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基于PLC的变频电机调速系统控制.pdf

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基于PLC的变频电机调速系统控制-- 基于PLC的变频电机调速系统控制 摘要 随着电动机的不断地发展，人们一直追求的都是电动机的高精度、高效率以及高力矩 等性能。各行各业的自动化设备对驱动电机的控制精度提出了更高的需求，这些设备中往 往都有着变频电机的身影，变频电机的结构特性使其对高启动转矩、大转矩、低惯量特点 的应用场合非常适用。 本文以自动化工厂中应用广泛的变频电机基础，在对其基本工作原理与控制方式进行 学习分析后，提出了基于PLC调速控制的硬件和软件系统设计方案。硬件设计部分包括了 西门子S7-1200系列PLC、增量型编码器、变频器的选型和主回路以及IO外接电路图绘 制，设计了变频系统多功能端子和模拟量输入两种调速模式。软件设计部分主要介绍了伺 服系统的PID算法原理，并在西门子博途编程软件平台上编写了PLC梯形图程序、人机界 面组态和PID仿真程序，运用PLCSIM仿真软件实现虚拟PIC和人机界面的通讯，通过曲 线图直观的展现了变频系统速度闭环控制过程中PID算法对速度调整的作用，并对程序运 行工作过程中相关变量进行监测和更改。 关键词变频电机；PLC；调速；PID 基于PLC的变频电机调速系统控制-- 基于PLC的变频电机调速系统控制-- 等1章绪论 十九世纪二十年代，丹麦物理学家HansOrsted（汉斯·奥斯特）在哥本哈根大学任教 过程中发现了通过电流的导线会对附近的磁针产生力的作用从而提出了电流磁效应理论， 诞生了电磁学。紧接着的英国著名物理学家和化学家MichaelFaraday（迈克尔·法拉第）在 实验室设计出了第一台电动机模型，其广阔的前景引发了众多科学家投入精力来对电动机 进行完善。最终，随着第一台实用发电机的成功发明，第二次工业革命拉开序幕。 如今，电动机的发展已经获得了巨大的成功，从最初的直流电机和交流电机两种基本 模型，到应用于各个细分领域的众多电机种类，人们一直追求的都是电动机的高精度、高 效率以及高力矩等性能，比如变频电机、伺服电机、步进电机等等。随着近年来国家对工 业4.0和智能制造战略的推进，自动化设备的生产能力决定了国家制造能力，这些设备都 对驱动装置的转速、精度和稳定性提出了相当高的要求，这些设备中往往都有着变频电机 的身影。 随着电动机技术发展的同时，可编程序控制器(PLC)首次在美国通用汽车生产线运用 以来，PLC技术也得到了飞快的发展，在常规的布尔信号逻辑控制基础上已经扩展了模拟 量控制、过程控制、位置控制、强大的数据处理能力以及工业总线网络通信能力在各行各 业中得到了广泛的运用。现如今的企业对产品的精度和质量要求在不断提高，对产品制造 产线中的速度控制精度要求更加严格，PLC拥有功能强大的闭环速度算法功能,而且大部 分品牌的都已经针对这种应用场景设计了专门电机的PID控制模块，这些算法模块的组合 使得PLC可以满足任何工业需求。。所以将PLC运用变频电机的控制中实现高精度、稳 定以及功能强大的自动化调速方案是个值得我们探讨的问题。 第2章变频控制系统 2.1变频系统简介 变频器主要由整流、中间直流环节、逆变、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单 元等组成。其中整流器的作用是把工频电源变换成直流电源。逆变器与整流器的作用相反， 逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率。逆变器的结构形式是利半导体开关器 件组成的三相桥式逆变器电路。通过有规律的控制逆变器中主开关的导通和断开，可以得 到任意频率的三相交流输出波形。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频 率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外， 变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断 提高，变频器也得到了非常广泛的应用。变频调速的基本控制方式三种：常规V/F控制、 开环矢量控制、闭环矢量控制。 2.2变频器选择 本次论文设计选用汇川MD500系列通用型变频器。该系列变频器可支持三相和单相的 AC220V或者AC380V电源输入，有着低速高转矩输出和良好的动态特性，超强的过载能 力，可以通过多功能输入端子和模拟量输入端子进行调速。 基于PLC的变频电机调速系统控制-- 基于PLC的变频电机调速系统控制-- 图1-1变频器接线图 图1-1是伺服驱动器主电路接线图，R/S/T接线端子接入三相交流输入电源，U/V/W 红白黑三色电源线与伺服电机连接，PE端子和电机的接地线相连。变频器有两种速度控制 模式，包括模拟量调速和多功能端子调速。在模拟量调速模式下，通过AI1和GND模拟 量输入端子来进行控制，给定的模拟量信号为-10V-+10V，对应着电机-1500r/min— +1500r/min