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基于PLC控制电机变频调速试验系统的硬件设计与实现

发布时间:2020-01-02 16:22文字数:10555字

  摘要:变频调速是一种有效的节能技术,节能率非常高,几乎能够由于设计冗余量改变浪费和节约能源;由于其高速度、高精度、高功率因数,能够提高产品的质量,生产能力,和同时降低材料和设备的消耗,也能降低机械磨损和噪音,改善车间的工作环境,满足生产工艺要求。

  本文首先介绍了基本的硬件和使用西门子S7-300 PLC的硬件描述和伦茨变频器的使用方法8200。此外,还介绍了STEP7编程软件的使用方法。然后介绍了变频调速的原理和方法,结合实验设计、原理、方法和实验设计图,介绍了硬件连接的设计、PLC输入输出节点的分布、模数转换方法的设计和系统调试程序。

  关键词:变频调速、PLC、变频器、模拟量数字量转换

  第一章 前 言

  1.1 变频调速的背景及发展方向

  在我国,能源的有效通过已迫在眉睫。电动机作为最耗能的家庭之一,在节能方面有着巨大的潜力。在中国各类电机,80%以上是0.55—220千瓦,与电机驱动系统的整体装备水平只相当于发达国家50代水平。所以,从国家“十五”计划的节能电机系统状态的投资将提高,而变频调速系统将在中国有巨大的市场需求。

  近几年间,伴随当下国家经济贸易委员会的发展和应用的国家相关部门一直致力于变频技术,技术开发和技术改造给予了重点支持,变频调速技术评价组织和推荐工作,促进节能技术改造项目采用变频技术的风扇和泵的关键投资方向。除此之外鼓励单位开展贷款,把握发展,抓好示范工程,抓好风机、水泵节能中心的应用,提供信息咨询和培训。1995~1997年间,我国的风机、水泵变频调速技术改造投资3亿5000万元,改造总容量达到100万千瓦,节电7亿度,投资回收期约2年。据相关数据显示,变频调速技术的应用已在中国取得了相当的成就,和数十亿美元,每年的销售表明,变频器大面积应用于中国。从简单的手动控制到基于RS - 485网络的多机控制,用计算机和PLC网络构成一个复杂的控制系统。在先进的控制技术、大规模集成自动化系统和大型成套专用系统的优化,如连铸连轧生产线、高速造纸生产线、化学纤维电缆生产线、建筑材料、生产线、变频器是电气传动的控制效果,控制复杂,需要很高的控制精度和动态响应,当下已然完全取代了直流调速技术。近几年间,变频器在先进控制理论的基础上,开发了卷绕、升级、主从等控制功能,使应用系统更加方便、易于实现,使变频器的应用技术达到了一个新的水平。

  当下变频调速技术主要发展方向为:[6]

  (1)高水平控制

  矢量控制、磁场控制、转矩控制、模糊控制等高水平的控制技术当下已然应用在交流变频调速中。

  (2)开发清洁节能的变频器

  伴随当下变频技术的持续发展和人们对环境问题的关注,降低变频器对环境的影响已成为时代潮流。能够尽量降低网侧和负载的谐波分量,降低电网污染和电机转矩脉动,实现清洁电能的变化。

  (3)结构小型化

  紧凑的变频系统需要高度集成的电源和控制元件。主电路功率模块控制电路采用大规模集成电路和全数字控制技术,促进了变频装置结构的小型化。

  (4)高集成化

  提高集成电路技术及采用表面贴片技术,使装置的容量体积比得到进一步提高

  1.2 变频调速的现实意义

  在电力拖动领域,大面积推广变频调速具有十分重要的现实意义:

  (1)它极大地提高了生产设备的技术水平、加工精度和工作效率,从而提高了产品质量。

  (2)能够大大减小生产机械的体积和质量,降低金属耗用量。

  (3)对于风机和水泵的负荷,变频调速技术可显著节约电能。

  变频技术在国民经济和日常生活中占有十分重要的地位,变频技术使频率成为资源的充分理由。近几年间,变频调速技术得到了迅速的发展,取得了明显的社会效益和经济效益[6]。

  1.3 毕业设计的主要内容

  本次毕业设计设计采用德国西门子314C-2DP PLC作为系统的控制器,以及德国Lenze 8200 Vector 变频器作为执行机构,控制一台电机的转速,还有一台涡流测功机,能够显示电机的实际转速、转矩及功率,其能够手动改变电机的负载转矩。变频器的频率可变范围从0—100Hz,为保证设计安全,变频器的最高频率被人为设定在50Hz,同样,电机的最高转速控制在1450rpm(额定转速为1500rpm)。

