基于PLC实现三相异步电动机变频调速.doc
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基于PLC实现三相异步电动机
变频调速控制
学院：
专业：
学号：
姓名：
基于PLC实现三相异步电动机变频调速
一、实验名称：
基于PLC实现三相异步电动机变频调速
二、实验目的：
1.通过电动机变频调速控制系统实验，进一步了解可编程控制器在电动机变频调速控制中的应用。
2.通过系统设计，进一步了解PLC、变频器及编码器之间的配合关系。
3.通过实验线路的设计，实际操作，使理论与实际相结合，增加感性认识，使书本知识更加巩固。
4.培养动手能力，增强对可编程控制器运用的能力。
5.培养分析，查找故障的能力。
6.增加对可编程控制器外围电路的认识。
三、实验器件：
220VPLC实验台一套、380V变频器实验台一套、三相电动机一台（=1400r/min，p=2）、光电编码器一个（864p/r）、万用表一个、导线若干。
四、实验原理：
通过光电编码器将电动机的转速采集出来并送入PLC中，通过实验程序将采集到的信息与设定值进行比较，当频率满足设定值时用PLC控制变频器（变频器工作在端子调速模式下），电动机停止加速，保持匀速5S，5S后PLC控制变频器加速端子继续加速。
频率上限为45Hz，此后电机开始减速，当到达设定的频率时，PLC控制变频器停止加速，保持匀速5S，5S后PLC控制变频器减速端子继续减速；反转类同于正转过程。
实验速度曲线如下图：
五、实验原理图及接线图：
1.实验原理图：
光电编码器：
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。
此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90º的两路脉冲信号。
变频器：
变频器可以分为四个部分。
通用变频器由主电路和控制回路组成。
给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，称为主电路。
主电路包括整流器、中间直流环节（又称平波回路）、逆变器。
⑴整流器。
它的作用是把工频电源变换成直流电源。
⑵平波回路（中间直流环节）。
由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载。
无论电动机处于电动状态还是发电状态，起始功率因数总不会等于1。
因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换，这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件—电容器或电感器来缓冲，所以中间直流环节实际上是中间储能环节。
⑶逆变器。
与整流器的作用相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率。
逆变器的结构形式是利用6个半导体开关器件组成的三相桥式逆变器电路。
通过有规律的控制逆变器中主开关的导通和断开，可以得到任意频率的三相交流输出波形。
⑷控制回路。
控制回路常由运算电路，检测电路，控制信号的输入、输出电路，驱动电路和制动电路等构成。
其主要任务是完成对逆变器的开关控制，对整流器的电压控制，以及完成各种保护功能。
控制方式有模拟控制或数字控制。
2.实验接线图：
六、各器件参数设置：
1.变频器参数设置：
端口
设定值
功能
端口
设定值
功能
F100
8
密码
F410
14
（OP3）反转
F200
1
启动方式：
端子控制
F411
11
（OP4）加速
F202
1
停止方式：
端子控制
F412
12
（OP5）减速
F204
2
端子调速控制
F413
6
（OP6）运行
F206
3
正反转端子脉冲给定方向
F414
7
（OP7）停止
F409
13
（OP2）正转
2.编码器接口：
颜色
接口
棕色
24V电源“+”
蓝色
24V电源“-”
黑色（A）
0.00
白色（B）
0.01
橙色（C）
0.02
3.PLC端口配置：
端口
功能
端口
功能
0.03
正转
10.05
反转
0.04
停止
10.06
加速
0.05
反转
10.07
减速
10.04
正转
10.02
停止
4.内部寄存器参数设置：
内部端口
设定值（十六进制）
内部端口
设定值（十六进制）
DM30
005E
DM31
0113
DM32
023C
DM33
029B
DM34
