1、摘 要三相交流異步電動機是工農業中最重要的拖動設備之一，因為其結構簡單、維修容易而得到了廣泛的應用，而隨著社會進一步的發展，交流電機已經不僅僅局限于簡單的恒速控制，在更多的現代工業生產中，很多設備需要根據不同的工作環境，要調節到一個特定的轉速。從而對三相交流異步電動機的速度提出要求，希望能對電機運行速度進行調節，并能穩定運行。電機交流變頻調速技術是當今節電、改善工藝流程以提高產品質量和改善環境、推動技術進步的一種主要手段。三相交流異步電動機變頻技術有調速時平滑性好，效率高；低速時，特性靜關率高，相對穩定性好，調速范圍大，精度高等特點和優點。變頻器不但在傳統的電力拖動系統中得到了廣泛的應用，而且

2、幾乎已經擴展到了工業生產的所有領域，尤其在空調、洗衣機、電冰箱等家電產品中的應用。為了實現在惡劣的工作環境中對三相交流異步電動機進行遠程控制，引入PLC （Programmable Logic Controller, 可編程邏輯控制器）控制單元，實現了對變頻調速系統的智能控制，使得該調速系統性能更加優越，滿足了現代工業化生產的需要。本次設計就是基于PLC 的變頻器調速系統，將現在應用最廣泛的PLC 和變頻器綜合起來實現電機的正反轉，加減速以及快速制動等。關鍵詞：變頻器；PLC ；交流電機；調速ABSTRACTAC induction motor is one of the most impor

3、tant industrial and agricultural drag equipment. It has been widely used because of its simple structure and easy maintenance. With the further development of society, AC motor is not limited to simple constant speed control, in the more modern industrial production. Many devices need to be adjusted

4、 to a specific speed according to different working environments. For AC motor speed proposed requirements. The realization of operation speed regulation and stable operation.AC variable frequency technology is energy saving, a major means to improve the process to improve product quality and improv

5、e the environment, promoting technological progress. AC motor frequency conversion technology are speed smooth and good, high efficiency; low speed characteristics, static clearance rate high, relatively good stability , wide speed range, high precision advantages and characteristics. Variable-frequ

6、ency Drive has been widely used not only in traditional electric drive system, and almost has been extended to all areas of industrial production. Especially in air conditioners, washing machines, refrigerators and other appliances. In order to achieve the remote control in poor working conditions i

7、n the motor, the introduction of the PLC (Programmable Logic Controller control unit, realize the variable frequency speed regulation system of intelligent control, makes the speed regulation system performance more superior, meet the need of modern industrial production.The design is based on PLC,

8、frequency converter speed control system, PLC and frequency converter together to achieve the reversing of the motor, acceleration and deceleration, and rapid braking.Keywords: Variable-frequency Drive; PLC; AC motor ; speed control目錄1.緒論 .1 1.1. 本設計的背景. 1變頻調速技術發展和現狀 . . 3 1.2. 本設計的主要內容. 5 2.本設計方案的確

9、定.6 2.1. 變頻調速系統. 6西門子MM420變頻器. 10 2.2.系統功能分析. 13 2.3. 設計方案的確定 . 14電動機的選擇 . 15 3.變頻調速系統的硬件設計和軟件設計.16 3.1.變頻調速系統電路設計 . . 16 3.2. 變頻調速系統的軟件設計 . 16MM420變頻器參數設定 . 17 4.變頻器調試系統安裝與調試 .19 4.1. 變頻器的安裝、布線及抗干擾. 19變頻器的故障分析及處理 . . 22 5.設計總結 .23 6. 附錄 .24參考文獻 .27浙江水利水電專科學校畢業論文（設計）1. 緒論1.1. 本設計的背景我國對交流變頻調速技術的研究起步較

