基于PLC与变频器的交流电机调速控制硬件系统设计与实现Word下载.doc
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基于PLC与变频器的交流电机调速控制硬件系统设计与实现Word下载.doc
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将现在应用最广泛的PLC和变频器综合起来主要功能实现了变频调速。
首先通过设置给定输入给PLC,再通过PLC控制变频器,再经由变频器来控制异步电机,控制运算主要由PLC和变频器来完成,执行元件为变频器和异步电机。
关键词:
电力电子;
变频器;
变频调速;
交流电机
Abstract
Programmablelogiccontroller(PLC)isadigitalcomputingandcontroldeviceoperation.PLCasathetraditionalrelayreplacementproducts,widelyusedinallareasofindustrialcontrol.PLCsoftwarecanbeusedtochangecontrolprocess,andsmallsize,flexibleassemblyandprogrammingissimple,stronganti-jammingcapabilityandhighreliability,especiallysuitableforharshenvironments.
Withthedevelopmentofpowerelectronicstechnologyandcontroltechnology,theACfrequencycontrolhasbeenwidelyusedinthefieldofindustrialmotordrag;
programmablelogiccontrollerPLCasanewalternativerelaycontroldevice,oftenusedforfielddatacollectionandcontrolequipment.
ThisarticledescribestheinverterspeedcontrolsystembasedonPLC.NowthemostwidelyusedPLCandinvertertogetherthemainfunctionoffrequencycontrol.FirstsettothegiveninputtothePLC,PLCcontrolinvertertocontrolthemotorviatheinvertercontrolalgorithmsmainlybythePLCandinvertertocompletetheimplementationofthecomponentsoftheinverterandthemotor.
Keywords:
Powerelectronics;
Converter;
Frequencycontrol;
A-cmachive
目录
1概述 1
2系统设计总体方案与功能分析 1
2.1设计总体方案 1
2.2系统功能 2
3PLC和变频器的型号选择 3
3.1PLC的选择 3
3.2变频器的选择 5
4硬件设计 6
4.1变频器接线 6
4.1.1变频器主电路接线 6
4.1.2控制端子接线 7
4.2变频器的操作及参数设置 9
4.2.1变频器的操作说明 9
4.2.2变频器的参数设置 10
4.3PLC的硬件接线 11
4.4PLC与变频器的连接 12
4.5调速控制总电路 13
5安装调试 14
6总结 14
参考文献 15
致谢 16
附录 17
20
基于PLC与变频器的交流电机调速控制硬件系统设计与实现
1概述
PLC就是可编程控制器(ProgrammablelogicController),国际电工委员会(InternationalElectricalCommittee)在1987年发布的PLC标准草案中对PLC做了这样的定义:
一种数字运算操作的电子系统就是可编程控制器,主要是在工业环境下应用。
PLC是在电气控制技术和计算机技术的基础上开发形成的,它以微处理器为核心,融入了自动化及计算机技术。
PLC在世界范围内已广泛应用于工业生产,交通运输,生活娱乐等。
PLC在工业中应用广泛,它的工作方式以及使用方便快捷。
在硬件方面,接口比较容易,方便连接。
此外,它还可以有很多实用功能,比如,它可以编入外围器件的故障自诊断程序,可以让系统中除PLC以外的电路及设备也可以获得故障自诊断保护,并且也已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品,有品种齐全的各种硬件装置供用户选用;
在软件方面,PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。
这种编程方法规律性强,容易掌握编程语言容易学习,较为简单,并且梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近。
变频器是应用电力电子技术与变频技术和自动控制技术,通过改变三相异步电机工作电源频率来控制交流电动机转速的电力控制设备。
变频调速已被公认为是最理想、最有发展前景的调速方式之一[1]。
采用变频器调速有以下优点提高了设备的自动化程度也提高了生产速度,可以最大的节约能源、降低生产成本。
PLC和变频器被广泛的应用在电力、冶金、矿物开采、化工、交通控制、机械加工和食品加工等诸多领域。
本次课题将对S7-200PLC与台达变频器对交流电机调速控制系统进行研究。
本文所研究的交流电机调速系统采用PLC来控制变频器调速。
充分发挥可编程控制器的高可靠性、灵活性、通用性、扩展性等优点。
通过PLC的开关量输入输出模块控制变频器的多功能输入端,从而改变三相异步电机工作电源频率,实现电动机的多级调速。
2系统设计总体方案与功能分析
2.1设计总体方案
系统采用PLC控制变频器实现交流电动机启动、停止、正反转及各种转速的改变。
系统主要由三个部分构成,即可控制部分PLC,执行部分变频器和三相异步交流电机,系统构成框图如图2-1所示。
首先通过设置给定输入给PLC,再通过PLC控制变频器,再经由变频器来控制电机。
输入
开关
PLC
变频器
M
图2-1系统主要构成图
2.2系统功能
随着电力电子技术以及自动控制技术的发展,交流变频调速在工业电机拖动领域得到了广泛应用[5]。
PLC和变频器作为替代继电器的新型控制装置,可靠性高,抗干扰能力强,硬件配套齐全,功能完善,使用方便,体积小,重量轻,能耗低,使用寿命长且功能强大,常常被用于现场数据采集和设备的控制。
本次设计就是基于PLC的变频器调速系统,首先通过设置给定输入给PLC,再通过PLC控制变频器,再经由变频器来控制电机。
结合实际情况,我为系统设计了以下功能:
(1)按下正转按钮(I0.0)时,异步电机按变频器的旋钮设定频率进行正转。
(2)按下反转按钮(I0.1)时,异步电机按变频器的旋钮设定频率进行反转。
(3)按停止按钮(I0.3)时,电机在任何情况下都停止运转。
频率
(4)按下自动按钮(I0.2)时,可以使变频器按照自身设定程序自动循环运转。
具体运转模式见图2-2。
0Hz
10Hz
11Hz
35Hz
50Hz
20Hz
P19
P21
P23
P17
P81
P82
P83
P84
P85
P86
P87
P22
时间
正转
反转
32Hz
P18
P20
图2-2变频器控制电动机运转模式
(5)按下按钮(I0.4)时,电动机正转,使电机按照PLC设定程序自动循环运转。
具体运转模式见图2-3。
10s
12s
15s
20s
8s
17s
图2-3PLC控制电动机运转模式
(6)按下按钮(I0.6)时,电动机按照PLC设定程序正反转交替循环运转。
每15s交替一次,正转频率为35Hz,反转频率为20Hz。
(7)变频器故障时(I0.5),即当交流电机驱动器侦测到有异常状况发生时,电动机停止运转。
3PLC和变频器的型号选择
3.1PLC的选择
在PLC系统设计时,首先应确定控制方案,下一步工作就是PLC工程设计选型,工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据[2]。
在PLC型号的选择上,工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据,同时综合了输入输出(I/O)点数、存储器容量、各项控制功能和机型的考虑以及性价比等各方面的因素,来确定PLC型号的选择。
根据控制要求,估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等,最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统[9]。
PLC还有故障自诊断功能,可以让系统中除PLC以外的电路及设备也可以获得故障自诊断保护。
PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。
本次设计PLC输入点数在7个,输出点数6个。
I/O点数估算时应考虑增加10%~20%的余量,因此选择了S7-200PLC/CPU224/14输入/10输出。
由于控制较简单,对PLC存储容量、殊功能模块没有特殊要求。
根据学校实验室现有设备,从中选择了S7-200PLC/CPU224XP/14输入/10输出。
S7-200PLC具体型号见表3-1。
表3-1S7-200PL
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