基于plc的電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1緒論1.1本課題研究目的和意義PLC具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便、性能優(yōu)越、靈活通用、使用方便、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等到一系列優(yōu)點(diǎn)[2]?？删幊炭刂破?PLC)的核心微處理器，通過將計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來，能夠?qū)崿F(xiàn)高度靈活、高可靠性的工業(yè)控制。為了進(jìn)一步提高設(shè)備的自動(dòng)化程度，越來越多的企業(yè)將PLC技術(shù)應(yīng)用于其工廠設(shè)備中。將原有電機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)行改造，引入電機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、監(jiān)控以及變頻、組態(tài)技術(shù)完善并改進(jìn)電機(jī)變頻調(diào)速機(jī)構(gòu)。該系統(tǒng)能對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)精確

2、控制，實(shí)用性強(qiáng)，具有一定的推廣價(jià)值隨著電力電子技術(shù)以及控制技術(shù)的發(fā)展，交流變頻調(diào)速在工業(yè)電機(jī)拖動(dòng)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[5]。交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢(shì)。電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動(dòng)性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式[3]。本文對(duì)如何利用變頻器連接PLC和控制對(duì)象，利用軟件操作來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到遠(yuǎn)程自動(dòng)控制進(jìn)行

3、了討論[4]。在工業(yè)生產(chǎn)中，電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動(dòng)性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，被公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。PLC控制技術(shù)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中被普遍采用。本文構(gòu)建了一個(gè)變頻囂連接PLC和控制對(duì)象，利用軟件操作來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速．以達(dá)到遠(yuǎn)程自動(dòng)控制的系統(tǒng)[8]。1.2交流變頻調(diào)速技術(shù)的研究情況及其發(fā)展在21世紀(jì)電力電子器件的快速發(fā)展，使交流變頻調(diào)速技術(shù)優(yōu)越的性能得到迅速發(fā)展，同時(shí)控制理論進(jìn)步，變頻調(diào)速以其調(diào)速精度高、調(diào)速控制范圍廣、回路保護(hù)功能完善，響應(yīng)速度快、節(jié)能顯著等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在以廣泛的用于電力、

4、制造、運(yùn)輸?shù)葒?guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域[6]。第47頁(yè)共48頁(yè)中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書變頻調(diào)速技術(shù)現(xiàn)在被公認(rèn)為是最理想、最有發(fā)展前景的調(diào)速方式之一，采用變頻器構(gòu)成變頻調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的主要目的是為了滿足提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高設(shè)備自動(dòng)化程度、提高生活質(zhì)量及改善生活環(huán)境等要求以及節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本。用戶根據(jù)自己的實(shí)際工藝要求和運(yùn)用場(chǎng)合選擇不同類型的變頻器[1]。國(guó)外交流變頻調(diào)速技術(shù)高速發(fā)展?fàn)顩r：功率器件的發(fā)展：近年來高電壓、大電流的GTR、GTO、IGBT、IGCT等器件的生產(chǎn)以及并聯(lián)、串聯(lián)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，使高低壓大

5、功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)及應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。控制理論和微電子技術(shù)的發(fā)展：矢量控制、磁通控制、轉(zhuǎn)矩控制、模糊控制、適應(yīng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新的控制理論為高性能的變頻器提供了理論基礎(chǔ),32位高性能微處理器及信號(hào)處理器和專用集成電路（ASIC），SLE4520等的快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速傳動(dòng)設(shè)備高精度、多功能提供了硬件手段[10]?；A(chǔ)工業(yè)和各種制造業(yè)的高速發(fā)展，變頻調(diào)速傳動(dòng)設(shè)備相關(guān)配套件實(shí)現(xiàn)了社會(huì)化、專業(yè)化生產(chǎn)使得交流變頻技術(shù)廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)交流變頻技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀：從總體上看我國(guó)電氣傳動(dòng)的技術(shù)水平較國(guó)際先進(jìn)水平差距5－10年。在大功率交－交變

6、頻、無換向器電機(jī)等變頻技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)只有少數(shù)科研單位有能力制造，但在數(shù)字化及系統(tǒng)的可靠性方面與國(guó)外還有相當(dāng)差距。而這方面產(chǎn)品在諸如抽水蓄能電站機(jī)組啟動(dòng)及運(yùn)行、大容量風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和軋機(jī)傳動(dòng)、礦井卷?xiàng)罘矫嬗泻艽笮枨?，發(fā)展前景比較樂觀。在中小功率變頻技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者作了大量的變頻理論的基礎(chǔ)研究，早在80年代，已成功引入矢量控制的理論，針對(duì)交流電機(jī)的多變量、強(qiáng)耦合、非線性的特點(diǎn)，采用了線性解耦和非線性解耦的方法，探討交流電機(jī)變頻調(diào)速的策略控制[7]。進(jìn)入90年代，隨著高性能單片機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理器的使用，國(guó)內(nèi)學(xué)者緊跟國(guó)外最新控

7、制策略，針對(duì)交流感應(yīng)電機(jī)特點(diǎn)，采用高次諧波注入SPWM和空間矢量控制（SVPWM）等方法，控制算法采用模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論對(duì)感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻、磁鏈和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行在線觀測(cè)，在實(shí)現(xiàn)無速度傳感器交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究上作了大量的基礎(chǔ)研究。隨著大功率變頻器的推廣應(yīng)用，越來越多的企業(yè)在新的建設(shè)項(xiàng)目和技改項(xiàng)目中，開始考慮3KV電壓等級(jí)以上的電機(jī)變頻調(diào)速問題，市場(chǎng)開始升溫。在剛剛起步的高壓變頻器領(lǐng)域，技術(shù)方案包括了高－低－高、高－低、高中多電平H橋主回路、三電平主回路和直接串聯(lián)電流源型等多個(gè)技術(shù)流派。但總的來講，高壓變頻調(diào)速市場(chǎng)目前在

8、我國(guó)仍處于初級(jí)階段，市場(chǎng)容量較小，但是高壓變頻技術(shù)、因其特有的自身功耗小的優(yōu)勢(shì)，還是吸引了包括國(guó)外許多企業(yè)不斷加大研發(fā)和生產(chǎn)、力度。第47頁(yè)共48頁(yè)中北大學(xué)2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書電氣傳動(dòng)領(lǐng)域因變頻技術(shù)的發(fā)展而煥然一新，電壓等級(jí)從110～10000V，容量從數(shù)百瓦的伺服系統(tǒng)到數(shù)萬(wàn)千瓦的特大功率傳動(dòng)系統(tǒng)；從一般要求的調(diào)速系統(tǒng)到精度、