基于PLC实现的三相异步电动机变频调速控制

1、文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.基于plc控制电机调速实验报告电控学院电气 0904 班 李文涛07、实验名称：基于 plc 实现的三相异步电动机变频调速控制二、实验目的：通过综合实验，使学生对所学过的可编程控制器在电动机变频调速控制 中的应用有一个系统的认识，并运用自己学过的知识，自己设计变频调速控文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.制系统。要求用 plc 控制变频器，通过光电编码器反馈速度信号达到电动机 调速的精确控制，自己设计，自己编程，最后进行硬件、软件联机的综合调 试，实现自己的设计思想。三、实验器材：220v plc 实验

2、台一套、380v 变频器实验台一套、万用表一 个、导线若干三、实验各部分原理：1实验主要器件原理1)光电编码器：光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量 转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编 码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上 等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋 转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检 测装置检测输出若干脉冲信号；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的 个数就能反映当前电动机的转速。2）变频器：i 原理概述变频调速能够应用在大部分的电机拖动场合，由于它能提供精确 的速度控

3、制，因此可以方便地控制机械传动的上升、下降和变速运行。 变频应用可以大大地提高工艺的高效性(变速不依赖于机械部分)，同时 可以比原来的定速运行电机更加节能，变频器的主电路大体上可分为两 类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电 容;电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波石电 感。矢量控制：u/f 控制方式建立于电机的静态数学模型，因此，动态 性能指标不高。对于对动态性能要求较高的应用，可以采用矢量控制方 式。 矢量控制的基本思想是将异步电动机的定子电流分解为产生磁场的 电流分量(励磁电流)和与其相垂直的产生转矩的电流分量(转矩电流)， 并分别加以控制。

4、由于在这种控制方式中必须同时控制异步电动机定子 电流的幅值和相位，即控制定子电流矢量，这种控制方式被称为矢量控 制（vectory control）。 矢量控制方式使异步电动机的高性能控制成 为可能。矢量控制变频器不仅在调速范围上可以与直流电动机相匹敌， 而且可以直接控制异步电动机转矩的变化，所以已经在许多需精密或快 速控制的领域中得到应用。ii 变频器各端子作用（个人设置）端子名称op1op2op3作用点动正转反转文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.op4op5op6op7op8iii 变频器设置：功能码f140f280f202f204f2063)欧姆龙 plc：

5、i 概述设置值11122加速减速启动停机软件复位作用端子方向启动运 行有效启动端子控制停机端子控制端子调速正反转端子给定plc 具有可靠性高，抗干扰能力强配套齐全，功能完善，适用性强 易学易用，系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造体积小， 重量轻，能耗低等优点，在各个方面都有广泛的应用。plc 采用周期循环扫描方式，在执行用户程序过程中与外界隔绝，从 而大大减小外界干扰；在硬件方面，采用良好的屏蔽措施、对电源及 i o 电路多种形式的滤波、cpu 电源自动调整与保护、cpu 与 io 电路 之间采用光电隔离、输出联锁、采用模块式结构并增加故障显示电路等 措施；在软件方面，设置自诊断与信

6、息保护与恢复程序。plc 由于采用 现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了 先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。输入输出端子图ii 高速计数器高速计数器由于采用中断方式计数,因此其计数频率远高于内部信 号计数器.高速计数器计数的脉冲信号频率一般在几千 hz 以上,达最高 频率时可从计数器的输入端子 xn(n=0、2、3)输入 10khz 的外部事件脉 冲信号.但由于内部信号计数器是执行扫描操作时对内部元件 x、y、 m、s、t 等的信号进行计数,因此,其接通(on)时间和断开(off)时间应 比 plc 扫描周期稍长,通常其输入信号频率大约为几个扫描周期.设 plc 扫

7、描周期为 10ms,内部元件 on 和 off 的时间为 5 个 plc 扫描周期,则内 部信号计数器的计数频率为:f=1/t=1/10ms5=20(hz)f 为内部信号计数器计数频率,t 为内部信号计数器计数的周期.由此可 见,内部信号计数器是一种低速计数器,而外部事件信号计数器是一种高 速计数器。文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持. 高速计数器梯形图高速计数器的点数远比内部信号计数器少.如 fx2 系列 plc 内部信号 计数器有 16bit 的通用二进制增计数器 c0c99、停电保持用二进制增 计数器 c100c199,还有 32bit 通用的计数器 c200

