基于PLC的交流异步电机论文

1、个人精心收集整理.word可编辑.欢迎下载支持基于PLC的交流异步电机转速闭环限制系统设计名:号: 期:PLC技能考核设计练习任务书学生姓名专业年级学号设计日期： 2021年05月26日 至2021年06月26日设计题目：利用高速计数器 A/B相脉冲计电机转速的闭环限制系统 设计主要内容：利用高速计数器A/B相脉冲计电机转速,并且能判断电机旋转方向指导教师评语：指导教师签字：日期：目录1绪论01.1 实验所选PLC01.2 PLC的特点01.3 PLC的系统组成01.4 PLC的运行工作方式01.5 西门子触摸屏01.6 WinCC flexible 软件才述01.6.1 WinCC flex

2、ible综合了一下特点： 11.6.2 WinCC flexible的用户界面简介：11.6.3 WinCC flexible组态：11.7 西门子 MM420变频器 11.8 基于PLC的交流异步电机转速闭环限制系统设计 22系统硬件设计22.2 系统硬件结构框图 22.2.1 PID 限制器 32.2.2 PID回路算法：32.2.3 PID使用方法：32.2.4 异步电机变频调速原理：52.2.5 异步电机的机械特性 ：52.3 闭环调速系统的硬件选型 52.3.1 PLC 的选用62.3.2 扩展EM235模块62.3.3 西门子Smart700触摸屏6错误！未定义书签.2.3.5 电

3、机机组72.4 硬件接线73系统软件设计73.1 变频器参数73.2 触摸屏组态画面 73.3 PLC 编程73.3.1 主程序：73.3.2 子程序 74系统调试85总结81绪论1.1 实验所选PLC选用西门子公司生产的 CPU224XP(列,为采集电机转速并对电机转速进行限制,外 扩一个 EM2351f块(4AI/1AO).在使用EM235模块时,需根据所采集模拟量的实际信号用右下角的6个DIP开关对EM235真块进行配置.具体开关配置表如表 1所示.表1用于选择模拟量量程和精度的 EM235E置开关表1.2 PLC的特点(1)抗干扰水平强,可靠性高(3)编程方便,易于使用(5)设计、施工

4、、调试的周期短1.3 PLC的系统组成1 . CPU2.存储器5 .通信接口6.扩展接口(2)限制系统结构简单,通用性强(4)功能强大,本钱低(6)维护方便3.I/O单元4.电源7.编程设备8.其他部件1.4 PLC的运行工作方式PLC的工作按集中输入、集中输出,周期性循环扫 描的方式进行工作的.1.5 西门子触摸屏实验室采用的是Smart 700,为触屏中的中低端 产品,但性价比较高.适用于单机场合,可以实现 与S7-200的简单无缝连接.具屏幕大小为 7寸,显 示类型为 LCD,分辨率为 800*480, 256色亮度可 调,直流24V供电,带一个RS485通信接口,最大 通讯速率为187

5、.5kbps.可以支持与第三方 PLC通 信,如三菱FN系列,欧姆龙CP1系列等.可支持最 多500个变量,50个画面,200个报警,32个报警 等级,5个配方,支持趋势视图、报警消息及断电 保持.其组态基于软件 Wincc Flexible 2021 sp2.1.6 WinCC flexible软件概述WinCC flexible 是一种前瞻性的面向及其自动化的 HMI设备组态软件,它能够提供舒适而高效的设 计.1.6.1 WinCC flexible 综合了一下特点:(1)直接的处理方式透明性灵活性1.6.2 WinCC flexible的用户界面简介：1、标题栏：用来显示当前文件的路径及

6、名称2、菜单栏：包括了工作使用的所有命令3、工具栏：提供常用命令的快捷按钮.4、工程视图：包含了所有可以组态的元件.用以创立和翻开要编辑的对象5、工作区域：用于编辑工程数据,可以使图形数据,也可以是表格数据.6、属性视图：用于编辑工作区域中选中对象的属性.7、工具箱：包含过程画面中经常使用的各种对象.8、库：用于储存常用对象.9、对象视图：用来显示工程视图中指定的文件夹或编辑器中的内容10、输出视图：用来显示工程运行之前自动形成的报警信息.1.6.3 WinCC flexible 组态：1、IO域组态 2、按钮组态3、文本列表和图形列表组态4、动画组态5、报警组态1.7 西门子MM420变频器

7、选用西门子公司生产的MM42(E变频器.如果变频器参数为出厂初始参数,那么需对它进行快速调试,相关参数表如表表2 MM420®本调试参数表厅P变频器参数出厂值设定值功能说明1P000312用户访问级别2P0304230220电动机的额定电压(220V )3P03053.250.5电动机的额定电流(0.5A )4P03070.750.1电动机的额定功率(100W )5P031050.0050.00电动机的额定频率(50Hz )6P031101420电动机的额定转速(1420 r/min )7P070021或2选择命令源(由BOP端子排输入)8P100021或2用BOP端子排输入限制频率

