【正文】 n widely used in all walks of life and daily life and other constantly updated production machinery and development of the motor rotation speed performance issues with increasingly high asynchronous motor threephase asynchronous motors because of its low cost, simple structure, high reliability and low maintenance, etc. in various industrial areas has been widely used, but its speed performance and rotation properties are not as DC motors, so how to improve the performance of asynchronous motor speed and rotation issues in order to improve the speed performance and the corner problem, it is especially important.This article through the squirrelcage induction motor work process analysis, focusing on the threephase asynchronous motor speed and angle performance, try a simple and effective method for speed and angle adjustment.Keywords： PLC， Threephase asynchronous motor， speed， turn angle目錄目 錄 第一章 緒論 1 三相異步電動機 1 1 PLC技術(shù) 7 7 8 9 變頻器 10 11 12 13 13 14第二章 PLC編程軟件與HMI組態(tài)軟件 15 STEP7Micro/WIN 15 15 15 15 15 wincc flexible組態(tài)軟件 16 wincc flexible簡介 16 wincc flexible的組件 17第三章 電動機轉(zhuǎn)速控制 18 18 18 19 PLC程序設(shè)計 19 PID算法 19 20 21 21 PID參數(shù)整定 21 22第四章 電機轉(zhuǎn)角控制 25 25 25 25 PLC程序設(shè)計 26 26 27 27第五章 wincc flexible 人機界面設(shè)計 28 28 28 29第六章 總結(jié)…………………………………………………………...30 參考文獻……………………………………………..………………...31致謝………………..…………………………………………………...32附錄………………..…………………………………………………...32322013屆本科畢業(yè)設(shè)計論文第一章 緒論 實現(xiàn)電能與機械能相互轉(zhuǎn)換的電工設(shè)備總稱為電機。三相異步電動機由于三相異步電動機因其成本低,結(jié)構(gòu)簡單,可靠性高和維護少等優(yōu)點在各種工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用,但其調(diào)速性能和轉(zhuǎn)角性能都不如直流電動機,因此如何改進異步電動機的調(diào)速性能和轉(zhuǎn)角問題,以提高調(diào)速性能和轉(zhuǎn)角問題,就顯得特別重要。它能夠為自動化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對自動化的需求。 PLC在三相異步電動機控制中的應(yīng)用，與傳統(tǒng)的繼電器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、靈活性強、功能完善等優(yōu)點，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用。隨著生產(chǎn)機械的不斷更新和發(fā)展,對電動機的調(diào)速性能與轉(zhuǎn)角問題要求越來越高。s main drag production machinery forms。在生產(chǎn)上主要用的是交流電動機，特別三相異步電動機，因為它具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、運行可靠、價格低廉、維護方便等優(yōu)點。圖 三相電動機的結(jié)構(gòu)示意圖（1）．定子 三相異步電動機的定子由三部分組成：定子定子鐵心，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片內(nèi)圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放定子三相繞組AX、BY、CZ。轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組有兩種形式： 鼠籠式 鼠籠式異步電動機。2．三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理（1）．基本原理圖 三相異步電動機工作原理 ，當(dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時，磁鐵與閉合的導(dǎo)體發(fā)生相對運動，鼠籠式導(dǎo)體切割磁力線而在其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。并接成星形與三相電源U、V、W相聯(lián)。 當(dāng)wt=2400時，CZ繞組中無電流；為負，AX繞組中的電流從X流入A流出；為正，BY繞組中的電流從B流入Y流出；（c）所示。這時，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也跟著改變。極數(shù)p與繞組的始端之間的空間角q的關(guān)系為： （） ②．轉(zhuǎn)速n 三相異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0與電動機磁極對數(shù)p有關(guān)，它們的關(guān)系是： （）由（）可知，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0決定于電流頻率f1和磁場的極數(shù)p。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0常稱為同步轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來之后，n0，（n0n）差值減小，電動機的轉(zhuǎn)差率S1。~。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程，是工業(yè)控制的核心部分。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，基本構(gòu)成為： S7200 PLC CPU的外形模型圖 PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 ②．