  变频调速控制系统主要分手动控制和自动控制两种控制方法。这里我主要采用JOG固定频率控制作为手动控制的方法,通过控制面板上的控制开关组合变频。然后采用电位器控制模拟信号来变频作为自动控制的方法,带有转速反馈来提高变频效率。最后对两种方案进行比较分析。

  实验设计的硬件接线图如下:

  第二章 西门子可编程控制器S7-300

  2.1 PLC介绍

  2.1.1 PLC的工作原理及工作过程

  可编程序控制器(PLC)是伴随当下计算机技术、通信技术、微电子技术和继电器控制技术的发展而发展起来的一门技术。当下,PLC已大面积应用于机械制造、冶金、化工、电力、交通、矿山、建材、轻工、环保、食品等行业。

  国际电工委员会(IEC)对PLC的定义是:可编程控制器是一种用于工业环境的电子操作系统。它通过可编程存储器在内部存储器中存储和执行逻辑操作、顺序控制、定时、计数和算术运算等指令,并通过数字、模拟输入和输出来控制各种机械或生产过程。可编程序控制器及其相关设备的设计应遵循工业控制系统易于形成整体和扩展功能的原则。[1]

  PLC的工作过程如下:

  1.初始化过程:

  (1)硬件初始化,复位输出输入模块,清零。

  (2)清除数据区。

  (3)输出输入地址分配。

  2.扫描过程

  (1)扫描输入,将输入口状态读入至输入口映像区。

  (2)时钟处理,特殊寄存器更新。

  (3)执行用户程序 。

  (4)输出,将输出口映像区输出至输出端口刷新。

  (5)自诊断检查

  3.出错处理

  检查PLC内部电路,CPU、电池电压、程序存储器、I/O、通讯异常,当出现致命错误,CPU

  强制为STOP方式,所有扫描停止。

  4.PLC运行流程如下:[1]

  STOP

  RUN

  N

  N

  Y

  PLC运行框图

  2.1.2 PLC的优点

  (1)可靠性高,抗干扰能力强

  高可靠性是电气控制设备的关键性能。由于采用了现代大规模集成电路技术和严格的生产工艺,PLC采用了先进的抗干扰技术,可靠性高。例如,三菱公司生产的F系列PLC的平均故障时间是30万小时。使用冗余CPU的PLC平均失效时间较长。从PLC外部电路构成PLC控制系统。与同等规模的继电接触器系统相比,电气接线和开关触点降低到数百个甚至数千个部件,故障大大降低。此外,PLC具有硬件故障自检测功能,故障发生时可及时发出报警信息。在应用软件中,应用程序还能够编写外围设备的故障自诊断程序,使PLC以外的电路和设备也能进行自诊断和保护。这样,整个系统就具有很高的可靠性就不足为奇了。

  (2)配套齐全,功能完善,适用性强

  今天,PLC当下已然形成了一系列大、中、小规模的产品。可用于各种尺寸的工业控制场合。除了逻辑处理功能外,大多数现代PLC都具有完善的数据运算能力,可应用于各种数字控制领域。近几年间,PLC的功能单元持续涌现,使PLC渗透到各种工业控制中,如位置控制、温度控制、数控系统等。伴随当下PLC通信能力的提高和人机接口技术的发展,使用PLC构成各种控制系统变得非常容易。

  (3)易学易用,深受工程技术人员欢迎

  PLC作为工业控制计算机,是工矿企业的工业控制设备。它与接口电路非常接近,逻辑控制开关指令只有PLC才能方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

  (4)系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造

  PLC采用存储逻辑代替布线逻辑,大大降低了控制装置外接线,缩短了控制系统的设计和施工周期,使维修更容易。更重要的是,能够通过改变程序来使相同的设备改变生产过程。适用于多种品种和小批量生产场合。

  (5)体积小,重量轻,能耗低

  以超小型PLC为例,对新生产的品种底部尺寸小于100mm,重量小于150g,而功耗只有几瓦。由于体积小,易于装在机器内部,是机电一体化的理想控制装置。

  2.1.3 PLC的应用领域

  当下,PLC在国内外已大面积应用于钢铁、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,使用情况大致可归纳为如下几类。[7]

  (1)开关量的逻辑控制

  在工业生产过程中,有许多连续变化,如温度、压力、流量、液位和速度,为了使可编程控制器处理模拟量,A/D转换和D/A模拟量之间的转换(模拟)和数字量(数字)必须实现。PLC制造商都生产了一套完整的A/D和D / A转换模块,使可编程控制器用于模拟控制。

