jié)：由于逆變器的負(fù)載為電動(dòng)機(jī)，屬于感應(yīng)負(fù)載，其功率因數(shù)總不會(huì)為一，因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無功功率的交換，這種無功能量需要考中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能原件來緩沖。 （3） 逆變器：最常用的逆變器是三相橋式逆變電路，有規(guī)律的控制逆變器中主開關(guān)元器件的通與斷，可以得到任意頻率的三相交流電輸出。（4） 控制

14、電路：控制電路通常由運(yùn)算電路、檢測(cè)電路、控制信號(hào)的輸入、輸出電路和驅(qū)動(dòng)電路等構(gòu)成。其主要任務(wù)是完成對(duì)逆變器的開關(guān)控制，對(duì)整流的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能等?？刂品椒梢圆捎媚M控制或數(shù)字控制。高性能的變頻器目前已經(jīng)采用微機(jī)進(jìn)行全數(shù)字控制，采用盡可能簡(jiǎn)單的硬件電路，主要靠軟件來完成各種功能。由于軟件的靈活性，數(shù)字控制方式?？梢酝瓿赡M控制方式難以完成的功能10。3.1.2變頻器調(diào)速原理 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。它的主電路都采用交直交電路。JP6C-T9/J9 系列低壓通用變頻器工作電壓為：380690V，功率為0.75800kW，工

15、作頻率為0400Hz；JP6C-YZ 系列中壓通用變頻器工作電壓為：11402300V，功率為371000kW，工作頻率為0400Hz;JCS系列高壓變頻器工作電壓為：3KV/6KV/10KV，功率為28020000kW,工作頻率為060Hz5。 變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：n =60 f（1-s)p，（式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對(duì)數(shù)）；通過改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。由式可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，如果不改變電動(dòng)機(jī)的極數(shù)，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

16、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。  節(jié)能調(diào)速原理一般使用的風(fēng)機(jī)、水泵類它們額定風(fēng)量、水量都超過實(shí)際需要，又因工藝的需要，往往運(yùn)行中要改變風(fēng)量、水量，而目前多數(shù)采用檔板或閥門來調(diào)節(jié)的，雖然方法簡(jiǎn)單，但實(shí)質(zhì)是人為增加阻力的辦法。因此浪費(fèi)大量電能，屬不經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)方式。從流體力學(xué)原理可知，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、水泵的流量與電機(jī)轉(zhuǎn)速及電機(jī)功率的關(guān)系如下：當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，電動(dòng)機(jī)的功率迅速降低，例風(fēng)量下降到80，轉(zhuǎn)速亦下降到80時(shí)，則軸功率下降到額定的51，若風(fēng)量下降到50，軸功率將下降到額定的13，其節(jié)電潛力非常大

17、，并有下述曲線、陰影部分表示采用變頻器調(diào)速方式的節(jié)電效果，其節(jié)電可達(dá)30-40效果十分明顯。對(duì)不同使用頻率時(shí)的節(jié)電率N%可查表。上述原理也基本適用水泵，可見采用變頻調(diào)速控制實(shí)現(xiàn)節(jié)電是有效的、惟 一的途徑。變頻調(diào)速特點(diǎn)是效率高，無附加轉(zhuǎn)差損耗，調(diào)速范圍大、精度高、無級(jí)的。容易實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制和閉環(huán)控制，可利用原有異步電動(dòng)機(jī)對(duì)舊設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，它既保留了原有電動(dòng)機(jī)，具有改造簡(jiǎn)單，可靠、耐用，維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，即能達(dá)到節(jié)電的顯著效果，又能恒壓力的工藝需求，還能減小機(jī)械磨損。因此，可理論上認(rèn)為風(fēng)機(jī)、水泵采用交流調(diào)速來實(shí)現(xiàn)較大幅度的節(jié)能（可達(dá)20-50）是種較為理想而實(shí)用的方法25。 

18、通過流體力學(xué)的基本定律可知：風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備均屬平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)速n與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：Qn ，H n2 ，P n3 ；即，流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。  PWM是英文Pulse Width Modulation(脈沖寬度調(diào)制)縮寫，按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)值方式?？色@得按正弦包絡(luò)電壓波形輸出值調(diào)制方式。PAM 是英文Pulse Amplitude Modulation(脈沖幅度調(diào)制)縮寫，是按一定規(guī)律改變脈沖

19、列的脈沖幅度，以調(diào)節(jié)輸出量值和波形的一種調(diào)制方式?？色@得按一個(gè)方波寬窄可變電壓波形輸出值調(diào)制方式21。   變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容;電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。  變頻器的電壓與電流成比例的改變?cè)蚴钱惒诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是電機(jī)的磁通與轉(zhuǎn)子內(nèi)流過電流之間相互作用而產(chǎn)生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降低頻率，那么磁通就過大，磁回路飽和，嚴(yán)重時(shí)將燒毀電機(jī)。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時(shí)控制變頻器輸出電壓，使電動(dòng)機(jī)的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現(xiàn)

