基于变频器的电机多速度运行控制系统设计

综合设计报告综合设计报告 题题 目目 基于变频器的电机多速度运行 控制系统设计 院院 部部 名名 称称 机电工程学院 专专 业业 电气工程 班班 级级 08 电气 学学 生生 姓姓 名名 朱 剑 学学 号号 0804110415 同同 组组 学学 生生 沈超伟 孙丽丽 设设 计计 地地 点点 工科楼 C105 设设 计计 学学 时时 4 周 指指 导导 教教 师师 刘 旭 明 成绩 第 1 页 共 14 页 金陵科技学院教务处制 目录 一 设计目的与要求 2 1 1 设计目的 2 1 2 设计要求 2 二 设计步骤及数据 2 2 1 原理分析 2 2 2 系统框图 3 2 3 系统模型图 3 2 4 电气原理图 4 2 5 主要设备及元器件 4 2 5 1 可编程控制器 PLC 4 2 5 2 热继电器 5 2 5 3 接触器 6 2 5 4 变频器 6 2 5 5 触摸屏 6 2 6 PLC 程序流程图 7 2 7 PLC 系统编程主要配置图 8 2 8 变频器配置参数及参数含义 9 2 9 系统调试 9 2 9 1 软件调试 9 2 9 2 接触器回路调试 10 2 9 3 系统调试分析 10 三 设计结果与心得 10 3 1 设计结果 10 3 2 设计心得 10 四 参考文献 12 第 2 页 共 14 页 基于变频器的电机多速度运行控制系统设计 一 设计目的与要求一 设计目的与要求 1 11 1 设计目的设计目的 综合设计是考察学生利用大学前三年所学过的专业知识 进行综合的课题设计 能 够使学生对专业知识进行综合应用 培养学生的创新能力和团队协作能力 提高学生 的动手实践能力 最终形成一篇符合规范的设计说明书 并参加综合设计答辩 为后 期的毕业设计做好准备 1 21 2 设计要求设计要求 1 利用学过的专业课程 包括电子技术 单片机 检测技术 电机学 计算机语 言 还包括本专业的拓展性课程变频器等课程 结合该课题进行综合应用 2 深刻理解课题要求 可用不同方案来实现电路功能 3 在课题的设计过程中 要能体现一定的创新性 4 通过综合设计 将多门课程的专业知识内容融合其中并加以综合应用 二 设计步骤及数据二 设计步骤及数据 2 12 1 原理分析原理分析 通过按钮控制 PLC 的输出动作 按下正转启动按钮 X0 或者反转启动按钮 X1 PLC 的 Y0 和 Y1 口输出相应的信号 若 X0 按下则 Y0 输出有效信号 若 X1 按下则 Y1 输出 有效信号 在 PLC 程序的运行下 PLC 输出端口 Y4 Y5 Y6 输出不同的信号组合 与变 频器相接 这样在变频器内部的 24V 电压下 变频器模拟输入端将有连续变化的数值 所以与变频器相连的电动机就可以在不同的频率下运行 同时控制电动机的正反转 停止 第 3 页 共 14 页 2 22 2 系统框图系统框图 第 4 页 共 14 页 2 3 系统模型图系统模型图 2 42 4 电气原理图电气原理图 第 5 页 共 14 页 2 52 5 主要设备及元器件主要设备及元器件 PC 机 可编程控制器 PLC 热继电器 接触器 变频器 三相异步电动机 端子 排等相关器件 2 5 12 5 1 可编程控制器可编程控制器 PLCPLC 可编程控制器为工业控制应用而设计制造的 简称 PLC 采用了典型的计算机 结构 主要是 CPU RAM RoM 和专门设计的输入输出接口电路等组成 它主要用 来代替继电器实现逻辑控制 PLC 采用循环扫描的工作方式 在 PLC 中用户程序按 先后顺序存放 CPU 从第一条指令开始执行程序 直到遇到结束符后又返回第一条 如此周而复始不断循环 PLC 的扫描过程分为内部处理 通信操作 程序输入处理 程序执行 程序输出几个阶段 全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期 当 PLC 处 于停状态时 只进行内部处理和通信操作服务等内容 在 PLC 处于运行状态时 从内 部处理 通信操作 程序输入 程序执行 程序输出 一直循环扫描工作 第 6 页 共 14 页 1 输入处理 输入处理也叫输入采样 在此阶段 顺序读入所有输入端子的通端状态 并将读 