10、晚，直到上個世紀90年代才有產品出現，而且采用的控制技術相對單一，主要以V/F控制方式為主，而且性能較低，無法滿足動態性能要求和生產節能需求。但隨著變頻技術的不斷發展，交流電動機變頻技術也日趨完善，各種復雜控制技術在變頻器技術中逐步應用，使變頻器的性能不斷提高，而且應用范圍也越來越廣。變頻器現不但在傳統的電力拖動系統中得到了廣泛的應用，而且幾乎已經擴展到了工業生產的所有領域，尤其在空調、洗衣機、電冰箱等家電產品中的應用。目前，變頻調速已被公認為是最理想、最有發展前景的調速方式之一，采用變頻器構成變頻調速傳動系統的主要目的，一是為了滿足提高勞動生產率、改善產品質量、提高設備自動化程度、提高生活質

11、量及改善生活環境等要求；二是為了節約能源、降低生產成本。用戶根據自己的實際工藝要求和運用場合選擇不同類型的變頻器。隨著電力電子技術和自動控制技術的日益發展，三相交流異步電動機的調速已經從繼電器控制時代發展到今天的由變頻器控制調速，且在工業各個領域中得到了極為廣泛的應用，而在現在的工業自動化控制系統中，最為常見的是PLC 控制，PLC 是可編程控制器的簡稱，PLC 技術是在繼電接觸器控制和計算機基礎上開發的工業自動控制裝置。由于它可以通過軟件來改變控制過程，且編程較為簡單，所以目前PLC 在工業控制中占據了主導地位，得到了非常廣泛的應用。交流調速系統具備寬的調速范圍，高的穩速范圍，高的穩速精度，

12、快的動態響應功率等特點。隨著半導體器件的不斷進步，尤其是新型可關斷器件，如BJT （雙極型晶體管）、MOSFET （金屬氧化硅場效應管）、IGBT （絕緣柵雙極型晶體管）的實用化，使得開關高頻化的PWM 技術成為可能。目前功率半導體器件正向高壓、大功率、高頻化、集成化和智能化方向發展。典型的電力電子變頻裝置有電壓型交-直-交變頻器、電流型交-直-交變頻器和交-交變頻器三種。電流型交-直-交變頻器的中間直流環節采用大電感作儲能元件，無功功率將由大電感來緩沖，它的一個突出優點是當三相異步電動機處于制動（發電）狀態時，只需改變網側可控整流器的輸出電壓極性即可使回饋到直流側的再生電能方便地回饋到交流電

13、網，構成的調速系統具有四象限運行能力，可用于頻繁加減速等對動態性能有要求的單機應用場合，在大容量風機、泵類節能調速中也有應用。電壓型交-直-交變頻器的中間直流環節采用大電容作儲能元件，無功功率將由大電容來緩沖。對于負載電動機而言，電壓型變頻器相當于一個交流電壓源，在不超過容量限度的情況下，可以驅動多臺電動機并聯運行。電壓型PWM 變頻器在中小功率電力傳動系統中占有主導地位。但電壓型變頻器的缺點在于三相交流異步電動機處于制動（發電）狀態時，回饋到直流側的再生電能難以回饋給交流電網，要實現這部分能量的回饋，網側不能采用不可控的二極管整流器或一般的可控整流器，必須采用可逆變流器，如采用兩套可控整流器

14、反并聯、采用PWM 控制方式的自換相變流器（“斬控式整流器”或 “PWM 整流器”）。網側變流器采用PWM 控制的變頻器稱為“雙PWM 控制變頻器”，這種再生能量回饋式高性能變頻器具有直流輸出電壓連續可調，輸入電流（網側電流）波形基本為正弦，功率因數保持為1并且能量可以雙向流動的特點，代表一個新的技術發展動向，但成本問題限制了它的發展速度。通常的交-交變頻器都有輸入諧波電流大、輸入功率因數低的缺點，只能用于低速（低頻）大容量調速傳動。為此，矩陣式交-交變頻器應運而生。矩陣式交-交變頻器功率密度大，而且沒中間直流環節，省去了笨重而昂貴的儲能元件，為實現輸入功率因數為1、輸入電流為正弦和四象限運行

