【正文】 基于PLC交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計目錄摘要 1緒論 11 系統(tǒng)的工作原理 2 三相異步電機 2 三相異步電機的結(jié)構(gòu) 2 三相異步電機的工作原理 3 變頻器 3 控制系統(tǒng) 4 PLC的工作原理 4 PLC的應(yīng)用 52 系統(tǒng)控制方案選取 7 電機的選擇 7 變頻器的選擇 7 PLC的選擇 8 控制方式的選擇 93 變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 10 軟件設(shè)計 10 S7200PLC 10 MicroMaster420變頻器 10 外部電路設(shè)計 11 變頻開環(huán)調(diào)速 11 數(shù)字量方式多段速控制 13 軟件設(shè)計 15 編程軟件 15 系統(tǒng)程序設(shè)計 164 系統(tǒng)抗干擾措施 26 PLC抗干擾措施 26 軟件抗干擾措施 26結(jié)論 27致謝 28參考文獻 29緒論(1) 課題背景從1876年第一臺直流電動機問世到1888年交流電動機的發(fā)明及廣泛應(yīng)用，再到電機隨處可見當(dāng)今世界，電機的發(fā)展早已經(jīng)成為衡量一個國家現(xiàn)代化水平標(biāo)準(zhǔn)之一，縱觀電機的發(fā)展，其應(yīng)用范圍的不斷擴大，使用要求不斷提高，結(jié)構(gòu)類型不斷增多，理論要求不斷深入。特別是近30年來，伴隨著電力電子技術(shù)和計算機技術(shù)的進步，尤其是超導(dǎo)技術(shù)的重大突破和新原理，新結(jié)構(gòu)，新材料，新工藝，新方法的不斷推動，電機發(fā)展更是呈現(xiàn)出勃勃生機，其前景是不可限量的[12]。近年來隨著電力電子技術(shù)，計算機技術(shù)，自動控制技術(shù)的發(fā)展，電機的控制技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，人們在追求控制電機更快，更準(zhǔn)，更穩(wěn)的同時，也意識到節(jié)能，環(huán)保，經(jīng)濟的重要性。變頻技術(shù)是近年來國際家電領(lǐng)域全面開發(fā)和應(yīng)用的一項高新技術(shù)，它采用新型變頻器，將50Hz的固定供電頻率轉(zhuǎn)換為30130Hz的變化頻率，實現(xiàn)電動機運轉(zhuǎn)頻率的自動調(diào)節(jié)，達到節(jié)能和提高效率的目的。上個世紀(jì)80年代初，變頻器實現(xiàn)了商品化。在近20年的時間內(nèi)，經(jīng)歷了由模擬控制到全數(shù)字控制和由采用BJT到采用IGBT兩個大發(fā)展過程[1]。PLC是20世紀(jì)70年代以來，在電氣控制技術(shù)，集成電路，計算機技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，把自動化技術(shù)，把計算機技術(shù)，通信技術(shù)融為一體的一種新型工業(yè)控制設(shè)備。它具有功能強，可靠性高，配置靈活，使用方便，以及體積小，重量輕等優(yōu)點[13]。(2) 設(shè)計的目的和意義隨著工業(yè)控制要求的不斷發(fā)展，對電機的速度控制要求也越來越高，一般都需要進行閉環(huán)控制。交流電機調(diào)速的方法有很多，調(diào)壓串級滑差變頻等方式都不同程度地應(yīng)用于各種各樣的工控領(lǐng)域。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，變頻器越來越多的被應(yīng)用于調(diào)速場合?？删幊炭刂破魇歉鶕?jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置，將PLC應(yīng)用于交流變頻調(diào)速，不僅可靠性高，易于操作，而且還能降低能耗，節(jié)約能源。1 系統(tǒng)的工作原理三相異步電機(Triplephase asynchronous motor)是靠同時接入三相交流電源(相位差120度)供電的一類電動機，由于三相異步電機的轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場以相同的方向、不同的轉(zhuǎn)速成旋轉(zhuǎn)，存在轉(zhuǎn)差率，所以叫三相異步電機。 三相異步電機的結(jié)構(gòu)異步電機主要由固定不動的和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩部分組成，定子轉(zhuǎn)子之間有氣隙，在定子兩端有端蓋支撐轉(zhuǎn)子。（1） 定子 異步電機的定子由鐵心，定子繞組和機座三部分組成,定子鐵心的作用是作為電機磁路的一部分和嵌放定子繞組。為了減少交變磁場在鐵心中引起的損耗，鐵心一般采用導(dǎo)磁性能良好。定子繞組是電機的電路，器作用是感應(yīng)電動勢流過電流。定子繞組在槽內(nèi)部分 與鐵心間必須可靠絕緣，槽絕緣的材料厚度由電機耐熱等級和工作電壓來決定。機座的作用主要是固定和支撐定子鐵心。（2） 轉(zhuǎn)子異步電機的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵心是電機磁路的一部分。轉(zhuǎn)軸起支撐轉(zhuǎn)子鐵心和輸出機械轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)子繞組的作用是感應(yīng)電動勢，流過電流和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。