入的信息存入内存中所对应的映象寄存器 在此输入映象寄存器被刷新 接着进入程 序执行阶段 在程序执行时 输入映象寄存器与外界隔离 即使输入信号发生变化 其映象寄存器的内容也不会发生变化 只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被 读入信息 2 程序执行 根据 PLC 梯形图程序扫描原则 按先左后右先上后下的步序 逐句扫描 执行程 序 遇到程序跳转指令 根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址 从用户程序 涉及到输入输出状态时 PLC 从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子 状态 从输出映象寄存器读出对应映象寄存器 根据用户程序进行逻辑运算 存入有 关器件寄存器中 对每个器件来说 器件映象寄存器中所寄存的内容 会随着程序执 行过程而变化 3 输出处理 程序执行完毕后 将输出映象寄存器 即器件映象寄存器中的 Y 寄存器的状态 在输出处理阶段转存到输出锁存器 通过隔离电路 驱动功率放大电路 使输出端子 向外界输出控制信号 驱动外部负载 2 5 22 5 2 热继电器热继电器 热继电器是一种电气保护元件 它是利用电流的热效应来推动动作机构使触头闭 合或断开的保护电器 主要用于电动机的过载保护 断相保护 电流不平衡保护以及 其他电气设备发热状态时的控制 工作原理 工作原理 由电阻丝做成的热元件 其电阻值较小 工作时将它串接在电动机的主电路中 电阻丝所围绕的双金属片是由两片线膨胀系数不同的金属片压合而成 左端与外壳固 定 当热元件中通过的电流超过其额定值而过热时 由于双金属片的上面一层热膨胀 系数小 而下面的大 使双金属片受热后向上弯曲 导致扣板脱扣 扣板在弹簧的拉 力下将常闭触点断开 触点是串接在电动机的控制电路中的 使得控制电路中的接触 器的动作线圈断电 从而切断电动机的主电路 第 7 页 共 14 页 2 5 32 5 3 接触器接触器 接触器是一种自动化的控制电器 接触器主要用于频繁接通或分断交 直流电路 具有控制容量大 可远距离操作 配合继电器可以实现定时操作 联锁控制 各种定 量控制和失压及欠压保护 广泛应用于自动控制电路 其主要控制对象是电动机 也 可用于控制其它电力负载 如电热器 照明 电焊机 电容器组等 工作原理 工作原理 当线圈通电时 静铁芯产生电磁吸力 将动铁芯吸合 由于触头系统是与动铁芯 联动的 因此动铁芯带动三条动触片同时运行 触点闭合 从而接通电源 的那个线 圈断电时 吸力消失 动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用而分离 使主触头断开 切 开电源 2 5 42 5 4 变频器变频器 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控 制装置 能实现对交流异步电机的软起动 变频调速 提高运转精度 改变功率因 素 过流 过压 过载保护等功能 变频器是把工频电源 50Hz或60Hz 变换成各种频率的交流电源 以实现电机的变 速运行的设备 变频器主要由五部分组成 整流回路 逆变器 控制电路 制动组件和保护回路 变频调速控制方式一般大体可分为两种 开环控制和闭环控制 后者需要电动机轴转 速反馈 普通的电压 频率 V F 控制属于开环方式 闭环控制方式包括转差频率控制 矢量控制等方式 2 5 52 5 5 触摸屏触摸屏 他是连接可编程序控制器 PLC 变频器 直流调速器 仪表等工业控制设备 利 用显示屏显示 通过输入单元 如触摸屏 键盘 鼠标等 写入工作参数或输入操作命 令 实现人与机器信息交互的数字设备 第 8 页 共 14 页 2 62 6 PLCPLC 程序流程图程序流程图 第 9 页 共 14 页 2 72 7 PLCPLC 系统编程主要配置图系统编程主要配置图 第 10 页 共 14 页 2 82 8 变频器配置参数及参数含义变频器配置参数及参数含义 1 用跨接线进行接线 操作板电机接于端子 UVW 处 2 合上变频器电压开关 变频器面板点亮 参数如下所示进行设置 1 drc 菜单中 