PLC與變頻器實現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)、任意轉(zhuǎn)速、停車急停

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)摘要隨著電氣工業(yè)的不斷發(fā)展，可編程控制器（PLC）、變頻器得以普及到人們生活、生產(chǎn)中，使電氣控制更加方便、簡潔、實用。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，具有大量的的開關(guān)量順序控制，要求按照邏輯條件進(jìn)行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行聯(lián)鎖保護(hù)動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集等。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司公開招標(biāo)，提出研制能夠取代繼電器的控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采

2、用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程控制器，成Programmable Controller（PC）。個人計算機(jī)（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC?，F(xiàn)今，PLC已經(jīng)具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點。可預(yù)見的將來，PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的主導(dǎo)地位，是其他控制技術(shù)無法求帶的。變頻器是把工頻電源（50Hz或60HZ）變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備。其中控制電路完

3、成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來說，有事還需要一個進(jìn)行轉(zhuǎn)矩運(yùn)算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。目錄引言-3第一章. PLC與變頻器實現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制1.1 設(shè)計要求-41.2 設(shè)計思路-41.3 設(shè)計目的-4第二章. 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)PLC設(shè)計2.1 梯形圖程序的設(shè)計方案-52.2 系統(tǒng)所需的電氣元件介紹-5第三章. 電動機(jī)控制要求實現(xiàn)3.1 PLC通過RS485通訊實現(xiàn)變頻調(diào)速-113.2 變頻器控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)-123.3 變頻器實現(xiàn)電機(jī)制動、急停-123.4

4、 實現(xiàn)電動機(jī)控制梯形圖程序-14第四章.注意事項4.1 安裝環(huán)境-164.2 電源接線-164.3 接地-164.4 直流24V接線端-174.5 輸入接線注意點-17結(jié)束語-18參考文獻(xiàn)-19評審意見表-20引言本課題設(shè)計：電動機(jī)要實現(xiàn)無級調(diào)速，可用變頻器控制，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，停車，急停也可由PLC控制變頻器實現(xiàn)。研究這一課題的目的和意義有以下幾點：1）、用PLC控制技術(shù)對電動機(jī)的控制電路實施改造，則具有普遍的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)意義；2）、提高電動機(jī)控制電路的穩(wěn)定性和自動化程度；3）、通過PLC改造后，可以延長電動機(jī)的使用壽命，還可以降低機(jī)床的故障、更加便于控制、方便維修等各種好處。采用PLC實現(xiàn)電動

5、機(jī)電氣控制時，繼電一接觸器系統(tǒng)中按鈕、速度繼電器為PLC的輸入設(shè)備，接觸器線圈及指示燈為PLC的輸出設(shè)備。經(jīng)過這樣處理后，僅需要8個輸入點，6個輸出點，又基于三菱的PLC在市場上被廣泛使用且價格便宜，適用于經(jīng)濟(jì)型的改造，因此，我選用三菱型號為FX1N-14MT的PLC。而根據(jù)電壓和功率要求，以及變頻器功能的不同，我選用了普傳PI9000變頻器。第一章. PLC與變頻器實現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制1.1設(shè)計要求1）對電機(jī)控制的實物了解，熟悉其工作原理。2）通過實物連線畫其相應(yīng)的電氣接線圖。3）通過原理圖對電機(jī)電氣部分進(jìn)行PLC的設(shè)計改造。4）對改造后進(jìn)行調(diào)試、改進(jìn)并畫出改造后的PLC接線圖。5）編寫說明書

6、設(shè)計小結(jié)。1.2設(shè)計思路通過對電機(jī)所有硬件部分接線方式的了解與認(rèn)識，從實際連線出發(fā)掌握電動機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理以及各機(jī)械部件的動作方式。然后按照其接線畫出相應(yīng)原理圖，并對其進(jìn)行注釋。對原理圖作進(jìn)一步的分析，將所有的機(jī)械動作原件（接觸器、繼電器、按鈕等）轉(zhuǎn)換成以PLC的軟件控制（即軟觸點換成硬觸點）。設(shè)計PLC的梯形圖，要求與原有電氣部分控制的工作原理相同。1.3設(shè)計目的在工業(yè)控制領(lǐng)域，為了實現(xiàn)弱電對強(qiáng)電的控制，使機(jī)械設(shè)備實現(xiàn)預(yù)期的要求，繼電器系統(tǒng)曾被廣泛使用并占主導(dǎo)地位。雖然它具有結(jié)構(gòu)簡單、易學(xué)易懂、價格便宜的優(yōu)點，但其控制過程是由硬件接線的方式實現(xiàn)的。如果某一個繼電器損壞，甚至僅僅是一對觸點