20、象的產(chǎn)生。這種控制方式多用于風(fēng)機(jī)、泵類節(jié)能型變頻器23。  電動(dòng)機(jī)使用工頻電源驅(qū)動(dòng)時(shí)，電壓下降則電流增加;對(duì)于變頻器驅(qū)動(dòng)，如果頻率下降時(shí)電壓也下降，那么電流是否增加？頻率下降(低速)時(shí),如果輸出相同的功率,則電流增加,但在轉(zhuǎn)矩一定的條件下,電流幾乎不變。  采用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)的起動(dòng)電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩分析。采用變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)，隨著電機(jī)的加速相應(yīng)提高頻率和電壓，起動(dòng)電流被限制在150%額定電流以下(根據(jù)機(jī)種不同，為125%200%)。用工頻電源直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流為67 倍，因此，將產(chǎn)生機(jī)械電氣上的沖擊。采用變頻器傳動(dòng)可以平滑地起動(dòng)(起動(dòng)時(shí)間變長)。起動(dòng)電流為額定電流的1

21、.21.5 倍，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為70%120%額定轉(zhuǎn)矩；對(duì)于帶有轉(zhuǎn)矩自動(dòng)增強(qiáng)功能的變頻器，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為100%以上，可以帶全負(fù)載起動(dòng)。  V/f 模式的意思是頻率下降時(shí)電壓V也成比例下降，這個(gè)問題已在回答前面說明。V與f的比例關(guān)系是考慮了電機(jī)特性而預(yù)先決定的，通常在控制器的存儲(chǔ)裝置(ROM)中存有幾種特性，可以用開關(guān)或標(biāo)度盤進(jìn)行選擇。按比例地改V和f時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩變化情況。頻率下降時(shí)完全成比例地降低電壓，那么由于交流阻抗變小而直流電阻不變，將造成在低速下產(chǎn)生地轉(zhuǎn)矩有減小的傾向。因此，在低頻時(shí)給定V/f,要使輸出電壓提高一些,以便獲得一定地起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,這種補(bǔ)償稱增強(qiáng)起動(dòng)?？梢?/p>

22、采用各種方法實(shí)現(xiàn),有自動(dòng)進(jìn)行的方法、選擇V/f 模式或調(diào)整電位器等方法20。  閉環(huán)、開環(huán)的意義。給所使用的電機(jī)裝置設(shè)速度檢出器(PG)，將實(shí)際轉(zhuǎn)速反饋給控制裝置進(jìn)行控制的，稱為“閉環(huán)”，不用PG運(yùn)轉(zhuǎn)的就叫做“開環(huán)”。通用變頻器多為開環(huán)方式，也有的機(jī)種利用選件可進(jìn)行PG反饋。  實(shí)際轉(zhuǎn)速對(duì)于給定速度有偏差時(shí)處理方法。開環(huán)時(shí)，變頻器即使輸出給定頻率，電機(jī)在帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)差率的范圍內(nèi)(1%5%)變動(dòng)。對(duì)于要求調(diào)速精度比較高，即使負(fù)載變動(dòng)也要求在近于給定速度下運(yùn)轉(zhuǎn)的場(chǎng)合，可采用具有PG 反饋功能的變頻器(選用件)。 失速防止功能就是

23、如果給定的加速時(shí)間過短，變頻器的輸出頻率變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過轉(zhuǎn)速(電角頻率)的變化，變頻器將因流過過電流而跳閘，運(yùn)轉(zhuǎn)停止，這就叫作失速。為了防止失速使電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，就要檢出電流的大小進(jìn)行頻率控制9。當(dāng)加速電流過大時(shí)適當(dāng)放慢加速速率。減速時(shí)也是如此。兩者結(jié)合起來就是失速功能。3.2變頻器的選型 變頻器選型時(shí)要確定以下幾點(diǎn)： （1) 采用變頻的目的；恒壓控制或恒流控制等。 （2) 變頻器的負(fù)載類型；如葉片泵或容積泵等，特別注意負(fù)載的性能曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時(shí)的方式方法。 （3) 變頻器與負(fù)載的匹配問題：電壓匹配：變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符；電流匹配：普通的離心泵，變頻器的額定電流與電機(jī)的額定

24、電流相符。對(duì)于特殊的負(fù)載如深水泵等則需要參考電機(jī)性能參數(shù)，以最大電流確定變頻器電流和過載能力；轉(zhuǎn)矩匹配：這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝置時(shí)有可能發(fā)生。 （4) 在使用變頻器驅(qū)動(dòng)高速電機(jī)時(shí)，由于高速電機(jī)的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。因此用于高速電機(jī)的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機(jī)的選型。 （5) 變頻器如果要長電纜運(yùn)行時(shí)，此時(shí)要采取措施抑制長電纜對(duì)地耦合電容的影響，避免變頻器出力不足，所以在這樣情況下，變頻器容量要放大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。 （6) 對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，如高溫，高海拔，此時(shí)會(huì)引起變頻器的降容，變頻器容量要放大一擋12。 綜合上面的選型要求我

