plc电机调速实验报告.docx
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plc电机调速实验报告
基
于
Plc
控
制
电
机
调
速
实
验
报
告
电控学院电气0904班
李文涛
0906060427
—、实验名称：
基于PLC实现的三相异步电动机变频调速控制
二、实验目的：
通过综合实验，使学生对所学过的可编程控制器在电动机变频调速控制中的应用有一个系统的认识，并运用自己学过的知识，自己设计变频调速控制系统。
要求用PLC控制变频器，通过光电编码器反馈速度信号达到电动机调速的精确控制，自己设计，自己编程，最后进行硬件、软件联机的综合调试，实现自己的设计思想。
三、实验器材：
220VPLC实验台一套、380V变频器实验台一套、万用表一个、导线若干
三、实验各部分原理：
1．实验主要器件原理
1）光电编码器：
光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。
这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。
光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。
由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。
2）变频器：
原理概述
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，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，其直流回路滤波石电感。
矢量控制：
U/f控制方式建立于电机的静态数学模型，因此，动态性能指标不高。
对于对动态性能要求较高的应用，可以采用矢量控制方式。
矢量控制的基本思想是将异步电动机的定子电流分解为产生磁场的电流分量（励磁电流）和与其相垂直的产生转矩的电流分量（转矩电流），并分别加以控制。
由于在这种控制方式中必须同时控制异步电动机定子电流的幅值和相位，即控制定子电流矢量，这种控制方式被称为矢量控制（VectoryControl）。
矢量控制方式使异步电动机的高性能控制成为可能。
矢量控制变频器不仅在调速范围上可以与直流电动机相匹敌，而且可以直接控制异步电动机转矩的变化，所以已经在许多需精密或快速控制的领域中得到应用。
变频器各端子作用（个人设置）
端子名称
作用
op1
点动
op2
正转
op3
反转
op4
加速
op5
减速
op6
启动
op7
停机
op8
软件复位
变频器设置：
功能码
设置值
作用
F140
1
端子方向启动运行有效
F280
1
启动端子控制
F202
1
停机端子控制
F204
2
端子调速
F206
2
正反转端子给定
3）欧姆龙plc：
概述
plc具有可靠性高，抗干扰能力强配套齐全，功能完善，适用性强易学易用，系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造体积小，重量轻，能耗低等优点，在各个方面都有广泛的应用。
plc采用周期循环扫描方式，在执行用户程序过程中与外界隔绝，从而大大减小外界干扰；在硬件方面，采用良好的屏蔽措施、对电源及I／O电路多种形式的滤波、CPU电源自动调整与保护、CPU与I／O电路之间采用光电隔离、输出联锁、采用模块式结构并增加故障显示电路等措施；在软件方面，设置自诊断与信息保护与恢复程序。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
输入输出端子图
高速计数器
高速计数器由于采用中断方式计数,因此其计数频率远高于内部信号计数器.高速计数器计数的脉冲信号频率一般在几千Hz以上,达最高频率时可从计数器的输入端子Xn（n=0、2、3）输入10kHz的外部事件脉冲信号.但由于内部信号计数器是执行扫描操作时对内部元件X、Y、M、S、T等的信号进行计数,因此,其接通（ON）时间和断开（OFF）时间应比PLC扫描周期稍长,通常其输入信号频率大约为几个扫描周期.设PLC扫描周期为10ms,内部元件ON和OFF的时间为5个PLC扫描周期,则内部信号计数器的计数频率为:
f=1/T=1/10ms×5=20（Hz）
f为内部信号计数器计数频率,T为内部信号计数器计数的周期.由此可见,内部信号计数器是一种低速计数器,而外部事件信号计数器是一种高速计数器。
高速计数器梯形图
高速计数器的点数远比内部信号计数器少.如FX2系列PLC内部信号计数器有16bit的通用二进制增计数器C0～C99、停电保持用二进制增计数器C100～C199,还有32bit通用的计数器C200～C219、保持计数器C220～C234.它们共计235点.而高速计数器只有C235～C255,共仅21点.后者仅为前者的1/10左右.虽然高速计数器点数少,但是它们的功能分布和使用条件却比内部信号计数器复杂得多.高速计数器的选择并不是任意的,它取决于所需计数器的类型及高速输入的端子.高速计数器的类型为4种:
即1相无启动/复位端子的计数器C235～C240;1相带启动/复位端子的计数器C241～C245;2相双向计数器C246～C250和2相A～B相计数器C251～C255.同时,高速计数器各输入端子的响应速度不同,X0、X2和X3端子的响应最高频率为10kHz,X1、X4和X5端子的响应最高频率为7kHz.
