通用变频器在位置控制中的应用设计毕业论文

中原工学院毕业设计（论文）通用变频器在位置控制中的应用设计学 生： 指导老师： 2006 年 5 月中原工学院毕业设计（论文）I中 原 工 学 院毕业设计（论文）任务书姓 名 杨占胜 电子信息学院（系） 电气工程及其自动化 专业 电气 021 班题 目 通用变频器在位置控制中的应用设计设计任务设计、研究内容及分工：1.位置控制中采用变频调速系统，电机功率5.5千瓦。转速960转/分，位置检测采用增量式光电编码器。分辨率1000脉冲/转。2.根据位置控制调节特性设定时间变量，进行周期控制，电机转速按速度图要求控制，对变频器设定参数。3.选位控器, 根据基本定位过程曲线设定速度.4.绘制系统图，端子接线图,以及相关图纸.5.选用PLC 控制,对变频器端子传送设定参数.6.介绍对变频器设定参数操作步骤与过程.时间进度12周, 完成译文; 阅读参考文献;24周, 收集资料, 作好读书笔记, 准方案构思, 组织素材,提出材料清单.56 周, 参加实习; 交译文; 完成实习报告.79 周, 深入研究设计题目, 明确指标要求, 完成设计方案, 写出提纲, 画出系统框图, 结构图, 流程框图, 主电路图, 以及电路原理图.1012周,画出接线图, 完成必要运算; 完成主电路,控制电路设计; 组织毕业设计论文结构,章节的分配与安排, 结束设计,准备撰写论文正稿.1314 周, 完成论文,打印装订,交指导老师批阅, 准备答辩.15 周,准备答辩提纲, 按时参加答辩.原 始 参资 考料 文和 献主要1 西门子通用变频器. 西门子公司出版社，20042 伍纯武 李长江，位置控制器与通用变频器构成的APC系统，冶金矿山设计与建设，19993 冯玉生，肖俊明 编著.变频器的原理与应用.-郑州，中原工学院电子信息学院，20054 王永华 主编.现代电气控制及 PLC 应用技术.-北京 , 北京航空航空大学出版社, 20035 S7-200 Programmable Controller System Manual院 长 （ 系 主 任 ） 签 字 指 导 教 师 签 字中原工学院毕业设计（论文）II中 原 工 学 院毕业设计（论文）评审表（一）学号 2002424112 姓名 杨占胜 专业 电气工程及其自动 化 班级 电气 021题目 通用变频器在位置控制中的应用设计指导教师评语成绩（百分制）： 指导教师签名： 年 月 日评阅教师评语成绩（百分制）： 评阅教师签名： 年 月 日中原工学院毕业设计（论文）III中 原 工 学 院毕业设计（论文）评审表（二）学号 2002424112 姓名 杨占胜 专业 电气工程及其自 动化 班级 电气 021答辩资格审查专 业 答 辩 委 员 会 主 任 签 字 ：年 月 日专 业 答 辩 委 员 会 评 答 辩 成 绩 （ 百 分 制 ） ： 专 业 答 辩 委 员 会 主 任 签 字 ：总 评 成 绩 ： 年 月 日中原工学院毕业设计（论文）IV通用变频器在位置控制中的应用设计摘 要APC控制系统是工业控制中广泛应用的一种控制系统，尤其在带材和板材生产过程中，为了提高生产效率，希望位置控制的机械能在最短的时间内到达给定目标的值，即走完制定的行程。目前在工业应用中，大多数采用的是普通的开环控制，闭环控制中应用的也仅仅采用了PID,因此在时间和效率上都没有达到最优。根据这种现状，对APC控制系统进行开发和应用。本文提出了一种有位置控制器与通用变频器构成的 APC 系统，介绍了该系统的构成分析了系统的原理和调节过程，在位置控制系统中用变频调速系统取代传统的直流调速系统。实际应用结果表明，本文基于S7-200PLC在位置控制系统中的应用。采用变频器进行速度调节，采用光电式编码器进行定位，采用GEL8310位置控制的APC控制系统，时间和效率都得到很大的提高。关键词:位置控制系统，位置检测，位置控制器，PLC，通用变频器中原工学院毕业设计（论文）VApplication of General Frequency Converterin Control of PositionAbstractAPC control system is new control system which is used extensively in industry control system, especially during strobe and ribbon machining procese. In order to improve producers efficiency, the mechanism , which requests position control can go to the position in the best times and in the best mode. now, in the industrial application, open-loop control system is more used, even though in the closed-loop control system only adopts PID regulator, so time and eficiency can not reach the best. This paper basing this actuality, design and apply the APC control system.This paper adopt the APC system，this APC system made up of position controller and general frequency converter was proposed, the constitution of the system was introduced, and the principle and adjustment process of the system were analyzed. A Variable Frequency Speed Control system is designed for replacing DC speed control system in Positioning control system.Based to the