7、接觸不良，就可能造成系統(tǒng)的癱瘓，而故障的查找和排除又往往是困難的，需要花費很長時間。如果產(chǎn)品更新?lián)Q代，則需要改變整個系統(tǒng)的控制周期。第二章. 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)PLC設(shè)計2.1 梯形圖程序的設(shè)計方案電動機(jī)控制系統(tǒng)采用繼電一接觸器控制移植法設(shè)計梯形圖程序。（1）設(shè)置中間單元在梯形圖中，為簡化電路，多個線圈都受某一觸點串并聯(lián)電路的控制，在梯形圖中設(shè)置用該電路控制的中間繼電器。（2）設(shè)計梯形圖時以線圈為單位，分別考慮繼電器電路圖中每個線圈受到哪些觸點和電路的控制，然后畫出相應(yīng)的等效梯形圖電路。（3）外部聯(lián)鎖電路的設(shè)計在梯形圖中設(shè)置對應(yīng)的輸出繼電器的線圈串聯(lián)的常閉觸點組成的軟件互鎖外，還應(yīng)在PLC外部

8、設(shè)置硬件互鎖電路。2.2 系統(tǒng)所需的電氣元件介紹1）、可編程序控制器可編程控制器簡稱PC（英文全稱：Programmable Controller），它經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器PMC、可編程序順序控制器PSC、可編程序邏輯控制器PLC（英文全稱：Programmable Logic Controller）和可編程序控制器PC幾個不同時期。為與個人計算機(jī)（PC）相區(qū)別，現(xiàn)在仍然沿用可編程邏輯控制器這個老名字。1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)

9、算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計?！笨删幊炭刂破鞴ぷ髟鞵LC的工作原理就是無限循環(huán)掃描，掃描過程是，初始化處理；處理輸入信號階段；程序處理階段；處理輸出信號階段。掃描周期過程是T=（讀入一點時間*點數(shù)）+（運(yùn)算速度*程序步數(shù)）+故障診斷時間?？删幊绦蚩刂破鞯男阅埽?）工作環(huán)境，一般PLC的工作的溫度為0設(shè)施度到55設(shè)施度，最高為60設(shè)施度，存儲溫度為-

10、20設(shè)施度之+85設(shè)施度；相對溫度為5%95%。（空氣條件，周圍不能混有可然性，易爆性和腐蝕性氣體）（2）耐振動，沖擊性能強(qiáng)，一般PLC能承受振動和沖擊頻率為1055HZ，振幅為0.5mm加速度為2g，沖擊為10g（3）循環(huán)掃描，一周期掃描時間為10ms左右，因此PLC故障率低，不易壞，可靠性高。2）、變頻器變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器作用1、變頻節(jié)能 變頻器節(jié)

11、能主要表現(xiàn)在風(fēng)機(jī)、水泵的應(yīng)用上。為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機(jī)械在設(shè)計配用動力驅(qū)動時，都留有一定的富余量。當(dāng)電機(jī)不能在滿負(fù)荷下運(yùn)行時，除達(dá)到動力驅(qū)動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費。風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當(dāng)使用變頻調(diào)速時，如果流量要求減小，通過降低泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即可滿足要求。以上海正藝信息科技有限公司生產(chǎn)的變頻器應(yīng)用到風(fēng)機(jī)水泵型負(fù)載的節(jié)能的例子來說：一臺離心泵電機(jī)功率為55千瓦，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的4/5時，其耗電量為28.16千瓦，省電48.8，當(dāng)

12、轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的l2時，其耗電量為6.875千瓦，省電87.5。2、功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能 無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費嚴(yán)重，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，從而減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。3、軟啟動節(jié)能 電機(jī)硬啟動對電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會對電網(wǎng)容量要求過高，啟動時產(chǎn)生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大，對設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的

13、要求，延長了設(shè)備和閥門的使用壽命。節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費用。 PI9000配線框圖3）、熱繼電器熱繼電器是由流入熱元件的電流產(chǎn)生熱量，使有不同膨脹系數(shù)的雙金屬片發(fā)生形變，當(dāng)形變達(dá)到一定距離時，就推動連桿動作，使控制電路斷開，從而使接觸器失電，主電路斷開，實現(xiàn)電動機(jī)的過載保護(hù)。熱繼電器主要用來對異步電動機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)，作為電動機(jī)的過載保護(hù)元件，以其體積小，結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。4）、斷路器斷路器（英文名稱：circuit-breaker，circuit breaker）是指能夠關(guān)合、承載和開斷正常回路條件下的電流，并能關(guān)合、在規(guī)定的時間內(nèi)承載和開斷異常回路條件（包括短路條件）