15、開辟了新的途徑。隨著電壓型PWM 變頻器在高性能的交流傳動系統中應用日趨廣泛，PWM 技術的研究越來越深入。PWM 利用功率半導體器件的高頻開通和關斷，把直流電壓變成按一定寬度規律變化的電壓脈沖序列，以實現變頻、變壓并有效地控制和消除諧波。PWM 技術可分為三大類：正弦PWM 、優化PWM 及隨機PWM 。正弦PWM 包括以電壓、電流和磁通的正弦為目標的各種PWM 方案。正弦PWM 一般隨著功率器件開關頻率的提高會得到很好的性能，因此在中小功率交流傳動系統中被廣泛采用。但對于大容量的電力變換裝置來說，太高的開關頻率會導致大的開關損耗，而且大功率器件如GTO 的開關頻率目前還不能做得很高，在這種

16、情況下，優化PWM 技術正好符合裝置的需要。特定諧波消除法（Selected Harmonic Elimination PWMSHEPWM ）【1】、效率最優PWM 和轉矩脈動最小PWM 都屬于優化PWM 技術的范疇。普通PWM 變頻器的輸出電流中往往含有較大的和功率器件開關頻率相關的諧波成分，諧波電流引起的脈動轉矩作用在三相交流異步電動機上，會使三相交流異步電動機定子產生振動而發出電磁噪聲，其強度和頻率范圍取決于脈動轉矩的大小和交變頻率。如果電磁噪聲處于人耳的敏感頻率范圍，將會使人的聽覺受到損害。一些幅度較大的中頻諧波電流還容易引起三相交流異步電動機的機械共振，導致系統的穩定性降低。為解決以

17、上問題，一種方法是提高功率器件的開關頻率，但這種方法會使得開關損耗增加；另一種方法就是隨機地改變功率器件的導通位置和開關頻率，使變頻器輸出電壓的諧波成分均勻地分布在較寬的頻帶范圍內，從而抑制某些幅值較大的諧波成分，以達到抑制電磁噪聲和機械共振的目的，這就是隨機PWM 技術【2,3】。目前，我國的能源消費僅次于美國，位列世界第二，但國民生產總值卻不高，其中最重要的原因之一就是單位產值能耗太大。我國具有各類風機 約780萬臺，水泵4000萬臺，空壓機560萬臺，這些裝置又占去了電機耗電的一半以上。由于這些設備一般均釆用恒速驅動，每年造成大量能源浪費。國家在十 一五規劃中指出：堅持開發節約并重、節約

18、優先，按照減量化、再利用、資源化的原則，大力推進節能節水節地節材，加強資源綜合利用，完善再生資源回收利用體系，全面推行清潔生產，形成低投入、低消耗、低排放和高效率的節約型增長方式。實行有利于資源節約的價格和財稅政策。強化節約意識，鼓勵生產和使用節能節水產品、節能環保型汽車，發展節能街地型建筑，形成健康文明、節約資源的消費模式。我國對交流變頻調速技術的研究起步較晚，到上個世紀90年代才有產品出現，釆用的控制技術幾乎都還只是V/F控制，調速性能根本無法與國外產品相比。目前在中、低壓交流傳動中，變頻器的使用越來越多，而我國在研究矢量控制系統所需的各種硬件條件已經具備，如己出現的智能化功率器件 (IP

19、M,其電壓等級、開關頻率都有很大的提高；數字化控制元件也已出現單指令周期10ns 的高速數字信號處理器(DSP和幾乎能完成一個系統功能的專用集成電路。 變頻調速已成為電動機調速的最新潮流，有其自身身的特點和優點，隨著交流變頻技術的日趨完善和推廣應用，特別是在礦用大功率高壓設備中的絞車、 提升機、通風機、帶式輸送機等礦用設備上的應用效果則更加明顯。對耗電大、 生產環境惡劣的煤炭行業推廣應用變頻技術更具有現實意義【3】。1.2. 本設計的主要內容(1 根據控制要求選定變頻調速的控制方式；(2 設計變頻調速系統的硬件和軟件；(3 變頻器調試系統安裝與調試；本系統控制要求如圖1-1所示 圖1-1 系統

