畢業(yè)設(shè)計(jì)_基于plc與變頻器的交流電機(jī)調(diào)速控制硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(編輯修改稿)
2024-10-02 09:24 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ， 輸出點(diǎn)數(shù) 6個(gè)。 I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮增加 10%～20%的余量，因此選擇了 S7200 PLC/CPU224/14輸入 /10輸出。由于控制較簡(jiǎn)單，對(duì)PLC存儲(chǔ)容量、殊功能模塊沒(méi)有特殊要求。根據(jù)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備，從中選擇了S7200 PLC/CPU224XP/14輸入 /10輸出。 S7200 PLC具體型號(hào)見(jiàn)表 31。 0Hz 頻率 時(shí)間 10s P20 P17 P18 P19 P21 P22 P23 P17 12s 15s 20s 8s 17s 15s 10Hz 20Hz 32Hz 35Hz 50Hz 11Hz 基于 PLC 與變頻器的交流 電機(jī)調(diào)速控制硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4 表 31 S7200 PLC CPU 選型型號(hào)表 注： AC/DC/繼電器 —— 100～ 230VAC 電源 /24VDC輸入 /繼電器輸出； CPU系列號(hào) 產(chǎn)品圖片 描 述 選型型號(hào) CPU224XP AC/DC/繼電器； 14點(diǎn)輸入 /10點(diǎn)輸出； 2輸入 /1輸出共 3個(gè)模擬量 I/O點(diǎn) 6ES7 2142BD230XB0 在 PLC 的應(yīng)用中還有重要的一項(xiàng)就是編程，編程中需要用到的指令如下。 S7200系列 PLC 的基本指令包括常用指令、堆棧操作指令、計(jì)數(shù)指令、定時(shí)器指令、比較指令和程序控制指令等。 （ 1） 觸點(diǎn)指令 觸點(diǎn)指令包括邏輯取和線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)指令，它有兩種連接形式，即串聯(lián)和并聯(lián)。 ① 邏輯取和線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)指令。指令格式為： LD 取指令； LDN 取反指令 。 ② 觸點(diǎn)串 聯(lián)指令。指令格式為： A 常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)： AN 常閉觸點(diǎn)串聯(lián)。 ③ 觸點(diǎn)并聯(lián)指令。指令格式為： O 常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)： ON 常閉觸點(diǎn)并聯(lián)。 （ 2） 邏輯電路塊的連接指令 ① 串聯(lián)電路塊的并聯(lián)指令。指令格式為： OLD。 ② 并聯(lián)電路塊的串聯(lián)指令。指令格式為： ALD。 （ 3） 置位，復(fù)位，取反指令 ① 置位指令的格式為： S bit N。 ② 復(fù)位指令的格式為： R bit N。 ③ 取反指令的格式為： NOT。 （ 4） 計(jì)數(shù)器指令 ① 增計(jì)數(shù)器指令 CTU：其指令格式為： CTU Cx, PV。 x 為計(jì)數(shù)器編號(hào)。 ② 減計(jì)數(shù)器指令 CTD：其指令格式為： CTD Cx, PV。 x 為計(jì)數(shù)器編號(hào)。 ③ 增減計(jì)數(shù)器指令 CTUD：其指令格式為： CTUD Cx, PV。 x 為計(jì)數(shù)器編號(hào)。 （ 5） 定時(shí)器指令 ① 接通延時(shí)指令 TON：其指令格式為： TON Tx, PT。 x 為定時(shí)器編號(hào)。 ② 斷開(kāi)延時(shí)指令 TOF：其指令格式為： TOF Tx, PT。 x 為定時(shí)器編號(hào)。 ③ 有記憶接通延時(shí)指令 TONR：其指令格式為： TOR Tx, PT。 x 為定時(shí)器編號(hào)。 （ 6） 結(jié)束及暫停指令 ① 結(jié)束指令可分為有條件結(jié)束指令 END 和無(wú)條件結(jié)束指令 MEND。 基于 PLC 與變頻器的交流 電機(jī)調(diào)速控制硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 5 ② 暫停指令的指令格式為 ： STOP。 （ 7） 子程序指令 子程序指令包括 3 個(gè)指令：建立子程序、子程序調(diào)用和子程序返回。其中子程序調(diào)用指令又有 2 條指令：子程序調(diào)用指令 CALL 和子程序條件返回指令 CRET。 變頻器的選擇 在選擇變頻器時(shí)，首先要確定在該設(shè)計(jì)系統(tǒng)中使用通用變頻器的目的，根據(jù)目的來(lái)選擇最優(yōu)的變頻器，從而達(dá)到預(yù)期效果。