25、選擇松下VF0變頻器作為本畢業(yè)設(shè)計(jì)的硬件材料。3.3松下VFO系列變頻器介紹3.3.1松下VFO變頻器圖3.2松下VF0變頻器的外觀 為了滿足各類機(jī)器小型化的需要，實(shí)現(xiàn)了同類產(chǎn)品中最小型化的目標(biāo).0.2KW和0.4KW型，寬78mm×高110mm，體積僅松下公司過去產(chǎn)品的40%50%.可與PLC直接調(diào)節(jié)頻率、直接接收PLC的PWM信號(hào)并可控制電動(dòng)機(jī)頻率.采用了新設(shè)計(jì)的調(diào)頻電位器，用操作盤就可容易地操作正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn).內(nèi)裝8段速控制制動(dòng)功能（0.2KW無制動(dòng)功能），再試功能等15.圖3.3 操作面板的詳細(xì)說明圖 表3.1操作面板各個(gè)鍵的功能3.3.2 變頻器的接線方法圖3.4 變頻器的主接

26、線圖 接線時(shí)的注意事項(xiàng)： （1）將電源連接到輸入端子（L,N)上，電動(dòng)機(jī)連接到輸出端子(U V W)上。 （2）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。 （3）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)出收到限制而不能從新擰緊主電路。 （4）以最短的方式連接到大容量電源變壓器時(shí)（500kv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。 （5）有關(guān)連接設(shè)備和電線尺寸等參照接線圖，變頻器的輸入端必須設(shè)置過電流、短路以及漏電保護(hù)設(shè)備17。3.3.3 VF0變頻器工作模式及控制方式VF0由下列四種模式構(gòu)成：.1.輸出頻率電流顯示模式、2.頻率設(shè)定監(jiān)控模

27、式、3.旋轉(zhuǎn)方向設(shè)定模式、4.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)即是這種模式。變頻器控制方式：1、U/f=C的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制方式，2、電壓空間矢量（SVPWM）控制方式，3、矢量控制（VC）方式，4、直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）方式，5、矩陣式交交控制方式、微型計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)的全數(shù)字化控制技術(shù)、自整定技術(shù)等。3.3.4 VF0變頻器的頻率設(shè)定 正轉(zhuǎn)運(yùn)行/反轉(zhuǎn)運(yùn)行方式(將參數(shù)P08設(shè)定為“0”)：按下操作面板上的上升鍵(正轉(zhuǎn))或下降(反轉(zhuǎn))來選擇旋轉(zhuǎn)方向,按下RUN鍵則開始運(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。當(dāng)頻率設(shè)定為數(shù)字設(shè)

28、定方式,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“1”)最初按兩次MODE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，然后,按下RUN鍵使用開始運(yùn)行,按下STOP鍵使用停止運(yùn)行9。 電位器設(shè)定方式(將參數(shù)P09設(shè)定為“0”)：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)定頻率。 數(shù)字設(shè)定方式(將參數(shù)P09設(shè)定為“1”)：按下操作面板上的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鍵進(jìn)行設(shè)定確定.另外,在運(yùn)行過程

29、中可以通過持續(xù)按著上升鍵或下降鍵而改變頻率(而稱為MOP功能).但是,當(dāng)參數(shù)P08為“1”時(shí),MOP功能不能使用。4系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)4.1 PLC的介紹PLC（可編程邏輯控制器）是用于各種自動(dòng)控制系統(tǒng)和過程的可控網(wǎng)絡(luò)集線器。他們包含多個(gè)輸入輸出，輸入輸出是用晶體管和其它電路，模擬開關(guān)和繼電器來控制設(shè)備的。PLCS用軟件接口，標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算器接口，專門的語言和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備編程17?？删幊踢壿嬁刂破鱅/O通道規(guī)則包括所有的輸入觸點(diǎn)和輸出觸點(diǎn)，擴(kuò)展能力和最大數(shù)量的通道。觸點(diǎn)數(shù)量是輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)的總和。PLCS可以指定這些值的任何可能的組合。擴(kuò)展單元可以被堆?；蚧ハ噙B接來增加總的控制能力。最大數(shù)量的通道是在一個(gè)擴(kuò)

30、展系統(tǒng)中輸入和輸出通道的最大總數(shù)量。PLC系統(tǒng)規(guī)則包括掃描時(shí)間，指令數(shù)量，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和程序存儲(chǔ)。掃描時(shí)間是 PLC需要的用來檢測(cè)輸入輸出模塊的時(shí)間。指令是用于PLC軟件（例如數(shù)學(xué)運(yùn)算）的標(biāo)準(zhǔn)操作。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力。程序存儲(chǔ)是控制軟件的能力13。用于可編程邏輯控制器的輸入設(shè)備包括DC，AC，中間繼電器，熱電偶，RTD，頻率或脈沖，晶體管和中斷信號(hào)輸入；輸出設(shè)備包括DC，AC，繼電器，中間繼電器，頻率或脈沖15。可編程邏輯控制器用各種軟件編程語言來控制。這些語言包括IEC61131-3，順序執(zhí)行表（SFC），動(dòng)作方塊圖（FBD），梯形圖（LD），結(jié)構(gòu)文本（ST），指令序列（IL），繼電器梯形

