【導(dǎo)讀】發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人授權(quán)省級(jí)優(yōu)秀論文評(píng)選機(jī)構(gòu)將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫。在當(dāng)前全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，有兩條顯著的相互交織的主線：能源和環(huán)境。機(jī)容量已達(dá)4億千瓦，年耗電量達(dá)6000億千瓦時(shí)，約占工業(yè)耗電量的80%。因此，在國家十五計(jì)劃中，電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能方面的投入將高達(dá)500億元。目前，國內(nèi)變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究非常。設(shè)計(jì)出系統(tǒng)穩(wěn)定，調(diào)整精度高，調(diào)整時(shí)間快的PLC變頻。另一方面，PLC還必須依靠其他新技術(shù)來面對(duì)市場份額逐漸縮小所帶。PLC需要解決的問題依然是新技術(shù)的。PLC技術(shù)展的最終趨勢(shì)仍然是人們所爭論的焦點(diǎn)之一。大多數(shù)人認(rèn)為，PLC. 程控制軟件、開放性數(shù)據(jù)通信協(xié)議，已經(jīng)發(fā)生巨大變革，幾乎到處都有PLC，隨著軟PLC控制組態(tài)軟件技術(shù)

　　

【正文】 不相上下，質(zhì)量差的就不好說了。售后服務(wù)好，即使過了保修期，維修價(jià)格也算公道。 因此在本課題中我選用了 世界知 名 品牌 三菱 變頻器系列中的 FRA740 型變頻器 FRENIC5000G11S 型變頻器簡介 FRENIC5000G11S 型變頻器 由于工頻啟動(dòng)負(fù)荷大，電機(jī)功率都相對(duì)較大，普遍存在著 “大馬拉小車 ”現(xiàn)象，無功損耗多，耗電量大。加之潛油電泵不能自行實(shí)現(xiàn)軟啟停，使得電機(jī)、電纜的絕緣性能降低，在不同程度上影響了潛油電泵的使用壽命。為實(shí)現(xiàn)電泵井節(jié)能增效，經(jīng)認(rèn)真調(diào)研，我們引進(jìn)了潛油電泵變頻技術(shù)，并在梁 23平 1 井安裝試驗(yàn)了一套 1140V潛油電泵專用變頻器。經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)后，見到了明顯效果。 變頻調(diào)速原理 ： 變頻器可以 通過改變潛油電機(jī)定子供電頻率來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)潛油電機(jī)的調(diào)速。交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為： n=60F1(1S)/P（ 式中 , n電機(jī)轉(zhuǎn)速 , F1定子供電頻率， P極對(duì)數(shù) ,S轉(zhuǎn)差率 ） . 變頻器工作原理 ： 該設(shè)備為交 —— 直 —— 交電壓源型變頻調(diào)速系統(tǒng)，即先將交流輸入整流為直流 ,再把直流逆變?yōu)樗桀l率的交流。通過控制程序可以自由改變其輸出頻率，從而可以平滑地軟啟動(dòng)電機(jī)、軟停車。再加上變頻器設(shè)有輸出濾波器，有較好的輸出波形補(bǔ)償，從而減少了由于輸出線較長而造成的傳輸損耗。逆變部分采用三電平方案，與兩電平方案相 比，它逆變電壓高，用常規(guī)電壓 IGBT器件就能實(shí)現(xiàn)千伏以上的逆變，并且波形比兩電平好。 變頻器的結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)置 變頻器的參數(shù)設(shè)置 變頻器的工作原理是把市電（ 380V 、 50Hz）通過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 變頻調(diào)速是通過改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來達(dá)到調(diào)速的目的。 psfn /)1(60 ?? （ 31） 對(duì)于成品電機(jī)，其磁極對(duì)數(shù) p 已經(jīng)確定，轉(zhuǎn)差率 s 變化不大，故電機(jī)的轉(zhuǎn)速n 與電源的頻率 f 成正比，因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速， xxxxx 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 進(jìn)而達(dá)到異步電機(jī)的調(diào)試目的。 變頻器有兩種工作模式 如果所用的變頻器剛剛出廠的變頻器，則需對(duì)它進(jìn)行快速調(diào)試，試驗(yàn)中用到的變頻器都已經(jīng)完成了快速調(diào)試 要實(shí)現(xiàn)快速預(yù)置，首先按下【 MENU】鍵多次，直至切換到快速編程模式（ LCD顯示屏左上方顯示 QUICK）為止 按下【 DATA/ENTER】 鍵，立即切換到快速編程模式下的第一個(gè)功能碼“ A102”. 按【↑】，【↓】鍵，找到所需修改的功能碼“ C102”. 按【 DATA/ENTER】 鍵，讀出該功能碼中的原油數(shù)據(jù)碼“ ”。 按【向右】鍵，使光標(biāo)移至修改位。 按【↑】，【↓】鍵，將數(shù)據(jù)碼調(diào)整為“ ”。 按【 DATA/ENTER】鍵，寫入新數(shù)據(jù)碼，此時(shí)，顯示屏顯示“ Entry Accepted”(新數(shù)據(jù)已被接受 )； 1s 后顯示當(dāng)前的功能碼及數(shù)據(jù)碼。 