其結(jié)構(gòu)形式有兩種:籠式和繞線式。（3） 氣隙 異步電機定，轉(zhuǎn)子之間氣隙很小，對于小型異步電機。氣隙大小對異步電機性能影響很大。為了降低電機的空載電流和提高電機的功率，氣隙應(yīng)盡可能的小，但氣隙太小又可能造成定轉(zhuǎn)子在運行中發(fā)生摩擦，因此異步電機氣隙長度應(yīng)為定轉(zhuǎn)子在運行中不發(fā)生機械摩擦所允許的最小值。三相交流異步電動機的工作原理是建立在電磁感應(yīng)定律、全電流定律、電路定律和電磁力定律等基礎(chǔ)上的。當(dāng)磁極沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，磁極的磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中就感應(yīng)出電動勢。電動勢的方向由右手定則來確定。因為運動是相對的，假如磁極不動，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，則導(dǎo)條中同樣也能感應(yīng)出電動勢來。在電動勢的作用下，閉合的導(dǎo)條中就產(chǎn)生電流。該電流與旋轉(zhuǎn)磁極的磁場相互作用，而使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到電磁力，電磁力的方向可用左手定則確定。由電磁力進而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動起來。三相繞組接通三相電源產(chǎn)生的磁場在空間旋轉(zhuǎn)，稱為旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)速的大小由電動機極數(shù)和電源頻率而定。轉(zhuǎn)子在磁場中相對定子有相對運動，切割磁楊，形成感應(yīng)電動勢。轉(zhuǎn)子銅條是短路的，有感應(yīng)電流產(chǎn)生。轉(zhuǎn)子銅條有電流，在磁場中受到力的作用。轉(zhuǎn)子就會旋轉(zhuǎn)起來。第一：要有旋轉(zhuǎn)磁場，第二：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同，第三：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必須小于同步轉(zhuǎn)速，否則導(dǎo)體不會切割磁場，無感應(yīng)電流產(chǎn)生，無轉(zhuǎn)矩，電機就要停下來，停下后，速度減慢，由于有轉(zhuǎn)速差，轉(zhuǎn)子又開始轉(zhuǎn)動，所以只要旋轉(zhuǎn)磁場存在，轉(zhuǎn)子總是落后同步轉(zhuǎn)速在轉(zhuǎn)動。[12]三相異步電機是感應(yīng)電機，定子通入電流以后，部分磁通穿過短路環(huán)，并在其中產(chǎn)生感應(yīng)電流。短路環(huán)中的電流阻礙磁通的變化，致使有短路環(huán)部分和沒有短路環(huán)部分產(chǎn)生的磁通有了相位差，從而形成旋轉(zhuǎn)磁場。通電啟動后，轉(zhuǎn)子繞組因與磁場間存在著相對運動而感生電動勢和電流，即旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子存在相對轉(zhuǎn)速，并與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來，實現(xiàn)能量變換。變頻器主要應(yīng)用于對電機速度的調(diào)節(jié)，可將其分為四個部分，其結(jié)構(gòu)如圖11所示。通用變頻器由主電路和控制回路組成。給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為主電路。主電路包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)（又稱平波回路）、逆變器、控制回路。圖11變頻器簡化結(jié)構(gòu)圖 (1) 整流器。它的作用是把工頻電源變換成直流電源。 (2) 平波回路（中間直流環(huán)節(jié)）。由于逆變器的負載為異步電動機，屬于感性負載。無論電動機處于電動狀態(tài)還是發(fā)電狀態(tài)，起始功率因數(shù)總不會等于1。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動機之間總會有無功功率的交換，這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件—電容器或電感器來緩沖，所以中間直流環(huán)節(jié)實際上是中間儲能環(huán)節(jié)。 (3) 逆變器。與整流器的作用相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率。逆變器的結(jié)構(gòu)形式是利用6個半導(dǎo)體開關(guān)器件組成的三相橋式逆變器電路。通過有規(guī)律的控制逆變器中主開關(guān)的導(dǎo)通和斷開，可以得到任意頻率的三相交流輸出波形。 (4) 控制回路?？刂苹芈烦Ｓ蛇\算電路，檢測電路，控制信號的輸入、輸出電路，驅(qū)動電路和制動電路等構(gòu)成。其主要任務(wù)是完成對逆變器的開關(guān)控制，對整流器的電壓控制，以及完成各種保護功能?？刂品绞接心M控制或數(shù)字控制[10]。