PLC变频器的课程设计.docx

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PLC变频器的课程设计

　目录

第一章调速系统总体方案设计2

第二章松下VFO变频器工作模式及控制方式2

2.1变频器工作模式及控制方式介绍2

2.2变频器的控制方式分类4

2.2.1U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式4

2.2.2电压空间矢量（SVPWM）控制方式4

2.2.3矢量控制（VC）方式4

2.2.4直接转矩控制（DTC）方式5

2.2.5矩阵式交—交控制方式5

第三章PLC控制电动机在8个频率段进行时，电动机转速变化曲线6

第四章PLC的选择、程序、及地址分配7

4.1PLC的选择7

4.1.1基本性能7

4.1.2特殊功能7

4.2PLC的I/O地址分配7

4.3PLC的语句表8

4.4PLC及控制电路的接线9

第五章课程设计总结10

参考文献11

第一章调速系统总体方案设计

本系统的结构如图所示。

图１

由图可知，本文通过PLC控制变频器达到变频调速的目的，从而实现交流电机的正反转、起停、加速、减速控制以及速度的调节，并且能够在在控制台

上进行操作，控制电机调速。

第二章松下VFO变频器工作模式及控制方式

2.1变频器工作模式及控制方式介绍

　VFO超小型变频器有内部运行和外部运行两种工作模式。

内部工作模式由操作面板上的各种控制键实现变频器频率的设定和运行、停止以及正、反转控制。

外部运行模式用连接在1、2、3端子上的外部电位器设定变频器的频率以及用连接在5、6与3之间的开关闭合、断开来控制变频器的运行、停止和正反转。

下表2.1为松下VF0变频器工作模式及控制方式

变频器控制方式

高载波频率正弦波PWM控制（V/f控制）

载波频率

可选择9种（12.5、15.0Hz必须降低输出电流）

0.8、1.1、1.6，2.5、5.0、7.5、10.0、12.5、15.0Hz）

运行

运行、停止

操作面板上的键或1a接点信号（可设定待机时间）

正传、反转

操作面板上的键或1a接点信号（可设定禁止反转）

点动运行

运行频率：

0.5－250Hz可任意设定

加速时间和减速时间：

0.04－999秒改变任意设定

停止模式

减速停止，惯性停止（选择切换）

复位功能

停止信号复位，外部复位，操作面板复位（可设定），电源复位

停止频率

0.5－60Hz任意设定

瞬时停止再次启动功能

有些功能/无此功能以及0Hz再次启动，运行频率再次

启动（选择切换）

再试行功能

再试行选择：

有此功能/无此功能以及再试行异常内容

选择再试行次数：

1－10次任意设定

控制

频率设定信号

面板前设定：

电位器、数字设定（操作面板）

遥控模拟设定信号：

电位器（10k

1/4W以上）

0-5V,0-10V

4-200mA（200

连接1/4W以上的外部电阻）

遥控数字设定信号：

PWM信号（信号周期：

0.9-1100ms）

频率上升SW，降低SW,存储SW信号

电压/频率特性

基底频率：

50、60Hz固定设定和45-250任意设定

V/F曲线：

固定力矩，降低力矩型式（选择切换）

第2电压/频率性

基底频率：

45－250Hz任意设定

力矩提升

0－40％任意设定

第2力矩提升

0－40％任意设定

加速、减速时间

0.04－9999秒（加速、减速个别设定）

加速、减速特性

直线

第2加速、减速

0.1－999秒（加速、减速个别设定）

2.2变频器的控制方式分类

低压通用变频输出电压为380～650V，输出功率为0.75～400kW，工作频率为0～400Hz，它的主电路都采用交—直—交电路。

其控制方式经历了以下五代。

2.2.1U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式

其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。

但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。

另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。

2.2.2电压空间矢量（SVPWM）控制方式

它是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。

经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。

但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。

2.2.3矢量控制（VC）方式

矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相－二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。

其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。

通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。

然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。

2.2.4直接转矩控制（DTC）方式

直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。

它不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。

2.2.5矩阵式交—交控制方式

由于矩阵式交－交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。

它能实现功率因数为l，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。

该技术目前虽尚未成熟，但仍吸引着众多的学者深入研究。

其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现的。

具体方法是：

——控制定子磁链引入定子磁链观测器，实现无速度传感器方式；

——自动识别（ID）依靠精确的电机数学模型，对电机参数自动识别；

——算出实际值对应定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量等算出实际的转矩、定子磁链、转子速度进行实时控制；

