基于PLC的电机变频调速系统

摘要

随着工业自动化程度的不断提高和能源全球性短缺，变频调速技术广泛地应用在机械、纺织、化工、造纸、冶金、食品等各个行业，并取得了显著的经济效益。本系统就是采用PLC来控制变频器实现三相交流异步电机的速度调节。

本文根据变频调速系统的特点和原理，进行了硬件和软件的设计，分别介绍了变频器的参数设置以及变频开环调速、多段调速、触摸屏控制调速等硬件设计，在此基础上对软件进行设计，编写出相应的程序流程图及相关的梯形图程序，实现了三相交流异步电动机的调速。本文上位机采用通过触摸屏通信的设置、背景的设计实现三相交流异步电动机的加速、减速、以及正反转控制。最后增加了抗干扰能力的设计，从而使系统具有更好的稳定性。

关键词：PLC；变频器；电机控制系统；触摸屏

ABSTRACT

With industrial automation and the continuous improvement of global energy shortage, VVVF technology widely used in machinery, textiles, chemicals, paper making, metallurgy, food and other industries as well as fans, and have made significant Economic benefits. The PLC system is used to control the frequency converter to achieve the three-phase AC induction motor speed regulation.

Frequency Control System Based on the characteristics and principles of a hardware and software design, introduced a set of parameters and inverter frequency open-loop speed control, multi-speed, speed control, such as touch-screen hardware design, on the basis of this The software design, preparation of the corresponding flow chart of the ladder and related procedures, and a three-phase AC induction motor speed. In this paper, the top touch-screen machines used by the communications settings, the design background to achieve the three-phase AC induction motor acceleration, deceleration, as well as positive and control. Finally an increase of anti-disturbance capacity of design, so that a better system stability.

Key words: PLC; Inverter; Motor control system; Touchscreen

目录

1 绪论 (1)

1.1课题的背景 (1)

1.1.1 电机的起源和发展 (1)

1.1.2 变频调速技术的发展和应用 (2)

1.2本文设计的主要内容 (3)

2 变频调速系统的方案确定 (4)

2.1变频调速系统 (4)

2.1.1 三相交流异步电动机的结构和工作原理 (4)

2.1.2 变频调速原理 (4)

2.1.3 变频调速的基本控制方式 (5)

2.2系统的控制要求 (6)

2.3方案的确定 (6)

2.3.1 电动机的选择 (6)

2.3.2 开环控制的选择 (7)

2.3.3 变频器的选择 (7)

4 变频调速系统的硬件设计 (8)

4.1S7-200PLC (8)

4.2M ICRO M ASTER420变频器 (8)

4.3外部电路设计 (9)

4.3.1 变频开环调速 (9)

4.3.2 数字量方式多段速控制 (11)

4.3.3 PLC、触摸屏及变频器通信控制 (12)

5 变频调速系统的软件设计 (14)

5.1编程软件的介绍 (14)

5.2变频调速系统程序设计 (15)

6 触摸屏的设计 (23)

6.1触摸屏的介绍 (23)

6.2MT500系列触摸屏 (25)

6.3触摸屏的设计过程 (26)

6.3.1 计算机和触摸屏的通信 (26)

6.3.2 窗口界面的设计 (27)

6.3.3 触摸屏工程的下载 (31)

7 PLC系统的抗干扰设计 (33)

7.1 变频器的干扰源 (33)

7.2干扰信号的传播方式 (33)

7.3 主要抗干扰措施 (34)

7.3.1 电源抗干扰措施 (34)

7.3.2 硬件滤波及软件抗干扰措施 (34)

7.3.3 接地抗干扰措施 (34)

结论 (36)

致谢 (37)

参考文献 (38)

1 绪论

1.1 课题的背景

1.1.1 电机的起源和发展

最先制成电动机的人是德国的雅可比，在两个u型电磁铁中间，装一六臂轮，每臂带两根棒型磁铁。通电后，棒型磁铁与u型磁铁之间产生相互吸引和排斥作用，带动轮轴转动。后来，雅可比做了一具大型的装置安在小艇上，用320个丹尼尔电池供电，1838年小艇在易北河上首次航行，时速只有2.2公里，与此同时，美国的达文波特也成功地制出了驱动印刷机的电动机，印刷过美国电学期刑《电磁和机械情报》，但这两种电动机都没有多大商业价值，用电池作电源，成本太大、不实用。

直到第一台实用直流发动机问世，电动机被广泛应用。1870年比利时工程师格拉姆发明了直流发电机，在设计上，直流发电机和电动机很相似。后来，格拉姆证明向直流发动机输入电流，其转子会象电动机一样旋转。于是，这种格拉姆型电动机大量制造出来，效率也不断提高。与此同时，西门子开始着手研究由电动机驱动的车辆，于是西门子公司制成了世界电车。1879年，在柏林工业展览会上，西门子公司不冒烟的电车赢得观众的一片喝彩。西门子电机车当时只有3马力，后来美国发明大王爱迪生试验的电机车已达12─15马力，但当时的电动机全是直流电机，只限于驱动电车。

1888年南斯拉夫出生的美国发明家特斯拉发明了交流电动机。它是根据电磁感应原理制成，又称感应电动机，这种电动机结构简单，使用交流电，无需整流，无火花，因此被广泛应用于工业的家庭电器中，交流电动机通常用三相交流供电。

1902年瑞典工程师丹尼尔森首先提出同步电动机构想。同步电动机工作原理同感应电动机一样，由定子产生旋转磁场，转速固定不变，不受负载影响。因此同步电动机特别适用于钟表，电唱机和磁带录音机。

当今世界，电机的发展已成为衡量一个国家现代化程度的标志之一。近二十年来，科学技术突飞猛进。随着电力电子技术、计算机技术和控制理论发展，电机调速技术