20、控制要求由圖1-1可知，本設計通過PLC 控制變頻器達到變頻調速的目的，從而實現交流電機的正反轉、起停、加速、減速控制以及速度的調節。浙江水利水電專科學校畢業論文（設計）2. 本設計方案的確定2.1. 變頻調速系統（1）三相交流異步電動機結構三相交流異步電動機的種類繁多，但各類三相交流異步電動機的基本結構是相同的，它們都由定子和轉子這兩大基本部分組成，在定子和轉子之間具有一定的氣隙。此外，還包括端蓋、軸承、接線盒、吊環等其他附件。具體如圖2-1所示。 圖2-1 三相交流異步電動機結構示意圖三相交流異步電動機的定子是用來產生旋轉磁場的，一般由外殼、定子鐵心、定子繞組等部分組成。三相交流異步電動機

21、定子鐵心是電動機磁路的一部分，由0.35mm 0.5mm 厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成。由于硅鋼片較薄而且片與片之間是絕緣的，所以減少了由于交變磁通通過而引起的鐵心渦流損耗。鐵心內圓有均勻分布的槽口，用來嵌放定子繞圈。定子繞組是三相交流異步電動機的電路部分，三相交流異步電動機有三相繞組，通入三相對稱電流時，就會產生旋轉磁場。三相繞組由三個彼此獨立的繞組組成，且每個繞組又由若干線圈連接而成。每個繞組即為一相，每個繞組在空間相差120°電角度。線圈由絕緣銅導線或絕緣鋁導線繞制。中、小型三相交流異步電動機多采用圓漆包線，大、中型三相交流異步電動機的定子線圈則用較大截面的絕緣扁銅線或扁

22、鋁線繞制后，再按一定規律嵌入定子鐵心槽內。定子三相繞組的六個出線端都引至接線盒上，首端分別標為U 1, V1, W1 ，末端分別標為U 2, V2, W2 。這六個出線端在接線盒里可以接成星形或三角形，如圖2-2所示。7a . 星形連接 b . 三角形連接圖2-2 星形和三角形連接轉子鐵心是用0.5mm 厚的硅鋼片疊壓而成，套在轉軸上，作用和定子鐵心相同，一方面作為三相交流異步電動機磁路的一部分，一方面用來安放轉子繞組。 轉子繞組與定子繞組一樣也是一個三相繞組，一般接成星形，三相引出線分別接到轉軸上的三個與轉軸絕緣的集電環上，通過電刷裝置與外電路相連，這就有可能在轉子電路中串接電阻或電動勢以改

23、善三相交流異步電動機的運行性能。其他部分包括端蓋、風扇等。端蓋除了起防護作用外，在端蓋上還裝有軸承，用以支撐轉子軸。風扇則用來通風冷卻三相交流異步電動機。三相異步電動機的定子與轉子之間的空氣隙，一般僅為0.2mm 1.5mm 。氣隙太大，三相交流異步電動機運行時的功率因數降低；氣隙太小，使裝配困難，運行不可靠，高次諧波磁場增強，從而使附加損耗增加以及使啟動性能變差。（2）三相異步交流電動機的工作原理三相交流異步電動機的工作原理是建立在電磁感應定律、全電流定律、電路定律和電磁力定律等基礎上的。當磁極沿順時針方向旋轉，磁極的磁力線切割轉子導條，導條中就感應出電動勢。電動勢的方向由右手定則來確定。因

24、為運動是相對的，假如磁極不動，轉子導條沿逆時針方向旋轉，則導條中同樣也能感應出電動勢來。在電動勢的作用下，閉合的導條中就產生電流。 該電流與旋轉磁極的磁場相互作用， 而使轉子導條受到電磁力，電磁力的方向可用左手定則確定。由電磁力進而產生電8 磁轉矩，轉子就轉動起來。（3）三相交流異步電動機變頻調速原理及方法三相交流異步電動機的變頻調速原理，可從三相交流異步電動機的轉速方程得出，轉速方程如式（2-1）n=60f1(1-s/p (2-1式2-1中：n ，三相交流異步電動機的實際轉速； f1，三相交流異步電動機定子繞組的供電頻率； p，旋轉磁場的極對數；s ，為轉差率，表示定子旋轉磁場的同步轉速n