31、圖（RIL），流程圖，C語言和Basic語言。IEC61131-3編程環(huán)境能支持五種語言，用國際標(biāo)準(zhǔn)加以規(guī)范，分別為SFC，F(xiàn)BD，LD，ST和IL。這便允許了多賣主兼容性和多種語言編程18。SFC是一種圖表語言，它提供了編程順序的配合，就能支持順序選擇和并列選擇，二者擇其一即可。FBD用一種大的運(yùn)行庫，以圖表形式建立了一些復(fù)雜的過程。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)行可以與用戶交流和接口運(yùn)行相結(jié)合。LD是適用于離散控制和互鎖邏輯的圖表語言。它在離散控制上與FBD是完全兼容的。ST是一種文本語言，用于復(fù)雜的數(shù)學(xué)過程和計(jì)算，不太適用于圖表語言。IL是與組合編碼相似的低級(jí)語言。它用在相對(duì)比較簡(jiǎn)單的邏輯指令。繼電器

32、梯形圖或梯形圖是適用于可編程邏輯控制器的重要的編程語言。梯形圖編程是設(shè)計(jì)成繼電器邏輯程序的圖表表示法。流程圖是一種圖表語言，用于在一個(gè)控制器或應(yīng)用軟件中描述順序操作，它用于建立有標(biāo)準(zhǔn)組件的可循環(huán)使用的運(yùn)行庫。C語言是一種高級(jí)編程語言，適用于處理最復(fù)雜的計(jì)算，連續(xù)的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。它典型地在PC機(jī)上運(yùn)行調(diào)試。BASIC語言是用于處理數(shù)據(jù)的連續(xù)的數(shù)字采集和接口運(yùn)行的高級(jí)語言5。4.2 PLC的組成 PLC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，PLC主要是由RAM, CPU, ROM和專設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成，如下圖所示：圖4.1 PLC結(jié)構(gòu)示意圖 (1)中央處理機(jī)，即PLC的大腦，它由中央處理器(

33、CPU)和存儲(chǔ)器等組成。中央處理器(CPU)一般由運(yùn)算器、控制電路和寄存器等組成，這些電路通常都集成在一個(gè)芯片上。CPU通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與輸入輸出(I/O)接口電路、存儲(chǔ)單元相連接。存儲(chǔ)器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，用來存放用戶程序、系統(tǒng)的程序、邏輯變量和其它一些信息16。 (2)電源部件，是將交流電源轉(zhuǎn)換成供PLC的中央處理器、存儲(chǔ)器等電子電路工作所需要的直流電源，使PLC能正常工作，PLC內(nèi)部電路使用的電源是整機(jī)的能源供給中心，它的好壞直接影響PLC的功能和可靠性。因此目前大部分PLC采用開關(guān)式稍壓電源供電5。 (3)輸入、輸出部分是PLC與被控對(duì)象相連接的接口電路。用戶設(shè)

34、備需輸入PLC的各種控制信號(hào)，如選擇開關(guān)、限位開關(guān)、行程開關(guān)、操作按鈕以及其它一些傳感器輸出的模擬量或開關(guān)量等。通過輸入接口電路將這些控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC中央處理器能夠接收和處理的信號(hào)。輸出接口電路將中央處理器送出的弱電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的強(qiáng)電信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電磁閥、接觸器等被控設(shè)備的執(zhí)行元件16。除了上述的幾個(gè)主要部分外，PLC上還配有和各種外圍設(shè)備的接口，均用插座引出到外殼上，使PLC可配接計(jì)算機(jī)、編程器、錄音機(jī)、打印機(jī)以及串行通信模塊、A/D、D/A模塊等，可以通過電纜十分方便地進(jìn)行連接。4.3 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)

35、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，稱為CPU的掃描工作方式，是PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的常用的一種方式11。PLC用于控制的還有中斷方式，在中斷請(qǐng)求被響應(yīng)后，CPU停止正在運(yùn)算的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行相關(guān)的中斷處理，待處理完畢，返回運(yùn)行原來的程序。顯然在中斷方式下工作，使PLC的資源得到了充分的利用。處理中斷時(shí)要分清各中斷請(qǐng)求的輕重緩急，若所有工作都由中斷方式來處理就使問題復(fù)雜化了，最好采用掃描加中斷的處理方式。除了中斷，還可利用I/O立即刷新的方法加快對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)，若將中斷與立即刷新合并使用，可使輸出得到更快的反應(yīng)14。 PLC雖然具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但PLC的工作方式

