基于PLC的变频调速系统设计

目录

第 1 章绪论 (1)

1.1 PLC （可编程序控制器）概述 (1)

1.2 PLC 特点 (1)

第2章VFO 变频器介绍 (3)

2.1 松下变频器VF0 系列简介 (3)

2.2 设定变频器模式 (3)

2.3 变频器的控制方式 (4)

2.3.1 U/f=C 的正弦脉宽调制（SPWM控制方式 (4)

232 电压空间矢量（SVPWM控制方式 (4)

233 矢量控制（VQ方式 (5)

2.3.4 直接转矩控制（DTC方式 (5)

2.3.5 矩阵式交—交控制方式 (5)

2.4欧姆龙CP1H勺特点及功能简介 (6)

2.4.1 欧姆龙CP1H功能简介 (6)

2.4.2 欧姆龙功能简介 (7)

2.5 变频器接线 (7)

2.5.1 主回路接线 (7)

2.5.2 控制回路接线 (8)

2.5.3 接线注意事项 (8)

第 3 章电机介绍 (9)

3.1 电机的规格指标参数 (9)

3.2 电动机的工作原理 (10)

3.3 电动机的接线 (10)

3.4 PLC 、变频器、电机三者的运行关系 (10)

第 4 章PLC 变频调速系统的设计与调试 (11)

4.1 系统设计程序 (11)

4.2 接线图 (12)

4.3 程序调试 (12)

第 5 章课程总结 (14)

参考文献 (15)

第1章绪论

1.1 PLC （可编程序控制器）概述

PLC（可编程控制器）应用广泛，其CPU功能较强，可靠性高，但在输入输出I/O方面,PLC存在价格过高，扩展模块不隔离，输入信号还要进行编程运算来完成采集，品牌繁多，互不兼容，用户使用起来不方便等缺点。其在工业现场因其编程方便，抗干扰能力强，获得了广泛的应用。但受到内部硬件电路的限制，在运算速度、数据处理能力等方面和PC机相比，要逊色很多。因此在工业现场对复杂模型进行控制时，可以借助上位机PC来建立生产模型，通过构建SCC监督式控制系统，让下位机PC为一DCC直接数字控制系统，实现复杂系统的控制。另外，还可通过上位机PC和下位机PC组建监控系统，达到对工业现场实时监控的目的。其中关键技术为PC机和PC之间的通讯。本文首先介绍PC机与PLC的通讯种类和机制，然后就采用高级语言VB和组态软件MCGS对完成以上二者通讯。

PC机和PLC有两种通讯方式，一种是PC机作主动者，即主局，PLC为从动者，即子局。另一种是PLC为主局，而PC机为子局。无论工作在哪种方式，数据一般都采用串行方式来传输，即可通过RS232 RE422或RS485电缆线来进行信息传递。

在进行通讯时，首先将PC机和PLC传递信息的波特率设置一致。另外还要对奇偶校验位、传输数据位数和停止位进行设置。在PC机和PLC进行通讯时，要使用命令帧和响应帧的形式来进行信息传递。

每次通信送出的一组数据称作“帧”。帧可以从持有发送权的一方传出。每送出一帧，上位机或PLC就将发送权交给另一方。当接收方收到终端（命令或响应的终字符）或分界符（分割帧的字符）信息后，就将发送权转到另一方。

1.2 PLC特点

PLC是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点

1. 可靠性高，抗干扰能力强

为了限制故障的发生或者在发生故障时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，采取了多种措施，使PC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运

行等待修复外，还使PC具有了很强的抗干扰能力。

2. 通用性强，控制程序可变，使用方便

PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。

3. 功能强，适应面广

现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。

4. 编程简单，容易掌握

目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传

统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。5. 减少了控制系统的设计及施工的工作量

由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。

6. 体积小、重量轻、功耗低、维护方便

PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

第 2 章VFO 变频器介绍

2.1松下变频器VFO系列简介

小巧，操作简单，可由PLC直接调节频率

松下变频器VFO系列特点：

1. 小巧：为了满足各类机器小型化的需要，实现了同类产品中最小型化；

2. 操作简单：采用了新设计的调频电位器，使调频操作简单轻松；而且用操作盘就可容易地操作正转/ 反转；

3. 可由PLC直接调节频率：可直接接收PLC的PW信号并可控制电动机频率；同时可与PLC（FPO等）配套使用，无需模拟I/O单元；

4. 功能齐全的小型产品：8段速控制制动功能；再试功能；根据外部SW调整频率增减和记忆功能；再生制动功能的充实；400V系列型：内置制动电路；200V 系列型：内置0.4-1.5kW电阻；0.2kW电路没有制动电阻；0.4kW是外部设置的同包装电阻。

2.2 设定变频器模式

在模式设置中通过改变P08和P09改变控制方式为面板控制和面板外控。当设置为面板控制设置fr 控制其输出频率，设置dr 控制其旋转方向。当设置为面板外控时，输出频率和旋转方向有外界信号控制。在这次实验中将P08的值改为4,则端子5控制运行和停止，端子6控制旋转方向。将P09的值改为3,端子2、3接受0~5v电压信号控制输出频率。

1. 将P08的值改为4

把运行指令设为面板外控，操作板有复位功能，接线如图2.1 。

图 2.1

2. 将P09的值设为

把频率设定信号改为外控，设定信号为0~5v 电压信号，改变电压大小改变其输出频率大小。接线端子为NO.2、3（2：+，3：—）。

2.3 变频器的控制方式

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一直一交电路。其控制方式经历了以下四代。