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1、毕业设计（论文）题目： 基于PLC的电机调速控制系统学生姓名： xxx 学 号： xxxxxxxx 系 别： 新能源工程学院班 级： xxxxxxxxxx 指导教师： xxx 评阅教师： 完成时期： 2012年10月 30日基于PLC的电机调速控制系统论文原创性申明 本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下研究所取得的研究成果。除了论文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 2009年 10 月 30 日论文版权使用授权书本论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向
2、有关论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀论文评选机构将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本论文。本论文属于 1、保密 在2年解密后适用本授权书。 2、不保密 作者签名： 2012年10月 30日导师签名： 2012年 10月30日一.课题来源:xxxxxx学院系部老师下达了基于PLC的电机调速控制系统设计的毕业设计任务，主要是对电机调速系统进行编程控制，并通过设计，加深对电气控制与PLC知识理解，巩固和提高学过的理论与专业知识，并予以适当的深化。二.研究的目的和意义:三.、研究内容1、电机调速
3、控制系统作用2、PLC在我国的发展及应用3、系统的控制要求及方案设计4、PLC系统工作原理及程序设计四.国内外的发展现状及趋势小型PLC从产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；如今的小型PLC在编程，IO扩展，通讯借口，开关量和模拟量的调节以及一些特殊功能模块如高速计数输入和脉冲输出的应用上已经基本满足用户的需求了。但随着应用需求及关联产品技术性能的提升（如步进驱动的脉冲响应频率及精度，HMI及关联系统的通讯功能），PLC将继续得已完善和发展。未来几年，各厂商会应客户要求，对小型PLC的以下功能进行强化： （1）运动控制功能 用户对PLC提
4、出更高的运动控制功能要求，主要是控制性能和功能方面。这种需求在机床工具，电子制造和外包行业更加突出。 未来的发展方向将是： 1）脉冲频率的提高，从10KHZ，20KHZ发展到目前的100KHZ甚至更高； 2）功能更强，如FP-X，FX-3U，CP1H，EH+SV等产品都具备插补功能，同时脉冲路数有所增加。 （2）通讯功能 有很多厂家认为网络通讯是未来PLC的发展方向，这样可以从系统结构上得到简化，从而降低成本。很多之前只支持一种现场总线的产品供应商，都在考虑推出支持更多总线和工业以太网的PLC产品。五、工作进度：设计（论文）成果要求：1、开题报告： 页 1000 字2、说 明 书： 页 字3、
5、图 纸： 页 张4、译 文： 页 汉字5、小 论 文： 页 6000 字6、其 它： 进度计划安排起止日期要求完成的内容及质量12012.9.182012.9.22 2、2012.9.232012.10.10 3、2012.10.112012.10.18 4、2012.10.192012.10.305 2009.11.12009.11.31、 完成开题报告。2、 完成毕业设计（论文）初稿，指导老师审核。3、 完成毕业设计（论文），装订成册，连同电子文档一并上交指导老师。4、 指导老师完成毕业设计（论文）的批阅，评阅小组完成毕业设计（论文）的评阅。5、 毕业答辩。六.本次研究的主攻方向通过设计交
6、通灯的PLC的控制设计，主要对交通灯的PLC工作系统的分析和运七：七.参考文献：xxxxxx学院 毕业设计（论文）正文学生姓名： xxx 学 号： xxxxxxxxxx 系 别： 新能源工程学院 班 级： xxxxxxxxxx 指导教师： 完成时期： 2012年10月 30日 目 录摘要1关键字1前言1电动机 变频器及PLC概述11.1电动机的分类1.2电动机的基本结构.1.3变频器概述.1.4PLC的基本结构及控制原理.1.5基于PLC的电机调速控制系统的优点.2本设计的主体思路.2.1基于PLC的电机调速系统的构想3控制系统的硬件选择.3.1LG公司SV-IG5系列变频器介绍3.2三菱PL
7、C-FX2N系列PLC介绍3.3电机的选择.4系统控制要求.4.1控制的要求5控制系统的硬件设计5.1系统的接线原理图5.2系统的I/O分配.5.3变频器的参数设定6控制系统的软件设计6.1系统的梯形图6.2系统的指令表.致谢附录参考文献基于PLC的电机调速系统设计-八段有极升速调速控制学生：xxx指导老师：xxx(xxxxxxxxx学院)摘要：自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络
8、技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。 PLC具有结构简单、编程方便、性能优越、灵活通用、使用方便、可靠性高、搞干扰能力强等到一系列优点，在工业生产过程自动控制领域得到了广泛应用。所以，掌握PLC技术是改造传统生产工艺和设备的重要途径。PLC control AC motor speed regulation system Design and ImplementationAbstractSince the sixties the twentieth ce
