【正文】 基于 PLC 的交流電機變頻調速系統(tǒng) 摘 要 步進電動機由于用其組成的開環(huán)系統(tǒng)既簡單、廉價，又非常可行，因此在打印機等辦公自動化設備以及各種控制裝置等眾多領域有著極其廣泛的應用。 本文介紹的是一種基于單片機的步進電機的系統(tǒng)設計，用匯編語言編寫出電機的正轉、反轉、加速、減速、停止程序，通過單片機、電機的驅動芯片 ULN2020 以及相應的按鍵實現(xiàn)以上功能，并且步進電機的工作狀態(tài)要用相應的發(fā)光二極管顯示出來。本文內容介紹了步進電機以及單片機原理、該系統(tǒng)的硬件電路、程序組成，同時對軟、硬件進行了調試，同時介紹了調試過程中出現(xiàn)的問題以及解決問題的方法。該設計具有思路明確、可靠性高、穩(wěn)定性強等特點，通過調試實現(xiàn)了上述功能。 關鍵詞： 步進電機；脈寬調制；驅動機構；單片機；轉動 基于 PLC 的交流電機變頻調速系統(tǒng) 目 錄 1 緒 論 ............................................................... 1 課題的背景 ........................................................ 1 電機的起源和發(fā)展 ............................. 錯誤 !未定義書簽。 變頻調速技術的發(fā)展和應用 ..................... 錯誤 !未定義書簽。 本文設計的主要內容 ............................... 錯誤 !未定義書簽。 2 變頻調速系統(tǒng)的方案確定 ............................................... 4 變頻調速系統(tǒng) ...................................................... 4 三相交流異步電動機的結構和工作原理 ............................ 4 變頻調速原理 .................................................. 4 變頻調速的基本控制方式 ........................................ 5 系統(tǒng)的控制要求 .................................................... 6 方案的確定 ........................................................ 6 電動機的選擇 .................................................. 6 開環(huán)控制的選擇 ................................................ 7 變頻器的選擇 .................................................. 7 4 變頻調速系統(tǒng)的硬件設計 ............................................... 8 S7200 PLC ........................................................ 8 MICROMASTER420 變頻器 ............................................... 8 外部電路設計 ...................................................... 9 變頻開環(huán)調速 .................................................. 9 數(shù)字量方式多段速控制 ......................................... 11 PLC、觸摸屏及變頻器通信控制 .................................. 12 5 變頻調速系統(tǒng)的軟件設計 .............................................. 14 編程軟件的介紹 ................................................... 14 變頻調速系統(tǒng)程序設計 ............................................. 15 基于 PLC 的交流電機變頻調速系統(tǒng) 6 觸摸屏的設計 ........................................................ 23 觸摸屏的介紹 ..................................................... 23 MT500 系列觸摸屏 ................................................. 25 觸摸屏的設計過程 ................................................. 26 計算機和觸摸屏的通信 ......................................... 26 窗口界面的設計 ............................................... 27 觸 摸屏工程的下載 ............................................. 31 7 PLC 系統(tǒng)的抗干擾設計 ................................................ 33 變頻器的干擾源 .................................................. 33 干擾信號的傳播方式 ............................................... 33 主要抗干擾措施 .................................................. 34 電源抗干擾措施 ............................................... 34 硬件濾波及軟件抗干擾措施 ..................................... 34 接地抗干擾措施 ............................................... 