8、的升降9P108000电动机的最小频率(0Hz )10P10825050.00电动机的最大频率50Hz 11P11201010斜坡上升时间10S 12P11211010斜城下降时间10S 1.8 基于PLC的交流异步电机转速闭环限制系统设计可编程限制器PLC可编程限制器是一种工业限制计算机,是继续计算机、自动控 制技术和通信技术为一体的新型自动装置.它具有抗干扰水平强,价格廉价,可靠性 强,编程简朴,易学易用等特点,在工业领域中深受工程操作人员的喜欢,因此 PLC已 在工业限制的各个领域中被广泛地使用.组态软件是指一些数据采集与过程限制的专用软件,它们是在自动限制系统监控层 一级的软件平台和开

9、发环境,使用灵活的组态方式,为用户提供快速构建工业自动限制 系统监控功能的、通用层次的软件工具.在组态概念出现之前,要实现某一任务,都是 通过编写程序来实现的.编写程序不但工作量大、周期长,而且轻易犯错误,不能保证 工期.组态软件的出现,解决了这个问题.对于过去需要几个月的工作,通过组态几天 就可以完成.组态软件具有流程画面,过程数据记录,趋势曲线,报警窗口,生产报表 等功能,已经在多个领域被应用.调速系统快速性、稳定性、动态性能好是工业自动化生产中根本要求.在科学研究 和生产实践的诸多领域中 调速系统占有着极为重要的地位特别是在国防、汽车、冶金、机械、石油等工业中,具有举足轻重的作用.调速限

10、制系统的工艺过程复杂多变, 具有不确定性,因此对系统要求更为先进的限制技术和限制理论.变频调速已被公认为 是最理想、最有开展前景的调速方式之一,采用变频器构成变频调速传动系统的主要目 的,一是为了满足提升劳动生产率、改善产品质量、提升设备自动化程度、提升生活质 量及改善生活环境等要求；二是为了节约能源、降低生产本钱.用户根据自己的实际工 艺要求和运用场合选择不同类型的变频器.2系统硬件设计2.1 系统设计目的在交流异步电机转速闭环限制系统的根底之上使用A/B相正交计数器对转速进行测量以及对电机的转向进行判断.2.2 系统硬件结构框图PID限制规律1比例作用P2比例积分作用PI3比例积分微分作用

11、PID注：微分一般不使用,会造成不稳定PID限制器结构图比例环节：(1) Kp 增大,快速性提升,系统振荡增强,稳定性下降；(2) Kp 减小,快速性降低,系统静差减小,但不能消除静差；(3) Kp无延时环节,快速性好,响应快.积分环节：(1) Ti 增大,积分作用减小,系统振荡增强,稳定性下降；(2) Ti 减小,积分作用增大,可消除静差；(3) 有延时环节,快速性下降微分环节：(1) Td增大,系统振荡减弱,稳定性增强；(2) Td减小,调节时间减小,快速性增强；(3)不能消除系统静差2.2.2 PID回路算法：S7-200 CPU提供PID回路指令(比例、积分、微分回路),执行PID计算

12、PID回路操作取决于存储在36个字节回路表中的9个参数.即PID回路表:参数地址偏移量数据格式IJO类型描述过程变量当前值PVn0双字,实数1过程变量,50-L0给定值SPn4双字,实数I给定值,0IM.0输出值Mn8双字,实数I/O输出值* 0.0*1.0增益Kc12双字,实数I比例常数,正、负采样时间Ts16双字,实数I单位为s,正数积分时间Ti20双字,实数I单位为分钟,正数微分时间Td24双字,实数1单位为分钟,正数积分项前值MX28双字,实数I/O积分项前值过程变量前值PVn32双字,实数I/O最近一次P1D变量值2.2.3 PID使用方法:1、建立PID回路表2、回路输入量的转换及

13、归一化(1)将工程实际值由16位整数(AIW)转化为实数,程序如下：XORD ACQ AC0 / 清累力器 AC0ITD AIW0 , AC0 /把整数转化为双整数(设采集数据通道地址为 AIW.DTR AC0 , AC0 / 把双整数转化为实数(2)将实数格式的工程实际值转化为 0.0 ,1.0之间的无量纲相对值, 用下式来完成这一过程：RNorm=(RRaV Span) +Offset式中：RNorm为工程实际值的归一化值；RRaw为工程实际值的实数形式值, 未归一化处理.标准化实数又分为双极性 (围绕0.5上下变化)和单极性(以 0.0为起点在0.0和1.0之间的范围内变化)两种.对于双