36、卻與微機(jī)有很大不同。微機(jī)一般采用等待命令的工作方式，如常見的I/O掃描方式或鍵盤掃描方式，I/O動(dòng)作或有鍵按下則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，無鍵按下則繼續(xù)掃描。PLC則采用循環(huán)掃描工作方式，在PLC中，用戶程序按先后順序存放，CPU周而復(fù)始的循環(huán)執(zhí)行程序，從第一條指令開始執(zhí)行，直至遇到結(jié)束符后才返回到第一條。PLC的這種工作方式是在系統(tǒng)軟件的控制下進(jìn)行，順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按用戶程序進(jìn)行運(yùn)算處理，然后順序向輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。整個(gè)工作過程共分為五個(gè)階段:自診斷，與編程器等的通信，輸入采樣，用戶程序執(zhí)行，輸出刷新18。 （1)每次掃描用戶的程序之前，PLC都會(huì)先執(zhí)行故障自診斷程序。自診斷內(nèi)容分別

37、為CPU , I/O部分、存儲(chǔ)器等。如發(fā)現(xiàn)異常即停機(jī)，并顯示出錯(cuò);若自診斷正常，則PLC繼續(xù)向下掃描。 （2 ) PLC自檢查是否有與編程器、計(jì)算機(jī)等的通信請(qǐng)求，若符合通訊的條件則進(jìn)行相應(yīng)處理，如接收由編程器送來的程序、命令和各種數(shù)據(jù)，并把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、以及出錯(cuò)信息等發(fā)送給編程器并進(jìn)行顯示。如果有與計(jì)算機(jī)等的通信請(qǐng)求，也在這段時(shí)間完成數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送任務(wù)。 （3) PLC的中央處理器對(duì)各個(gè)輸入端進(jìn)行掃描，并將輸入端的狀態(tài)送到輸入到狀態(tài)寄存器中，這個(gè)階段及為輸入采樣階段。 （4)中央處理器CPU將指令逐條凋出并執(zhí)行，以對(duì)輸入和原輸出狀態(tài)(這些狀態(tài)統(tǒng)稱為數(shù)據(jù))進(jìn)行“處理”，即按程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行

38、邏輯、算術(shù)運(yùn)算，再將正確的結(jié)果送到輸出狀態(tài)寄存器中，這個(gè)階段及為程序執(zhí)行階段。 （5)當(dāng)PLC把所有的指令執(zhí)行完時(shí)，PLC會(huì)集中把輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通過輸出部件轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備所能接受的電壓或電流信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備，這個(gè)階段及為輸出刷新階段。 上面是PLC五個(gè)階段的工作過程，稱為一個(gè)掃描周期，在完成一個(gè)周期后，又重新執(zhí)行上述過程，PLC掃描周而復(fù)始地進(jìn)行。掃描周期的長短是PLC的重要指標(biāo)之一，在不考慮第二個(gè)因素(和編程器等外圍設(shè)備通訊)時(shí)，掃描周期T為:T=(讀入一點(diǎn)時(shí)間X輸入點(diǎn)數(shù))+(運(yùn)算速度X程序步數(shù))+(輸出一點(diǎn)時(shí)間X輸出點(diǎn)數(shù))+故障診斷時(shí)間顯然掃描時(shí)間主要取決于程序的長短，一般每秒

39、鐘可掃描數(shù)十次以上，這對(duì)于工業(yè)設(shè)備通常并沒有什么太大影響，但是對(duì)控制時(shí)間要求比較嚴(yán)格，響應(yīng)速度要求快的系統(tǒng)，就應(yīng)該精確的計(jì)算響應(yīng)時(shí)間，細(xì)心編排程序，合理安排指令的順序，從而盡可能的由減少掃描周期造成的響應(yīng)延時(shí)等不良影響15。PLC與繼電接觸器控制的最重要區(qū)別之一就是工作方式不同，繼電接觸器是以“并行”方式工作的，也就是說是按同時(shí)執(zhí)行命令的工作方式，只要繼電接觸器形成電流通路，就可能有幾個(gè)電器同時(shí)動(dòng)作，這樣做可能會(huì)導(dǎo)致被控對(duì)象做出錯(cuò)誤的響應(yīng)。而PLC采用反復(fù)掃描的工作方式，“反復(fù)掃描”是循環(huán)地連續(xù)逐條執(zhí)行程序，任一時(shí)刻它只能執(zhí)行一條指令，也就是說PLC是以“串行”方式工作。PLC這種串行工作方式

40、的優(yōu)點(diǎn)就是可以避免繼電接觸器控制的觸點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)、時(shí)序失配問題?？梢钥闯?，PLC采用循環(huán)掃描的工作方式也是區(qū)別于微機(jī)的最大特點(diǎn)，使用者應(yīng)特別注意20。4.4 PLC型號(hào)的選擇在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則選型所選用PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績(jī)、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時(shí)間，因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳

41、細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)6。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求從輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)、存儲(chǔ)器容量、各項(xiàng)控制功能和機(jī)型的考慮以及性價(jià)比等各方面的因素，因此該系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇了松下FP-C32PLC。4.5 I/O地址分配表表4.1 I/O地址分配表PLC的I/O地址連接的外部設(shè)備系統(tǒng)中的功能X0SB1停止X1SA1啟動(dòng)1速X2SA2啟動(dòng)2速X3SA3啟動(dòng)3速X4SA4啟動(dòng)4速X5SA5啟動(dòng)5速X6SB2正轉(zhuǎn)X7SB3反轉(zhuǎn)Y07變頻器

