《自动化创新设计》实验报告.docx
《《自动化创新设计》实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《自动化创新设计》实验报告.docx（37页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
《自动化创新设计》实验报告
《自动化创新设计实验》实验报告
单位______________________
班级______________________
学号______________________
姓名______________________
实验组____________________
实验日期__________________
实验一变频器控制电机单向运行（2节）
一、实验目的
1、掌握变频器的工作模式、电机运行参数设定的操作方法。
2、掌握变频器控制电机的连接方法。
3、掌握变频器PU运行模式的操作方法。
二、实验器材及工具
序号
名称
型号
数量
序号
名称
型号
数量
1
改刀
一字、十字
5
8
三极断路器
DZ47-60/D16
1
2
尖嘴钳
2
9
漏电保护器
NM1LE-100S
1
3
手虎钳
1
10
变频器
FR-E700
1
4
剥线钳
1
11
熔断器及熔管
RT28N-32X
4
5
万用表
DT2025
1
12
2
6
按钮
NP2
2
13
7
小型继电器
2
14
三、实验内容和原理
1、变频器PU模式控制电机的控制电路
图1-1变频器PU运行模式控制电机电路原理图
变频器的R/L1、S/L2、T/L3为三相电源输入端。
U、V、W外接三相电机。
由KA、SB1、SB2组成继电器自锁电路，可实现变频器的欠压、失压保护。
按下SB2时，KA通电自锁，变频器通电，可对变频器进行操作。
由于KA电磁线圈的工作电压是交流24V，因此需要变压器变压后给KA供电。
A、B、C为变频器工作异常的信号输出端。
当变频器工作正常时，B-C端闭合，A-C端断开；当变频器工作异常时，B-C端断开，A-C端闭合。
达到保护变频器的目的。
操作控制面板上的RUN按键启动电机。
操作控制面板上的STOP按键使电机停转。
由M旋钮调节频率（电机转速）。
图1-2变频器PU模式控制电机电路接线图
2、变频器的PU运行模式的设定（Pr79-0、1）
表1-1运行模式（Pr.79）的参数设定说明
图1-3PU运行模式设定示意图
3、电机运行参数设定
设定电机启动时的提升转矩（Pr.0）、设定电机运行时的上限频率（Pr.1）。
设定电机运行时的下限频率（Pr.2）、设定电机运行时的基准频率（Pr.3）。
设定电机的加速时间（Pr.7）、设定电机的减速时间（Pr.8）。
设定电机的过电流保护（Pr.9）、
（1）设定电机启动时的提升转矩（Pr.0），用于V/F控制
图1-4转矩提升设定示意图
（2）设定电机运行时的上限频率（Pr.1）。
图1-5上限频率设定示意图
（3）设定电机运行时的下限频率（Pr.2）。
设定方法与上限频率设定方法相同。
下限频率的初始值是0HZ，变更为10HZ。
（4）设定电机运行时的基准频率（Pr.3）。
图1-5基准频率设定示意图
（5）设定电机的加速时间（Pr.7）和电机的减速时间（Pr.8）。
图1-6电机加减速时间设定示意图
由于采用250W三相异步电机，因此加减速时间设为2～3S。
（6）设定电机的过电流保护（Pr.9）
图1-7电机过电流保护设定示意图
说明：
由于电机在低于基频运行时，为保证转矩不至下降，需要增大电机电压。
电机工作时间一长会导致电机温升过高。
因此，需要设置正确的过电流保护。
250W的三相异步电机的额定电流是A。
过电流保护的设定值可设为1～1.5A。
4、监视输出频率、电流和电压
在电机运行中，可以通过按SET键来切换输出频率、电流和电压的监视器显示。
具体操作如下所示。
5、参数清除
实验完毕后，执行参数清除操作，使变频器的工作参数恢复为初始值。
具体操作如下所示。
四、实验要求和步骤
1、要求
按照图1-2正确进行变频器控制电路的连接。
正确掌握变频器的参数设置。
观查实验结果。
解答思考题，书写实验结果报告。
2、步骤
（1）第1步，先按照图1-2进行电路连接。
经检查无误后可通电按下SB2，使变频器工作。
（2）第2步，设定变频器的运行模式为Pr.79-0、1。
设定电机的运行参数。
（3）第3步，按下变频器操作面板上的RUN键，使电机启动。
通过M旋钮调节频率，通过监视屏幕显示频率、电流、电压和电机的运行状况。
记下所观察的实验结果。
（4）第4步，实验完毕后按下变频器操作面板上的STOP键使电机停转，然后清除变频器的参数，使其恢复到初始值。
