变频器控制电机设计综述.docx
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变频器控制电机设计综述
浙江工业职业技术学院
互联技术及智能制造
课程设计
课程互联技术及智能制造
题目罗克韦尔变频器的电机控制
院系设计与艺术分院系
专业班级15计算机信息管理
学生姓名
学生学号
学生姓名
学生学号
指导教师姜磊
2017年5月20日
互联技术及智能制造
课程设计任务书
课程互联技术及智能制造
题目罗克韦尔变频器的电机控制
专业15计算机信息管理姓名学号
专业15计算机信息管理姓名学号
主要内容：
通过电脑PC端控制，要实现电动机的正反转切换，需利用接触器等装置对电源进行换相切换。
利用变频器的调速控制转动时，需改变变频器内部逆转电路功率器件，即可达到对输出的换相目的，很容易实现电动机的正反切换。
M850PLC变频器可设定转动速度，以及转动方向的控制。
通过电脑PC端装有Project206-ConnectedComponents编程软件控制变频器的程序，再在变频器上设置相对的数据（P46=5，P47=15）。
当按下-IO-EM-D1-02自定义控制按钮时，电机正转运行频率为40HZ（注意不可转太快）按下-IO-EM-D1-04控制按钮时，延时2S，电机反转运行频率为40HZ，最后按下停止控制按钮，电机运行停止。
电脑上设置自己控制台上的电脑IP地址，便是控制自己的变频器转动，相对应的，输入机房其他电脑IP地址，便可控制其他PC端电脑的变频器转动频率。
基本要求：
在电脑PC端利用软件Project206-ConnectedComponents编写将线路图连接好后，准备设置变频器各参数。
设置变频器参数设置模式将（P-46=5，P-47=15）
软件上设置对应的IP地址
通过电脑编写程序
调试。
参考资料：
2017年月日
1．罗克韦尔自动化系列控制器概述
Micro800系列控制器是罗克韦尔自动化公司全新推出的新一代微型PLc，此系列控制器具有超过21种模块化插件，控制器的点数从10点到48点不等，可以实现高度灵活的硬件配置，在提供足够的控制能力的同时，满足用户的基本应用，并且便于安装和维护。
不同型号控制器之间的模块化插件可以共用，内置RS-232、RS-485、USB和Ethermet/IP等通信接口，有强大的通信功能。
免费的编程软件支持功能块一体化编程，并可使用通用的USB编程电缆，给编程人员带来了极大的便利；系统还可以提供完整的机器控制方案。
Micro800共有4个系列的控制器，分别为Micro810、Micro820、Micro830和Micro850。
。
2、PLC控制技术介绍
M850PLC变频器原理（Variable-frequencyDrive，VFD），是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
变频器（Variable-frequencyDrive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
我们使用的电源分为交流电源和直流电源，一般的直流电源大多是由交流电源通过变压器变压，整流滤波后得到的。
交流电源在人们使用电源中占总使用电源的95%左右。
无论是用于家庭还是用于工厂，单相交流电源和三相交流电源，其电压和频率均按各国的规定有一定的标准，如我国大陆规定，直接用户单相交流电压为220V，三相交流电线电压为380V，频率为50Hz，其它国家的电源电压和频率可能与我国的电压和频率不同，如有单相100V/60Hz，三相200V/60Hz等等，标准的电压和频率的交流供电电源叫工频交流电。
通常，把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。
为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC），这个过程叫整流。
一般逆变器是把直流电源逆变为一定频率和一定电压的逆变电源。
对于逆变电源频率和电压可调的逆变器我们称为变频器。
变频器输出的波形是模拟正弦波，主要是用在三相异步电动机调速用，又叫变频调速器。
可编程控制器（PLC）是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。
它具有体积小、功能强、灵活通用与维护方便等一系列的优点。
特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青睐。
因此在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制的三大支柱之一。
可编程控制器是一种存储器控制器，支持控制系统工作的程序存放在存储器中利用程序来实现控制逻辑，完成控制任务。
在可编程控制器构成的控制系统中，要实现一个控制任务，首先要针对具体的被控对象，分析它对控制系统的要求，然后编制出相应的控制程序，利用编程器将控制程序写入可编程控制器的程序存储器中。
系统运行时，可编程控制器依次读取程序存储器中的程序语句，对它们的内容加以解释并执行。
现代PLC已经成为真正的工业控制设备。
2.1可编程序控制器的分类
PLC的种类很多，其实现的功能、内存容量、控制规模、外型等方面均存在较大的差异。
因此，PLC的分类没有一个严格的统一标准，而是按照结构形式、控制规模、实现的功能进行大致的分类。
2.2PLC的结构及特点
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同1、中央处理单元（CPU）中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。
这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
3．1输入寄存器
输入寄存器可按位进行寻址，每一位对应一个开关量，其值反映了开关量的状态，其值的改变由输入开关量驱动，并保持一个扫描周期。
CPU可以读其值，但不可以写或进行修改。
3.2输出寄存器
输出寄存器每一位都表明了PLC在下一个时间段的输出值,而程序循环执行开始时的输出寄存器的值,表明的是上一时间段的真实输出值。
在程序执行过程中,CPU可以读其值,并作为条件参加控制,还可以修改其值,而中间的变换仅仅影响寄存器的值。
只有程序执行到一个循环的尾部时的值才影响下一时间段的输出，即只有最后的修改才对输出接点的真实值产生影响出寄存器。
