【正文】 當(dāng) ?t=1200時(shí)， 0Bi? ， BY 繞組中無(wú)電流； Ai 為正， AX 繞組中的電流從 A 流入 X流出；Ci 為負(fù)， CZ繞組中的電流從 Z流入 C 流出；由右手螺旋定則可得合成磁場(chǎng)的方向如圖 （ b）所示。 （ 2）．旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) ① ．產(chǎn)生 圖 表示最簡(jiǎn)單的三相定子繞組 AX、 BY、 CZ，它們?cè)诳臻g按互差 1200的規(guī)律對(duì)稱排列。 為了保證轉(zhuǎn)子能夠自由旋轉(zhuǎn)，在定子與轉(zhuǎn)子之間必須留有一定的空氣隙，中小型電動(dòng)機(jī)的空氣隙約在 ~ 之間。 機(jī)座 機(jī)座用鑄鐵或鑄鋼制成，其作用是固定鐵心和繞 組 表 定子組成 （ 2）．轉(zhuǎn)子 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由三部分組成： 轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子鐵心 由厚度為 的，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片外圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放轉(zhuǎn)子三相繞組。此外還有端蓋、風(fēng)扇等附屬部分，如圖 。把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備稱為發(fā)電機(jī)，而把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備叫做電動(dòng)機(jī)。 關(guān)鍵詞： PLC；三相異步電動(dòng)機(jī)；轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)角 ABSTRACT II ABSTRACT This article describes the threephase asynchronous motor based on Siemens S7200 series PLC frequency control and angle control methods. PLC in the threephase asynchronous motor control applications, with traditional relay control, pared with a control speed, high reliability, flexibility, functional, etc., for a variety of automated control equipment provides a very reliable control is able to provide safe and reliable automation and control applications and more plete solution for the current demand for automation of industrial enterprises. Currently, the electric drive is the industry39。因此 ,三相異步電動(dòng)機(jī)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)和日常生活等領(lǐng)域。 題目： 三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 I 摘 要 本文介紹三相異步電動(dòng)機(jī)基于西門(mén)子 S7200 系列 PLC 的變頻調(diào)速與轉(zhuǎn)角控制方法。 目前 ,電力拖動(dòng)是各行業(yè)生產(chǎn)機(jī)械的 主要拖動(dòng)形式 。 本篇文章通過(guò)對(duì)鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)工作過(guò)程的分析 ,著重討論了三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速和轉(zhuǎn)角性能 ,嘗試簡(jiǎn)單，有效的調(diào)速和調(diào)角度方法。電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換。 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 1．三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造 三相異步電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)基本組成部分為定子（固定部分）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）。這三相繞組可接成星形或三角形。 轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)軸上加機(jī)械負(fù)載 表 轉(zhuǎn)子組成 鼠籠式電動(dòng)機(jī)由于構(gòu)造簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，工作可靠，使用方便，成為了生產(chǎn)上應(yīng)用得最廣泛的一種電動(dòng)機(jī)。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和磁極旋轉(zhuǎn)的方向相同。 00s ins in ( 1 2 0 )s in ( 1 2 0 )UmVmWmi I ti I ti I t?????? ???? ??? （ ） 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 圖 三相異步電動(dòng)機(jī)定子接線 當(dāng) ?t=00時(shí)， 0Ai? ， AX 繞組中無(wú)電流； Bi 為負(fù)， BY繞組中的電流從 Y流入 B1流出； Ci為正， CZ 繞組中的電流從 C流入 Z流出；由右手螺旋定則可得合成磁場(chǎng)的方向如圖 （ a）所示。隨著定子繞組中的三相電流不斷地作周期性變化，產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)也不斷地旋，因此稱為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)和三相繞組的安排有關(guān)。 