【正文】 包括主控制電路、信號檢測電路、門極驅(qū)動電路、外部接口電路以及保護(hù)電路等幾個部分，是變頻器的核心部分。它的主要作用是在控制電路的控制下，將平滑電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源。由于逆變器的負(fù)載為異步電動機(jī)，屬于感性負(fù)載，無論電動機(jī)處于電動還是發(fā)電制動狀態(tài)，變頻器功率因素總不會為 1。 逆變電路 逆變電路是變頻器主要的部分之一。直流中間電路的作用是對整流電路的輸出進(jìn)行畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）用紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 8 平滑，以保證逆變電路和控制電源能夠得到質(zhì)量較高的直流電源。它的主要作用是對工頻的外部電源進(jìn)行整流，并給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。在器件結(jié)構(gòu)上，從分立器件發(fā)展到由分立器件組合成功率變換電路的初級模塊，繼而將功率變換電路與觸發(fā)控制電路、緩沖電路、檢測電路等組合在一起的復(fù)雜模塊。從晶閘管靠換相電流過零關(guān)斷的半控器件發(fā)展到 PID, PIC 通過門極或柵極控制脈沖可實(shí)現(xiàn)器件導(dǎo) 通與關(guān)斷的全控器件。 SIMATIC 則使用 C/C++等高級語言進(jìn)行編程，體現(xiàn)了面向未來的種種特征。推出了高可靠的冗余系統(tǒng)。這些智能模塊以為處理器為基礎(chǔ)，其 CPU 與 PLC 的 CPU 并行工作，占用主機(jī) CPU 時間很少，有利于提高 PLC 掃描速度和完成特殊的控制任務(wù)。 目前 PLC 朝以下幾個方向發(fā)展 ： (1)大型網(wǎng)絡(luò)化 :主要朝 DCS 方向發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化和強(qiáng)通信能力是 PLC 發(fā)展的一個主要的方面，向下與多個智能裝置相連，向上與工業(yè)計(jì)算機(jī)、以太網(wǎng)等相連構(gòu)成特殊的控制任務(wù)。無疑， PLC 將在今后的工業(yè)自動化中扮演重要角色。盡管 PLC 功能越來越強(qiáng)，但它仍然保留了先前的簡單與易于使用的特點(diǎn)。 進(jìn)入八九十年代后， PLC 的軟硬件功能進(jìn)一步得到加強(qiáng)， PLC 已發(fā)展成為一種可提供諸多功能的成熟的控制系統(tǒng)，能與其他設(shè)備通信，生成報表，調(diào)度產(chǎn)出，可診斷自身故障及機(jī)器故障。這時面向工程技術(shù)人員的編程語言發(fā)展成熟，出現(xiàn)了工藝人員使用的圖形語言。在這個時期，日本、西德 (原 )和法國相繼研制出畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）用紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 6 自己的 PLC，我國在 1974 年也開始研制。在邏輯運(yùn)算功能的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)值運(yùn)算。到 70 年代初，食品、金屬和制造等工業(yè)部門相繼使用 PLC 代替繼電器控制設(shè)備，邁出了其實(shí)用化階段的 第一步。這一設(shè)想提出后，美國數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)于 1969 年研制成第一臺 PLC，型號為 PDP14，投入通用汽車公司的生產(chǎn)線控制中，取得了令人滿意的效果，從此開創(chuàng)了PLC 的新紀(jì)元。當(dāng)時的目的是要求設(shè)計(jì)一種新的控制裝置以取代繼電器盤，在保留了 繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂。第四，各類嵌入式系統(tǒng)和現(xiàn)場總線的異軍突起，把組態(tài)軟件推到了自動化系統(tǒng)主力軍的位置，組態(tài)軟件越來越成為工業(yè)自動化系統(tǒng)中的靈魂。第二，由于 PLC 監(jiān)控大大降低了系統(tǒng)成本，使得市場空間得以擴(kuò)大，從無人值守的遠(yuǎn)程監(jiān)視 (如防盜報警、江河汛情監(jiān)視、環(huán)境監(jiān)控、電信線路監(jiān)控、交通管制與監(jiān)控、 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）用紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 5 礦井報警等 )、數(shù)據(jù)采集與計(jì)量 (如居民水電氣表的自動抄表、鐵道信號采集與記錄等 )、數(shù)據(jù)分析 (如汽車和機(jī)車自動測試、機(jī)組和設(shè)備參數(shù)測試、醫(yī)療化驗(yàn)儀器設(shè)備實(shí)時數(shù)據(jù)采集、虛擬儀器、生產(chǎn)線產(chǎn)品質(zhì)量抽檢等 )到過程控制，幾乎無處不用。這是因?yàn)?，第一，很?DCS 和 PLC 廠家主動公開通信協(xié)議，加入 “PLC監(jiān)控 ”的陣營。目前自動化產(chǎn)品呈現(xiàn)出智能化、小型化、網(wǎng)絡(luò)化、 PC 化的發(fā)展趨勢，并逐漸形成了各種標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、硬件規(guī)范。組態(tài)軟件在自動化系統(tǒng)的 “水平 ”和 “垂直 ”集成中起著橋梁和紐帶的作用，已成為自動化系統(tǒng)中的重要組成部分。 80 年代中后期，隨著個人計(jì)算機(jī)的普及和開放系統(tǒng) (Open System)概念的推廣，基于個人計(jì)算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng) 開始進(jìn)入市場并發(fā)展壯大。在隨后的 20 年中， DCS 及其計(jì)算機(jī)控制技術(shù)日趨成熟，并得到了廣泛應(yīng)用，市場發(fā)展迅速。 20 世紀(jì) 70 年代初，微處理器的出現(xiàn)，促進(jìn)了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)走向成熟。 