預(yù)置工作尚未結(jié)束，則按【 ESC】鍵，返回至本功能組的起始位置，重復(fù)第（ 2）步以后的流程。 如全部功能的預(yù)置工作都已結(jié)束， 則反復(fù)按【 MENU】鍵，直至變頻器轉(zhuǎn)為運(yùn)行模式為止。 變頻器的結(jié)構(gòu) 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。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交 — 直 — 交方式（ VVVF 變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。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)能和緩沖無功功 率。 變頻器現(xiàn)在發(fā)展很快，種類很多，基本的就是這個(gè)。 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 可編程控制器 PLC 的工作原理 PLC 通電后，需要對(duì)硬件和軟件做一些初始化工作。為了使 PLC的輸出及時(shí)地響應(yīng)各種輸入信號(hào)，初始化后 PLC 要反復(fù)不停地分段處理各種不同的任務(wù)，這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。 初始化過程：與其它單片機(jī)運(yùn)行一樣，上電運(yùn)行或復(fù)位時(shí)進(jìn)行處理 （ 1）硬件初始化，復(fù)位輸出輸入模塊，清零；清除數(shù)據(jù)區(qū)；輸出輸入地址分配 掃描過程：掃描輸入，將輸入口狀態(tài)讀入 至輸入口映像區(qū)；時(shí)鐘處理，特殊寄存器更新；執(zhí)行用戶程序 ；輸出，將輸出口映像區(qū)輸出至輸出端口刷新；自診斷檢查 出錯(cuò)處理 檢查 PLC 內(nèi)部電路、 CPU、電池電壓、程序存儲(chǔ)器、 I/O、通訊異常；致命錯(cuò)誤， CPU 強(qiáng)制 STOP 方式，所有掃描停止。 圖 所示為一小型 PLC 的典型工作過程 xxxxx 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 上 電清 I / O 和內(nèi)部電器復(fù)位定時(shí)器檢查總線及 I / O 邊接情況復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器檢查硬件和程序存儲(chǔ)器復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器輸出刷新執(zhí)行用戶程序輸入采樣復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器執(zhí)行來自外設(shè)( 如編程器) 的命令正確？置錯(cuò)誤標(biāo)志和光顯示錯(cuò)誤還是報(bào)警？NY錯(cuò)誤報(bào)警 圖 3 小型 PLC 的典型工作過程 型號(hào)的選擇 本次設(shè)計(jì)采用西 門子 S7200 系列 PLC 進(jìn)行控制，從以上分析可以知道，該系統(tǒng)只需開關(guān)量輸入點(diǎn) 8個(gè)，數(shù)字量輸出點(diǎn) 10 個(gè)，還有一個(gè)模擬量輸入和一個(gè)模擬量輸出點(diǎn)，所以要接入一個(gè)模擬量模塊。這次設(shè)計(jì)選用 EM235CN 作為模擬量模塊。參照西門子 S7200 產(chǎn)品目錄及市場實(shí)際價(jià)格，選用主機(jī)為 CPU224(2 個(gè)模擬量輸入， 1 個(gè)模擬量輸出 )，本系統(tǒng)變頻器采用西門子 MM440 通用變頻器。電機(jī)型號(hào)不選（電機(jī)性型號(hào)決定變頻器內(nèi)部的參數(shù)的初始化字，不同的電機(jī)對(duì)與不同的參數(shù)設(shè)置。這里不對(duì)電機(jī)選型不對(duì)變頻器參數(shù)設(shè)置）。 CPU224 模塊 I/O 總點(diǎn)數(shù) 為 24 點(diǎn)（ 14/10 點(diǎn)），可帶 7個(gè)擴(kuò)展模塊；用戶程序存儲(chǔ)器容量為 4K字；內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器，具有 PID控制的功能；有 2個(gè)高速脈沖輸出端和 1 個(gè) RS485 通訊口；具有 PPI 通訊協(xié)議、 MPI 通訊協(xié)議和自由口協(xié)議的通訊能力。 旋轉(zhuǎn)編碼器 旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測量轉(zhuǎn)速的裝置，光電式旋轉(zhuǎn)編碼器通過光電轉(zhuǎn)換，可將輸出軸的角位移、角速度等機(jī)械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電 脈沖 以數(shù)字量輸出（ REP）。它分為 單路 輸出和雙路輸出兩種。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（幾十個(gè)到幾千個(gè)都有），和供電電壓等。單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸 xxxxx 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組 A/B 相位差 90 度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以測量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向 。 