25、1與n 的關系。由式（2-1）知，影響三相交流異步電動機轉速的因素有：三相交流異步電動機的磁極對數 p ，轉差率s 和電源頻率f 1 。對于給定的三相交流異步電動機，磁極對數 p 一般是固定的；通常情況下，轉差率 s 對于特定負載來說是基本不變的，并且其可以調節的范圍較小，加之轉差率 s不易被直接測量，調節轉差率來調速在工程上并未得到廣泛應用。如果電源頻率可以改變，那么通過改變電源頻率來實現三相交流異步電動機調速的方法應該是可行的，這就是所謂變頻調速。由電機學原理知，如忽略繞組間的互感、繞組的漏感及空間電磁諧波，三相交流異步電動機的相等效穩態電路如圖 2-3。 圖 2-3 三相交流異步電動機的

26、相等效穩態電路由戴維南定理，圖 2-3電壓平衡方程式為：U = E + I * r （2-2）式中:U-相電壓，E-定子繞組的感應電動勢，I-定子繞組的相電流，r-定子繞組電阻與轉子繞組電阻折算到定子側的電阻之和三相交流異步電動機的定子繞組的感應電動勢是定于繞組切割旋轉磁場磁力線的結果， 其有效值計算如下：E = K * f *（2-3）9 式中：K-與電動機結構有關的常數，f-電源頻率，-磁通量由式（2-2）知，加在電機繞組端的電源電壓，一部分產生感應電動勢，另一部分消耗在電阻 r （ 定子繞組電阻與轉子繞組電阻折算到定子側的電阻之和 ）上 。其中定子繞組的相電流 I 由兩部分構成：21I

27、I I += （2-4）電機的定子電流有一小部分 用于建立磁場的主磁通，其余大部分 用于產生拖動負載的電磁力。由式 （2-1）知，調整電源頻率f 時，可以調節速度n 。 當電源頻率f 下降時，由式 （2-3）知，感應電動勢隨之比例減小；在相電壓U 保持不變的情況下，由式（2-2）知，定子繞組的相電流I 相應增大。在很多情況下，電機的負載是基本恒定的，因此用于產生電磁力的電流 是基本不變的，于是 將增大； 的增大將直接導致主磁通的增大。由式 （2-3），主磁通的增大，將引起感應電動勢比例增大；由式（2-2），感應電動勢的增大將使定子電流I 減小。不難理解，通過這樣的負反饋，電機將最終穩定在一個新

28、的工作點。這樣的控制方法看起來似乎沒有問題。但實際情況是主磁通容量上限與電機的鐵芯有關。電機的鐵芯受制于重量、體積、成本等因素的考慮，不可能做的很大。對于電機設計來說，設計目標之一就是：當電機處于額定工作狀態下時，主磁通接近容量上限。上述的變頻調速方法工作在額定頻率以下時，將會導致鐵心磁飽和，引起電流波形畸變，有效力矩下降；嚴重時，將導致電機發熱過快，振動和噪音加大；工作在額定頻率以上時，鐵心處于弱磁狀態，電磁力矩不足，電機的機械特性變軟（轉差率s 變大），帶載能力下降。結論：通過只調節電源頻率來調節速度的方法不可取。既然不可取的原因是因為鐵心磁飽和。那么在調節電源頻率的同時，磁通量就要保持恒

29、定。式（2-3）知： E/f (2-5在電機運轉速度不是很低的情況下，由于電機的電阻r 很小，電機定子線圈上的阻抗壓降（I*r）可以忽略。由式（2-2）可以得到：U E(2-610于是上式可以表示為： U/f (2-7由式(2-7知，在調節電源頻率f 的同時同比例地調節電源電壓U 可保持磁通量基本恒定，達到了調節速度的目的，又不影響電機的帶載能力。這就是所謂的變頻變壓調速法：VVVF （V ariable Voltage Variable Frequency）控制法，也稱恒壓頻比（V/F）控制法。當電源頻率較低時，因定子繞組的感應電動勢較小，忽略電機定子線圈上的阻抗壓降（I*r）時引入了較大的