2.实验原理
1）调速原理
调速即速度调节，是指在电力拖动系统中人为的改变电动机的转速，以满足工业机械的不同转速要求。
调速是通过改变电动机的参数或电源电压等方法来改变电动机的机械特性，从而改变它与负载机械特性的交点，改变电动机的稳定转速。
由电机学可知，三相异步电机的转速为：
式中
n0——同步转速
f——电源频率，单位为Hz
p——电动机极对数
s——电动机转差率
2）控制系统：
利用plc控制变频的端子与COM端子联通或断开，以达到控制变频器的作用，使变频器在一定的时间段内输出一定频率的电压波形，从而达到电机调速的目的。
3）实验要求电机速度运行图
1、3段加速，2、4、6匀速（2、6段匀速频率为25hz，4段匀速频率为45hz，），5、7减速，每个速度保持区间时长均为5s。
四、实验内容与结果
1）实验内容：
按照实验接线图把plc、变频器、编码器一次连接好，并把异步电动机结成三相星形接法，并用变频器供电。
把plc与电脑连接好，打开cx-programmer编写程序，设置好内存地址，并下载到plc
依次按下正转，反转，停车按钮，通过变频器上的速度监视观察电动机的运行状态。
2）实验结果：
按下正传按钮，电机启动开始正转并加速，加速到25转/s时，保持速度5s，然后继续加速到45转/s后保持，5s后开始减速，减速到25转/s后保持速度5s，然后再次减速直到减为0转/s后为止；运行过程中任意时刻按下停车按钮，电机停止加速或减速。
按下正传按钮，电机启动开始正转并加速，加速到25转/s时，保持速度5s，然后继续加速到45转/s后保持，5s后开始减速，减速到25转/s后保持速度5s，然后再次减速直到减为0转/s后为止；运行过程中任意时刻按下停车按钮，电机停止加速或减速。
五、实验总结
1）实验中遇到的问题
实验要求在25转/s和45转/s时要保持速度5s，但是实验中出现过这样的问题，是不是的会出现电机直接加速到45转/s，在加速或减速到25转/s后不能保持速度，调整了25转/s所对应的内存区间的上下限后，问题得到解决。
变频器的反转端子不起作用直接点动也不行；断开plc的COM与变频器的COM的连接，再次直接用导线点动，依然不起作用，重新按照实验原理设置变频器个端子的作用后，导线点动可以作用，发现问题出在个端子的定义上，定义的值有重复，导致端子不能够正常起作用。
2）实验心得
本次实验是对大学四年所学知识的一个总的运用，它将四年所学的电机，plc电气控制等融合在一个实验中知识主要考察学生对所学知识的运用能力、自学能力和翻阅资料的能力。
通过这次实验也使我们真正体会到了知识是学无止境的，以前一直想大学中所学的知识应该就可以了，可是通过这次设计，使我清楚的认识到我们在书本上学到的知识仅仅是基础而已，要想真的要做出一点成绩就要自己自学很多的知识，这就意味着我们虽然马上就要毕业，但并不代表学习的终止，相反在以后的工作中学习的任务更加繁重。
所以大学中主要培养我们的自学能力，接受新知识的能力，这才是以后在社会中最具有竞争力的。
同样这次实验也使得我再次认识到plc的强大功能，我曾以为上次的继电保护综合实验已经让我对欧姆龙plc差不多已经了解，但是这次试验中所运用到的高速计数器，让我一下子感到了羞愧，是我自己太自大了，科学永无止境，我所学到的只不过是很小的一部分，再有半年我就将会离开学校走上工作岗位，以后的路还很长，我要学习的还很多。
试验接线图
程序梯形图：
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