三相异步电动机的转速转角控制_毕业设计论文(编辑修改稿)

三相异步电动机的转速转角控制_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

2020 届本科毕业设计论文 8 （ PLC）。 20世纪 70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。 更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、 PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 20世纪 80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。 世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。 这标 志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20世纪 80年代至 90年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持为 30~40%。 在这时期， PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高， PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS 系统。 20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。 这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。 PLC 的基本结构 PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为： 图 S7200 PLC CPU的外形模型图 PLC 的电源在整个系统中起着十分重要的作用。 如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此 PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。 一般交流电压波动在 +10%(+15%）范围内，可以不采取其它措施而将 PLC 直接连接到交流电网上去。 （ CPU） 2020 届本科毕业设计论文 9 中央处理单元（ CPU）是 PLC 的控制中 枢。 它按照 PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、 I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。 当 PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内。 等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高 PLC 的可靠性，对大型 PLC 还采用双 CPU 构成冗余系统，或采用三 CPU的表决式系统。 这样，即使某个 CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 ① ．现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是 PLC 与现场控制的接口界面的输入通道。 ② ．现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用 PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出 相应的控制信号。 如计数、定位等功能模块。 如以太网、 RS48 ProfibusDP 通讯模块等。 西门子 S7200系列 PLC S7200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。 使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。 应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。 如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。 S7200系列 PLC 可提供 4个不同的基本型号的 8种 CPU 使用。 单元设计： 集成的 24V 负载电源：可直接连接到传感器和变送器（执行器）， CPU 221， 222具有 180mA输出， CPU 224， CPU 226分别输出 280， 400mA。 可用作负载电源。 2020 届本科毕业设计论文 10 ： CPU 221~226各有 2种类型 CPU，具有不同的电源电压和控制电压。 /输出点： CPU 221具有 6个输入点和 4个输出点， CPU 222具有 8个输入点 和 6个输出点， CPU 224具有 14个输入点和 10个输出点。 CPU 226具有 24个输入点和 16个输出点。 ： 允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。 ： CPU 221/222 4个高速计数器（ 30KHz），可编程并具有复位输入， 2个独立的输入端可同时作加、减计数，可连接两个相位差为 90176。 的 CPU224/226 6个高速计数器（ 30KHz），具有 CPU221/222相同的功能。 222/224/226： 可方便地用数字量和模拟量扩展模块进行扩展。 可使用仿真器（选件）对本机输入信号进行仿真，用于调试用户程序。 ： CPU221/222 1个 CPU224/226 2个 CPU221/222/224/226还具有 ： 2路高频率脉冲输出（最大 20KHz），用于控制步进电机或伺服电机实现定位任务。 ： 例如为信息加注时间标记，记录机器运行时间或对过程进行时间控制。 存储器模块（选件）： 可作为修改与拷贝程序的快速工具（无需编程器），并可进行辅助软件归档工作。 ： 用于长时间数据后备。 用户数据（如标志位状态，数据块，定时器，计数器）可通过内部的超级电容存贮大约 5天。 选用电池模块能延长存贮时间到 200天（ 10年寿命）。 电池模块插在存储器模块的卡槽中。 变频器 变频器是把工频电源 (50Hz 或 60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。 其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变 换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。 对于如矢量2020 届本科毕业设计论文 11 控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的 CPU 以及一些相应的电路。 