30、誤差，直接表現就是電機的帶栽能力下降。實際應用中，為了保持轉矩基本恒定，在低頻段，通常需要對V/F 曲線進行補償。所以低頻段也稱恒轉矩區。當電源頻率高于一定頻率時，電機繞組相電壓并不能依據式（2-7）比例增加。主要原因是：相電壓受制于電機繞組的絕緣強度；相電壓受制于電源的利用率；相電壓受制于系統供電。實際中的做法是：當電源頻率高于一定閾值時，相電壓保持不變。此區間相電流基本保持不變，即電機的輸入功率基本保持不變，所以該區間也稱恒功率區。（1）西門子MM420變頻器的組成如圖2-4所示。11 圖2-4 變頻器內部結構圖從圖2-4中可以看出，主要組成部分包括一下幾個方面： 電路單元主電路單元包括整

31、流器和逆變器兩個主要功率變換單位，電網電壓由輸入端（L1，L2，L3）接入變頻器，經整流器整流成直流電壓，然后由逆變器變成電壓和頻率可調的交流電壓，從輸出端（U ，V ，W ）輸出到三相交流異步電動機。 驅動控制單元驅動控制單元主要作用是產生逆變器開關管的驅動信號，受中央處理單元控制 中央處理器中央處理器用來處理各種外部控制信號、內部檢測信號以及用戶對變頻器的參數設定信號等，然后對變頻器進行控制，是變頻器的控制中心。 保護與報警單元主要通過對變頻器的電壓、電流、溫度等信號的檢測，出現異常或故障時候，該單元將改變或關斷逆變器的驅動信號，使變頻器停止工作，實現對變頻器的自我保護。 參數設定與監視單

32、元該單元主要由操作面板組成，用于對變頻器的參數設定和監視變頻器當前的運行狀態(2 西門子MM420變頻器的基本原理變頻器可以分為四個部分，如圖2-5所示。通用變頻器由主電路和控制回路組成。給三相交流異步電動機提供調壓調頻電源的電力變換部分，稱為主電路。主電路包括整流器、中間直流環節（又稱平波回路）、逆變器。 圖2-5 變頻器簡化結構圖 整流器它的作用是把工頻電源變換成直流電源。 平波回路（中間直流環節）由于逆變器的負載為三相交流異步電動機，屬于感性負載。無論三相交流異步電動機處于電動狀態還是發電狀態，起始功率因數總不會等于1。因此，在中間直流環節和三相交流異步電動機之間總會有無功功率的交換，這

33、種無功能量要靠中間直流環節的儲能元件電容器或電感器來緩沖，所以中間直流環節實際上是中間儲能環節。 逆變器與整流器的作用相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率。逆變器的結構形式是利用6個半導體開關器件組成的三相橋式逆變器電路。通過有規律的控制逆變器中主開關的導通和斷開，可以得到任意頻率的三相交流輸出波形。 控制回路控制回路常由運算電路，檢測電路，控制信號的輸入、輸出電路，驅動電路和制動電路等構成。其主要任務是完成對逆變器的開關控制，對整流器的電壓控制，以及完成各種保護功能。控制方式有模擬控制或數字控制。（3）西門子MM420變頻器的開關器件該變頻器里開關器件主要為IGBT （絕緣柵雙

34、極晶體管），是20世紀80年代中期發展起來的一種新型復合型器件，它集MOSFET 和GTR 的優點于一身，具有輸入阻抗高、開關速度快、通態壓降低、阻斷電壓高、承受電流大以及驅動電路簡單等優點。（4） 西門子MM420變頻器的控制方式該變頻器的控制方式為U/F控制，U/F控制上面已經有所介紹，該控制方式的變頻器結構比較簡單，成本較低，機械特性硬度較好，能夠滿足一般傳動的平滑調速的要求。但是這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉矩受定子阻抗壓降的影響較為明顯，使最大輸出轉矩減小，必須進行轉矩補償，以改變低頻轉矩特性。2.2. 系統功能分析本次設計就是基于PLC 的變頻器調速系統。將現在應用最廣

