畢業(yè)設(shè)計(jì)論文：交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用plc來(lái)控制變頻器調(diào)速研究(編輯修改稿)
2024-09-02 12:18 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，有其自身的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，隨著交流電動(dòng)機(jī)變頻技術(shù)的日趨完善和推廣應(yīng)用，特別是在礦用大功率高壓設(shè)備中的絞車、提升機(jī)、通風(fēng)機(jī)、帶式輸送機(jī)等礦用設(shè)備上的應(yīng)用效果則更加明顯。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。本課題以 PLC 和變3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。本論文的選題不論是從理論上還是從實(shí)踐上都有十分重要的意義。2 PROFIBUS 的通訊原理PROFIBUS 是一種應(yīng)用較為廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線，其總線標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際總線標(biāo)準(zhǔn)ie61158 的重要組成部分。PROFIBUS 具有開(kāi)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(gè)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(shè)備級(jí)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(guò) repeter進(jìn)行擴(kuò)展，每個(gè) dp 網(wǎng)上可以同時(shí)配置 122 個(gè)從站，是一種功能強(qiáng)大的現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)見(jiàn)表 。這種傳輸技術(shù)類似于 IEC 標(biāo)準(zhǔn)的 HZ，安裝十分簡(jiǎn)單，總線結(jié)構(gòu)允許增加或移去站點(diǎn)，或者分步擴(kuò)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(gè)站點(diǎn)，如果使用中繼器，總線上最多可以掛 126 個(gè)站。RS485 傳輸技術(shù)見(jiàn)表 表 RS485 傳輸技術(shù)傳輸介質(zhì) 雙絞屏蔽電纜站點(diǎn)數(shù) 不用中繼器時(shí)，每段最多 32 個(gè)站，用中繼器時(shí)，可擴(kuò)展到 126 個(gè)站連接器 對(duì) IP20 用 9 針 D 型連接器對(duì) 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(zhǎng)度（M ） 10012003 變頻器與可編程控制器4 變頻器原理介紹（1）變頻器是利用電力半導(dǎo)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(gè)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(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。 （2）我們知道，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式位：n＝60f (1－s)/p (1) 式中 n———異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；f———異步電動(dòng)機(jī)的頻率； s———電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率； p———電動(dòng)機(jī)極對(duì)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率 f 在 0～50Hz 的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)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(jī)的運(yùn)行理論(1)當(dāng)三相異步電機(jī)接入三相交流電源(各相差120度電角度)時(shí)，三相定子繞組流過(guò)三相對(duì)稱電流產(chǎn)生的三相磁動(dòng)勢(shì)并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)以同步轉(zhuǎn)速n0沿定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)圓空間作順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。(2)該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有相對(duì)切割運(yùn)動(dòng),根據(jù)電磁感應(yīng)原理,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并產(chǎn)生感應(yīng)電流。(3)根據(jù)電磁力定律，在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中將產(chǎn)生與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向基本一致的感生電流。載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁場(chǎng)中受到電磁力作用，電磁力對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)軸上帶機(jī)械負(fù)載時(shí)，便向外輸出機(jī)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(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。5 (2)可編程控制器的基本組成：可編程控制器主要由 CPU、存儲(chǔ)器、基本 I/O接口電路、外設(shè)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(duì)用戶程序的執(zhí)行過(guò)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(lái)完成的。一個(gè)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(qǐng)求階段。d 執(zhí)行 CPU 自診斷測(cè)試階段。e 寫(xiě)輸出階段。 變頻器變頻器是利用電力半導(dǎo)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(gè)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(chǔ)能和緩沖無(wú)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(dòng) 機(jī) 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(dòng) 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(dòng) 機(jī) 供 電 （ 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 。4 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)組成。其工作原理為：給定的速度與經(jīng)由經(jīng) PLC 運(yùn)算可得控制量，再由 RS—485 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。由于 PLC 與變頻器之間沒(méi)有采用 D／A 進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而是采用 RS—485 進(jìn)行數(shù)字通信，有效地提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。6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(jiǎn)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(biāo)準(zhǔn)軟件，可使用梯形圖邏輯、功能塊圖和語(yǔ)句表進(jìn)行編程操作。常規(guī)功能之外還具備以下的特點(diǎn):（1）MPI 接口；
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