practical result, this paper introduces the application of S7-200 PLC in APC control system, use the general frequency converter to speed regulation, use the photoeletricity coder to orient. we get a conclusion that adopting GEL8310 control method can get the best time and the best efficiency.Keywords: APC ,Position scan,Positioning controller,PLC, General frequency converter 中原工学院毕业设计（论文）目 录第一章 引 言 .1第二章 位置控制系统的发展现状 .2第三章 控制系统的分析 .33.1 系统控制方案的建立 .33.1.1 控制方式的选择 .33.1.2 调速方案的选择 .33.1.3 定位控制的选择 .33.1.4 控制方案建 .43.2 系统实现的理论基础 .53.2.1 调速方案建立 .53.2.2 控制方案的原理 .6第四章 位置控制系统的设计与应用 .74.1 系统的构成 .74.1.1 执行机构 .74.1.2 位置控制器 .74.1.3 变频器 .84.1.4 可编程逻辑控制器 .134-2 位置控制环节 .144.2.1 位置控制的基本要求 .144.2.2 定位过程分析 .144.2.3 位置检测 .164-3 变频调速环节 .164-3-1 逆变器的控制方式 .174-3-2 DC 制动在准确定位中的作用 .174-4 控制系统流程图及硬件电路图 .18第五章 结论 .23致 谢 .24参考文献 .25附录 A附录 B附录 C中原工学院毕业设计（论文）1第一章 引 言目前，在许多大型的轧钢企业中使用的 APC 系统，位置控制部分大多采用计算机或PLC 加定位模块构成，其传动部分大多采用不调速的交流传动，对定位精度和快速性要求稍高的则采用直流调速传动系统。 随着计算机技术的飞速发展，专用化的位置控制产品逐渐成熟和发展起来。另一方面，变频器性能逐渐提高，而价格逐渐下降大有取代直流调速的趋势，成为许多生产厂家改造原有位置系统和新建控制系统与调速系统的首选产品。这里介绍一种基于变频器与位置控制器的 APC 控制系统。在指定时刻将被控对象的位置自动地控制到预给定的目标值上使控制后的位置与目标位置之差保持在偏差范围之内此种控制过程称为自动位置控制.通常简称 APC。由于所要求的位置是预先给定的所以又称为预设定自动位置控制或叫 APC 设定。在冶金行业的控制过程中 APC 设定占有十分重要的地位.如设备的开口度设定，小车的行程控制等。中原工学院毕业设计（论文）2第二章 位置控制系统的发展现状在现代工业生产过程中，有许多生产机械要求能够对其位置进行精确的控制，即APC 控制系统 (Automation Position Control)所要解决的问题，它就是要完成那些对位置控制精度要求较高的生产机械进行控制。在现代工业加工过程中，生产的速度越来越快，要求得效率越来越高，因而要求位置控制的机械能在最短的时间内到达给定目标值，即走完预定的行程。问题是我们应按什么样的控制规律来调节驱动电机的速度，使生产机械在最短时间内以要求的精度到达指定的位置。为了达到要求的控制精度，问题在于应该什么时候发出制动信号，从而保证机械行程无超调地、准确的停止在制定的位置。目前，位置控制系统从位置控制精度要求来分类可以大概分为两种，一种就是精度要求不高的，这种系统主要从事冶金行业中的初步轧制工作和轧机中对精度要求不高的产品的轧制，运料小车的行程，平时我们所说的 APC 控制经常应用到这种系统中。另一种就是精度要求高的，这种系统主要特点是一般都有厚度检测环，也就是我们经常说的AGCUI (Automation Gauge Control)控制系统。位置控制系统从控制的对象来分类可以分成电动控制和液压控制。这里我们经常提到的控制系统多为电动控制。这里我们主要阐述一下 APC 控制系统的研究与应用。我们本文所阐述的是某轧钢厂运料小车的行程控制，由于当前在冶金行业中位置控制系统大多数使用的是开环控制且是点动控制，这种控制方法虽然实现起来简单，成本低廉。但是它定位不准确，控制系统可维护性、可扩展性不高，以及安全性低等一些缺点，为了提高生产效率和产品品质，为此，采用了上面提到的位置控制系统设计了其APC生产线。将从系统方案的实现论证我们提出的控制系统，并设计整个控制系统。中原工学院毕业设计（论文）3第三章 控制系统的分析3.1 系统控制方案的建立上一章对整个控制系统的现状进行了分析，并提出了新的控制系统设计，同时针对某轧钢厂APC控制系统进行了设计。下面我们从分析控制系统入手。3.1.1 控制方式的选择分析现代冶金的运料小车系统我们可以得出:1.系统有较高的柔性要求。这体现在以下几个方面：首先，小车的每次所在的位置不同，并且我们每次要求小车到达的位置也不一定相同。2.系统的控制比较复杂。系统中调速的实现、定位控制的实现都不是通过简单的继电器回路能够实现的。而且涉及的器件比较多，动作逻辑也比较复杂。由于上面两种明显的特点，本文采用了以可编程逻辑控制器(Programmable Logical Controller)为核心，结合继电器网络进行控制，以PLC的内部继电器的逻辑部分取代传统的继电器接触器的固定逻辑线路。因为PLC具有计算机的优点、并具有编程能力，灵活、通用性好。在技术上也能够满足复杂系统工业控制的需要。而且最大的特点是可靠性极高，调试、维护方便，能够节省大量的开发时间和费用 1 。3.1.2 调速方案的选择在我们调整小车的位置时候，由于小车运动的距离不是一定的，所以我们既要准确的定位，又要能够迅速的定位，这就要求我们能够快速的改变电机的速度。由于小车要准确的达到指定的位置，这就要有制动环节和减速环节。改变异步电动机转速可以通过三种方法来实现:第一、改变极对数来调速。第二、依靠改变定子电压(改变电源电压或定子串阻抗)，或绕线型电动机转子串电阻，或带转差离合器的异步电机调节励磁电流都可实现变转差率调速。第三、连续地改变电源频率。这里采用的是变频调速。3.