变频器基本原理 图 交流低压直交直通用变频器系统框图 ，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，其直流回路滤波是电感。 它主要由三部分构成 ，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。 （ 1） 整流器：最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。 也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。 （ 2）平波回路：在整流器整流后的直流电压中，含有电源 6 倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。 为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。 装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省 去电感采用简单的平波回路。 （ 3）逆变器：同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使 6个开关器件导通、关断就可以得到 3 相交流输出。 以电压型 pwm逆变器为例示出开关时间和电压波形。 （电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。 （ 1） 运算电 路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较2020 届本科毕业设计论文 12 运算，决定逆变器的输出电压、频率。 （ 2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。 （ 3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。 它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。 （ 4）速度检测电路 :以装在异步电动机轴机上的速度检测器 (tg、 plg 等 )的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。 （ 5）保护电路 :检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏， 使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。 图 变频器主电路 变频器调速基本原理 变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。 当在定子绕组上接入三相交流电时，在定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转磁场，它与转子绕组产生相对运动，使转子绕组产生感应电势，出现感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，使电动机转动起来。 电机磁场的转速称为同步转速，用 N表示： N=60f/p(r/min) （ ） 式中： f— 三相交流电源频率，一般为 50Hz； p— 磁极对数。 当 p=1时， N=3000r/min；p=2时， N=1500r/min。 可见磁极对数 p越多，转速 N 越慢。 2020 届本科毕业设计论文 13 转子的实际转速 n比磁场的同步转速 N 要慢一点，所以称为异步电机，这个差别用转差率 s表示： s=[n1－ n） /n1] 100% （ ) 当加上电源转子尚未转动瞬间， n=0，这时 s=1；起动后的极端情况 n=N，则 s=0，即 s在 0～ 1之间变化。 一般异步电机在额定负载下的 s=（ 1～ 6） %。 综合式（ ）和式（ ）可以得出 n=60f（ 1－ s） /p () 由式 ()可以看出，对于成品电机，其磁极对数 p已经确定，转差率 s 变化不大，则电机的转速 n 与电源频率 f 成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速，进而达到异步电机调速的目的。 人机交互界面与西门子 smartline 人机交互界 面 HMI 是 Human Machine Interface 的缩写，“人机接口”，也叫人机界面。 人机界面（又称用户界面或使用者界面）是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介， 它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。 凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。 （ HMI）产品的组成及工作原理 人机界面产品由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存储单元等，其中处理器的性能决定了 HMI 产品的性能高低，是 HMI的核心单元。 根据 HMI 的产品等级不同，处理器可分别选用 8位、 16位、 32位的处理器。 HMI 软件一般分为两部分，即运行于 HMI 硬件中的系统软件和运行于 PC 机 Windows 操作系统下的画面组态软件（如 wincc flexible 画面组态软件）。 使用者都必须先使用 HMI 的画面组态软件制作“工程文件”，再通过 PC机和 HMI 产品的串行通讯口，把编制好的“工程文件”下载到 HMI 的处理器中运行。 薄膜键输入的 HMI，显示尺寸小于 ，属初级产品。 如 POP－ HMI 小型人机界面 触摸屏输入的 HMI，显示 屏尺寸为 ～ ，属中级产品 基于平板 PC计算机的、多种通讯口的、高性能 HMI，显示尺寸大于 ，属高端产品 2020 届本科毕业设计论文 14 明确监控任务要求，选择适合的 HMI产品 在 PC 机上用画面组态软件编辑“工程文件” 测试并保存已编辑好的“工程文件” PC机连接 HMI 硬件，下载“工程文件”到 HMI中 连接 HMI 和工业控制器（如 PLC、仪表等），实现人机交互 西门子 smartline 如今，人机界面已经成为大多数工业机械设备的标准配置，尤其在使用小型机器和简单应用时，成本成 了关键因素。 西门子顺应市场需求推出的全新 SIMATIC 精彩系列面板SmartLine，准确地提供了人机界面的标准功能，经济实用，具备高性价比。 精彩系列面板采用全新的高分辨率 16:9 宽屏液晶显示和先进的工业设计理念，使设备操作变得更加轻松快捷，引领人机界面产品进入高分辨率宽屏显示时代。 2020 届本科毕业设计论文 15 第二章 PLC 编程软件与 HMI 组态软件 STEP7Micro/WIN 软件介绍 S7200 PLC 的编程软件为 STEP7Micro/WIN，它以 PLC 的用户程序编辑功能为主（包括符号表编辑），可用于 PLC 用户程序的编辑与监控，可使用多种语言文字。 STEP7Micro/WIN 软件使用较简单， S7。