【文章內(nèi)容簡介】 新潮流，有其自身的特點和優(yōu)點，隨著交流電動機變頻技術(shù)的日趨完善和推廣應用，特別是在礦用大功率高壓設備中的絞車、提升機、通風機、帶式輸送機等礦用設備上的應用效果則更加明顯。對耗電大、生產(chǎn)環(huán)境惡劣的煤炭行業(yè)推廣應用變頻技術(shù)更具有現(xiàn)實意義。本課題以 PLC 和變2頻器控制交流調(diào)速為研究對象，設計出基于 PLC 和變頻器控制交流調(diào)速系統(tǒng)的實驗裝置。本論文的選題不論是從理論上還是從實踐上都有十分重要的意義。2 PROFIBUS 的通訊原理PROFIBUS 是一種應用較為廣泛的現(xiàn)場總線，其總線標準是國際總線標準ie61158 的重要組成部分。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。有 3 個兼容部分組成部分即PROFIBUSDP， PROFIBUSPA，PROFIBUSFMS 。其中 DP 是一種高速低成本通訊，用于設備級控制系統(tǒng)與分散式 i/o 的通訊。采用 rs485 數(shù)據(jù)接口，傳輸介質(zhì)用光纖或雙絞電纜，傳輸波特率從（～12m） bps，傳輸距離可以通過 repeter進行擴展，每個 dp 網(wǎng)上可以同時配置 122 個從站，是一種功能強大的現(xiàn)場總線。 RS485 傳輸技術(shù)PROFIBUS 經(jīng)常使用的是 RS485 傳輸技術(shù)，其基本特點見表 。這種傳輸技術(shù)類似于 IEC 標準的 HZ，安裝十分簡單，總線結(jié)構(gòu)允許增加或移去站點，或者分步擴展系統(tǒng)而不影響其他站的工作。傳輸速率為 ~12Mbps。一旦系統(tǒng)安裝完畢，只能選定一種傳輸速率。在一根電纜段上可以連接 32 個站點，如果使用中繼器，總線上最多可以掛 126 個站。RS485 傳輸技術(shù)見表 表 RS485 傳輸技術(shù)傳輸介質(zhì) 雙絞屏蔽電纜站點數(shù) 不用中繼器時，每段最多 32 個站，用中繼器時，可擴展到 126 個站連接器 對 IP20 用 9 針 D 型連接器對 IP65/67 用 MR，HAN BRID 或西門子混合型連接器傳輸速率（bit/s） 電纜的最大長度（M ） 10012003 變頻器與可編程控制器3 變頻器原理介紹（1）變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制 4 個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為 IGBT 三相橋式逆變器，且輸出為 PWM 波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。 （2）我們知道，交流電動機的同步轉(zhuǎn)速表達式位：n＝60f (1－s)/p (1) 式中 n———異步電動機的轉(zhuǎn)速；f———異步電動機的頻率； s———電動機轉(zhuǎn)差率； p———電動機極對數(shù)。由式(1)可知，轉(zhuǎn)速 n 與頻率 f 成正比，只要改變頻率 f 即可改變電動機的轉(zhuǎn)速，當頻率 f 在 0～50Hz 的范圍內(nèi)變化時，電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。 交流電機的運行理論(1)當三相異步電機接入三相交流電源(各相差120度電角度)時，三相定子繞組流過三相對稱電流產(chǎn)生的三相磁動勢并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場以同步轉(zhuǎn)速n0沿定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)圓空間作順時針方向旋轉(zhuǎn)。(2)該旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導體有相對切割運動,根據(jù)電磁感應原理,轉(zhuǎn)子導體產(chǎn)生感應電動勢并產(chǎn)生感應電流。(3)根據(jù)電磁力定律，在感應電動勢的作用下，轉(zhuǎn)子導體中將產(chǎn)生與感應電動勢方向基本一致的感生電流。載流的轉(zhuǎn)子導體在定子產(chǎn)生的磁場磁場中受到電磁力作用，電磁力對電機轉(zhuǎn)子軸形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)，當電動機軸上帶機械負載時，便向外輸出機械能。 可編程控制器可編程控制器的定義：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。4 (2)可編程控制器的基本組成：可編程控制器主要由 CPU、存儲器、基本 I/O接口電路、外設接口、編程裝置、電源等組成。 (3)可編程控制器的工作原理： CPU 對用戶程序的執(zhí)行過程是 CPU 的循環(huán)掃描，并用周期性地集中采樣、集中輸出的方式來完成的。一個掃描周期主要可分為：a 讀輸入階段。b 執(zhí)行程序階段 。c 處理通信請求階段。d 執(zhí)行 CPU 自診斷測試階段。e 寫輸出階段。 變頻器變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制 4 個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為 IGBT 三相橋式逆變器，且輸出為 PWM 波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。 變 頻 器 主 要是 由 主 電 路 、 控 制 電 路 組 成 ：(1)主 電 路 是 給 異 步 電 動 機 提 供 調(diào) 壓 調(diào) 頻 電 源 的 電 力 變 換 部 分 ， 它 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 的 “平 波 回 路 ”， 以 及 將 直 流 功 率 變 換 為 交 流 功 率 的 “逆 變 器 ”。(2)控 制 電 路 是 給 異 步 電 動 機 供 電 （ 電 壓 、 頻 率 可 調(diào) ） 的 主 電 路 提 供 控 制 信號 的 回 路 ， 它 有 頻 率 、 電 壓 的 “運 算 電 路 ”， 主 電 路 的 “電 壓 、 電 流 檢 測 電 路 ”，電 動 機 的 “速 度 檢 測 電 路 ”， 將 運 算 電 路 的 控 制 信 號 進 行 放 大 的 “驅(qū) 動 電 路 ”以 及 逆 變 器 和 電 動 機 的 “保 護 電 路 ”組 成 。4 系統(tǒng)的設計 系統(tǒng)設計原理和方法本系統(tǒng)由 PLC、變頻器( 具有 RS—485 通信功能) 、交流電機組成。其工作原理為：給定的速度與經(jīng)由經(jīng) PLC 運算可得控制量，再由 RS—485 接口輸出到變頻器以驅(qū)動交流電機，從而達到調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的目的。由于 PLC 與變頻器之間沒有采用 D／A 進行轉(zhuǎn)換，而是采用 RS—485 進行數(shù)字通信，有效地提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。5變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖所示。圖 變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖 STEP 軟件簡介西門子 STEP7 是用于 SIMATIC S7300/400 站創(chuàng)建可編程邏輯控制程序的標準軟件，可使用梯形圖邏輯、功能塊圖和語句表進行編程操作。常規(guī)功能之外還具備以下的特點:（1）MPI 接