（5）第5步，按下SB1使变频器断电停止工作。
拆卸电路。
五、思考题和实验结果
1、当变频器不能执行对参数清除操作是什么原因造成的？
2、当Pr.161设置为“10或11”，然后按住MODE键2S左右，会有什么结果？
3、实验结果分析和实验过程体会
实验二变频器控制电机正反转（2节）
一、实验目的
1、掌握变频器控制三相异步电机正反转的控制电路工作原理和接线方法。
2、掌握变频器通用磁通矢量控制和离线自动调谐设定方法。
二、实验器材及工具
序号
名称
型号
数量
序号
名称
型号
数量
1
改刀
一字、十字
5
8
三极断路器
DZ47-60/D16
1
2
尖嘴钳
2
9
漏电保护器
NM1LE-100S
1
3
手虎钳
1
10
变频器
FR-E700
1
4
剥线钳
1
11
熔断器及熔管
RT28N-32X
4
5
万用表
DT2025
1
12
2
6
按钮
NP2
2
13
7
小型继电器
3
14
三、实验内容和原理
1、变频器控制三相异步电机正反转电路
图2-1变频器控制三相异步电机正反转的控制电路原理图
图2-2变频器控制三相异步电机正反转的控制电路接线图
2、变频器的运行模式的设定（Pr79-3）
把变频器的运行模式设定为Pr79-3模式。
3、通用磁通矢量控制的设定
（1）通用磁通矢量控制的基本原理
通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。
具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量（励磁电流）和产生转矩的电流分量（转矩电流）分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。
矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。
基于转差频率控制的矢量控制方式同样是在进行U/f＝恒定控制的基础上，通过检测异步电动机的实际速度n，并得到对应的控制频率f，然后根据希望得到的转矩，分别控制定子电流矢量及两个分量间的相位，对通用变频器的输出频率f进行控制的。
基于转差频率控制的矢量控制方式的最大特点是，可以消除动态过程中转矩电流的波动，从而提高了通用变频器的动态性能。
早期的矢量控制通用变频器基本上都是采用的基于转差频率控制的矢量控制方式。
无速度传感器的矢量控制方式是基于磁场定向控制理论发展而来的。
实现精确的磁场定向矢量控制需要在异步电动机内安装磁通检测装置，要在异步电动机内安装磁通检测装置是很困难的，但人们发现，即使不在异步电动机中直接安装磁通检测装置，也可以在通用变频器内部得到与磁通相应的量，并由此得到了所谓的无速度传感器的矢量控制方式。
它的基本控制思想是根据输入的电动机的铭牌参数，按照一定的关系式分别对作为基本控制量的励磁电流（或者磁通）和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组上的电压的频率使励磁电流（或者磁通）和转矩电流的指令值和检测值达到一致，并输出转矩，从而实现矢量控制。
采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。
由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数，有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器，并需使用厂商指定的变频器专用电动机进行控制，否则难以达到理想的控制效果。
目前新型矢量控制通用变频器中已经具备异步电动机参数自动辨识、自适应功能，带有这种功能的通用变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。
（2）先进磁通矢量控制
先进磁通矢量控制是通用磁通矢量控制的改进方式，可以使变频器实现更高的驱动性能！
在0.5Hz情况下，使用先进磁通矢量控制模式可以使转矩提高到200%（3.7KW以下）。
先进磁通矢量控制最适合用在低速度高转矩的场合，比如控制自动仓储系统中的叉车等。
（3）通用矢量控制的设定
图2-3通用磁通矢量控制的设定步骤
4、离线自动调谐
这是三菱独创的功能。
可以在电机不运转的情况下自动计算出电机常数，在运行时最大限度的发挥电机的性能。
离线自动调谐的操作步骤如下所示。
四、实验要求和步骤
1、要求
按照图1-2正确进行变频器控制电路的连接。
正确掌握变频器的参数设置。
观查实验结果。
解答思考题，书写实验结果报告。
2、步骤
（1）第1步，先按照图2-2进行电路连接。
经检查无误后可通电按下SB1，使变频器工作。