——实现BandBand控制按磁链和转矩的Band－Band控制产生PWM信号，对逆变器开关状态进行控制。

第三章PLC控制电动机在8个频率段进行时，电动机转速变化曲线

图31速为50Hz，2－8速频率为出厂数据的情况。

作为本功能，1个开关输入时为2段速，2个开关输入时为4段速。

第四章PLC的选择、程序、及地址分配

4.1PLC的选择

4.1.1基本性能

处理速度：

基本指令0.1μs；特殊指令0.3μs；

I/O容量：

最多7个扩展单元，开关量最大320点，模拟量最大37路

程序容量：

20K步；

数据容量：

32K字；

机型类别：

本体40点，24点输入，16点输出，继电器输出或晶体管输出可选；

4.1.2特殊功能

4轴脉冲输出：

100kHz×2和30kHz×2（X型和XA型），最大1MHz（Y型）；

4轴高速计数：

单向100kHz或相位差50kHz×4（X型和XA型）最大1MHz

内置模拟量：

4输入，2输出（XA型）；

4.1.3通信功能

通信接口：

最大2个串行通信口（RS-232A或RS-422/485任选）；本体附带一个USB编程端口；

通信功能：

上位链接、无协议通信、NT链接（1:

N）、串行网关功能、串行PLC链接功能、Modbus-RTU简易主站；

4.1.4其他功能

4-1模拟量输入手动设定；2位7段码发光二极管显示故障信息；

支持欧姆龙中型机CJ1系列高功能模块（最大2块）；

支持FB/ST编程，可以利用欧姆龙的SmartFB库，与CJ1/CS1系列程序统一，可以互换。

4.2PLC的I/O地址分配

PLC模拟量信号输出端接入变频器2，3端子。

控制其输出频率。

PLC输出地址100.00接端子5，对应的地址COM接端子3，控制其运行。

PLC输出地址100.01接端子6，对应的地址COM接端子3。

控制其旋转方向。

图4.2变频器控制端接线

4.3PLC的语句表

LD0.00

ORW200.00

ANDNOT0.02

ANDNOT0.01

OUTW200.00

LDW200.00

ORW200.13

TIM0000#30

LDT0000

TIM0001#200

TIM0002#100

ANDNOTT0002

OUTW200.03

LDT0002

TIM0003#100

TIM0004#50

ANDNOTT0003

OUTW200.02

LDT0004

OUTTR0

ANDNOTT0005

OUTW200.01

LDTR0

TIM0005#50

LDT0001

OUTTR0

TIM0006#200

ANDNOTT0006

OUTW200.04

LDTR0

TIM0007#100

TIM0008#50

LDT0007

OUTTR0

ANDNOTT0009

OUTW200.05

LDTR0

TIM0009#100

LDT0008

OUTTR0

ANDNOTT0010

OUTW200.06

LDTR0

TIM0010#50

LDT0007

TIM0011#50

LDT0011

OUTTR0

ANDNOTT0012

OUTW200.07

LDTR0

TIM0012#50

LDT0001

TIM0013#50

LDW200.03

ORW200.01

ORW200.06

ORW200.07

OUT100.00

LDW200.02

ORW200.05

OUT100.01

LDW200.04

OUT100.02

LDT0013

OUTW200.13

4.4PLC及控制电路的接线

图４．３

第五章课程设计总结

通过一周的PLC控制电动机在8个频率段的变速运行的课程设计，我了解了变频器和PLC的工作原理，并且学会运用变频器和PLC同时控制电动机的的控制。

本次课程设计，学到了很多实际的东西，动手能力得到了和很大的提高，

也增强了同学之间的团队意识。

总的来说这次实训还是不简单的，遇到问题的时候需要让你主动去翻书，复习这些学过的知识。

实践是学习的最好方法——通过实践去检验自己的知识，作为一名电气专业的学生，通过本次课程的设计，对电气原理图的了解有了更深刻的认识，知道它的重要性。

在这个过程当中查找资料也是一件繁琐的事情，虽说网上有资料但要找到一些真正有用的资料也不是一件容易的事情，需要耐心查找。

遇到难点的时候翻书，对照例子提取精华。

一个流程图无论多么复杂，都可以通过拆分的形式，成功的调试。

对于简单的流程图可以用顺序设计，也是一种固定的格式，只要按照它的格式就可以写出正确的程序，它的优点可以说易懂，调理清晰。

总之，通过本次实习，更加体会到PLC的可靠性高，抗干扰能力强，通用性强，控制程序可变，使用方便等优点。

更加熟悉了西门子编程软件的使用方法与各种基本指令。

实现了理论和实践相结合，从中更懂得理论是实践的基础，实践又能检验理论的正确性，让我受益匪浅，对我以后工作遇到问题或者继续学习将会产生巨大的帮助和影响。

参考文献

VF0使用手册（单相200V用）．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．松下公司

CP1H操作手册．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．欧姆龙公司

CP1H编程手册．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．欧姆龙公司

可编程序控制器逻辑控制案例．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．戴一平（著）