plc与变频器多段速度控制系统的设计毕业设计说明书

plc与变频器多段速度控制系统的设计毕业设计说明书内容摘要：

I/O 点数分类 根据 PLC 的 I/O 点数的多少，可将 PLC 分为小型、中型和大型三类。 （ 1） 小型 PLC 小型 PLC 的 I/O 点数一般在 128 点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量 I/O 以外，还可以连接模拟量 I/O 以及其他各种特殊功能模块。 它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。 （ 2） 中型 PLC 中型 PLC 采用模块化结构，其 I/O 点数一般在 256~1024 点之间。 I/O 的处理方式除了采用一般 PLC 通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入 ，刷新输出。 它能联接各种特殊功能模块， 通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。 （ 3） 大型 PLC 一般 I/O 点数在 1024 点以上的称为大型 PLC。 大型 PLC 的软、硬件功能极强。 具有极强的自诊断功能。 通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。 大型 PLC 还可以采用三 CPU 构成表决式系统，使机器的可靠性更高。 共 31页 第 8页 8 PLC的应用领域 目前， PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化 娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类： 1．开关量逻辑控制 取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。 如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2．工业过程控制 在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量）， PLC 采用相应的 A/D 和 D/A 转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。 PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。 过程控制在冶金、化工、热处 理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 3．运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。 一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4．数据处理 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。 数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 5．通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。 随着工厂自动 化网络的发展，现在的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 变频器基本原理与应用 变频器，英文称 Variablefrequency Drive，简称 VFD，是应用变频技术与微电子技术，通过改变 电机 工作电源 频率 方式来控制交流电动机的电力控制设备。 变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。 通过改变电源的频率来达到改变电源 电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。 随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。 变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值，因而改变其运动磁场的周期，达到平滑控制电动机转速的目的。 变频器的多段调速就是通过变频器参数来设定其运行频率， 然后通过变频器的外部端子来选择执行相关参数 所设定的运行频率。 多段调速是变频器的一种特殊的组合运行方式， 其运行频率由 PU 单元的参数来设置，启动和停 止由外部输入端子来控制。 、 、 为 3 段速度设定，至于变频器实际运行哪个参数设定的频率， 则分别由其外部控制端子 RH、 RM、 RL 的闭合来决定。 变频器主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，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 共 31页 第 9页 9 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。 控制电路是给异步电动机供电 （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。 课题的目的和意义 变频调速已被公认为是最理想、最有发展前途的调速方式之一，采用变频器构成变频调速传动系统的主要目的，一是为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、 提高生活质量及改善生活环境等要求；二是为了节约能源、降低生产成本。 变频器可以优化电机运行，所以也能够起到增效节能的作用。 根据全球著名变频器生产企业 ABB 的测算，单单该集团全球范围内已经生产并且安装的变频器每年就能够节省 1150亿千瓦时电力，相应减少 9,700 万吨二氧化碳排放，这已经超过芬兰一年的二氧化碳排放量。 变频器集成了高压大功率晶体管技术和 电子控制技术，得到广泛应用。 变频器使得复杂的调速控制简单化，用变频器 +交流鼠笼式感应电动机组合替代了大部分原先只能用直流电机完成的工作，缩小了体积，降低了维修率，使传动技术发展到新阶段。 课题的目的 变频器可将工频交流电转换成频率、电压均可控制的交流电。 目前在各行各业中被广泛应用，主要向三相交流电动机、异步电动机等提供可变频率的电源，实现无极调速、自动控制和高精度控制。 变频调速器调速不仅操作方便，故障率低，且节能效果明显，优于调压调速、变级调速、滑差调速、串级调速、整流子调速和液力偶合器调 速等。 变频调速的主要特点是： （１）体积小、重量轻，可挂墙安装，不占地面； 共 31页 第 10页 10 （２）可手控、摇控，亦可与可编程控器、计算机等联接，实现自控； （３）启动电流低，约为电机额定电流的１．７倍（电机启动电流为５～６倍额定电流），对电网设备冲击小； （４）具有许多种保护功能（如过压、欠压、过流、短路、瞬时停电等）； （５）可减振降噪，延长设备使用寿命。 变频调速能够应用在大部分的电机拖动场合， 由于它能提供精确的速度控制， 因此可以方便 地控制机械传动的上升、下降和变速运行。 变频应用可以大大地提高工艺的高效性(变速不 依赖于机械部分 )，同时可以比原来的定速运行电机更加节能。 下面例举使用变频调速的 10 个理由，来说明变频器应用日趋普及的基本认识 : (1) 控制电机的启动电流。 当电机通过工频直接启动时，它将会产生 7 到 8 倍的电机额定 电流。 这个电流值将大大增加电机绕组的电应力并产生热量，从而降低电机的寿命。 而变频 调速则可以在零速零电压启动 (也可适当加转矩提升 )。 一旦频率和电压的关系建立，变频器 就可以按照 V/F 或矢量控制方式带动负载进行工作。 使用变频调速能充分降低启动电流， 提高绕组承受力， 用户最直接的好处就 是电机的维护成本将进一步降低、 电机的寿命则相应 增加。 (2) 降低电力线路电压波动。 在电机工频启动时，电流剧增的同时，电压也会大幅度波动， 电压下降的幅度将取决于启动电机的功率大小和配电网的容量。 电压下降将会导致同一供电 网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常，如 PC 机、传感器、接近开关和接触器等均会 动作出错。 而采用变频调速后，由于能在零频零压时逐步启动，则能最大程度上消除电压下降。 (3) 启动时需要的功率更低。 电机功率与电流和电压的乘积成正比 , 那么通过工频直接启动 的电机消耗的功率将 大大高于变频启动所需要的功率。 在一些工况下其配电系统已经达到了 最高极限， 其直接工频启动电机所产生的电涌就会对同网上的其他用户产生严重的影响 , 从 而将受到电网运行商的警告 , 甚至罚款。 如果采用变频器进行电机起停 , 就不会产生类似的 问题。 (4) 可控的加速。