0416
DM35
046A
DM36
05FE
DM37
0645
DM38
0780
DM39
09C4
DM6642
0112
DM6642
00～03
高速计数器模式
0：
微分相位模式（5kHz）
1：
脉冲＋方向输入模式（20kHz）
2：
增/减输入模式（20kHz）；
4：
增量模式（20kHz）
04～07
高速计数器复位模式
0：
Z相和软件复位；1：
仅软件复位
08～15
0：
Z相和软件复位；1：
仅软件复位
00：
不使用任意功能；
01：
作为高速计数器使用；
02：
作为同步脉冲控制使用（10～500Hz）
03：
作为同步脉冲控制使用（20～1kHz）
04：
作为同步脉冲控制使用（300～20kHz）
七、程序流程图：
正反转流程图
控制流程图
八、实验结果：
按照原理图接好线经检查无误后，上电下载编好的程序，并在编程模式下，打开PLC的内存，在DM数据区从DM30～DM39依次写入005E、0113、023C、029B、05FE、0645、0780、09C4十个十六进制数据，并在DM6642数据区写入0112，设置高速计数器工作模式。
之后保存并在线传送到PLC，再将PLC切换到运行模式。
按下正转按钮后，变频器启动运行电动机正转加速，频率达到每一个阶梯后延时5秒再加速，在45Hz左右后，开始减速，减速到停止；反转类似于正转。
当按下停止按钮后，变频器停止工作电机停止转动。
电机匀速的频率为：
5.42Hz、14.89Hz、25.04Hz、35.26Hz、46.03Hz。
比较接近预期值，符合实验要求。
九、实验中遇到的问题：
1.电机自启动之后不能进入匀速段，经5S后一直加速，加速到50Hz最大频率后一直在最大频率处运行。
解决方法：
将PLC切换到监视模式下，发现PRV指令中的数据没有读入到DM00，观察PLC的内存DM区发现，DM6642中的0112数据未写入，重新将PLC调回到编程模式再次修改DM6642中的数据。
再次实验，可以采样到数据。
2.对PLC的内存DM数据区写数据时时，不能够写进去。
解决方法：
将程序传入PLC后，将PLC模式切换成编程模式，再对DM30～DM39，DM6642写数据并保存，在线传送到PLC。
再切换到监视模式观察DM数据区是否有数据写入。
如果还是不能写入将程序传入PLC后，将PLC切换成监视模式，将错误日志里面的错误全部清除后，再按照前面说的步骤进行写入数据。
3.对变频器进行参数配置时候，按照我设定的要求进行设置后，不能按照预期的条件运行。
解决方法：
重新检查变频器的设定值，看是否都设置正确，检查无误后在进行实验还是不能按照预期的目标运行，经摸索最后设置F160为1恢复出厂设置后在进行设置，最后符合要求。
后思考发现变频器的其他地方有可能被其他同学改过，所以自己写的数据与以前的造成冲突导致不能按预期运行。
十、实验心得：
通过此次基于PLC实现的三相异步电动机变频调速控制综合实验，我对PLC内部寄存器操作、光电编码器、变频器的功能码设定及变频器的结构原理有了进一步认识，在自己实际动手操作的同时，锻炼了自己独立解决问题、分析问题的能力，同时加深了对PLC及变频器基本原理的理解。
这个实验相比以前的PLC控制的继电保护实验属于PLC的高级应用，需要用到PLC的数据区并要进行操作。
开始觉得一头雾水，不知道从哪里开始，在老师知道下我仔细阅读PLC的说明书，理解要用的PRV指令、CMP指令和数据区配置以及欧瑞变频器的说明书，通过一番学习这样有了思路就开始编梯形图。
将从说明书中看到的指令去应用去采集光电编码器的脉冲，电机旋转时，在监视模式下观察PRV指令采集到的数据。
之后为了获得准确的比较区间，我们将电机调到某一转速下观察采样值的波动范围并取中间值。
最终经过反复调试确定比较区间的大小，确定了五个区间的上下限，经验证符合实验要求。
这此次实验中，我遇到了很多问题，有些是编程上存在的问题，有些是自己理论上存在的误区，通那过与其他同学的交流我发现，同一问题可能是由不同原因造成的，这就要求我们在实际过程中要善于发现问题，分析问题，解决问题，多多积累经验。
总之，通过这次基于PLC实现的三相异步电动机变频调速控制综合实验，我锻炼自己的实际动手能力，改正了一些理论上存在的错误，同时积累了宝贵的经验。
明白了理论与实际之间并不是完全相同的，在实际生活中要善于发现问题，分析问题，解决问题，着重培养自己的处理问题的能力。
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