14、下的電流的開關(guān)裝置。斷路器可用來分配電能，不頻繁地啟動異步電動機(jī)，對電源線路及電動機(jī)等實行保護(hù)，當(dāng)它們發(fā)生嚴(yán)重的過載或者短路及欠壓等故障時能自動切斷電路，其功能相當(dāng)于熔斷器式開關(guān)與過欠熱繼電器等的組合。而且在分?jǐn)喙收想娏骱笠话悴恍枰兏悴考Ｄ壳埃勋@得了廣泛的應(yīng)用。 斷路器按其使用范圍分為高壓斷路器，和低壓斷路器，高低壓界線劃分比較模糊，一般將3kV以上的稱為高壓電器。5）、交流接觸器接觸器(Contactor)是指工業(yè)電中利用線圈流過電流產(chǎn)生磁場，使觸頭閉合，以達(dá)到控制負(fù)載的電器。接觸器由電磁系統(tǒng)（鐵心，靜鐵心，電磁線圈）觸頭系統(tǒng)（常開觸頭和常閉觸頭）和滅弧裝置組成。其原理是當(dāng)接觸器的電

15、磁線圈通電后，會產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場，使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動觸頭動作：常閉觸頭斷開；常開觸頭閉合，兩者是聯(lián)動的。當(dāng)線圈斷電時，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸頭復(fù)原：常閉觸頭閉合；常開觸頭斷開。6）、5.5KW變頻電機(jī)對普通異步電動機(jī)來說，再設(shè)計時主要考慮的性能參數(shù)是過載能力、啟動性能、效率和功率因數(shù)。而變頻電動機(jī)，由于臨界轉(zhuǎn)差率反比于電源頻率，可以在臨界轉(zhuǎn)差率接近1時直接啟動，因此，過載能力和啟動性能不在需要過多考慮，而要解決的關(guān)鍵問題是如何改善電動機(jī)對非正弦波電源的適應(yīng)能力。7）、按鈕按鈕，是一種常用的控制電器元件，常用來接通或斷開“控制電路”（其中電流很?。?，從而達(dá)

16、到控制電動機(jī)或其他電氣設(shè)備運(yùn)行目的的一種開關(guān)。8）、RS485轉(zhuǎn)換器參數(shù)接口：符合EIA RS-232，RS-485，RS-422標(biāo)準(zhǔn)工作方式：異步傳輸，點對多點，2線半雙工，4線全雙工波特率：300bps，自動偵測串口信號速率方向控制：ADDC，自動判別和控制數(shù)據(jù)傳輸方向光電隔離：3000V環(huán)境指標(biāo)工作溫度：-20到60濕度：相對濕度5%到95%第三章.電動機(jī)控制要求實現(xiàn)3.1 PLC通過RS485實現(xiàn)變頻調(diào)速本方法是PLC主機(jī)上裝RS-485BD通訊適配器與變頻器的485PU口相連接（具體連接方式見附錄圖6所示），通過PLC和變頻器之間的RS485半雙工串行通訊來實現(xiàn)電動機(jī)的變頻調(diào)速。PL

17、C和變頻器之間的RS-485協(xié)議PLC和變頻器之間進(jìn)行通訊，通訊規(guī)格必須在變頻器的初始化中設(shè)定，如果沒有進(jìn)行設(shè)定或有一個錯誤的設(shè)定，數(shù)據(jù)將不能進(jìn)行通訊。且每次參數(shù)設(shè)定后，需復(fù)位變頻器。確保參數(shù)的設(shè)定生效。設(shè)定好參數(shù)后按如下協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊該過程分5個階段：1、計算機(jī)發(fā)出通訊請求；2、變頻器處理等待；3、變頻器作出應(yīng)答；4、計算機(jī)處理等待；5、計算機(jī)作出應(yīng)答。根據(jù)不同的通訊要求完成相應(yīng)的過程，如寫變頻器啟、?？刂泼顣r則只需完成1-3三個過程；監(jiān)視變頻器運(yùn)行頻率時則需完成1-5五個過程。不論是寫數(shù)據(jù)還是讀數(shù)據(jù)，均有PLC發(fā)出請求，變頻器只是被動接受請求并作出應(yīng)答。每個階段的數(shù)據(jù)格式均有差別?，F(xiàn)只

18、列出較為常用的三種格式：要實現(xiàn)PLC對變頻器的通訊控制，必須對PLC進(jìn)行編程;通過程序?qū)崿F(xiàn)PLC對變頻器的各種運(yùn)行控制和數(shù)據(jù)的采集。PLC程序首先應(yīng)完成FX2N-485BD通訊適配器的初始化、控制命令字的組合、代碼轉(zhuǎn)換和變頻器應(yīng)答數(shù)據(jù)的處理工作。3.2 變頻器控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)由于選擇采用PLC控制變頻器實現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，根據(jù)PI9000的功能，可以通過更改參數(shù)，而不改變電機(jī)接線實現(xiàn)改變電機(jī)正反轉(zhuǎn)向的目的，其作用相當(dāng)于調(diào)整電機(jī)（U、V、W）任意兩條線實現(xiàn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的轉(zhuǎn)換。3.3 變頻器實現(xiàn)電機(jī)制動、急停PI9000啟停控制組DC起始頻率：減速停機(jī)過程中，當(dāng)運(yùn)行頻率降低到該頻率時，開始直流制動