42、的輸入端子多功能的速度輸入選擇端子Y18Y29Y35（正向）電動(dòng)機(jī)方向控制端Y46（反向）4.6硬件連接圖 圖4.2 PLC正反轉(zhuǎn)五段速程序調(diào)試連接圖圖4.3 電機(jī)正反轉(zhuǎn)五段調(diào)速連接圖圖4.4 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路接線圖表4.2 電機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行說明按下SB2按鈕KM2線圈失電（線圈機(jī)械互鎖）KM1線圈得電KM1主觸點(diǎn)閉合 電動(dòng)機(jī)正傳KM1輔助動(dòng)合觸點(diǎn)閉合（自鎖）KM1輔助動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開（互鎖）按下SB3按鈕KM1線圈失電（線圈機(jī)械互鎖）KM1主觸點(diǎn)斷開 電動(dòng)機(jī)停止KM1輔助動(dòng)合觸點(diǎn)斷開（自鎖KM1輔助動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合（互鎖）KM2線圈得電KM2主觸點(diǎn)斷開電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)KM2輔助動(dòng)合觸點(diǎn)閉合（自鎖）KM2輔

43、助動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開（互鎖）按下SB1按鈕電機(jī)急速停止4.7正反轉(zhuǎn)五段速度控制4.7.1 控制方案 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)控制方案采是用PLC和變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的開環(huán)五段正反轉(zhuǎn)速控制，基于松下VFO系變頻器的八段速功能，在變頻器中設(shè)置五個(gè)不同的輸出頻率，建立PLC與變頻器的連接，通過PLC編程來控制變頻器的輸出，從而達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。在此我們通過外部的8個(gè)按鈕作為PLC的輸入，分別控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、停止及五個(gè)段速檔位。具體實(shí)現(xiàn)步驟為: （1) 設(shè)置變頻器參數(shù)； （2) 建立PLC與變頻器的連接； （3) 編寫PLC程序來控制變頻器的輸出。圖4.5 變頻器八段速運(yùn)行圖4.7.2 變頻器參數(shù)設(shè)置 松下VFO

44、系列變頻器具有外部控制的功能，要實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)變頻器輸出頻率的控制，需對(duì)變頻器的內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。八段速控制設(shè)計(jì)中變頻器參數(shù)設(shè)置具體如下: 參數(shù)P03設(shè)定為FF， P03為FF模式參數(shù)，設(shè)定為FF時(shí)為自由模式時(shí)，可用P15,P16設(shè)定V/F方式，用P15設(shè)定最大輸出頻率，用P16設(shè)定基底頻率。 參數(shù)P08設(shè)定為3，P08為選擇運(yùn)行指令參數(shù)，可選擇操作板(面板操作)或用外控操作的輸入信號(hào)來進(jìn)行運(yùn)行/停止、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)。設(shè)定為數(shù)值3時(shí)，變頻器山外部的輸入信號(hào)來控制運(yùn)行/停止、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)的操作。 參數(shù)P09設(shè)定為4時(shí)，P09為頻率設(shè)定信號(hào)，可選擇利用板前操作或用遙控操作的輸入信號(hào)來進(jìn)行頻率操作的輸入信號(hào)

45、。設(shè)定為數(shù)值4時(shí)，設(shè)定內(nèi)容由變頻器面板上的電位器進(jìn)行設(shè)定，此設(shè)定值即為八段速的第1速頻率。 參數(shù)P15設(shè)定為100HZ, P16設(shè)定為50H, P15, P16為最大輸出頻率、基底頻率。用參數(shù)P15設(shè)定最大輸出頻率，數(shù)據(jù)設(shè)定范圍為50.0-25.0(Hz);用參數(shù)P16設(shè)定基底頻率，數(shù)據(jù)設(shè)定范圍為45.0-25.0(Hz)。 參數(shù)P 19-P21都設(shè)定為O， P19-P21為SW1 .2 .3功能選擇，用于設(shè)定SW1 2 3(控制電路端子N0.7, 8, 9)的控制功能。P19設(shè)定為0 即為多速SW1輸入，P20設(shè)定為0 即為多速SW2輸入，P21設(shè)定為0 即為多速SW3輸入。參數(shù)P32-P3

46、8分別設(shè)定為10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 P32-P38為第2-8速頻率，可設(shè)定進(jìn)行多速運(yùn)行的第2-8速頻率。其中參數(shù)P32設(shè)定第2速頻率，參數(shù)P33設(shè)定第3速頻率，參數(shù)P34設(shè)定第4速頻率，參數(shù)P35設(shè)定第5速頻率，參數(shù)P36設(shè)定第6速頻率，參數(shù)P37設(shè)定第7速頻率，參數(shù)P38設(shè)定第8速頻率。表4.3 電機(jī)正反轉(zhuǎn)五段調(diào)速變頻器的參數(shù)設(shè)置值P010.5SP181P020.5SP190P03FFP290P083P210P094P3225HZP15100HZP3330HZP1650HZP3435HZP171P3515HZ4.7.3 PLC與變頻器的連接 變頻器參數(shù)設(shè)定完之后

