电控学院电气0904班李文涛
—、 试验名称:
基于PLC实现三相异步电动机变频调速控制
二、 试验目:
经过综合试验, 使学生对所学过可编程控制器在电动机变频调速控制中
应用有一个系统认识, 并利用自己学过知识, 自己设计变频调速控制系统。要求用PLC控制变频器, 经过光电编码器反馈速度信号达成电动机调速正确控制, 自己设计, 自己编程, 最终进行硬件、 软件联机综合调试, 实现自己设计思想。
三、 试验器材:
220V PLC试验台一套、 380V变频器试验台一套、 万用表一个、 导线若干
三、 试验各部分原理:
1．试验关键器件原理 1)光电编码器:
橙色白色黑色蓝色棕色COM000CH01020304
光电编码器, 是一个经过光电转换将输出轴上机械几何位移量转换成脉冲或数字量传感器。这是现在应用最多传感器, 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圆板上等分地开通若干个长方形孔。因为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检测装置检测输出若干脉冲信号; 经过计算每秒光电编码器输出脉冲个数就能反应该前电动机转速。
2）变频器: I原理概述
变频调速能够应用在大部分电机拖动场所, 因为它能提供正确速度控制, 所以能够方便地控制机械传动上升、 下降和变速运行。变频应用能够大大地提升工艺高效性(变速不依靠于机械部分), 同时能够比原来定速运行电机愈加节能, 变频器主电路大致上可分为两类:电压型是将电压源直流变换为交流变频器, 直流回路滤波是电容;电流型是将电流源直流变换为交流变频器, 其直流回路滤波石电感。
矢量控制: U/f控制方法建立于电机静态数学模型, 所以, 动态性能指标不高。对于对动态性能要求较高应用, 能够采取矢量控制方法。 矢量控制基础思想是将异步电动机定子电流分解为产生磁场电流分量(励磁电流)和与其相垂直产生转矩电流分量(转矩电流), 并分别加以控制。因为在这种控制方法中必需同时控制异步电动机定子电流幅值和相位, 即控制订子电流矢量, 这种控制方法被称为矢量控制（Vectory
Control）。 矢量控制方法使异步电动机高性能控制成为可能。矢量控制变频器不仅在调速范围上能够与直流电动机相匹敌, 而且能够直接控制异步电动机转矩改变, 所以已经在很多需精密或快速控制领域中得到应用。
II变频器各端子作用（个人设置） 端子名称 op1 op2 作用 点动 正转 op3 op4 op5 op6 op7 op8 反转 加速 减速 开启 停机 软件复位 III变频器设置: 功效码 F140 F280 F202 F204 F206 设置值 1 1 1 2 2 作用 端子方向开启运行有效 开启端子控制 停机端子控制 端子调速 正反转端子给定
3)欧姆龙plc: I概述
plc含有可靠性高, 抗干扰能力强配套齐全, 功效完善, 适用性强易学易用, 系统设计、 建造工作量小, 维护方便, 轻易改造体积小, 重量轻, 能耗低等优点, 在各个方面都有广泛应用。
plc采取周期循环扫描方法, 在实施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, 采取良好屏蔽方法、 对电源及I／O电路多个形式滤波、 CPU电源自动调整与保护、 CPU与I／O电路之间采取光电隔离、 输出联锁、 采取模块式结构并增加故障显示电路等方法; 在软件方面, 设置自诊疗与信息保护与恢复程序。PLC因为采取现代大规模集成电路技术, 采取严格生产工艺制造, 内部电路采取了优异抗干扰技术, 含有很高可靠性。
输入输出端子图
II高速计数器
高速计数器因为采取中止方法计数,所以其计数频率远高于内部信
号计数器.高速计数器计数脉冲信号频率通常在几千Hz以上,达最高频率时可从计数器输入端子Xn(n=0、 2、 3)输入10kHz外部事件脉冲信号.但因为内部信号计数器是实施扫描操作时对内部元件X、 Y、 M、 S、 T等信号进行计数,所以,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多个扫描周期.设PLC扫描周期为10ms,内部元件ON和OFF时间为5个PLC扫描周期,则内部信号计数器计数频率为:
f=1/T=1/10ms×5=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周期.由此可见,内部信号计数器是一个低速计数器,而外部事件信号计数器是一个高速计数器。
高速计数器梯形图
高速计数器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通用二进制增计数器C0～C99、 停电保持用二进制增计数器C100～C199,还有32bit通用计数器C200～C219、 保持计数器
C220～C234.它们累计235点.而高速计数器只有C235～C255,共仅21点.后者仅为前者1/10左右.即使高速计数器点数少,不过它们功效分布和使用条件却比内部信号计数器复杂得多.高速计数器选择并不是任意,它取决于所需计数器类型及高速输入端子.高速计数器类型为4种:即1相无开启/复位端子计数器C235～C240;1相带开启/复位端子计数器
C241～C245;2相双向计数器C246～C250和2相A～B相计数器C251～C255.同时,高速计数器各输入端子响应速度不一样,X0、 X2和X3端子响应最高频率为10kHz,X1、 X4和X5端子响应最高频率为7kHz.
2.试验原理 1）调速原理
调速即速度调整, 是指在电力拖动系统中人为改变电动机转速, 以满足工业机械不一样转速要求。调速是经过改变电动机参数或电源电压等方法来改变电动机机械特征, 从而改变它与负载机械特征交点, 改变电动机稳定转速。 由电机学可知, 三相异步电机转速为:
式中
n0——同时转速
f ——电源频率, 单位为Hz p ——电动机极对数 s ——电动机转差率
2）控制系统:
利用plc控制变频端子与COM端子联通或断开, 以达成控制变频器作用, 使变频器在一定时间段内输出一定频率电压波形, 从而达成电机调速目。
3)试验要求电机速度运行图
4
3
2
5
6
7
1
1、 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、 试验内容与结果
1)试验内容:
I根据试验接线图把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plc
III依次按下正转, 反转, 停车按钮, 经过变频器上速度监视观察电动机运行状态。 2）试验结果:
I按下正传按钮, 电机开启开始正转并加速, 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, 电机开启开始正转并加速, 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、 试验总结
1）试验中碰到问题
试验要求在25转/s和45转/s时要保持速度5s, 不过试验中出现过这么问题, 是不是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所对应内存区间上下限后, 问题得四处理。
变频器反转端子不起作用直接点动也不行; 断开plcCOM与变频器COM连接, 再次直接用导线点动, 仍然不起作用, 重新根据试验原理设置变频器个端子作用后, 导线点动能够作用, 发觉问题出在个端子定义上, 定义值有反复, 造成端子不能够正常起作用。
2）试验心得
此次试验是对大学四年所学知识一个总利用, 它将四年所学电机, plc电气控制等融合在一个试验中知识关键考察学生对所学知识利用能力、 自学能力和翻阅资料能力。经过这次试验也使我们真正体会到了知识是学无止境, 以前一直想大学中所学知识应该就能够了, 可是经过这次设计, 使我清楚认识到我们在书本上学到知识仅仅是基础而已, 要想真要做出一点成绩就要自己自学很多知识, 这就意味着我们即使立即就要毕业, 但并不代表学习终止, 相反在以后工作中学习任务愈加繁重。所以大学中关键培养我们自学能力, 接收新知识能力, 这才是以后在社会中最含有竞争力。
一样这次试验也使得我再次认识到plc强大功效, 我曾认为上次继电保护综合试验已经让我对欧姆龙plc差不多已经了解, 不过这次试验中所利用到高速计数器, 让我一下子感到了惭愧, 是我自己太自大了, 科学永无止境, 我所学到只不过是很小一部分, 再有六个月我就将会离开学校走上工作岗位, 以后路还很长, 我要学习还很多。
试验接线图
程序梯形图:
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