35、泛的PLC 和變頻器綜合起來主要功能實現了變壓變頻調速。電機的正反轉，加減速以及快速制動等。因此，該系統必須具備以下三個主體部分：控制運算部分、執行和反饋部分。控制運算主要由PLC 和變頻器來完成；執行元件為變頻器和電機；反饋部分主要為速度反饋。2.3. 設計方案的確定開環控制是最簡單的一種控制方式，它所具有的特點是，控制量與被控制量之間只有前向通路而沒有反向通路。這種控制方式的特點是控制作用的傳遞具有單向性。由于開環控制結構簡單，調整方便，成本低。在國民經濟各部門均有采用。因此，本系統采用開環控制系統。本系統選用的是西門子公司生產的SIMATIC S7-200系列小型PLC ，可用于代替繼電

36、器的簡單控制場合，也可用于復雜的自動化控制系統。由于它極強的的通信功能，在大型網絡控制系統中也能充分發揮其功能。S7-200的可靠性高，可以用梯形圖語句表功能塊圖三種語言來編程。它的指令豐富，指令功能強，易于掌握，操作方便，內置有高速計數器、高速輸出、PID 控制器、RS-485通信/編程接口、PPI 通信協議、MPI 通信協議和自由端口模式通信功能，最大可以擴展到248點數字量I/O或35路模擬量I/O，最多有30多KB 的程序和數據存儲空間。根據以上所述以及設計要求決定選用的具體型號是CPU224 AC/DC/RLY的S7-200的PLC 。正確選擇通用型變頻器對于傳動系統能夠正常運行時至

37、關重要的，首先要明確使用通用變頻器的目的，按照生產機械的類型、調速范圍、速度響應和控制精度、啟動轉矩等要求，充分了解變頻器所驅動負載特性，決定采用什么功能的通用變頻器構成控制系統，然后決定選用哪種控制方式最合適。所選用的通用變頻器應是既滿足生產工藝要求，又要在技術經濟指標上合理。若對通用變頻器選型、系統設計及使用不當，往往會使通用變頻器不能正常的運行、達不到預期目標，甚至引發設備故障，造成不必要的損失。另外，為了確保通用變頻器長期可靠的運行，變頻器的地線的連接也是非常重要的。變頻器在調速系統中的優點：1控制電機的啟動電流；2降低電力線路的電壓波動；3啟動時需要的功率更低；4可控的加速功能；5可

38、調的運行速度；6可調的轉矩極限；7受控的停止方式；8節能；9可逆運行控制；10減少機械傳動部件。在本系統中，選用了由西門子生產的通用變頻器MM420。變頻器MM420 具有良好的人機交互界面，其BOP 控制面板具體如下圖2-6所示。 圖2-6 BOP 控制面板和相關按鍵的作用在變頻電機中，電動機類型選擇的原則是，在滿足工作機械對于拖動系統要求的前提下，所選電動機應盡可能結構簡單、運行可靠、維護方便、價格低廉。因此，在選用電動機種類時，若機械工作對拖動系統無過高要求，應優先選用三相交流異步電動機。在三相交流異步電動機中，籠型異步電動機結構簡單，運行最可靠，維護最方便，對起動性能無過高要求的調速系

39、統，應優先考慮。在電機工作中起動、制動比較頻繁，為提高生產率，又要求電動機具有較大的起動、制動轉矩以縮短起動制動時間，同時還有一定的調速要求，所以本設計采用籠型異步電動機，其參數為：型號：WDJ26；電壓：380V ；接法：三角形接法；轉速：1430r/min; 功率：40W 電流：0.2A ；頻率：50HZ ；絕緣等級：E 。3. 變頻調速系統的硬件設計和軟件設計3.1. 變頻調速系統電路設計控制接線圖如圖3-1所示： 圖3-1 控制外部接線圖由圖3-1可知通過切斷開關的通斷來控制PLC 輸出點Q0.0、Q0.1、Q0.2的不同組合來控制變頻器的不同的頻率。3.2. 變頻調速系統的軟件設計變