36 0 176。 ( b ) ω t = 1 2 0 176。 在我國(guó)，工頻 f1=50Hz，因此對(duì)應(yīng)于不同極對(duì)數(shù) p的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速 n0，見(jiàn)表 p 1 2 3 4 5 6 n0 3000 1500 1000 750 600 500 表 ③．轉(zhuǎn)差率 s 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方 向相同，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n 不可能達(dá)到與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 n0相等，否則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間就沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而磁力線就不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)、轉(zhuǎn)子電流以及轉(zhuǎn)矩也就都不存在。即： 000nn ns ? ??? () 轉(zhuǎn)差率是異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要的物理量。反之， S 減小。給定子繞組接上三相電源電壓，則定子中就有三相電流通過(guò)，此三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其磁力線通過(guò)定子和轉(zhuǎn)子鐵心而閉合，這個(gè)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子和定子的每相繞組中都要感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。 1969 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺(tái)可編程控制器 PDP— 14 ，在 美國(guó)通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這是第一代可編程序控制器，稱Programmable，是世界上公認(rèn)的第一臺(tái) PLC。個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為 Programmable Logic Controller2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 （ PLC）。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。 20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。一般交流電壓波動(dòng)在 +10%(+15%）范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。 如以太網(wǎng)、 RS48 ProfibusDP 通訊模塊等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 ： CPU 221~226各有 2種類型 CPU，具有不同的電源電壓和控制電壓。 ： CPU 221/222 4個(gè)高速計(jì)數(shù)器（ 30KHz），可編程并具有復(fù)位輸入， 2個(gè)獨(dú)立的輸入端可同時(shí)作加、減計(jì)數(shù)，可連接兩個(gè)相位差為 90176。 ： CPU221/222 1個(gè) CPU224/226 2個(gè) CPU221/222/224/226還具有 ： 2路高頻率脈沖輸出（最大 20KHz），用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)定位任務(wù)。用戶數(shù)據(jù)（如標(biāo)志位狀態(tài)，數(shù)據(jù)塊，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器）可通過(guò)內(nèi)部的超級(jí)電容存貯大約 5天。其中控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電變 換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。它主要由三部分構(gòu)成 ，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。 （電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，它有頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的“驅(qū)動(dòng)電路”，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”組成。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。當(dāng)在定子繞組上接入三相交流電時(shí)，在定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，它與轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，出現(xiàn)感應(yīng)電流，此電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速 n比磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速 N 要慢一點(diǎn)，所以稱為異步電機(jī)，這個(gè)差別用轉(zhuǎn)差率 s表示： s=[n1－ n） /n1] 100% （ ) 當(dāng)加上電源轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動(dòng)瞬間， n=0，這時(shí) s=1；起動(dòng)后的極端情況 n=N，則 s=0，即 s在 0～ 1之間變化。