制動(dòng)電阻 制動(dòng)電阻，是波紋電阻的一種，主要用于變頻器控制電機(jī)快速停車的 機(jī)械中，幫助電機(jī)將其因快速停車所產(chǎn)生的再生電能轉(zhuǎn)化為熱能。 它是由陶瓷管、合金電阻絲、涂層組成。 作用在于 保護(hù)變頻器不受再生電能的危害 ； 保證電電源網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)運(yùn)行 。 制動(dòng)電阻的降額選擇 非重復(fù)制動(dòng) 所謂非重復(fù)制動(dòng)，是指拖動(dòng)系統(tǒng)在一個(gè)相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)只有一次減速制動(dòng)過程，因此制動(dòng)電阻在該段時(shí)間內(nèi)只有一次消耗能量的過程，制動(dòng)電阻的功率也因此可以進(jìn)一步減小，減小的幅度決定于制動(dòng)電阻的耐沖擊能力和單次減速制動(dòng)的動(dòng)作時(shí)間。不考慮制動(dòng)電阻耐沖擊能力的因素，在非 重復(fù)制動(dòng)系統(tǒng)中，制動(dòng)電阻的功率降額與單次減速制動(dòng)時(shí)間的關(guān)系見《圖：制動(dòng)電阻降額功率與單次制動(dòng)時(shí)間的關(guān)系圖》； 可見，在制動(dòng)時(shí)間小于 10S 的情況下，制動(dòng)電阻的功率可選擇到降額到 20%以下。 重復(fù)制動(dòng) 有些機(jī)械是需要反復(fù)制動(dòng)的，如起重機(jī)械和 龍門機(jī)床 等，在重復(fù)制動(dòng)且制動(dòng)時(shí)間較短的情況下，制動(dòng)電阻的選用功率 P 選用與制動(dòng)占空比（每 次制動(dòng)時(shí)間 tb與每兩次制動(dòng)之間的時(shí)間間隔 tc之比 tb/tc）有近似線性關(guān) 系。制動(dòng)占空比越小，制動(dòng)電阻功率的降額使用的幅度越大（ P 選用 /P 額 越?。?。通過《圖：制動(dòng)電阻功率與制動(dòng)占空比的關(guān)系圖》可了解這種對(duì) 應(yīng)關(guān)系。 注意：當(dāng)制動(dòng)時(shí)間較長且反復(fù)制動(dòng)的情況下，制動(dòng)電阻功率的選擇應(yīng)考慮留有一定的余量。 xxxxx 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 第 4 章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的 PLC 控制 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn) PLC 控制原理圖和梯形圖 以下程序中， M0 為系統(tǒng)的電源開關(guān)，為 1 時(shí)輸出 Y0 接通，為變頻器接通電源，為 0 時(shí)輸出 Y0 斷開。 M1 為開環(huán) /閉環(huán) 控制開關(guān)，為 1 時(shí) 選擇閉環(huán)控制，為 0 時(shí)選擇開環(huán)控制。 M2 為電機(jī)的 正 /反轉(zhuǎn) 控制開關(guān)，為 1 時(shí)選擇正傳，為 0選擇反轉(zhuǎn)。 M3 為 電機(jī)的啟動(dòng) /停止選擇開關(guān)，為 1 是啟動(dòng)，為 0 是停止。 xxxxx 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 36 xxxxx 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 37 xxxxx 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 38 圖 4— 3 PLC 的梯形圖編程 xxxxx 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 39 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)原理圖 指令表 0 LD M0 1 OUT Y000 2 LD Y000 3 OUT M10 4 LD M3 5 AND Y000 6 MPS 7 LD M2 8 OR Y004 9 ANB 10 ANI Y006 11 OUT Y004 12 MPP 13 LDI M2 14 OR Y006 18 LD M1 19 CJ P1 22 LD Y006 23 ANI M1 24 CJ P2 27 LDI M1 28 AND Y004 29 DMUL D200 K1210 D210 42 DDIV D210 K1000 D210 55 LDI M1 56 AND Y004 57 T0 K0 K0 H3330 K1 66 T0 K0 K1 K40 K1 75 FROM K0 K5 D215 K1 84 DMUL D214 K1090 D240 97 DDIV D240 K1000 D242 110 DMUL D242 K1000 D222 123 DDIV D222 K1210 D220 136 LD M8000 137 ANI M1 138 AND Y004 139 TO K1 K0 H0000 K1 148 TO K1 K1 D210 K1 157 MOV D220 D226 162 LDI M1 163 AND M2 164 CJ P3 167 LD Y006 168 ANI M1 169 DMUL D200 K1210 D210 182 DDIV D210 K1000 D210 195 LDI M1 196 AND Y006 197 TO