基于PLC实现的三相异步电动机变频调速控制

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：

220V PLC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：

COM0103

000204

0CH

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：

I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（Vectory Control）。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。

II

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

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：

I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

II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：