19、過程。DC等待時間：在運(yùn)行頻率降低到停機(jī)直流制動起始頻率后，變頻器線停止輸出一段時間，然后再開始直流制動過程。用于防止在較高速度時開始制動可能引起的過流等故障。停機(jī)制動電流：之直流制動時的輸出電流，相對電機(jī)額定電流的百分比。此值越大則直流制動效果越強(qiáng)，但是電機(jī)和變頻器的發(fā)熱越大。停機(jī)制動時間：直流制動量保持的時間。此值為0則直流制動過程被取消。停機(jī)直流制動過程如下圖所示。停機(jī)直流制動示意圖3.4 實現(xiàn)電機(jī)控制梯形圖程第四章.注意事項4.1 安裝環(huán)境PLC適用于大多數(shù)工業(yè)現(xiàn)場，但它對使用場合、環(huán)境溫度等還是有一定要求。控制PLC的工作環(huán)境，可以有效的提高它的工作效率和壽命。在安裝PLC時，要避開

20、下列場所：（1）環(huán)境溫度超過050的范圍；（2）相對濕度超過85%或者存在露水凝聚（由溫度突變或其他因素所引起的）；（3）太陽光直接照射；（4）有腐蝕和易燃的氣體，例如氯化氫、硫化氫等；（5）有大量鐵屑及灰塵；（6）頻繁或連續(xù)的振動，振動頻率為1055Hz、幅度為0.5mm（峰峰）；（7）超過10g（重力加速度）的沖擊。4.2 電源接線PLC供電電源為50Hz、220V10%的交流電。FX1N系列可編程控制器有直流24V輸出接線端。該接線端可為輸入傳感（如光電開關(guān)或接近開關(guān)）提供直流24V電源。如果電源發(fā)生故障，中斷時間少于10ms，PLC工作不受影響。若電源中斷超過10ms或電源下降超過允許

21、值，則PLC停止工作，所有的輸出點均同時斷開。當(dāng)電源恢復(fù)時，若RUN輸入接通，則操作自動進(jìn)行。對于電源線來的干擾，PLC本身具有足夠的抵制能力。如果電源干擾特別嚴(yán)重，可以安裝一個變比為1:1的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾。4.3 接地良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。接地線與機(jī)器的接地端相接，基本單元接地。如果要用擴(kuò)展單元，其接地點應(yīng)與基本單元的接地點接在一起。為了抑制加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應(yīng)給可編程控制器接上專用地線，接地點應(yīng)與動力設(shè)備（如電機(jī)）的接地點分開。若達(dá)不到這種要求，也必須做到與其他設(shè)備公共接地，禁止與其他設(shè)備串聯(lián)接地。接地

22、點應(yīng)盡可能靠近PLC。4.4 直流24V接線端使用無源觸點的輸入器件時，PLC內(nèi)部24V電源通過輸入器件向輸入端提供每點7mA的電流。PLC上的24V接線端子，還可以向外部傳感器（如接近開關(guān)或光電開關(guān)）提供電流。24V端子作傳感器電源時，COM端子是直流24V地端。如果采用擴(kuò)展單元，則應(yīng)將基本單元和擴(kuò)展單元的24V端連接起來。另外，任何外部電源不能接到這個端子。如果發(fā)生過載現(xiàn)象，電壓將自動跌落，該點輸入對可編程控制器不起作用。每種型號的PLC的輸入點數(shù)量是有規(guī)定的。對每一個尚未使用的輸入點，它不耗電，因此在這種情況下，24V電源端子向外供電流的能力可以增加。 FX1N系列PLC的空位端子，在任何情況下都不能使用。4.5 輸入接線注意點（1）輸入接線一般不要超過30m。但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時，輸入接線可適當(dāng)長些。 （2）輸入、輸出線不能用同一根電纜，輸入、輸出線要分開。 （3）可編程控制器所能接受的脈沖信號的寬度，應(yīng)大于掃描周期的時間。結(jié)束語通過一周的課程設(shè)計我收獲了很多，通過自己動手可以把以前學(xué)過的理論知識和實踐結(jié)合在一起，實現(xiàn)學(xué)以致用，簡單的課設(shè)體現(xiàn)著大道理。課設(shè)的題目是PLC與變頻器實現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制，雖然實習(xí)內(nèi)容看似并不是很難，和老師平時經(jīng)常講的電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制差不多，但是