三相异步电机的远程控制完整版设计.docx

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三相异步电机的远程控制完整版设计

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西安邮电大学

毕业设计（论文）

题目：

三相异步电机调速闭环控制系统设计

系别：

自动化学院

专业：

自动化专业

本人完全清楚本声明的法律后果，申请学位论文和资料若有不实之处，本人愿承担相应的法律责任。

西安邮电学院

毕业设计（论文）任务书

1、了解电动机调速的基本原理。

2、熟练掌握组态王6.52软件。

3、会使用组态王6.52软件画组态界面。

4、绘制电气原理图、装配图、接线图。

5、熟练掌握S7-300软件，具有一定的编程能力

毕业设计（论文）工作计划

院（系）______自动化学院_________专业________自动化________

题目_三相异步电动机调速闭环控制系统设计

_______________________________________________________

工作进程

1月10日~4月5日了解电动机调速的基本原理

4月6日~4月20日熟悉S7-300软件编程环境及组态王软件

4月21日~5月4日画出组态王监控画面

5月5日~5月20日编写并调试电动机调速控制程序

5月21日~6月17日撰写毕业论文

主要参考书目（资料）

西安邮电学院

1．本课题所涉及的问题及应用现状综述

在电力系统中，以电动机为主电力传动系统广泛应用于工农业生产、交通运输、国防军事以及日常生活中，其中很多场合有调速要求，如车辆、天梯、空调、机床及造纸机械等，而风机、水泵等位了节约电能同样也需要调速。

电力传动系统的控制性能和节能水平的不断提高时其技术进步的主要内容，变频调速技术及其系统的应用能够使电力系统的控制性能和节能水平有较大的幅度的提高，这一点已经被大家所公认。

在实际应用中，电动机作为把电能转化成机械能的主要设备，一是要具备较高的转换效率；二是可以根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的转速。

电动机的调速性能对提高产品的质量、提高劳动生产效率和节能有着直接的关系。

为了控制电动机的运行，需要为电动机配上控制装置。

由电动机、控制装置就构成了电力传动自动控制系统。

2．本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析

三相异步电动机工作原理如下分析：

当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。

由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。

由于转子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。

转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。

电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。

通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：

当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。

西安邮电学院毕业设计（论文）成绩评定表

西安邮电学院毕业论文（设计）成绩评定表（续表）

摘要XIII

AbstractII

1绪论3

1.1课题研究的意义3

1.2电动机调速发展现状2

1.3变频调速国内外现状2

1.3.1国内现状2

1.3.2国外现状3

1.4课题研究的主要工作3

2电动机的调速原理及方法4

2.1异进电动机的简介与分类4

2.2三相异步电动机的工作原理4

2.3异步电动机调速5

2.3.1调速原理5

2.3.2电动机调速系统的基本结构5

2.3.3三相异步电动机的调速方法6

3电动机的闭环变频调速原理9

3.1电动机变频调速技术9

3.2变频器10

3.2.1变频器的功用及原理10

3.2.2变频器容量的确定12

3.3编码器12

3.3.1光电编码器的介绍及分类12

3.3.2光电编码器的测量方法13

3.4PID控制的基本原理14

3.4.1PID控制概述14

3.4.2比例（P）控制15

3.4.3积分（I）控制16

3.4.4比例微分（PD）控制环节16

3.4.5比例积分微分（PID）控制17

3.5三相异步电动机的闭环变频调速控制系统原理分析18

3.6系统硬件设计19

4编程软件及程序设计20

4.1S7-300的简介20

4.1.1系统组成20

4.1.2功能及通讯21

4.2编程软件简介22

4.2.1项目的组建与硬件组态22

4.2.2程序编写24

4.2.3程序流程图25

4.3程序设计26

5组态设计及系统监控29

5.1组态设计29

5.1.1新建工程29

5.1.2创建组态画面30

5.1.3变量连接31

5.2系统组态监控实现34

5.3结论35

结束语37

参考文献38

致谢39

摘要

电机广泛应用于工业控制的各个领域，因此如何更经济有效地控制电机对于工业自动化地发展尤为重要，直流电机的特点是调速简单但制造昂贵且噪音大，而交流电机虽然克服了直流电机的上述缺点但调速较为困难，但随着交流变频技术的发展，通过变频器来改变交流电的频率，从而改变交流电机的调速，本课题就是主要通过PLC控制变频器实现对电机转速的控制，编码器做信号反馈，即实现闭环控制，这样实时地反馈电机的当前转速送给PLC进行运算处理，使得对电机转速的控制更加精确，反应实时性更高，通过系统的组态仿真我们可以清晰的看到该控制系统的优越性。