  (2)模拟量控制

  在工业生产过程当中,有许多连续变化的量,如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量,必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块,使可编程控制器用于模拟量控制。

  (3)运动控制

  PLC可用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构的结构上讲,它直接用于开关量I/O模块,用于早期连接位置传感器和执行器。当下,常用的一种特殊的运动控制模块。如单轴或多轴位置控制模块,可驱动步进电机或伺服电机。PLC的主要制造商在世界上几乎所有的运动控制功能,并大面积应用于各种机械,机床,机器人,电梯和其他场合。

  (4)过程控制

  过程控制是指对温度、压力、流量等的闭环控制。PLC作为工业控制计算机,能够编写多种控制算法,完成闭环控制。在一般的闭环控制系统中,PID调节是最常用的调节方法。大中型PLC有PID模块,当下许多小型PLC也有这个功能模块。pid处理一般是一个专用的pid子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等领域有着大面积的应用。

  (5)数据处理

  现代PLC具有数学运算功能(包括矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传输、数据转换、排序、查表、位运算等功能,能够完成数据的采集、分析和处理。这些数据能够与存储在存储器中的参考值进行比较,完成某些控制操作,也能够通过通信功能传送到其他智能设备,或者它们能够打印和表列。数据处理一般应用于大规模控制系统,如无控制的柔性制造系统,也适用于造纸、冶金和食品工业等过程控制系统。

  (6)通信及联网

  PLC通信由PLC与PLC与其他智能设备之间的通信组成。伴随当下计算机控制技术的发展,工厂自动化网络得到了飞速的发展。所有的PLC制造商都非常重视PLC的通信功能,并推出了自己的网络系统。新研制的PLC具有通讯接口,通讯非常方便。

  2.2 西门子S7-300介绍

  本次毕业设计采用的的是西门子S7-300系列的314C-2 DP CPU。介绍将以此CPU为例。

  2.2.1电源模块

  PS 307 电源模块(5A) (6ES7307-1EAOO-OAAO )

  特性:(1)输出电流为5A

  (2)输出电压为24VDC;防短路和开路保护

  (3)连接单相交流系统(输入电压120/230 VAC,50/60Hz)

  (4)可靠的隔离特性,符合EN 60 950

  (5)可用作负载电源

  接线图

  2.2.2数字量模拟量输入输出模板

  数字量/模拟量 输入/输出缺省:地址备注

  24个数字量输入124.0—126.7

  其中16个输入用于技术功能:

  124.0—125.7所有数字输入都能够作为中断输入编程

  任选技术功能:

  ① 计数

  ② 频率测量

  ③ 脉冲宽度调制

  ④ 定位

  16个数字量输出124.0—125.7

  其中4个输入用于技术功能:

  124.0—124.3

  4+1个模拟量输入752—761

  2个模拟量输出752—755

  第三章 Lenze变频器

  3.1 变频器介绍

  逆变器的输出脉冲通过逆变器的功率元件的开关控制获得。在这里,通过改变矩形脉冲的宽度来控制电压幅值,通过改变调制周期来控制输出频率,从而在逆变器上同时控制输出电压和频率,以满足变频调速对U/f协调控制的要求。变频器是用来改变交流电频率的电气设备。此外,它还具有改变交流电压的辅助功能。变频器通常由整流器、滤波电路、驱动电路、保护电路和控制器组成。首先,通过整流器和电容器对单相或三相交流电源进行滤波。然后在逆变器中加入一个固定幅值的直流电压。

  交流变频电机(异步电机或同步电机)调速,交流电机的速度控制是公认的最理想、最有前途的,除了优良的调速性能,逆变器和显著的节能效果,是企业技术创新和产品升级换代的理想控制装置。自上个世纪80年代的中国介绍,变频器作为节能应用和速度控制越来越重要的自动化设备,并得到了迅速的发展和大面积的应用。

  3.2 变频器使用注意事项

  (1)变频器不经常使用时,要隔断时间去给变频器充下电,同时电源电压要慢慢升高。变频器长期不使用,电解电容未充放电,易老化,电容容量下降,耐压下降,漏电严重。

  (2)变频器的电源输入输出端不能接反,否则可能烧坏变频器。

  (3)电磁波干扰。由于整流和变频,变频器中存在许多干扰。这些高频电磁波干扰了附近的仪器和仪器。所以,所有部件都应可靠接地。此外,所有电气元件、仪表和仪表之间应选择屏蔽控制电缆和屏蔽接地。