組態(tài)軟件發(fā)展概況 組態(tài)軟件是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)發(fā)展起來的。日、美、德、英等國家在結(jié)合現(xiàn)代微處理器控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機(jī)傳動技術(shù)的基礎(chǔ)上，相繼推出了一系列的變頻器，且不斷進(jìn)行更新?lián)Q代。目前變頻調(diào) 速的主要方案有 :交一交變頻調(diào)速，交一直一交變頻調(diào)速，同步電動機(jī)自控式變頻調(diào)速系統(tǒng)，正弦波脈寬調(diào)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）用紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 4 制 (SPWM)，矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速等，而且無速度傳感技術(shù)日益成熟，許多智能技術(shù)逐步滲透到其中，如模糊控制、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)控制等，與這些控制方式相結(jié)合，大大提高了變頻器調(diào)速系統(tǒng)的控制效果，這些變頻器調(diào)速技術(shù)的發(fā)展很大程度上依賴于大功率半導(dǎo)體器件的制造水平以及電力電子技術(shù)的發(fā)展水平。 (3)變頻調(diào)速系統(tǒng) :變頻調(diào)速具有高效率、寬范圍和高精度等特點(diǎn)，是運(yùn)用最廣、最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。串級調(diào)速的缺點(diǎn)是功率因數(shù)較低，采用強(qiáng)迫換流、改進(jìn)型三相四線逆變器、逆變器的不對稱控制以及轉(zhuǎn)子直流回路加斬波器控制等，可以提高功率因數(shù)。由于晶閘管的逆變角的可以平滑連續(xù)的改變，使得電動機(jī)轉(zhuǎn)速也能平滑連續(xù)的調(diào)節(jié)。 (2)串級 調(diào)速系統(tǒng) ： 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)串級調(diào)速是將轉(zhuǎn)差功率加以利用的一種經(jīng)濟(jì)、高效的調(diào)速方法，改變轉(zhuǎn)差率的傳統(tǒng)方法是在轉(zhuǎn)子回路中串入不同的電阻以獲得不同斜率的機(jī)械特性，從而實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。 交流調(diào)速系統(tǒng)大致經(jīng)歷過以下幾個階段 ： (1)異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) ： 調(diào)壓調(diào)速過去常用的方法是在定子回路中串入飽和電抗器，或在定子側(cè)加自耗銅材料，體積小，控制方便。 50 年代初，中小型感應(yīng)電動機(jī)多采用晶閘管調(diào)壓調(diào)速 ， 大中型繞線式感應(yīng)電動機(jī)采用晶閘管靜止型電氣串級調(diào)速系統(tǒng)。討論了系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、控制策畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）用紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 3 略以及硬件配置和軟件實(shí)現(xiàn)。 然后介紹了 PLC(可編程程序控制器 )的基本組成、主要特點(diǎn)以及西門子公司的小型 PLC S7 200。 論文接著對組態(tài)軟件技術(shù)進(jìn)行了綜述，探討了組態(tài)軟件的基本結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)以及數(shù)據(jù)處理流程。 本文研究了變頻調(diào)速技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用，并且根據(jù)原有的控制結(jié)構(gòu)，結(jié)合組態(tài)軟件和 PLC 技術(shù)，提出了一個改進(jìn)的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，并且采用此體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了一個物料攪拌裝置的變頻調(diào)速系統(tǒng)。 論文的主要內(nèi)容 在各種異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，效率最高、性能最好的系統(tǒng)是變頻變頻調(diào)速系統(tǒng)。組態(tài)軟件技術(shù)作為用戶可定制功能的軟件平臺工具，在 PC 機(jī)上可開發(fā)出友好人機(jī)界面，通過 PLC 可以對自動化設(shè)備進(jìn)行 “智能 ”控制。 用戶要求包括了數(shù)據(jù)采集 、自動控制、運(yùn)行監(jiān)視、報警、運(yùn)行管理、變頻調(diào)速等多方面的問題。 由于生產(chǎn)的需要，要求在某些時候可以實(shí)現(xiàn)各種物料的不同比例搭配，在生產(chǎn)任務(wù)繁重的時候加快生產(chǎn)速度，所以用戶要求對原有的設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造。 原來攪拌的物料比例固定為大石 :小石 :粗粉 :細(xì)粉 =1: 1: 3: 2，可以根據(jù) 大石皮帶速度 :小石 皮帶速度 :粗粉皮帶速度 :細(xì)粉皮帶速度 ==1: 1: 3: 2 來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)所需的物料的比例關(guān)系。 現(xiàn)有一套生產(chǎn)物 料攪拌生產(chǎn)線裝置，將生產(chǎn)所需的大石、小石、粗粉、細(xì)粉等生產(chǎn)物料按照一定的比例通過水平傳送帶依次送到攪拌罐中進(jìn)行攪拌，水平傳送帶和攪拌罐都是由三相異步電動機(jī)來驅(qū)動的。