4.1变频器调速原理
变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。
n=60f（1-S）/P
对于成品电机，其磁极对数p已经确定，转差率s变化不大，故电机的转速n与电机的频率f成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速，进而达到电机调试的目的。
4.2变频器的基本结构
变频器通常分为4部分：
整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。
整流单元：
将工作频率固定的交流电转换为直流电。
高容量电容：
存储转换后的电能。
逆变器：
由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。
控制器：
按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。
4.3PLC的程序
当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段
一、输入采样阶段
在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。
输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。
在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。
因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
可编程逻辑控制器
可编程逻辑控制器
二、用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。
在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。
即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。
三、输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。
在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。
这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。
4.4PLC的外部连线图
（4-12）
5、结论
变频调速是最有发展前途的一种交流调速方式。
目前，变频器在各个行业都有广泛的应用。
变频器的出现，使交流电动机得调速得和直流电动机一样方便，并可由计算机联网控制，因此得到了广泛的应用，其发展前景广阔。
变频器发展至今，不断进行更新发展，向专用型方向发展，向人性化方向发展，易用性不断提高，功率结构模块化，智能化。
通过变频器控制电机的的应用与设计，使我们对PLC、特殊功能模块、变频器以及各硬件设备之间的连接、软件编程、监控和实际工程控制要求等知识有了更深入的理解。
熟悉实际工程项目的开发设计，体会工程设计的复杂与困难。
学习的过程，让我们对于变频器，原来变频器调速的，是通过变频调速，还可以调节电压，电流，这些都是通过变频，改变频率可以改变那么多东西。
而这次接线发现现在对于接线很熟练了，好像有了一种孰能生巧的感觉了，变频器的接线和plc相似，而这次实训是我最认真的一次，也是最后一次了。
经过这次变频器实训使我掌握了使用变频器的基本方法及基本连接，电路的检测与调试达到电动机的正反转控制，懂了变频调速的原理。
6、心得体会
通过本次课程设计，对Micro850系列PLC的特点有了深刻的理解。
利用了Micro850系列PLC的特点，对按钮、开关等输入/输出进行控制，实现了变频器在控制作用下的变频调速。
在本次课程设计的实践环节，我深刻地理解和掌握了电机控制及可编程控制器（PLC）的理论知识和手动技能。
参阅了大量的控制和可编程控制器（PLC）系统设计的书籍资料，查询了大量的图表、程序和数据，使得课程设计的方案和数据更加详实和准确，力求科学严谨，使得本次以变频器控制为主题的课程设计精益求精。
经历自己设计实验和查阅资料，让我了解了更多关于罗克韦尔和Micro850系列PLC方面的资料，构思了大概的选型和注意事项，并自己动手实验，参照一些编程试着去编一个程序，而我选择了变频器的电机控制，通过以往编程的思路和老师的点拨，使我们借鉴了许多经验和技巧，遇到的问题，通过不断问同学，反复的思考，调试，终于编出了调用子程序来达到程序控制的目的。
我们学习的不仅是科学的方法，还包括用什么样的态度去对待这门课程，并且让自理论性和实践性在自身得到充分的发挥，用细心严谨的态度去认识事物。
此次课程设计让我们收获颇丰，在课程设计的过程中，即加深了同学之间的沟通，又学到了罗克韦尔的一些知识。
毕竟了解的知识还是有限的，但我会在以后的学习中了解更多。
参考文献
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科学出版社，2001
[2]汤蕴璆.《电机学（下册）》（第2版）.北京：
机械工业出版社，1990
[3]周励志.《实用电工计算手册》[M].西安：
西安交通大学出版社，1993
[4]祝富林.电机引用技术[J].北京:
电子世界，1995，（12）
[5]唐介.《电机与拖动》[M].北京：
高等教育出版社，2003
[6]彭介华.电子技术课程设计指导[J].北京:
高等教育出版社，1997
附录
课程设计成绩评价表
课程名称
变频器的电机控制
题目名称
学生姓名
学号
指导教
师姓名
职称
序号
评价项目
指标
满分
评分
1
工作量、工作态度和出勤率
按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。
20
2
课程设计质量
课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。
45
3
创新
工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。
5
4
答辩
能正确回答指导教师所提出的问题。
30
总分
评语：
指导教师：
年月日
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