  (4)防止输入端过电压。逆变器的输入端往往有过电压保护,但输入端电压过高,逆变器的输入端会受到损坏。所以,在实际应用中,应采用变频器、单相或三相输入电压和变频器的额定电压。特别是电源电压极不稳定,是要有温度和压力的设备,否则会造成严重后果。

  (5)Earthing。变频器的正确接地是提高控制系统灵敏度和抑制噪声能力的重要手段。接地电阻越小,接地电阻越好。此外,变频器的接地必须与电源设备的位置分开,不能共用。

  (6)变频器散热引起的故障。散热不足,部件更易老化,损耗快。

  (7)在使用变频器时,导线、电缆连接电源、输出设备够长就行,而且要放直,千万别把多余的导线电缆打圈,否则会产生高频高次谐波。这经常会使漏电断电器跳闸,同时,电表走的会很快。所以,工业中,变频器和电表经常安置的尽量远,并且屏蔽电表。

  (8)停止变频器时,需先关闭变频器,再断电源。否则,变频器因为欠压故障而导致变频器烧坏。

  3.3 Lenze 8200 vector变频器

  本次毕业设计采用的是德国Lenze 8200 vector 变频器。

  订货号为 :E82EV 751 K 2 B000 XX VN 14。

  根据订货号,我们能够知道此变频器的一些参数(如下):[8]

  ①型号:E82EV

  ②功率:751=75*10(的一次方)=750W

  ③功能模块(选件):K 无功能块

  ④电压等级:2=240V

  ⑤硬件版本:VN

  ⑥软件版本:14

  一些常用术语说明:

  ①AIF:自动化接口:通讯模块的接口

  ②FIF:功能接口:功能模块的接口

  ③Cxxxx/y : 代码Cxxxx的子代码y(例C0410/3=代码C0410的子代码3)

  ④Xk/y:端子排Xk上的端子y(例X3/28=端子排X3上的端子28)

  考虑到在实际运行过载能力能提高到120%的情况,电源电压有多种接线方式,Lenze 8200 矢量

  变频器(具体针对E82EV751K2B000XXVN14型号)能够运行在 ①1/N/PE ;AC 100V

  -0%…..264V +0%;48Hz -0%……62Hz +0% ②3/PE;AC 100V -0%…..264V +0%;48Hz

  -0%……62Hz +0%两种情况下,具体的一些额定数据如下:

  型号E82EV751K2B000XXVN14

  电源接线方式1/N/PE3/PE

  主电源额定电流9.0A5.2A

  输出功率U,V,W1.6kVA

  输出功率0.75kW

  额定输出电流4.8A

  可持续60S输出的最大电流6.0A

  本次毕业设计采用的是1/N/PE电源接法,所以主电源额定电流为9.0A,输出功率(U V W)为1.6kVA,额定输出功率为0.75KW,额定输出电流为4.8A。

  具体实物图如下:

  两个选配的配件为:操作面板和端子面板。

  其具体显示功能说明如下:

  操作面板上的按钮说明如下:

  端子面板原理图如下:

  其具体端子功能定义作用说明如下:

  第四章 系统设计

  4.1 系统分析

  4.1.1 变频调速原理介绍

  由于异步电动机的同步转速n与电源频率f 、转速差s和电极 级对数p成如下物理关系:

  n=60 f(1-s)/p

  式中 n———异步电动机的转速;

  f———异步电动机的频率;

  s———电动机转差率;

  p———电动机极对数。

  从上公式能够看出,速度n与频率f成正比,只要f的频率改变,电机的转速就能够改变。当频率f在0~50赫兹范围内变化时,电机调速范围非常宽,即变频调速。变频器是通过改变电机的功率频率来调节电机的转速。

  4.1.2 实验设计原理分析

  实验设计原理图如下:

  设定转速 +

  本次毕业设计首先使用控制面板上的按键组合PLC PLC控制信号,然后慢跑三固定频率逆变器,三固定特定频率20Hz、30Hz,40hz。采用变频自动控制系统的方法,经过一定时间:采用PLC作为CPU(执行器),电位器的电压(模拟输入)到PLC的值作为设定电机的转速,PLC控制变频器的输出电压(模拟)(执行器)的输出频率控制三相鼠笼式异步电动机(对象)的运动速度。通过改变电涡流测功机改变电动机的负载转矩,从而改变电机的实际速度(提高或降低),实际速度的系统由电机电涡流测功机测量并转换成电压信号(反馈)到PLC,PLC设定速度和实际速度的比较操作,改变输出电压,输出为控制变频器,电机的实际转速也相应的改变(提高或降低),最终实现转速设定值系统。能够看出,这种自动控制方案是一种闭环反馈控制系统。