在高級階段，這種監(jiān)視、判斷決策和控制由機(jī)器承擔(dān)，按照人們的意志自動完成，這是閉環(huán)自動控制。 問題的提出及其解決方案 對生產(chǎn)過程的監(jiān)視和控制，在初級階段是由人工進(jìn)行的。從 50 年代起，國外開始重視交流電機(jī)調(diào)速。自 19 世紀(jì) 80 年代起 至 19 世紀(jì)末，工業(yè)上傳動用的電動機(jī)一直被直流電機(jī)壟斷，到了 19 世紀(jì)末，出現(xiàn)了三相電源和結(jié)構(gòu)簡單且堅(jiān)固耐用的交流鼠籠型電機(jī)以后，交流電機(jī)才在不調(diào)速的領(lǐng)域代替了直流電動機(jī)傳動裝置。 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）用紙 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 1 第 1 章 緒 論 概論 電氣傳動技術(shù)以運(yùn)動機(jī)械的驅(qū)動裝置一一電動機(jī)為控制對象，以微電子裝置為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動控制理論的指導(dǎo)下完成電氣傳動自動控制系統(tǒng)，控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)工作機(jī)械的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或反復(fù)運(yùn)動。 輸入輸出數(shù)據(jù)的處理 ......................................................................................................... 20 PLC 的主要特點(diǎn) ..................................................................................................................... 20 Siemens S7 200 系列 PLC 特性 ................................................................................................ 21 S7 200 系列 PLC 介紹 ....................................................................................................... 21 Siemens S7 200 主要功能模塊介紹 ..................................................................................... 21 Siemens S7 200 PLC 的工作原理 ........................................................................................ 23 第 5 章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) ............................................................................................................. 25 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) ...................................................................................................................... 25 用戶需求分析 ................................................................................................................... 25 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) .......................................................................................................................... 25 控制算法 .......................................................................................................................... 28 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn) ......................................................................................................................... 29 目 錄 佳木斯大學(xué)教務(wù)處 2 上位機(jī)人機(jī)交互設(shè)備的選型 : ............................................................................................. 29 PLC 及其擴(kuò)展模塊的選型 ................................................................................................. 29 變頻器的選型及其系統(tǒng)功能設(shè)定 ....................................................................................... 30 電機(jī)的變頻器控制電氣原理圖 .........................................................................................