控制系统三级项目报告.docx
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控制系统三级项目报告.docx
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控制系统三级项目报告
控制系统三级项目
课程设计
说明书
设计题目:
基于PLC控制的变频调速系统设计
指导教师:
陈军杰、陈少波
姓名:
莫智斌
汕头大学
机电工程系
年月日
基于PLC控制的变频调速系统设计
一、设计目的
1、掌握PLC的应用设计过程
2、掌握常用变频器的应用过程
3、初步掌握电气原理图的设计过程
4、*初步了解人机界面的开发过程
5、完成PLC程序的设计过程
6、完成变频器主要参数的设置
二、实验室可用设备
1、可编程序控制器(三菱FX2N、西门子S200、S7-1200任选)
2、变频器(西门子MM440或精威JBA-0022-S任选)
3、计算机及梯形图编辑软件1套
4、电机及电气技术综合实验台
三、设计内容及要求
1、假设某一控制系统,由一台PLC控制1台变频器带动异步电机进行变频调速运行。
2、能实现电机的正、反转及调速控制(调速过程保持负载转矩恒定,具体转矩值可以根据实验室设备现场确定),最少能实现高速(1300转)、中速(700转)及低速(300转)等速度的自动控制。
3、完成PLC输入输出点的分配。
4、完成电气原理图的设计及主要电气元件的参数选择。
5、*完成触模屏人机界面设计,完成人机界面程序的仿真。
6、完成PLC程序设计,完成PLC程序的仿真。
7、完成设计内容的仿真或实验验证,完成设计报告。
9、*内容为选做实验报告要求:
1.无转矩补偿条件下的n-f曲线(要求作出相应的拟合直线);
2.根据无转矩补偿条件下的n-f曲线分析出低频转矩补偿起始点和低频转矩补偿比例(也要说明此比例下0Hz时的补偿电压);
3.有转矩补偿条件下的n-f曲线(要求作出相应的拟合直线),分析自己的补偿是否合理并说明原因;
4.在有转矩补偿的条件下,在负载不变(与探究转矩补偿曲线时的负载一致)的条件下,采用PLC控制变频器对三相鼠笼式异步电机进行变压变频调速,能实现电机的正、反转及调速控制,调出低速(300-400r/min,参考范围)、中速(700-800r/min)、高速(1200-1300r/min)三种转速。
要求说明选择的PLC类型,变频器频率给定源的选择(固定频率、模拟量等)、,PLC程序、程序说明及变频器参数设定。
5.设计实验心得(比如针对实验过程中出现的现象和问题,自己的分析思路和解决办法)。
四、调速控制系统设计过程
本系统采用一台PLC控制1台变频器,从而控制1个三相异步电机的正转、反转、调速、制动等功能。
电机功率为2.2kW,额定电压220V,额定电流为0.5A,额定的频率为50Hz。
4.1选择机电控制设备
1、可编程序控制器:
三菱FX2N&三菱FX-4DA特殊功能DA转换器;
2、变频器:
西门子MM440;
3、计算机及梯形图编辑软件,人机界面设计软件;
本设计中采用的是三菱PLC结合人机界面对变频器调频,进而对异步电机实施调速操作。
4.2变频器主回路的电路设计,外接测功机(恒负载)
Rf2选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值,R2选用D42的900Ω阻值。
电流表A2选择D31挂箱上的200mA量程档,A4选择D31挂箱上的200mA
量程档。
V2选择D31挂箱上的200V量程档。
电机M绕组为Δ接法。
4.3变频器面板控制PXXXX初值设定
参数号
设置值
说明
根据实验的内容可知,变频器MM440的可能选择初值如表格,主要是电机各项参数(额定电压,电流,功率)的输入,还有V/f补偿的输入,根据项目步骤的不同,选择的控制方式也不同,例如第一步的频率-转速曲线的电压补偿曲线的测定要采用BOP面板操作,第二步的三级调速实现则采用模拟量输入端子排控制。
P0003
1
用户访问级为标准级
P0010
1
快速调试
P0100
0
功率以Kw表示,频率为50HZ
P0304
230
电动机额定电压
P0305
0.5
电动机额定电流
P0307
0.1
电动机额定功率
P0310
50
电动机额定频率
P0311
1420
电动机额定转速
P0003
1
设置用户访问级为标准级
P0004
7
命令和数字I/O
P0700
2
命令源选择有端子排输入
P0003
2
设置用户访问级为扩展级
P0004
7
命令和数字I/O
P0701
1
ON接通运行,OFF停止(端子
5)
P0702
2
ON反向接通运行,OFF停止(端子6)
P0703
17
BCD码+ON命令(端子8)
P0704
17
BCD码+ON命令(端子16)
P0003
1
设置用户访问级为标准级
P0004
10
设置值通道和斜坡函数发生器
P1000
3
主给定值源:
选用“固定频率”
P0003
2
设置用户访问级为扩展级
P0004
10
设定值通道和斜坡函数发生器
4.3、对低频端的转速与频率进行电压补偿
4.31当V/f特性补偿值为0时候,测量转速与频率的曲线
在此之前,需要先介绍V/f控制的原理:
由于负载恒定或者是电机在设计的时候在电机的设计时候,为了充分利用铁芯