  4.2 硬件设计

  毕业设计的硬件的一些基本情况:

  PLC:西门子S7-300系列的314C-2 DP CPU,设计中使用了2个数字量输入,1个数字量输出,2个模拟量输入,一个模拟量输出。

  变频器:Lenze 8200矢量变频器,采用的是1/N/PE电源接法,主电源额定电流为9.0A,输出功率(U V W)为1.6kVA,额定输出功率为0.75KW,额定输出电流为4.8A。

  ③ 电机:西门子三相鼠笼式异步电动机,型号 DSO 100K 4,额定转速1500 rpm,额定电压230V/400V,额定电流4.8A/2.8A,额定功率1KW。本次毕业设计的电机采用△接法。

  系统硬件接线图

  (1)强电部分:本次毕业设计实验采用220V单相电交流电作为系统的输入电源。PLC方面依照PLC的电源模块L1,N,PE依次接好。变频器反面也是采用220V单相交流电源作为输入电源,变频器的具体电源接线图如下:

  端子排上的+UG、-UG、L3/N三个端子不接电源线。其它三个端子接线为:L1接电源火线,L2/N接零线,PE为接地端。

  (2)弱点部分:主要为PLC数字量、模拟量的输入输出,以及直流电源和接地线(分数字地和模拟地)。具体接线如下:

  (1)数字输入:

  ①I124.1———电机启动,接至控制面板上的SB1按钮;

  ②I124.2———电机停止,接至控制面板上的SB2按钮;

  ③I124.3———JOG选频按钮,接至控制面板上的SB3按钮;

  ④I124.4———JOG选频按钮,接至控制面板上的SB4按钮;

  (2)数字输出:

  ①Q124.1———JOG频率控制,接至变频器端子面板X3/E1端子上;

  ②Q124.2———JOG频率控制,接至变频器端子面板X3/E2端子上;

  ③Q124.3———变频器起启动/停止,接至变频器端子面板X3/28端子上;

  (3)模拟量输入:

  ①PIW752———设定转速(电压)输入端,接至点位器;

  ②PIW754———反馈转速(电压)输入端,接至电机负载转矩控制器的电压信号接

  口;

  (4)模拟量输出:

  ①PQW754———用于控制变频器的输出频率的电压信号,接至变频器端子面板

  上X1/1U端子上;

  (5)直流电源:

  ①电位器的电源取至于变频器的5V直流电源,接至变频器端子面板上X3/9端子上;

  ②PLC上两个数字量输入输出点24V 直流电源接至PLC电源模块的24V端子上;

  (6)接地线:

  ①数字地:PLC上四个数字量输入输出公共端接至PLC电源模块的接地端,再接至

  变频器的X3/7端子上;

  ②模拟地:个模拟量输入输出的接地端子都接至变频器的另一个X3/7端子上(注意两个X3/7接地要分开);

  (7)变频器的跳线器:

  由于本次毕业设计采用0-5V直流电源作为变频器的电压输入控制信号,同时使用

  的是X3/1U端子,所以跳线器A(7-9)取下,跳线器B(8-10)连接。

  4.3 软件设计

  4.3.1 创建项目

  当您创建项目时,双击桌面上的图标进入SIMATIC STEP7,窗口和弹出一个小窗口,用“7步wizart”的标题:“新项目”。

  单击[NEXT]按钮,在被cpu314-2dp新项目选择的CPU模块的模型。

  单击[NEXT]按钮选择需要生成的逻辑块。这里0b1作为主程序块。

  单击[NEXT]按钮并输入项目“电梯控制3”的名称。

  单击[FINISH]按钮并关闭窗口。

  单击菜单栏中的菜单项目的名称,在下拉菜单中选“Open”命令,会弹出标题为“Open Project”,的小窗口。在“User Projects”下选“Elevator control 3”,单击[OK]按忸生成项目,如下图:

  4.3.2 系统硬件组态

  硬件组态的任务就是在STEP7中成一个与实际的硬件系统完全相同的硬件系统。硬件组态的步骤:

  ①双击“Hardware”图标,进入硬件组态窗口;

  ②生成机架,在机架中放置电源、CPU、数量输入输出模块及模拟量输入输出模块:

