【正文】 轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)速穩(wěn)定控制采用常用的 PID控制，由監(jiān)控軟件的程序?qū)崿F(xiàn)，而不是采用變頻器的 PID功能，通過(guò)監(jiān)控畫面給負(fù)載轉(zhuǎn)矩一個(gè)短時(shí)間的擾動(dòng)，觀察電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的變化情 況，判斷電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。本 課題以 PLC和變頻器控制交流調(diào)速為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)出基于 PLC和變頻器控制交流調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置。我國(guó)對(duì)交流變頻調(diào)速技術(shù) 6 的研究起步較晚，到上個(gè)世紀(jì) 90 年代才有產(chǎn)品出現(xiàn)，采用的控制技術(shù)幾乎都還只是 V/F 控制，調(diào)速性能根本無(wú)法與國(guó)外產(chǎn)品相比。由于這些設(shè)備一般均采用恒速驅(qū)動(dòng)，每年造成大量能源浪費(fèi)。 交流調(diào)速系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來(lái)隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展以及現(xiàn)代控制理論和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用，交流調(diào)速領(lǐng)域發(fā)展非常迅速，交流傳動(dòng)技術(shù) 取得了突破性的進(jìn)展，獲得了許多創(chuàng)造性的成果。如果把這些設(shè)備的控制系統(tǒng)換成交流調(diào)速系統(tǒng)，就能節(jié)省消耗在擋板和閥門上的能量。而高性能電力、電子器件的應(yīng)用更是推動(dòng)了交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，例如在通用變頻器方面，針對(duì)中、低壓應(yīng)用領(lǐng)域的絕緣柵雙極型晶體管（ IGBT）的高開關(guān)頻率 使得高性能的變頻器成為可能，而在以后出現(xiàn)的智能功率模塊（ IPM），更加簡(jiǎn)化了通用變頻器的設(shè)計(jì)。在 20世紀(jì)的大部分年代里，鑒于直流傳動(dòng)具有優(yōu)越的調(diào)速性能，高性能可調(diào)速傳動(dòng)都采用直流電動(dòng)機(jī)，而約占電氣傳動(dòng)總?cè)萘?80%的不變速傳動(dòng)則采用交流電動(dòng)機(jī)，這種狀況在一段時(shí)期內(nèi)已成為一種舉世公認(rèn)的格局。且在工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域中得到了極為廣泛的應(yīng)用。s speed is controlled by frequency converter. And in the industrial fields of extremely extensive application obtained. In today39。在現(xiàn)在的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，最為常見的是由 PLC控制變頻器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。且在工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域中得到了極為廣泛的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞： 變頻器； 可編程控制器； PROFIBUSPDP通訊 Abstract Along with the power electronic technology and the development of automatic control technology, the motor speed from relay control the development of The Times has to today39。 PROFIBUSPDP municatio 目錄 摘要 （中文） ...........................................................Ⅰ （英文） ............................................................Ⅱ 第一章 概述 .................................................. PLC和變頻器控制交流電機(jī)的調(diào)速的發(fā)展與現(xiàn)狀 .......................... PLC和變 頻器控制交流調(diào)速的目的 ...................................... 研究?jī)?nèi)容 ............................................................ 預(yù)期目標(biāo) ............................................................ 第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ............................................ 變頻調(diào)速系統(tǒng) ........................................................ 系統(tǒng)的控制要求 ...................................................... 方案的確定 .......................................................... PROFIBUS的通訊原理 .................................................. RS485傳輸技術(shù) ....................................................... 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ........................................... 