8、c219、保持计数器 c220c234.它们共计 235 点.而高速计数器只有 c235c255,共仅 21 点. 后者仅为前者的 1/10 左右.虽然高速计数器点数少,但是它们的功能分 布和使用条件却比内部信号计数器复杂得多.高速计数器的选择并不是 任意的,它取决于所需计数器的类型及高速输入的端子.高速计数器的类 型为 4 种:即 1 相无启动/复位端子的计数器 c235c240;1 相带启动/复 位端子的计数器 c241c245;2 相双向计数器 c246c250 和 2 相 ab 相计数器 c251c255.同时,高速计数器各输入端子的响应速度不 同,x0、x2 和 x3 端子的响应最高

9、频率为 10khz,x1、x4 和 x5 端子的响应 最高频率为 7khz.2.实验原理1）调速原理调速即速度调节，是指在电力拖动系统中人为的改变电动机的转速， 以满足工业机械的不同转速要求。调速是通过改变电动机的参数或电源 电压等方法来改变电动机的机械特性，从而改变它与负载机械特性的交 点，改变电动机的稳定转速。 由电机学可知，三相异步电机的转速为： 式中n0同步转速f 电源频率，单位为 hzp 电动机极对数s 电动机转差率2）控制系统：利用 plc 控制变频的端子与 com 端子联通或断开，以达到控制变频 器的作用，使变频器在一定的时间段内输出一定频率的电压波形，从而 达到电机调速的目的。

10、3)实验要求电机速度运行图43526711、3 段加速，2、4、6 匀速（2、6 段匀速频率为 25hz，4 段匀速频率为 45hz ，），5、7 减 速，每个速度保持区间时长均为 5s。四、实验内容与结果1)实验内容：文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.i 按照实验接线图把 plc、变频器、编码器一次连接好，并把异步电动机结成三相星形接法，并用变频器供电。ii 把 plc 与电脑连接好，打开 cx-programmer 编写程序，设置好内 存地址，并下载到 plciii 依次按下正转，反转，停车按钮，通过变频器上的速度监视观察电动机的运行状态。2）实验结果：i 按

11、下正传按钮，电机启动开始正转并加速，加速到 25 转/s 时，保持速度 5s，然后继续加速到 45 转/s 后保持，5s 后开始减速，减速 到 25 转/s 后保持速度 5s，然后再次减速直到减为 0 转/s 后为止；运 行过程中任意时刻按下停车按钮，电机停止加速或减速。ii 按下正传按钮，电机启动开始正转并加速，加速到 25 转/s 时， 保持速度 5s，然后继续加速到 45 转/s 后保持，5s 后开始减速，减速 到 25 转/s 后保持速度 5s，然后再次减速直到减为 0 转/s 后为止；运 行过程中任意时刻按下停车按钮，电机停止加速或减速。五、实验总结1）实验中遇到的问题实验要求在 2

12、5 转/s 和 45 转/s 时要保持速度 5s，但是实验中出 现过这样的问题，是不是的会出现电机直接加速到 45 转/s，在加速或 减速到 25 转/s 后不能保持速度，调整了 25 转/s 所对应的内存区间的 上下限后，问题得到解决。变频器的反转端子不起作用直接点动也不行；断开 plc 的 com 与 变频器的 com 的连接，再次直接用导线点动，依然不起作用，重新按 照实验原理设置变频器个端子的作用后，导线点动可以作用，发现问 题出在个端子的定义上，定义的值有重复，导致端子不能够正常起作 用。2）实验心得本次实验是对大学四年所学知识的一个总的运用，它将四年所学 的电机，plc 电气控制等融合在一个实验中知识主要考察学生对所学知 识的运用能力、自学能力和翻阅资料的能力。通过这次实验也使我们 真正体会到了知识是学无止境的，以前一直想大学中所学的知识应该 就可以了，可是通过这次设计，使我清楚的认识到我们在书本上学到 的知识仅仅是基础而已，要想真的要做出一点成绩就要自己自学很多 的知识，这就意味着我们虽然马上就要毕业，但并不代表学习的终 止，相反在以后的工作中学习的任务更加繁重。所以大学中主要培养 我们的自学能力，接受新知识的能力，这才是以后在社会中最具有竞 争力的。同样这次实