关键词：

三相异步电机，编码器，西门子变频器，S7-300Abstract

Motoriswidelyusedinindustrialcontroleachdomain,thereforedevelopmentparticularlyimportant,dcmotorspeedthecharacteristicsofsimplebutmanufacturingisexpensiveandnoise,andacmotoralthoughovercamedcmotoroftheabove-mentioneddrawbackbutspeedisverydifficult,butwithacfrequencyconversiontechnologydevelopment,throughtheinvertertochangethefrequencyofthealternatingcurrent,whichchangesacmotorspeedcontrol,thistopicismainlycontrolledbyPLCinvertertotherealizationofthemotorspeedcontrol,encoder,i.e.signalfeedbackclosed-loopcontroltoachievesuchreal-timefeedbackmotorforthecurrentspeedPLCforcomputing,whichmakesthemotorspeedcontrolismoreaccurate,reaction,throughthesystemmorereal-timeconfigurationsimulationwecanclearlyseethesuperiorityofthecontrolsystem.

Keywords:

three-phaseasynchronousmotor,encoders,SiemensS7-300transducer.

1绪论

1.1课题研究的意义

在电力系统中，以电动机为主电力传动系统广泛应用于工农业生产、交通运输、国防军事以及日常生活中，其中很多场合有调速要求，如车辆、天梯、空调、机床及造纸机械等，而风机、水泵等位了节约电能同样也需要调速。

电力传动系统的控制性能和节能水平越来越被人们重视，变频调速技术恰好能够使电力系统的控制性能和节能水平有较大的幅度的提高，这一点已经被大家所公认。

在实际应用中，电动机作为把电能转化成机械能的主要设备，一是要具备较高的转换效率；二是能够根据生产工艺的具体要求控制和调节电动机的转速。

电动机的调速性能对提高产品的质量、提高劳动生产效率和节能有着直接的关系。

为了更精确和实时地控制电动机的转速及运行，需要为电动机配上控制装置（如PLC）和反馈装置（如编码器）。

由电动机、控制装置和反馈装置就构成了电力传动自动控制系统。

现代工业控制系统朝智能化、网络化和开放式结构的方向发展。

本设计也将把现场总线通信与变频控制技术统一起来，对该电机闭环调速系统进行组态监控，将推动交流电机群控制技术以及设备远程控制技术的发展。

Profibus作为一种通用的现场总线，已经得到很广泛的应用，很多厂商的工控器、plc、变频器、智能IO与AD模块具备profibus通讯接口。

用Profibus总线控制电动机的调速，能更加精确的调节电动机的转速，从而提高电动机的效率。

同时，通过该设计，回顾大学知识，作为进入社会的一次实践，提高我们对知识的应用能力。

1.2电动机调速发展现状

电动机调速系统的发展实际上是依赖电力电子技术、计算机控制、现代控制理论和逆变技术以及交流电动机制造技术的发展。

智能控制理论的应用和电力电子器件的技术、计算机控制技术的迅速更新是推动电机调速系统不断进步的动力。

电机调速是目前电力电子技术应用的最大领域之一，具有极强的吸引力，同时也具有较强的挑战性。

它的市场大，据报道，全球大约有100亿以上各种电机在工作。

2006年我国空调的产量已达到5500万台，仅此一项说明市场已非常庞大；另外，其应用领域及其广泛，例如数控机床、电梯、电力机车、家用电器、汽车、航空航天、船舶、造纸和纺织行业等。

直流电机由于其转矩便于控制，因此它作为调速电动机的代表在20世纪的大部分年代广泛应用于工业生产中。

虽然直流调速系统的理论和实践应用比较成熟，但由于电动机的单机容量、最高转速及负载能力等主要技术指标受机械转向制约，限制了直流调速的发展。

随着电力电子技术的发展，各种新型器件和先进的控制方法在电机调速系统中广泛应用，很多场合直流电机正逐渐被交流电动机所代替，因此有的学者认为，在二十一世纪，直流电机将会在电气传动领域消失，而异步电动机和其它类型的交流电动机的应用范围将逐步增加。

特别是鼠笼型交流异步电动机，由于它结构简单，制造方便，价格低廉，体积小（与同容量的直流电动机相比），并且坚固耐用，具有的转动惯量小，运行可靠，维护简单等优点，是工业领域中广泛使用的一种电气设备。

从前面的叙述我们可以看出，与直流电机相比，异步电机具有适应性强、结构简单、价格低廉、容易实现高速和大容量化等特点，因此未来电机调速传动领域，将以异步电动机等交流电机为主。

而我们要研究的就是如何使交流电机的转速调速精度高、输出性能最佳。

1.3变频调速国内外现状

1.3.1国内