再根據(jù)該設(shè)計(jì)的控制要求，對(duì)調(diào)速范圍、速度響應(yīng)和控制精度、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩等要素，并充分了解變頻器所驅(qū)動(dòng)負(fù)載特性，從而來(lái)確定采用什么功能的變頻器對(duì)于該設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)更加方便，然后確定采用什么控制方式最合適。所選用的通用變 頻器應(yīng)是既滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求，又要在技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上合理。若對(duì)變頻器選型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及使用不當(dāng)，可能會(huì)造成很多影響，比如，可能會(huì)使變頻器不能正常的運(yùn)行，從而達(dá)不到預(yù)期效果；可能引發(fā)設(shè)備故障，造成不必要的損失。為了保證所選用的變頻器長(zhǎng)期的可靠的運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)注意變頻器的地線(xiàn)的接地連接。 變頻器的工作原理是把市電（ 380V 、 50Hz）通過(guò)整流器變成平滑直流，然后利用半導(dǎo)體器件（ GTO、 GTR 或 IGBT）組成的三相逆變器，將直流電變成可變電壓和可變頻率的交流電 [4]。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備我選擇了小型的三相異步電機(jī)，異 步電機(jī)參數(shù)如下： PN=180W， UN=380V， IN=， nN=1400rpm。 根據(jù)電機(jī)參數(shù)變頻器應(yīng)選用三相電源 380~480VAC， 50Hz， 輸出額定功率應(yīng)大于 200W。 再 根據(jù)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備和 三相異步電動(dòng)機(jī) 參數(shù)，從中選擇了臺(tái)達(dá)VFD022M。變頻器具體型號(hào)及參數(shù)見(jiàn)表 32。 表 32 臺(tái)達(dá) VFDM 變頻器型號(hào)及參數(shù)表 變頻器系列號(hào) 產(chǎn)品圖片 描述 選型型號(hào) VFDM LCM2E 數(shù)字控制面板 /三相電源 380~480VAC, 50/60Hz/電機(jī) 輸 出額 定功率 kW (3HP)/ 額 定 輸 出 容 量(入 )電流（ ） /輸出頻率 (Hz) ~400Hz/強(qiáng)制風(fēng)冷 VFD022M43B 基于 PLC 與變頻器的交流 電機(jī)調(diào)速控制硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 6 4 硬件設(shè)計(jì) 變頻器接線(xiàn) 變頻器主電路接線(xiàn) 本次設(shè)計(jì) 選用的臺(tái)達(dá) VFD022M 變頻器電源為三相 380V 交流電，在主電路接線(xiàn)時(shí)應(yīng)正確的和三相交流電源連接。為了保證所選用的變頻器長(zhǎng)期的可靠的運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)注意 VFDM 變頻器的地線(xiàn)的接地連接。根據(jù)變頻器使用手冊(cè)，電源、變頻器、三相異步電機(jī)具體接線(xiàn)如圖 41。 圖 41 變頻器主電路配線(xiàn)圖 三相異步電機(jī)使用 Y 型接法，異步電機(jī)接線(xiàn)如圖 42。 圖 42 異步電機(jī)接線(xiàn)圖 基于 PLC 與變頻器的交流 電機(jī)調(diào)速控制硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 7 控制端子接線(xiàn) 臺(tái)達(dá) VFDM 變頻器提供了多種控制功能，其中有外部多功能端子控制，數(shù)字操作面板控制，通訊控制等。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及簡(jiǎn) 捷 控制的目的，我選擇了通過(guò)外部多功能端子控制變頻器，以達(dá)到控制異步電機(jī)的目的。臺(tái)達(dá) VFDM 變頻器控制端子說(shuō)明見(jiàn)下表 41。 表 41 多功能 控制端子說(shuō)明表 端子記號(hào) 端子功能說(shuō)明 規(guī)格 RA ﹣ RC 多功能指示信號(hào)輸出接點(diǎn) 對(duì)應(yīng)參數(shù) P46繼電器 (RELAY) RB ﹣ RC 多功能指示 信號(hào)輸出接點(diǎn) 接點(diǎn)輸出 M0 ﹣ GND 多功能輸入輔助端子 對(duì)應(yīng)參數(shù) P38,39,40,41,42 M1 ﹣ GND 多功能輸入選擇一 對(duì)應(yīng)參數(shù) P38,39,4
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