9、ntury the United States launched a programmable logic controller (Programmable Logic Controller, PLC) has replaced the traditional relay control device, PLC has been rapid development, is widely used around the world. Meanwhile, PLC function is also improved. With computer technology, signal process
10、ing technology, control technology and network technology for the continuous development of rising user demand, PLC basis of the switch rate treatments to treat volumes added to the simulation and motion control functions. PLC today no longer limited to logic control, motion control, process control
11、 and other fields also play an important role.关键字：PLC 电机 调速系统 变频调速控制系统前言可编程控制器是以计算机为核心的通用自动控制装置，它的功能强、可靠性极强、编程简单、使用方便、体积小。现已广泛应用于工业控制的各个领域，它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、记数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。随着PLC技术的迅猛发展PLC越来越多的被用于工业领域，配合变频器PLC被用于电机调速，基于PLC的电机调速系统具有效率高、节能显著； 调速平滑，能在5100Hz范围内无级调速；低频起动时力矩对
12、负载冲击小；起动电流小， 应用范围广，在50Hz以下可作恒转矩运行，在50Hz以上可作恒功率运行； 较电磁调速电机节能降耗，调速范围广，结构简单，使用可靠，维修方便。等诸多优势。其优点是传统调速系统无法比拟的。1电动机 变频器及PLC概述1.1电动机的分类 电动机应用广泛，种类繁多按工作电源种类划分：可分为直流电动机和交流电动机。直流电动机按结构及工作原理可划分：无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可划分：永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机划分：串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机划分：稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝
13、镍钴永磁直流电动机。 其中交流电机还可分：单相电机和三相电机。按结构和工作原理划分：可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。 同步电动机可划分：永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。异步电动机可划分：感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机可划分：三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。交流换向器电动机可划分：单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。按起动与运行方式划分：电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。按用途划分：驱动用电动机和控制用电动机。 1.2电动机的基本结构一般电动机主要分为定子和转子两
14、部分。定子：由铁心、绕组与机座三部分组成。定子铁心是电动机磁路的一部分，它是由0.5mm的硅钢片叠压而成，片与片之间是绝缘的，以减少涡流损耗，定子铁心的硅钢片的内圆冲有定子槽，槽中安放绕组，硅钢片铁心在叠压后称为一个整体，固定于机座上。定子绕组是电动机的电路部分，由许多线圈连接而成，每个线圈有两个有效边，分别放在两个槽里。三相对称绕组AX，BY，CZ可连接成星型或三角形。机座主要用于固定与支撑定子铁心。中小型异步电动机一般采用铸铁机座。根据不同的冷却方式采用不同的机座形式转子：转子由铁心与绕组组成。转子铁心压装在转轴上，由硅钢片叠压而成，转子硅钢片冲片如图5.2所示，转子铁心也是电动机磁路的一
15、部分，转子铁心、气隙与定子铁心构成电动机的完整磁路。异步电动机转子绕组多采用鼠笼式，它是在转子铁心槽里插入铜条，再将全部铜条两端焊在两个铜端环上而组成，小型鼠笼式转子绕组多用铝离心浇注而成，异步电动机的转子绕组除了鼠笼式外还有线绕式，线绕式转子绕组与定子绕组一样，由线圈组成绕组放入转子铁心槽里，转子绕组一般是连接成星型的三相绕组，转子绕组组成的磁极数与定子相同，绕线式转子通过轴上的滑环和电刷在转子回路中接入外加电阻，1.3变频器概述变频器（Variable-frequency Drive，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。变频器主要