34 結 論 ................................................................ 36 致 謝 ................................................ 錯誤 !未定 義書簽。 參考文獻 .............................................................. 37 基于 PLC 的交流電機變頻調速系統(tǒng) 緒 論 課題的背景 最先制成電動機的人 是德國的雅可比 ， 在兩個 u 型電磁鐵中間，裝一六臂輪，每臂帶兩根棒型磁鐵。通電后，棒型磁鐵與 u 型磁鐵之間產生相互吸引和排斥作用 ，帶動輪軸轉動。后來，雅可比做了一具大型的裝置 安在小艇上，用 320 個丹尼爾電池供電， 1838 年小艇在易北河上首次航行，時速只有 公里，與此同時，美國的達文波特也成功地制出了驅動印刷機的電動機，印刷過美國電學期刑《電磁和機械情報》 ，但這兩種電動機都沒有多大商業(yè)價值， 用電池作電源，成本太大、不實用。 直到第一臺實用直流發(fā)動機問世 ，電動機 被 廣泛應用。 1870 年比利時工程師格拉姆發(fā)明了直流發(fā)電機，在設計上，直流發(fā)電機和電動機很相似。后來，格拉姆證明向直流發(fā)動機輸入電流，其轉子會象電動機一樣旋轉。于是，這種格拉姆型電動機大量制造出來 ， 效率也不斷提高。與此同時， 西門子開始 著手研究由電動機驅動的車輛，于是西門子公司制成了世界電車。 1879 年，在柏林工業(yè)展覽會上，西門子公司不冒煙的電車贏得觀眾的一片喝彩。西門子電機車當時只有 3 馬力，后來美國發(fā)明大王愛迪生試驗的電機車已達 12─15 馬力 ， 但當時的電動機全是直流電機，只限于驅動電車。 1888 年南斯拉夫出生的美國發(fā)明家特斯拉發(fā)明了交流電動機。它是根據(jù)電磁感應原理制成，又稱感應電動機，這種電動機結構簡單，使用交流電，無需整流，無火花，因此被廣泛應用于工業(yè)的家庭電器中，交流電動機通常用三相交流供電。 1902 年瑞典工程師丹尼爾森首先提出同步電動 機構想。同步電動機工作原理同感應電動機一樣，由定子產生旋轉磁場 ，轉速固定不變，不受負載影響。因此同步電動機特別適用于鐘表，電唱機和磁帶錄音機。 當今世界，電 機 的 發(fā)展 已成為衡量一個國家現(xiàn)代化程度的標志之 一。 近二十年來，科學技術突飛猛進。隨著電力電子技術、計算機技術和控制理論發(fā)展，電機調速技術得到迅速發(fā)展，使得電機的應用不再局限于工業(yè)應用而且在商業(yè)及家用設備等各個領域獲得更加廣泛的應用；而隨著新材料如稀土永磁材料 NdFeB、磁性復合材料的出基于 PLC 的交流電機變頻調速系統(tǒng) 現(xiàn)，更給電機設計插上翅膀，各種新型、高效、特種電機層出不窮。這些都極大地豐富了電機理論，拓寬了電機的應用領域，同時也給電機設計和制造工藝提出更高的要求。 變頻技術是近年來國際家電領域全面開發(fā)和應用的一項高新技術，它采用新型變頻器，將 50Hz 的固定供電頻率轉換為 30130Hz 的變化頻率，實現(xiàn)電動機運轉頻率的自動調節(jié)，達到節(jié)能和提高效率的目的。 上個世紀 80 年代初， 變頻器實現(xiàn)了商品化。在近 20 年的時間內，經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。 80 年代初采用的 BJT 的 PWM 變頻器實現(xiàn)了通用化。到了 90 年代初， BJT 通用變頻器的容量達到了 600KVA,400KVA 以下。前幾年主開關器件開始采用 IGBT，僅三、四年的時間， IGBT 變頻器的單機容量己達 800IVA，隨著 IGBT 容量的擴大，通用變頻器的容量也將隨之擴大。 變頻器主電路中功 率電路的模塊化，控制電路采用大規(guī)模集成電路和全數(shù)字控制技術，結構設計上采用 “平面安裝技術 ”等一系列措施，促進了變頻電源裝置的小型化。另外，一種混合式功率集成器件，采用厚薄膜混合集成技術，把功率電橋、驅動電路、檢測電路、保護電路等封裝在一起，構成了一種 “智能電力模塊 ”這種器件屬于絕緣金屬基底結構，所以防電磁干擾能力強，保護電路和檢測電路與功率開關間的距離盡可能的小，因而保護迅速且可靠，傳感信號也十分迅速。 電力電子器件和控制技術的不斷進步，使變頻器向多功能化和高性能化方向發(fā)展。特別是微機的應用，為變頻 器多功能化和高性能化提供了可靠的保證。 人們總結了交流調速電氣傳動控制的大量實踐經驗，并不斷融入軟件功能。日益豐富的軟件功能使通用變頻器的多功能化和高性能化為用戶提供了一種可能，即可以把原有生產機械的工藝水平 “升級 ”，達到以往無法達到的境界，使其變成一種具有高度軟件控制功能的新機種。 目前出現(xiàn)了一類 “多控制方式 ”通用變頻器。例如安川公司的 VS616—G5 變頻器就有 :無 PG(速度傳感器 )V/f 控制 :有 PG V/f 控制 :無 PG 矢量控制 :有 PG 矢量控制等四種控制方式。通過控制面板，可以控制上述四種 控制方式中的一種，以滿足用戶的需要。 基于 PLC 的交流電機變頻調速系統(tǒng) 通用變頻器經歷了模擬控制、數(shù)字控制、數(shù)?；旌峡刂?，直到全數(shù)字控制的演變，逐步地實現(xiàn)了多功能化和高性能化，進而使之對各類生產機械、各類生產工藝的適應性不斷增強。最初通用變頻器僅用于風機、泵類負載的節(jié)能調速和化纖工業(yè)中高速纏繞的多機協(xié)調運行等，到目前為止，其應用領域得到了相當?shù)臄U展。如搬運機械，從反抗性負載的搬運車輛、帶式運輸機到位能負載的起重機、提升機、立體倉庫、立體停車廠等都已采用了通用變頻器 。 各類切削機床直到高速磨床乃至數(shù)控機床、加工中心超高速伺服機的精確位置 控制都己應用通用變頻器。 本系統(tǒng)是通 過 可編程控制器控制 三相交流異步 電 動機 的調速功能 。 具體內容如下： ⑴ 在理論研究的基礎上， 對變頻調速系統(tǒng) 進行 總體方案的設計 。 ⑵ 對變頻調速系統(tǒng)進行硬件設計，包括變頻器參數(shù)的設置、變頻開環(huán)調速、多段速控制以及觸摸屏通信方式的設計。 ⑶ 在硬件設計的基礎上，對變頻調速系統(tǒng)進行軟件設計，包括 程序的編寫和分析。 ⑷ 實現(xiàn)調速系統(tǒng)的 觸摸屏設計。 ⑸ 采用良好的抗干措施使系統(tǒng)更具穩(wěn)定性。 基于 PLC 的交流電機變頻調速系統(tǒng) 第一章 變頻調速系統(tǒng) 的方案確定 變頻調速系統(tǒng) 三相交流異步電動機的結構和工作原理 三相交流異步 電 動 機是把電能轉換成機械能的設備。一般電