40、頻調速系統PLC 程序見附錄。在 MM420變頻器通過數字量的輸入DIN1、DIN2、DIN3不同的組合方式可實現七種不同的輸出頻率，從而實現多段速的控制。變頻器的參數設置如表3-1所示。表3-1變頻器的參數設置一 如果所用的變頻器剛剛出廠的變頻器，則需對它進行快速調試，試驗中用到的變頻器都已經完成了快速調試。表3-2變頻器的參數設置二序號 變頻器參數出廠值 設定值 功能說明1 P0304 230 380 電動機的額定電壓( 380V 2 P0305 3.25 0.35 電動機的額定電流( 0.35A 3 P0307 0.75 0.06 電動機的額定功率( 60W 4P031050.0050.

41、00 電動機的額定頻率( 50Hz 5 P0311 0 1430 電動機的額定轉速6 P1000 2 1 用操作面板控制頻率的升降 7 P1080 0 0 電動機的最小頻率( 0Hz 8 P1082 50 50.00 電動機的最大頻率( 50Hz 9 P1120 10 10 斜坡上升時間( 10S 10 P1121 10 10 斜坡下降時間( 10S 11 P0700 2 2 選擇命令源（由端子排輸入） 12 P0701 1 10 正向點動 13 P0702 12 11 反向點動14 P1058 5.00 30 正向點動頻率（30Hz ） 15 P1059 5.00 20 反向點動頻率（20H

42、z ） 16 P1060 10.00 10 點動斜坡上升時間（10S ） 17 P1061 10.00 5 點動斜坡下降時間（5S ）注: （1）設置參數前先將變頻器參數復位為工廠的缺省設定值（2）設定P0003=2 允許訪問擴展參數（3）設定電機參數時先設定P0010=1(快速調試, 電機參數設置完成設定P0010=0(準備為了快速修改參數的數值，可以單獨修改顯示出的每個數字，操作步驟如下： 按（功能鍵），最右邊的一個數字閃爍。 按，修改這位數字的數值。 再按（功能鍵），相鄰的下一位數字閃爍。 執行2至4步，直到顯示出所要求的數值。 按，退出參數數值的訪問級。4. 變頻器調試系統安裝與調試4

43、.1. 變頻器的安裝、布線及抗干擾（1）設置場所安裝變頻器的場所應具備以下的條件： 無易燃、易爆、腐蝕性氣體和液體，粉塵少。 結構房或電氣室應濕氣少、無水浸。 應具備通風口或換氣裝置，以排出變頻器產生的熱量 應與高次諧波和無線電干擾影響的裝置隔離 （2）使用環境 環境溫度。一般為040攝氏度或-1050攝氏度，注意通風 環境濕度。周圍濕度應為90%以下 振動。安裝場所的振動加速度應限制在0.6g 以內。 （3）安裝方式 應該垂直安裝，不可倒置或平放安裝。 變頻器的安裝底板與背面須為耐溫材料。 安裝在柜內時，一定要注意通風散熱。（1）主電路的布線要注意的是變頻器的輸入端和輸出端不允許接錯，如圖4

44、-1所示。 圖4-1 接線圖（2）控制電路布線要盡量遠離主電路，至少在100mm 以上；盡量不和主電路交叉，如果交叉，應采取垂直交叉的方式。（3）變頻器接地 應將接地端子與大地相接。 變頻器和其他設備或多臺設備一起接地時，每臺設備應分別與大地相接。 盡可能縮短接地線，接地電阻應小于或等于國際標準規定值。（1）變頻系統的供電電源與其他設備的供電電源相互獨立，或在變頻器和其他用電設備的輸入側安裝隔離變壓器，切斷諧波電流（2）在變頻器輸入側與輸出側串接合適的電抗器或安裝諧波濾波器。 （3）電動機與變頻器之間電纜應穿鋼管敷設或用鎧裝電纜，并與其他弱電信號在不同的電纜溝分別敷設，避免輻射干擾。（4）信號線采用屏蔽線（5）變頻器使用專用接地線，且用粗地線，鄰近其他電器設備的地線必須與變頻器配線分開，使用短線。4.2. 變頻器的保護功能及故障處理（1）過電流保護和失速防止功能主要指