47、，通過PLC與變頻器之間的連接就能實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)變頻器輸出頻率的控制。變頻器的控制電路共有14個(gè)端子，分別為端子A、B、C、和端子111。圖4.6 變頻器的控制電路圖 其中端子A, B, C為繼電器輸出端子;端子1為頻率設(shè)定用電位器連接端子;端子2為頻率設(shè)定模擬信號(hào)的輸入端子;端子3為1, 2, 4-9端子的共用端子;端子4為多功能模擬信號(hào)輸出端子;端子5為運(yùn)行/停止、正轉(zhuǎn)運(yùn)行信號(hào)的輸入端子;端子6為正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)、停止運(yùn)行信號(hào)的輸入端子;端子7為多功能控制信號(hào)SW1的輸入端子;端子8為多功能控制信號(hào)SW2的輸入端子;端子9為多功能控制信號(hào)SW3的輸入端子。要實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的八段速控制，需要將變頻器的5

48、-9號(hào)控制端子分別與PLC的對(duì)應(yīng)輸出端子相連接。其中控制端子5與PLC的Y3輸出端子相連，用于控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)運(yùn)行(OFF為停止);控制端子6與PLC的Y4輸出端子相連，用于控制電機(jī)的反轉(zhuǎn)運(yùn)行 (OFF為停止);控制端子7-9分別與PLC的輸出端子Y0-Y2相連。通過上面對(duì)變頻器參數(shù)的設(shè)定，此時(shí)端子7, 8, 9為SW多速功能。表4.4各端子的功能及參數(shù)設(shè)置端子NO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)P092頻率設(shè)定模擬信號(hào)的輸入端子P093(1) (2) (4) (9)輸入信號(hào)共用端子4多功能模擬信號(hào)輸出端子（05V)P58，,595運(yùn)行 停止、正轉(zhuǎn)運(yùn)行信號(hào)輸入端子P086正轉(zhuǎn)

49、 反轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn)運(yùn)行信號(hào)輸入端子P087多功能控制信號(hào)說SW1的輸入端子P19，20，218多功能控制信號(hào)說SW2的輸入端子PWM控制的頻率信號(hào)切換端子P19P21P22P249多功能控制信號(hào)說SW3的輸入端子PWM控制的PWM信號(hào)輸入端子P19P21P22P2410開路式集電極輸出端子（C:集電極）P2511開路式集電極輸出端子（E:發(fā)射極）P25A繼電器接點(diǎn)輸出端子 （NO:出廠設(shè)置)P26B繼電器接點(diǎn)輸出端子 (NC:出廠設(shè)置）P26C繼電器接點(diǎn)輸出端子 (COM)P26表4.5 SW功能設(shè)定為多速功能時(shí)SW的輸入組合動(dòng)作表SW1(端子NO.7)SW2(端子NO.8)SW3(端子NO.9)運(yùn)

50、行頻率OFFOFFOFF第1速ONOFFOFF第2速OFFONOFF第3速ONONOFF第4速OFFOFFON第5速ONOFFON第6速OFFONON第7速ONONON第8速 這樣就可以通過控制PLC的輸出來控制變頻器的不同輸出頻率，同時(shí)使電機(jī)按不同的頻率進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。其中運(yùn)行頻率的大小是在變頻器的參數(shù)設(shè)置中設(shè)定的。第1速為用參數(shù)P09所設(shè)定的頻率設(shè)定信號(hào)的指令值，第2 -8速為用參數(shù)P32-P3 8所設(shè)定的頻率。在本次設(shè)計(jì)中，我們?cè)O(shè)定電機(jī)的第1速為4Hz、第2速為25Hz、第3速為30Hz、第4速為35Hz、第5速為15Hz。5 變頻調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)5.1 設(shè)計(jì)步驟 （1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求分析出程

51、序流程圖； （2）根據(jù)程序流程圖編寫梯形圖和語句表； （3）將外部的接線連接正確后下載程序看其工作情況。5.2 PLC程序設(shè)計(jì) 通過對(duì)變頻器參數(shù)的設(shè)置及PLC與變頻器之間的連接，編寫PLC程序主控制PLC的輸出端子Y0-Y2, Y3, Y4的輸出狀態(tài)。本設(shè)計(jì)中通過外部的8個(gè)來控制PLC這些輸出端子的輸出，這8個(gè)控制按鈕分別對(duì)應(yīng)PLC的X0-X7輸入端子。其中X0為停止控制輸入、X6為正轉(zhuǎn)啟動(dòng)控制輸入、X7為反轉(zhuǎn)啟動(dòng)控制輸入、X1-X5為第一速到第五速控制輸入。 按照SW輸入組合動(dòng)作表可知，要使PLC的Y0-Y4輸出端子的狀態(tài)與變頻器的控制端子N0.-N0.9的狀態(tài)和5，6的狀態(tài)對(duì)應(yīng)起來，就要通