現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。： 集成的24V負載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器），CPU 221，222具有180mA輸出， CPU 224，CPU 226分別輸出280，400mA。CPU 226具有24個輸入點和16個輸出點。 222/224/226： 可方便地用數(shù)字量和模擬量擴展模塊進行擴展。 （選件）： 可作為修改與拷貝程序的快速工具（無需編程器），并可進行輔助軟件歸檔工作。電池模塊插在存儲器模塊的卡槽中。 變頻器基本原理 交流低壓直交直通用變頻器系統(tǒng)框圖 ，變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進行再生運轉(zhuǎn)。 ?。?）逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6個開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。 　　（2）電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。 　?。?）保護電路:檢測主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。當(dāng)p=1時，N=3000r/min；p=2時，N=1500r/min。綜合式（）和式（）可以得出 n=60f（1－s）/p () 由式()可以看出，對于成品電機，其磁極對數(shù)p已經(jīng)確定，轉(zhuǎn)差率s變化不大，則電機的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f成正比，因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機的同步轉(zhuǎn)速，進而達到異步電機調(diào)速的目的。 （HMI）產(chǎn)品的組成及工作原理 人機界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存儲單元等，其中處理器的性能決定了HMI 產(chǎn)品的性能高低，是HMI的核心單元。 薄膜鍵輸入的HMI，屬初級產(chǎn)品。第2章 PLC編程軟件與HMI組態(tài)軟件 STEP7Micro/WINS7200 PLC的編程軟件為STEP7Micro/WIN，它以PLC的用戶程序編輯功能為主（包括符號表編輯），可用于PLC用戶程序的編輯與監(jiān)控，可使用多種語言文字。IEC611313系統(tǒng)只能用梯形圖、邏輯功能塊圖編程，不能使用指令表，也不能使用部分S7200功能指令。 程序編輯要點STEP7Micro/WIN編程軟件的梯形圖以“網(wǎng)絡(luò)”為單位進行處理，程序段的注釋也以網(wǎng)絡(luò)為單位進行，網(wǎng)絡(luò)的編號可由編輯軟件自動生成。（3） 網(wǎng)絡(luò)原則上應(yīng)以直接連接于主母線的觸點為起始，即使實際程序塊并不需要觸電，但為了滿足格式的要求，編程時也需要插入狀態(tài)恒為“1”。STOP模式可用編程計算機直接編輯PLC中的程序，但不執(zhí)行PLC程序；RUN模式不但可以執(zhí)行程序，還可編輯和監(jiān)控PLC程序的狀態(tài)。監(jiān)視和調(diào)試功能可在程序編輯器中顯示，也可以狀態(tài)圖的形式顯示。（2） 狀態(tài)圖監(jiān)控單擊瀏覽條上的“狀態(tài)圖”圖標或選擇主菜單“檢視”→“元件”→“狀態(tài)圖”可打開狀態(tài)圖監(jiān)控頁面。當(dāng)PLC處于“STOP”模式時，顯示的是PLC程序執(zhí)行前的初始值或條件；當(dāng)PLC處于“RUN”模式時，則可連續(xù)監(jiān)控執(zhí)行過程中的狀態(tài)。隨著版本的逐步升高，所支持的設(shè)備范圍以及WinCC flexible的功能都得到了擴展。例如，在“畫面”編輯器中組態(tài)HMI設(shè)備的GUI。WinCC flexible提供了對面向解決方案概念的組態(tài)任務(wù)的支持。 flexible運行系統(tǒng) WinCC flexible運行系統(tǒng)是用于過程可視化的軟件。第3章 電動機轉(zhuǎn)速控制 系統(tǒng)設(shè)計的總體思路 系統(tǒng)主要由三個部分構(gòu)成，即可編程邏輯控制器件PLC、變頻器和電機。 主程序： 主要是用來啟動中斷程序以及控制量的輸入和子程序的調(diào)用。即：輸出＝比例項＋積分項＋微分項。微分項Kc*（Td/Ts）*（PVn1PVn）：根據(jù)誤差變化的速度（即誤差的微分）進行調(diào)節(jié)，具有超前和預(yù)測的特點。 內(nèi)存變量分配表程序地址分配地址說明VD20目標速度設(shè)定存放地址VD300當(dāng)前實際速度存放地址 程序地址分配表 PID指令回路表地址名稱說明VD200過程變量（PVn）~VD204給定值（SPn）~VD208輸出值（Mn）~VD212增益（Kc）比例常數(shù)，可正可負VD216采樣時間（Ts）單位為s，必須是正數(shù)VD220采樣時間（Ti）單位為min，必須是正數(shù)VD224微分時間（Td）單位為min，必須是正數(shù) PID指令分配表 速度反饋設(shè)計 構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)就要把速度信息反饋給輸入。本次設(shè)計中：采樣周期為1s 即是每隔1s采集脈沖一次，高速計數(shù)器選用4倍頻計數(shù)，光電開關(guān)每轉(zhuǎn)發(fā)出1000個脈沖，那么就可以得到速度為 （） 其中 為采樣周期內(nèi)接受到的脈沖數(shù)。一般可以通過理論計算來確定，但誤差太大。 （2）整定積分環(huán)節(jié) 先將步驟（1）中選擇的比例系數(shù)減小為原來的50～80％，再將積分時間置一個較大值，觀測響應(yīng)曲線。首先通過設(shè)置給定輸入給PLC，再通過PLC控制變頻器，再經(jīng)由變頻器來控制電機，隨后將電機的轉(zhuǎn)角由編碼器反饋給PLC，具體如下圖所示：電機變頻器角度換算模塊角度給定實際轉(zhuǎn)角編碼器 角度控制系統(tǒng) 變頻器參數(shù)設(shè)置在本系統(tǒng)中，選用了由西門子生產(chǎn)的通用變頻器G120。 電機轉(zhuǎn)角控制設(shè)計思路電機轉(zhuǎn)角的控制是指在電機轉(zhuǎn)動的基礎(chǔ)上，限定電機轉(zhuǎn)動的時間或距離來達到控制電機轉(zhuǎn)動角度的目的，由此可以推出兩種方案，一個是可以把電機轉(zhuǎn)動的角度換算成電機轉(zhuǎn)動的時間，時間到了之后電機停止轉(zhuǎn)動；另一個是把電機轉(zhuǎn)動的角度換算成編碼器脈沖數(shù)，當(dāng)編碼器轉(zhuǎn)動到設(shè)定的角度的時候，電機停止轉(zhuǎn)動。由此得出旋轉(zhuǎn)設(shè)定角度所需要的編碼器脈沖數(shù)，然后設(shè)計程序，使電動機在達到要求后停止轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)