（2）第2步，设定变频器的运行模式为Pr.79-3。
（3）第3步，进行通用磁通矢量控制的设定。
（4）第4步，进行离线自动调谐操作。
（5）第5步，分别按下SB4、SB5使电机通电正反转（正反转切换时，需要按下SB3），通过M旋钮调节频率，通过监视屏幕显示频率、电流、电压和电机的运行状况。
记下所观察的实验结果。
（6）第6步，实验完毕后按下SB3使电机停转，然后清除变频器的参数，使其恢复到初始值。
（7）第7步，按下SB2使变频器断电停止工作。
操作QF1切断电源，拆卸电路。
五、思考题和实验结果
1、如何进行先进磁能矢量控制的设定？
2、对于一台转速为960r/min的三相异步电机，它的同步转速和磁极数应是多少？
3、实验结果分析和实验过程体会
实验三PLC和变频器控制电机变频调速运行（4节）
一、实验目的
1、掌握PLC和变频器控制三相异步电机正反转调速的控制电路工作原理和接线方法。
2、掌握PLC编程控制变频器的方法
3、掌握变频器先进磁通矢量控制，熟悉离线自动调谐设定方法。
二、实验器材及工具
序号
名称
型号
数量
序号
名称
型号
数量
1
改刀
一字、十字
5
8
三极断路器
DZ47-60/D16
1
2
尖嘴钳
2
9
漏电保护器
NM1LE-100S
1
3
手虎钳
1
10
变频器
FR-E700
1
4
剥线钳
1
11
熔断器及熔管
RT28N-32X
4
5
万用表
DT2025
1
12
PLC
FX1S-30MR
2
6
按钮
NP2
2
13
7
小型继电器
3
14
三、实验内容和原理
1、控制电路及工作原理
见图3-1所示，变频器的RH、RM、RL为多段调速控制输入端。
分别由PLC的Y3～Y5输出端控制。
变频器的正反转控制输入端，分别由PLC的Y1、Y2输出端控制。
变频器的SD端与PLC的COM1、COM2连接。
X0～X7接收外部的按钮指令信号。
HL1～HL7为工作方式指示灯。
表3-1PLC的部分输入和输出端的用途
输入端
输出端
名称
外部
用途
名称
外部
用途
X0
SB3
停止
Y6
HL1
自动模式指示
X1
SB4
自动模式
Y7
HL2
手动模式指示
X2
SB5
手动模式
Y10
HL3
正转指示
X3
SB6
正转
Y11
HL4
反转指示
X4
SB7
反转
Y12
HL5
高速指示
X5
SB8
高速
Y13
HL6
中速指示
X6
SB9
中速
Y14
HL7
低速指示
X7
SB10
低速
图3-1PLC和变频器控制三相异步电机正反转调速控制电路原理图
按下SB4后，系统进入自动工作模式，无需手工干预，系统控制电机自动运行。
HL1指示灯同时点亮。
其工作过程如下：
电机低速正转10S→电机中速正转10S→电机高速正转10S→电机低速反转10S→电机中速反转10S→电机高速反转10S→停车。
在自动工作模式下，除停止按钮SB3可起作用外，其余按钮均不起作用。
按下SB5后，系统进入手动工作模式，HL2指示灯同时点亮。
此时需要手工操作控制按钮来控制电机的运行状态。
手动工作模式时，SB4按钮不起作用。
当按下SB6，再按下SB8后，电机进入高速正转工作状态。
相应地，正转指示灯和高速指示灯同时点亮。
此时按下其它按钮可切换电机的工作状态，如果按下SB9，电机切换到中速正转工作状态。
如果按下SB10，电机切换低速正转工作状态。
如果按下SB7，电机切换到高速反转工作状态。
如果再按下SB9，电机切换到中速反转工作状态。
按下SB3，电机停转。
电机高速旋转时的工作频率是50HZ。
中速旋转时的工作频率是20HZ。
低速旋转时的工作频率是1HZ。
2、变频器的设置
（1）先进磁通矢量控制
（2）自动离线调谐
参考实验2的说明。
（3）工作模式和频率设置
第一步，将变频器的工作模式设置为Pr79-2（外部运行模式）或Pr79-2（组合模式1）。
第二步，设置变频器的基准频率为50HZ（Pr3）。
第三步，设置变频器的高速频率为50HZ（Pr4）。
第四步，设置变频器的中速频率为20HZ（Pr5）。
第五步，设置变频器的低速频率为1HZ（Pr6）。
3、PLC控制程序
表1PLC的I/O分配
输入信号
输入点
输出信号
输出点
停止按钮SB3
X0
正转控制输出信号
Y1
自动工作模式SB4
X1
反转控制输出信号
Y2
手动工作模式SB5
X2
高速控制输出信号
Y3
手动正转按钮SB6
X3
中速控制输出信号
Y4
手动反转按钮SB7
X4
低速控制输出信号
Y5
高速运转按钮SB8
X5
自动工作模式指示
Y6
中速运转按钮SB9
X6
手动工作模式指示
Y7
低速运转按钮SB10
X7
电机正转运行指示
Y10
电机反转运行指示
Y11
电机高速运行指示