可編程控制器 ......................................................... 交流電機(jī)的運(yùn)行理論 ................................................... 變頻器 ............................................................... PLC的 I/O分配 ....................................................... 變頻器設(shè)置 ......................................................... 硬件接線圖 ........................................................... 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ............................................ 編程軟件的介紹 ...................................................... ............................................................. 數(shù)字 PID控制算法 .................................................... ........................................................... PLC程序設(shè)計(jì) ......................................................... 第五章 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析 ...................................... 結(jié)束語(yǔ) ......................................................... 參 考文獻(xiàn) ....................................................... 附錄 ........................................................... 5 第一章 概述 PLC 和變頻器控制交流電機(jī)的調(diào)速的發(fā)展與現(xiàn)狀 隨著電力電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的日益發(fā)展，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速已經(jīng)從繼電器控制時(shí)代發(fā)展到今天的由變頻器控制調(diào)速。 交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用領(lǐng)域直流電氣傳動(dòng)和交流電氣傳動(dòng)在 19世紀(jì)先后誕生。美國(guó)有 60%65%的發(fā)電量用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由于有效地利用了交流調(diào)速技術(shù)，僅工業(yè)傳動(dòng)用電就節(jié)約了 15%20%的電量。在過(guò)去大量的所謂不變速交流傳動(dòng)中，風(fēng)機(jī)、水泵等機(jī)械總?cè)萘繋缀跽脊I(yè)電氣傳動(dòng)總?cè)萘康囊话?，其中有不少?chǎng)合并不是不需要調(diào)速，只是因?yàn)檫^(guò)去交流電機(jī)本身不具備調(diào)速性能，不得不依賴擋板和閥門來(lái)調(diào)節(jié)送風(fēng)或供水的流量，許多電能因而白白地浪費(fèi)掉了。許多在工藝上就需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，過(guò)去多用直流傳動(dòng)，鑒于交流電機(jī)比直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、工作可靠、維護(hù)方便、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、效率高，如果改成交流調(diào)速傳動(dòng)，顯然能夠帶來(lái)不少的效益 [3]。我國(guó)具有各類風(fēng)機(jī)約 780 萬(wàn)臺(tái)，水泵 4000 萬(wàn)臺(tái)，空壓機(jī) 560萬(wàn)臺(tái)，這些裝置又占去了電機(jī)耗電的一半以上。強(qiáng)化節(jié)約意識(shí)，鼓勵(lì)生產(chǎn)和使用節(jié)能節(jié)水產(chǎn)品、節(jié)能環(huán)保型汽車，發(fā)展節(jié)能省地型建筑，形成健康文明、節(jié)約資源的消費(fèi)模式。對(duì)耗電大、生產(chǎn)環(huán)境惡劣的煤炭行業(yè)推廣應(yīng)用變頻技術(shù)更具有現(xiàn)實(shí)意義。 基于 PLC與變頻器的交流調(diào)速控制 系統(tǒng)功能 ：轉(zhuǎn)速指令由監(jiān)控程序按照要求給定，通過(guò)變頻器提供相應(yīng)頻率的電源給電機(jī)；與電機(jī)同軸連接的編碼器的轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)被送到上位機(jī)中，而不是送到變頻器中，從變頻器傳送過(guò)來(lái)的轉(zhuǎn)速信號(hào)只作參考。 ：通過(guò)編程或監(jiān)控界面設(shè)定負(fù)載（空載，滿載），來(lái)觀察電機(jī)的空載運(yùn)行特性（各相電壓和電流的平衡性）和額定負(fù)載的起動(dòng)性能（起動(dòng)時(shí)的電流，轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)時(shí)間）。 熟悉變頻器的操作方法。 圖 1 ： 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，初步確定系統(tǒng) PLC，變頻器（具有 RS485通信功能）和交流電機(jī)共 3 個(gè)模塊組成，其工作原理為：給定速度與經(jīng)由經(jīng) PLC 運(yùn)算可得控制量，再由 RS485 接口輸出到變頻器以驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 S7200是一種小型的可編程控制器，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。 