52、過外部的8個(gè)控制按鈕來控制Y0-Y4的五種不同的狀態(tài)，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示:表5.1 PLC與變頻器各端子狀態(tài)對(duì)應(yīng)表變頻器端子78956Y0Y1Y2運(yùn)行頻率Y3Y4 X1(0N)OFFOFFOFF第1速正傳反轉(zhuǎn)X2(0N)ONOFFOFF第2速正傳反轉(zhuǎn)X3(0N)OFFONOFF第3速正傳反轉(zhuǎn)X4(0N)ONONOFF第4速正傳反轉(zhuǎn)X5(0N)OFFOFFON第5速正傳反轉(zhuǎn)5.3程序設(shè)計(jì)流程圖圖5.1程序設(shè)計(jì)流程圖5.4 時(shí)序圖圖5.2 正轉(zhuǎn)五段時(shí)序圖圖5.3 反轉(zhuǎn)五段時(shí)序圖6電路的調(diào)試6.1 PLC程序的調(diào)試 按照要求正確連接好電路plc的輸入口與相應(yīng)的開關(guān)連接，輸出口連接指示燈。電機(jī)正反轉(zhuǎn)

53、五段調(diào)速的實(shí)現(xiàn)可以從PLC調(diào)試工具箱上的輸出所接指示燈的亮燈和滅燈來觀察。通過在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行程序調(diào)試驗(yàn)證了plc控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)五段調(diào)速所寫程序是正確的。下面是其中某段速的連接圖圖6.1 第四速正轉(zhuǎn)顯示連接圖圖6.2 第五速正轉(zhuǎn)顯示連接圖6.2 PLC、電機(jī)和變頻器的連接 按照外部接線圖把電路連接好，當(dāng)用開關(guān)量控制某段速的啟動(dòng)時(shí)變頻器操作面板上會(huì)顯示與參數(shù)設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的頻率，這樣我就成功的完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求。圖6.3 電路完整接線圖7總結(jié) 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我對(duì)松下plc 變頻調(diào)速系統(tǒng) 變頻器有了深刻的認(rèn)識(shí)并且深入理解了其中的原理，對(duì)在做畢業(yè)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行認(rèn)真分析解決，也鍛煉了我的動(dòng)手能力

54、。通過應(yīng)用這些知識(shí)并且經(jīng)過幾個(gè)月的努力我終于順利完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，為我4年來的大學(xué)學(xué)習(xí)做了一次考核，也為我的大學(xué)生活劃上了完美的句號(hào)?，F(xiàn)在回想起來，一路走來，有太多的感想，有快樂，有痛苦，像是打翻了五味瓶，酸，甜，苦，辣交織在一起，這一切都已成為過去，他們讓我感到充實(shí)非常。 我的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是：基于PLC的電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過收索資料整理好開題報(bào)告之后，便立即投入到了我的準(zhǔn)備工作中，用盡一切辦法收集相關(guān)題材的資料，很大一部分時(shí)間是在圖書館和實(shí)驗(yàn)室度過，期間遇到很多的困難就向沈老師求助，那時(shí)我才真正認(rèn)識(shí)到當(dāng)你全身心投入到做某件事中時(shí)，你會(huì)感到多么充實(shí)，學(xué)到的東西真的很多。  做畢

55、業(yè)設(shè)計(jì)多我來說真是一個(gè)巨大的工程，中間很多環(huán)節(jié)，環(huán)環(huán)相扣，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出問題都會(huì)止步不前的，橫在你面前的是一個(gè)一個(gè)的難題需要你去不斷攻克。以前課堂上學(xué)到的知識(shí)，還沒有完全消化，吃透。這就需要你去查資料，求教老師和同學(xué)，自己不斷的論證、推翻、再論證，如此反復(fù)，畢業(yè)設(shè)計(jì)總算有了個(gè)皺形。面對(duì)自己的勞動(dòng)成果，你會(huì)情不自禁的感到幸福。每天遨游在知識(shí)的海洋里，不停地汲取知識(shí)的營養(yǎng)，不斷的成長壯大。正所謂：“一分耕耘，一分收獲”。附錄：附表1 指令表附1；指令表附圖1 正轉(zhuǎn)第一段速梯形圖附圖2 正轉(zhuǎn)第二段速梯形圖附圖3 正轉(zhuǎn)第三段速梯形圖附圖4 正轉(zhuǎn)第四段速梯形圖附圖5 正轉(zhuǎn)第五段速梯形圖附圖6 反轉(zhuǎn)第一段速梯形圖附圖7 反轉(zhuǎn)第二段速梯形圖附圖8 反轉(zhuǎn)第三段速梯形圖附圖9 反轉(zhuǎn)第四段速梯形圖附圖10 反轉(zhuǎn)第五段速梯形圖附圖11 運(yùn)行中頻率顯示參考文獻(xiàn):1 岳慶來主編.變頻器、可編程序控制器及觸摸屏綜合應(yīng)用技術(shù)M.北京市:機(jī)械工業(yè)出版社, 2006.032 張雪琴，常榮勝,張