人機(jī)界面（又稱用戶界面或使用者界面）是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介， 它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。 HMI 軟件一般分為兩部分，即運(yùn)行于 HMI 硬件中的系統(tǒng)軟件和運(yùn)行于 PC 機(jī) Windows 操作系統(tǒng)下的畫(huà)面組態(tài)軟件（如 wincc flexible 畫(huà)面組態(tài)軟件）。西門(mén)子順應(yīng)市場(chǎng)需求推出的全新 SIMATIC 精彩系列面板SmartLine，準(zhǔn)確地提供了人機(jī)界面的標(biāo)準(zhǔn)功能，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，具備高性價(jià)比。 STEP7Micro/WIN 軟件可以使用 SIMATIC 與 IEC611313 兩種指令系統(tǒng)編程。對(duì)于分塊結(jié)構(gòu)的程序，應(yīng)在完成全部程序編輯后，在主程序 OB1 上進(jìn)行組織。 （ 1） 同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有編程元件都必須且只能用梯形圖上的連線連接，僅通過(guò)主母線連接的程序塊不能編寫(xiě)在同一網(wǎng)絡(luò)中?？梢酝ㄟ^(guò) CPU 模塊上的模式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)控制 PLC 的 STOP 與 RUN。模式 TERM 不會(huì)改變 PLC 原有的操作模式，但可通過(guò)編程計(jì)算機(jī)改變 PLC 的操作模式。 PLC 所顯示的狀態(tài)時(shí) PLC 循環(huán)掃描完成后的元件狀態(tài)。利用工具條中的“狀態(tài)圖顯示”按鈕，可對(duì)輸入的地址進(jìn)行重新排列。 wincc flexible 簡(jiǎn)介 WinCC flexible 是用于所有組態(tài)任務(wù)的工程系統(tǒng)。在“項(xiàng)目視圖”中顯示項(xiàng)目結(jié)構(gòu)，并可對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行管理。所有與項(xiàng)目相關(guān)的組態(tài)數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)中。 WinCC flexible 的組件 flexible 工程系統(tǒng) WinCC flexible 工程系統(tǒng)是用于處理所有基本組態(tài)任務(wù)的軟件。 flexible 選件 WinCC flexible 選件可以擴(kuò)展 WinCC flexible 的標(biāo)準(zhǔn)功能。 具體如下圖所示： 圖 速度閉環(huán)控制的機(jī)構(gòu)控制圖 變頻器參數(shù)設(shè)置 在本系統(tǒng)中，選用了由西門(mén)子生產(chǎn)的通用變頻器 G120。 子程序： 初始化 HSC，中斷程序參數(shù)設(shè)置， PID 參數(shù)設(shè)置 PID 算法 比 例積 分微 分廣 義 被 控 對(duì) 象r ( t )e ( t )y ( t )++++u ( t ) 圖 PID 控制原理圖 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 PLC 的 PID 控制器設(shè)計(jì)是以連續(xù)系統(tǒng) PID控制規(guī)律為基礎(chǔ)，經(jīng)采樣將其數(shù)字化寫(xiě)成離散形式 PID 控制方程，再根據(jù)離 散方程進(jìn)行控制程序設(shè)計(jì)。 積分項(xiàng) Kc*（ Ts/Ti） *（ SPnPVn） +Mx：與偏差有關(guān)，只要偏差不為 0， PID控制的輸出就會(huì)因積分作用而不斷變化，直到偏差消失，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，所以積分的作用是消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度，但積分的動(dòng)作較慢，給系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定帶來(lái)不良影響，很少單獨(dú)使用。 許多控制系統(tǒng)內(nèi)，可能只需要 P、 I、 D中的一種或兩種控制類型。 速度采集： S7200 具有高速脈沖采集功能，采集頻率可以達(dá)到 30KHz，共有 6 個(gè)高速計(jì)數(shù)器（ HSC0~HSC5）工作模 式有 12種。 閉環(huán)控制就是將速度信號(hào)反饋給 PLC，再通過(guò)與給定量比較，輸出給 PID 控制部分，從而調(diào)節(jié)速度使其能達(dá)到設(shè)定要求。 經(jīng)驗(yàn)法又叫現(xiàn)場(chǎng)湊試法 ，它不需要進(jìn)行事先的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，而是根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，利用一組經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，根據(jù)反應(yīng)曲線的效果不斷地改變參數(shù)，對(duì)于溫度控制系統(tǒng)，工程上已經(jīng)有大量的經(jīng)驗(yàn)，其規(guī)律如下表所示： 實(shí)驗(yàn)湊試法的整定步驟為 先比例，再積分，最后微分 。 （ 3）整定微分環(huán)節(jié)環(huán)節(jié) 先置微分時(shí)間 TD=0，逐漸加大 TD，同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，反復(fù)試湊至獲得滿意的控制效果和 PID 控制參數(shù)。 主程序： 主要是用來(lái)調(diào)用子程序和控制量的輸入。 在采用方案一的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，在給定的轉(zhuǎn)速之下，想要達(dá)到轉(zhuǎn)動(dòng)角度的時(shí)間很短，大多不到 1S，而在短時(shí)間內(nèi)，變頻器并不能順利啟動(dòng)電機(jī)并使之轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的時(shí)間，因此放棄方案一