Y12
电机中速运行指示
Y13
电机低速运行指示
Y14
程序清单如下（SFC）：
四、实验要求和步骤
1、要求
正确进行变频器控制电路的连接，正确进行变频器的参数设置，正确编写PLC控制程序。
观查实验结果，解答思考题，书写实验报告。
2、步骤
第1步，按照图3-2进行电路连接。
然后操作QF1和QF2，并按下SB1使PLC和变频器
通电工作。
第2步，设定变频器的运行模式为Pr.79-2或Pr.79-3。
第3步，设定变频器的基准频率、高速、中速、低速频率。
第4步，进行先进磁通矢量控制的设定。
第5步，进行离线自动调谐操作。
第6步，按下SB4使电机处于自动运行模式，观查电机和指示灯的运行情况，通过监视
屏幕显示频率、电流、电压和电机的运行状况和运行时间。
记下所观察的实验
结果。
第7步，按下SB5使电机处于手动运行模式，分别按下SB6～SB10，观查电机和指示
灯的运行情况，通过监视屏幕显示频率、电流、电压和电机的运行状况和运行
时间。
记下所观察的实验结果。
最后按下SB3使电机停转。
第8步，清除变频器的参数，使其恢复到初始值。
按下SB2使变频器断电停止工作。
操
作QF1和QF2切断电源，拆卸电路。
五、思考题和实验结果
1、如何进行变频器的七段速度设定和控制？
3、实验结果分析和实验过程体会
实验四滚筒式洗衣机控制系统设计（4节）
一、实验目的
1、掌握电气控制系统的设计方法。
2、掌握PLC或单片机的编程方法。
3、掌握变频器的参数设定方法。
二、实验器材及工具
自定。
三、实验原理
1、滚筒式洗衣机简介
主要由不锈钢内筒、外筒、电机、支撑机构、传动机构、程序控制系统等组成。
滚筒式洗衣机有家用和工业用两类。
洗涤原理：
模仿棒锤击打衣物原理设计，利用电动机的机械做功使滚筒旋转，衣物在滚筒中不断地被提升摔下，再提升再摔下，做重复运动，加上洗衣粉和水的共同作用使衣物洗涤干净。
优点：
衣物无缠绕、洗涤均匀、磨损小，可洗涤羊绒、羊毛、真丝等衣物。
利用加热激活洗衣粉中的活性酶，充分发挥出洗衣粉的去污效能。
由于用水量较小，可以在桶内形成高浓度洗衣液，在节水的情况下带来理想的洗衣效果。
缺点：
耗时长，时间是波轮式洗衣机的几倍，而且一旦关上门，洗衣过程中无法打开；耗电量大、结构复杂、机身过重、洗净度不高。
2、控制要求
（1）水位开关用于检测滚筒内的水位高度。
高水位开关用于控制进水，低水位开关用于控制排水。
进水时，当水位高度上升到一定值时，高水位开关处于闭合状态，系统停止进水。
排水时，当水位高度下降到一定值时，低水位开关处于断开状态，系统开始脱水并继续排水。
实验中用行程开关代替水位开关。
（2）洗涤和漂洗时，电机低速运行，脱水时，电机高速运行。
（3）进水电磁阀用于控制进水，进水电磁阀通电时，阀门打开可以进水；进水电磁阀断电时，阀门关闭禁止进水。
排水电磁阀用于控制排水，排水电磁阀通电时，阀门打开可以排水；排水电磁阀断电时，阀门关闭禁止排水。
进水电磁阀和排水电磁阀不能同时通电工作。
进排水电磁阀分别受高水位和低水位开关控制。
（4）指示灯用于工作状态。
系统有进水、洗涤、漂洗、排水、脱水等五种工作状态。
（5）系统的工作过程：
系统启动开始进水→水位上升到指定高度停止进水→洗涤正转30S→暂停3S→洗涤反转30S→暂停3S（反复循环）→洗涤5min后停止洗涤→开始排水→水位下降到指定高度开始脱水→脱水1min后停止脱排水（脱水过程不停止排水）→开始进水→水位上升到指定高度停止进水→漂洗正转15S→暂停3S→漂洗反转15S→暂停3S（反复循环）→洗涤2min后停止漂洗→开始排水→水位下降到指定高度开始脱水→脱水1min后停止脱排水→重复进行漂洗3次后完成整个洗衣过程。
3、方案一：
采用PLC+变频器+继电器+三相（单相）异步电机。
（1）变频器控制电机的正反转和速度。
电机高速运行的频率为40～50HZ。
电机低速运行的频率不超过20HZ。
变频器设为先进磁通矢量控制方式。
（2）PLC编程，建议采用SFC编程方式。
图4-1基于PLC和变频器的滚筒式洗衣机控制系统组成（参考）
4、方案二：
采用单片机+驱动电路+继电器+（交流、直流）电机
图4-2基于单片机的滚筒式洗衣机控制系统组成（参考）
四、实验步骤和要求
两个方案任选一个进行实验。
1、方案一
（1）设计控制电路，在实验控制柜上连接电路。
（2）设置变频器的参数和工作模式。
（3）选择PLC的类型，编写PLC控制程序并仿真调试。
（4）把调试成功的程序写入PLC并通电运行，观察并记录实验结果。
2、方案二
（1）设计控制电路。
（2）选择单片机的类型，编写单片机控制程序并仿真调试。
（3）仿真运行控制电路，观察并记录实验结果。
五、实验结果和心得体会
升级会员 