FCS 参数为 INI 变频器复位 2 I O 菜单中 TCC 参数为 2C 两线控制方式 3 I O 菜单中 RRS 参数为 LI2 LI2 为反向启动 4 FUN 菜单中 PSS 下 PS2 参数为 LI3 5 FUN 菜单中 PSS 下 PS4 参数为 LI4 6 FUN 菜单中 PSS 下 PS8 参数为 LI5 7 SET 菜单中 SP2 参数为 5 第 2 段速度为 5HZ 8 SET 菜单中 SP3 参数为 10 第 3 段速度为 10HZ 9 SET 菜单中 SP4 参数为 15 第 4 段速度为 15HZ 10 SET 菜单中 SP5 参数为 20 第 5 段速度为 20HZ 第 11 页 共 14 页 11 SET 菜单中 SP6 参数为 30 第 6 段速度为 30HZ 12 SET 菜单中 SP7 参数为 40 第 7 段速度为 40HZ 13 DRC 菜单中 UFP 参数为 P 电压 频率额定值类型为可变转矩 14 FLT 菜单中 OPL 参数为 NO 电机缺相不检测 15 SUP 参数为 rFr 显示为电动机的频率 3 按下启动键 将 S2 S3 S4 按 7 种不同组合按下 相应电机按事先设定好的 7 种频率速度进行转动 2 92 9 系统调试系统调试 按照系统模型图将三相异步电动机 PLC 热继电器 交流接触器和变频器连接好 从工作台的电源板用安全插线引出电源到电源端子排 变频器用于电机的调速 系统 由一台三相异步电动机驱动 该电动机的速度以设定的变化曲线运行 2 9 12 9 1 软件调试软件调试 验证 PLC 动作是否正常 可以在连通整个系统的情况下观察变频器的显示频率进 行验证 2 9 22 9 2 接触器回路调试接触器回路调试 连通整个系统 通过按接触器上的按钮 来看看电机的正反转 2 9 32 9 3 系统调试分析系统调试分析 按下 X0 电动机正转 按下 X1 电动机反转 按下 X2 电动机停止 电动机运行曲线如下所示 第 12 页 共 14 页 三 设计结果与心得三 设计结果与心得 3 13 1 设计结果设计结果 按下正转启动按钮 X0 电动机按设定好的 6 种频率速度正向转动 按下反转按钮 X1 电动机按设定好的 6 种频率速度反向转动 按下停止按钮 X2 电动机停止转动 3 23 2 设计心得设计心得 为期四周的综合设计结束了 在这次设计中我们受益匪浅 回顾这次设计 我们 最大的收获就是对变频器与 PLC 有了一定的了解 我们小组中比如我以前都没有接触 过变频器 对 PLC 的认识也仅仅局限在编程方面 所谓 实践出真知 通过学习加深 了我们三年来对所学专业课程的理论知识的理解 基本掌握了如何设定变频器以及如 何根据原理图对 PLC 的进行电路连线 还提高了我们的实践能力以及团队合作的精神 与此同时还领略到了别人在处理专业技术问题时显示出的优秀品质 更深切的体会到 人与人之间的那种相互协调合作的机制 在我个人看来也许每个设计最终都可以做出来 但是一个项目的成功与否 不仅 仅取决于技术上的实现 还与团队的配合密切相关 所以良好的团队协作 透明坦诚 的项目沟通 精细周密的研发安排 才是确保所做项目走向成功的关键环节 通过合 作 我们的合作意识得到加强 合作能力得到提高 上大学后 很多同学都没有过深 入的交流 在设计的过程中 我们用了分工与合作的方式 每个人负责一定的部分 同时在一定的阶段共同讨论 以解决分工中个人不能解决的问题 在交流中大家积极 发言 提出意见 同时我们还向别的同学请教 总的来说 这次的综合设计培养了我们大家团队协作的好品质以及提高了自己利 用所学知识通过亲身实践来解决实际问题的能力 真正做到了学以致用 第 13 页 共 14 页 四 参考文献四 参考文献 1 蒋方炎 PLC在工业集散控制系统中的应用 M 北京 冶金工业出版社 2000 2 魏克新 自动控制综合应用技术 M 北京 机械工业出版社 2007 3 高钦和 可编程控制器应用技术与设计实例 M 北京 人民邮电出版社 2004 4 邹金慧 可编程控制器及其系统 M 重庆 重庆大学出版社 2002 5 张燕宾主编 变频调速应用实践 M 北京 机械工业出版社 2004 6 原魁 刘伟强 邹伟 变频器基础及应用 M 第