通过磁通的能力,统筹将铁芯的磁通选在磁化曲线的弯曲点,使电机能产生较大的扭矩。
若减少频率,磁通会增加,将使到铁芯饱和时候,要使到磁通再增加,需要
较大的励磁电流,这会导致电动机绕组的电流过大,造成电动机过热。
因此方案是当降低频率时候,为防止磁路饱和,使到∅𝑚成不变,于是保持E1/f不变。
所以会
采用恒压频比控制方式。
在低频恒定外负载的时候,很可能出现:
“带不动”,或者是转速-频率曲线在低频段下凹。
通过实验来观察变频器初值P1310=0时的,转速频率关系(一定要保证测功机的IF=400mA与励磁电流100mA恒定不变)。
变频器的初值选定如下:
参数号
设置值
说明
P0003
3
用户访问级为专家级
P0010
1
快速调试
P0100
0
功率以Kw表示,频率为50HZ
P0304
220
电动机额定电压
P0305
0.5
电动机额定电流
P0307
0.1
电动机额定功率
P0310
50
电动机额定频率
P0311
1420
电动机额定转速
P0700=1
1
BOP面板控制启动或者停止
P1000
1
由BOP面板对运行频率为50Hz
通过对面板操作输入初值,以及调节输入电机的电压频率,并记录转速以及测功机电压,和加在异步电动机的电定子压(在变频器上长按P可显示)。
频率/f
50
40
30
20
10
9
8
7.4
转速/n/min
1431
1133
832
529
208
172
118
66
测功机的定子电压/V
170
134
97
60
21
16
9
3
异步电动机定子(变
频器显示)电压/v
220
176
131
88
44
39
35
32
根据实验数据测得的转速与频率在P1310=0时候的曲线如下:
分析:
观察曲线可以发现,在频率10Hz以上的曲线线性拟合度极高,很接近或等于1,但是在10Hz以下的低频段的线性度不够,可见在恒负载的情况下,载荷能力在低频段较差。
因此要想实现PLC控制变频器实现稳定三级调速需要对低频段的曲线进行电压补偿。
根据变频器P1310,V/f的调节原理,是通过在某段曲线的电压补偿,具体的变频器初值控制如图:
低频转矩补偿起始点为10Hz,由于由上图可以分析出,低频转矩补偿起始点为10Hz,又由于当f等于2.35Hz左右,转速为0。
所以需要补偿的点为10Hz,6Hz,2.4Hz。
次实验测出的三相绕组的冷态电阻为53Ω,负载测功机的电枢电流为0.40A,所以计算得出的补偿值为53*0.4=21.2V。
由计算的理论值,然后经过实际电机的检验,最后的补偿电压
的步骤如下:
由实验可得,0Hz时需要补偿的电压为21V,在本次实验中,采用的变频器V/f特性的可编程特性(如图2)去补偿(即令P1300=3),由于变频器参
数的P1310对应的不是电压值而是与电压成比例,当P1310为250时,补偿的电压为30V,所以计算可得P1310=50。
频率/f
50
40
30
20
10
9
8
7
6
5
4
转速/n/min
1430
1133
833
534
238
210
180
151
121
95
66
测功机的定子电压
/V
170
134
97
61
24
21
17
14
10
7
3
异步电动机定子
(变频器显示)电压/v
220
177
133
91
49
45
41
37
33
29
25
我们是使P1310=50,这个是既是改变低频段的电压与频率的比值。
再测转速与频率之间的关系曲线如下:
根据曲线分析可得:
通过反复调试之后确定最终的补偿电压为50V补偿之后的转速与频率曲线是一条拟合度为1的规则曲线,可以说明转速与频率在低频段恒负载的情况下也能带动负载。
4.32、三级(300、700、1300)调速的PLC控制变频器实现:
1、西门子MM440变频器数字输入变量定义
变频器的数字输入端子5通过P0701参数设为正转启动控制端;变频器的数字输入端子6通过P0702参数设为反转启动控制端。
变频器的数字输入端子3和4和A/D转换器连接,为模拟输入端口;
变频器的数字输入端子9接PLC的com端;
2、PLC数字输入输出变量的定义
M0----电机正转运行,对应的按钮为“正转”;M3----电机停止,对应的按钮为“启/停”;M2----电机反转运行,对应的按钮为“反转”;M7----电机低速运行,对应的按钮为“低速”;M5----电机中速运行,对应的按钮为“中速”;M6----电机高速运行,对应的按钮为“高速”;
Y0----电动机正转运行/停止控制,接变频器的端子5
Y1----电动机反转运行/停止控制,接变频器的端子6
采用FX-4DA转换器,加FX-2NPLC和MM440变频器
变频器的初值选取表:
参数号
设置值
说明
P0003
3
用户访问级为专家级
P0010
1
快速调试
P0100
0
功率以Kw表示,频率为50HZ
P0304
220
电动机额定电压
P0305
0.5
电动机额定电流
P0307
0.1
电动机额定功率
P0310
50
电动机额定频率
P0311
1420
电动机额定转速
P1000
2
模拟量输入
P0700
2
端子排控制
P0701
1
ON/OFF
P0702
12
反向
电气连接图的设计连接如下:
我们采用的是
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