14、极性,Offset为 0.5 ;对于单极性,Offset为0, Span表示值域的大小,通常单极性时取 32000,双极fi时取 64000.3、回路限制输出转换为按工程量标定的整数值(1)用下式将回路输出转换为按工程量标定的实数格式：Rscal = (Mn Offset )- Span式中：Rscal为已按工程量标定的实数格式的回路输出；Mn为归一化实数格式的回路输出.程序如下：MOVR VD208 AC0 /将回路输出结果(设 TABLE表首地址为 VB20.放入 AC0-R 0.5, AC0 /对双极性场合减去0.5*R 64 000, AC0 /将AC0中的值按工程量标定(2)将已标定

15、的实数格式的回路输出转化为 16位的整数格式,并输出.TRUNC AC0 AC0 / 取整数DTI AC0 , AC0 / 双整数转换为整数MOVW AC0AQW0 把整数值送到到模拟量输出通道(设为 AQW0P414=4,44处心叱心月=超*3异电I* m变调步机频速原理:异步电机调速时,通常希望 Gm保持不变.由于如果磁通减弱,那么没 有充分利用电机的铁心,是一种浪费；如果磁通增强,又会使铁心饱 和,导致励磁电流过大.1、基频以下调速：nW nN保持6 m不变,可得：恒压频比限制方式可知：定子电压/频率f越大,转速n越高.定子电压/频率f越小,转速n越低.2、基频以上调速：n> nN

16、此时,转速n再升高,定子电压Us不可能超过额定电压.因此,这时只有 1迫使磁通与转速成反比例降低,相当于直流电机弱磁升速的情况.在基频以下,转速改变时转矩恒定,属于“恒转矩调速；在基频以上,转速改变时转矩变化,属于“恒功率调速.2.2.5异步电机的机械特性：稳定工作时,负载变化对转速影响不大,当负载转矩增大到最大转矩后,转速会迅速减 小,出现拐点.2.3闭环调速系统的硬件选型基于PLC的交流异步电机转速闭环限制系统主要由四个局部构成,即可编程逻辑控 制器件PLC触摸屏、变频器和电机机组.通过触摸屏给PLC发出相关指令,PLC限制变频器,变频器限制电机机组进行变频调速；通过电机机组上的编码器将电

17、机实际转速反 馈给PLC经PID调节后输出给变频器,从而实现异步电机的无静差调速.系统硬件组成如下:厅P设备厂家型号功能说明PLC西门子CPU224XP+EM235采集、处理数据触摸屏西门子Smart700数据监控变频器西门子MM420拖动异步电机变频调速电机机组天煌异步电机+直流电机被控对象2.3.1 PLC的选用本次实验选用 S7-200 系列 PLG 西门子 200CPU 224XP CN6ES7 214-2AD23-OXB814点数字量输入：模块地址与面板插孔点对点连接(I0.0 I0.0 );10点数字量输出：Q0.0-Q0.0、Q0.1 Q0.1; ( Q0.3Q1.1) 一继电器

18、一面板；2路模拟量输入：MR M Ai A Bi B ( A+/B+对M的电位均为0-10VDC ;1路模拟量输出：MKM I -I、V-V ( I对M输出0-20mA V对M输出0-10VDC 但 V、I只能使用其一,不能同时使用).2.3.2 扩展EM235模块4路模拟量输入：模块地址与面板插孔点对点连接( AIW4-AIW10 RQRA A*A+、 A-A-、RB RB Bi B+、 B-B-、R8 RC C-C+ C-C-、RA RD D- D+ D- 一 D -)对于电压输入信号,按正、负极直接接入 X琲口 X-;对于电流输入信号,将 RX和X+ 短接后接入电流输入信号的“ +端；未

19、接入传感器的通道要将 X琲口 X-短接.1路模拟量输出：模块地址与面板插孔点对点连接( AQW2 M8M V8V、IO-I ) (IO对MO俞出0-20mA VOM MO俞出0-10VDC 1 VO IO只能使用其一,不能同时使 用)2.3.3 西门子Smart 700触摸屏西门子公司开发的一种HMI设备(人机接口).触摸屏与西门子PLC200ffi过RS485!行通讯.触摸屏与电脑通过 PC/PPI电缆进行通讯.示意图如下.接线端子与面板插线点对点连接：模拟量输入电源：10V+(1)、0V(2);1个模拟量输入(0V至10V): AIN+(3)、AIN-(4);(该模拟量输入端也可以作为第 4 个数字输入来使用)；3 个数字量输入：DIN1(5)、DIN2(6)、DIN3(7);数字量输入电源：24V+(8)、0V(9);1 个继电器输出：RL1B(10)、RL1C(11);1 个模拟量输出(0mA至 20mA): AOUT+(12) AOUT-(13);1 个 RS485串 口通讯端子：P+(14)、N-(15).2.3.5电机机组该实验台配备一组电机机组,由同轴相连的异步电机和直流发电机组成,实物图如图6所示.2.4硬件接线3系统软件设计3.1 变频器参数快速调试的流程图1仅适用于第1法问级3.2 触摸屏组态画面棒图地址：变量1调速I/