MM440 新一代變頻 器不同于其他變頻器的一個(gè)顯著特點(diǎn)是：它給用戶提供的是一個(gè)完全開放的編程平臺(tái)， MM440變頻器具備了 6個(gè)可編程的帶電位隔離的數(shù)字輸入、 2 個(gè)可作為第 7/8 個(gè)數(shù)字輸入的模擬輸入 (0V至 10V， 0mA 至 10mA，可標(biāo)定 )和 2個(gè)可編程的模擬輸出 (0mA 至 20mA)、 3 個(gè)可編程的繼電器輸出 (30V 直流 /5A，電阻性負(fù)載 。設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于把功能需求與程序設(shè)計(jì)一一對(duì)應(yīng)，由頂層開始設(shè)計(jì)，并最終完成調(diào)速系統(tǒng)的完美實(shí)現(xiàn)。當(dāng)磁極沿順時(shí)針?lè)较蛐D(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(dòng)勢(shì)。該電流與旋轉(zhuǎn)磁極的磁場(chǎng)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。給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為主電路。 ⑵ 平波回路（中間直流環(huán)節(jié)）。 ⑶ 逆變器。 ⑷ 控制回路。 變頻調(diào)速的基本控制方式 ⑴ 普通控制型 V/f通用變頻器 9 ① 普通控制型 V/f通用變頻器是轉(zhuǎn)速開環(huán)控制，無(wú)需速度傳感器，控制電路比較簡(jiǎn)單；電動(dòng)機(jī)選擇通用標(biāo)準(zhǔn)異步電動(dòng)機(jī)，因此其通用性比較強(qiáng)，性價(jià)比比較高，是目前通用變頻器產(chǎn)品中使用較多的一種控制方式。 ⑵ 矢量控制方式 矢量控制方式的基本思想是：仿照直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特點(diǎn)，使異步交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也能通過(guò)控制兩個(gè)互相獨(dú)立的直流磁場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。主要性能是：在 1： 10的速度范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)速的實(shí)際值可以利用由微型機(jī)支持的對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行模擬的仿真模型來(lái)計(jì)算。 圖 4系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 由圖 4可知，本文通過(guò) PLC控制變頻器達(dá)到變頻調(diào)速的目的，從而 實(shí)現(xiàn)交 流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、起停、加速、減速控制以及速度的調(diào)節(jié)，并且能夠在在觸摸屏上進(jìn)行操作，控制電機(jī)調(diào)速。 S7200CN系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： PLC 控制信號(hào) 觸摸屏 變頻器 M 10 ? 極高的可靠性 ? 極豐富的指令集 ? 易于掌握 ? 便捷的操作 ? 豐富的內(nèi)置集成功能 ? 實(shí)時(shí)特性 ? 強(qiáng)勁的通訊能力 ? 豐富的 擴(kuò)展模塊 閉環(huán)控制的選擇 同 開環(huán)控制系統(tǒng) 相比，閉環(huán)控制具有一系列優(yōu)點(diǎn)。為提高控制精度，在擾動(dòng)變量可以測(cè)量時(shí)，也常同時(shí)采用按擾 動(dòng)的控制（即前饋控制）作為反饋控制的補(bǔ)充而構(gòu)成 復(fù)合控制系統(tǒng) 。 本設(shè)計(jì)采用的變頻器是西門子公司面向世界推出的 21世紀(jì)通用型變頻器 MM440。 ⑶ 由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。 PROFIBUS 具有開放式系統(tǒng)，令牌結(jié)構(gòu)，以互聯(lián)網(wǎng) （ open system interconnectionsio）作為參考模型。 RS485 傳輸技術(shù) PROFIBUS經(jīng)常使用的是 RS485傳輸技 術(shù)，其基本特點(diǎn)見表 1。在一根電纜段上可以 11 連接 32個(gè)站點(diǎn)，如果使用中繼器，總線上最多可以掛 126個(gè)站。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 PLC 具有體積小、功能強(qiáng)、可靠性高、使用方便、易于編程控制、適于工業(yè)應(yīng)用環(huán)境等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的控制系統(tǒng)中，如機(jī)械制造、電力、交通、輕工、食品加工等行業(yè)。 PLC 是把計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電器控制技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，為工業(yè)自動(dòng)化提供近乎完美的現(xiàn)代化自動(dòng)控制的裝置。 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。從PLC 的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，使用 PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。 ，功能完善，適用性強(qiáng) PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。近年來(lái) PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、 CNC 等各種工業(yè)控制中。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 PL