  ③双击模块,在打开的对话框中设置模块的参数,包括模块的属性和DP主站和从站的参数,最后组态完成的完整机架如图:

  ④保存硬件设置。

  4.3.3 系统控制设计

  本次实验系统设计设计的控制部分仅为两个开关量(启动和停止),根据硬件设计部分的数字量地址分配情况,在0B1下编写以下程序:

  4.3.4 JOG固定频率选择

  4.3.5 数据处理设计

  为了整个程序文件的更加直观明了,创建一个FC1功能块:

  (1)实验设计最开始是通过电位器给PLC输入电压信号(模拟量、0-5V直流电源)作为电机的转速设定值,PLC采集电压信号后,需要转变成数字量。除此之外,为了使此电压信号转变为真正的设定转速,必须建立一个电压信号与设定转速的转换关系,具体关系如下:

  模拟量信号(V)模拟值(16进制)对应的10进制值对应的转速值(10进制)

  PIW75201016≈0rpm

  53620138561500rpm

  倍率为:13856÷1500=9.23733333

  读取电压信号:

  数据先转化为双整型,再转化为实数

  最后建立电压信号与设定转速的转换关系:

  程序中MD20即实际的设定转速。

  (2)然后是反馈电压信号的采集,涡流测功机会把转数以1000rpm等价于1V的直流电压

  信号输入给PLC。同样,PLC需要将此反馈的模拟电压信号转化为数字量,再经过一个电压信号与实际转速的变比关系把电压信号转化为实际的反馈转速。关系如下:

  模拟量信号(V)模拟值(16进制)对应的10进制值对应的转速值(10进制)

  PIW7541.3(计算所得)E8037121331rpm

  倍率为:3712÷1331= 2.800900

  (3)接着就是比较运算。设定转速(MD20)与反馈的实际转速(MD34)的比较运算。设定转速-反馈的实际转速=Δn1(MD38), Δn1÷5=Δn(MD42)。再Δn加给设定转速,运算后得出一个新的输出转速(MD46),这个输出转速会覆盖原有的电机转速,作为电机的实际转速。

  (4)在运算过程中,可能运算后的输出转速超过电机的额定转速(1450rpm),为此设计一个转速上限值防止电机超速运行。

  (5)最后需要将运算后的输出转速通过一个变比关系转化为电压信号(模拟值)输送给变

  频器,作为变频器频率的控制信号。变比关系的倍率也是9.23733333。

  4.4 分析比较

  通过观察变频器控制面板上的频率、涡流测功机上的面板显示和电机的转速变化,比较两种变频调速的设计方案,能够得知:

  ①在空载的情况下,手动控制相对自动控制能够快速且准确的达到设定的转速,但是可调的频率范围有限,是一些“频率点”(如20Hz、30Hz、40Hz),而自控控制是频率段。

  ②在带有负载的情况下(负载转矩不为0),自动控制相对手动控制能够快速且准确的达到设定的转速,主要是在反馈的作用下,PLC能够运算频率差值而控制并改变变频器的输出频率。手动控制由于无法反应电机负载,所以电机转速不能准确的达到设定转速。

  第五章 系统的调试

  5.1 硬件调试

  在220V交流电源不连接的前提下,用万用表检测跳变是否正确,接地线是否没有连接。逆变器与电机接线完成后,采用三角形接线法电机输入。PC/MPI编程电缆连接到计算机的USB端口,一端与PLC相连。打开“项目管理器”,在菜单栏中选择设置PG/PC接口,并弹出以下对话框:

  在“为使用的接口分配参数”中选择“PC Adapter(MPI)”,并查看其属性,具体设置如下:

  并在“本地连接”中选择连接到“USB”。选择工程项目,再点击工具栏中的“

  ”下载按纽,下载程序。下载程序后,程序能够从“停止”切换到“运行”以运行PLC。按SB1,滑动电位器,选择任何的潜力,且系统运行。电涡流测功机速度扭矩显示表的观察。

  5.2 软件模拟监控

  在系统运行的前提,点击工具栏中的“

  ”按纽,进行软件的模拟监控。会出现如下所示(某一瞬间的截图):

  控制程序:

  设定转速(1373.56rpm):

  实际转速(1319.58rpm):

  实际转速(测量)为(1322rpm):

  运算后输出的转速为(1384.35rpm):

  为了监控实验的转速误差精度,设计以下程序段:

  由监控可知,此时的转速误差为53.9808rpm,误差精度为3.93个百分点。

  至此PLC变频调速控制系统完成。

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