16、由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器以其简便耐用，便于维修，功能完善等优点在现代工业制造中运用也越来越广泛。相比于传统调速系统，与PLC相结合的变频调速系统可以设置更多的参数，完成更多的工业技术的要求。使得现代调速系统的调速和一些其他的技术指标跟加完善。1.4PLC的基本结构及控制原理PLC主要分为以下几部分(如图1.4-1)图1
17、.4-1 PLC的硬件组成中央处理器中央处理器单元一般由控制器、运算器和寄存器组成。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与储存单元、输入输出接口、通信接口、扩展接口相连。CPU是PLC的核心，它不断采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出。 储存器PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。系统存储器用于存放PLC的系统程序，用户存储器用于存放PLC的用户程序。现在的PLC一般均采用可电擦除的E2PROM存储器来作为系统存储器和用户存储器。 输入输出接口单元PLC的输入接口电路的作用是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号输入CPU；PLC的输出接口电路的作用是将CPU向外输出的信号转换成可
18、以驱动外部执行元件的信号，以便控制接触器线圈等电器的通、断电。PLC的输入输出接口电路一般采用光耦合隔离技术，可以有效地保护内部电路。 输入接口电路PLC的输入接口电路可分为直流输入电路和交流输入电路。直流输入电路的延迟时间比较短，可以直接与接近开关，光电开关等电子输入装置连接；交流输入电路适用于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。 交流输入电路和直流输入电路类似，外接的输入电源改为220V交流电源。 输出接口电路输出接口电路通常有3种类型：继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型。 继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型的输出电路类似，只是晶体管或晶闸管代替继电器来控制外部负载。 扩展接口和通
19、信接口PLC的扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活，以满足不同控制系统的需要；通信接口的功能是通过这些通信接口可以和监视器、打印机、其他的PLC或是计算机相连，从而实现“人-机”或“机-机”之间的对话。 电源PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、12V、24V直流电源，使PLC能正常工作1.5基于PLC的电机调速控制系统的优点plc控制电路相对于继电器控制电路具有以下优点1、控制方式上看：电器控制硬接线，逻辑一旦确定，要改变逻辑或增加功能很是困难；而plc软接线，只需改变控制程序就可轻易改
20、变逻辑或增加功能。2、工作方式上看：电器控制并行工作，而plc串行工作，不受制约。3、控制速度上看：电器控制速度慢，触点易抖动；而plc通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而无抖动一说。4、定时、记数看：电器控制定时精度不高，容易受环境温度变化影响，且无记数功能；plc时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有记数功能。5、可靠、维护看：电器控制触点多，会产生机械磨损和电弧烧伤，接线也多，可靠、维护性能差；plc无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。2本设计的主体思路2.1基于PLC的电机调速系统的构想利用PLC的开关量输出继电器对变频器的多功能输入端进
21、行控制，可以实现三相电动机的正反转、多速有极控制。对大多数控制系统来说，对大多数速度控制系统来说，这种多级速度控制方式不仅能满足工艺要求，而且接线简单、抗干扰能力强，使用方便。与利用模拟信号进行速度给定的方法比较，成本低，并且不会存在因外部和内部漂移带来的一些问题。3控制系统的硬件选择3.1LG公司SV-IG5系列变频器介绍LG变频器是由韩国LG产电为自动化设备行业倾力打造的专业变频器。具有更好的低速特性，IP防护和应用功能。从外观，结构，散热，电路设计，软件设计等诸多方面进行了精心改进，提高了产品的可靠性和易用性，进一步满足了客户不同应用场合的要求。 LG变频器IG5系列是 LG变频器中的一
22、个系列。 其特点是V/F控制和无传感矢量控制，内置RFI干扰滤波器，电机参数自整定，内置电位器，0.5HZ具有150%转矩，可编程的I/O端子，0-400HZ的输出频率范围，PNP/NPN类型，1-10KHZ的载波频率范围，0-10VDC模拟输出，内置PID控制，可选择Modbus通讯卡，接地保护。3.2三菱PLC-FX2N系列PLC介绍三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当FX系列中最高档次的超小程序装置，除输入出1625 点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。 其特点是:系统配置即固定又灵活；
23、-编程简单；备有可自由选择，丰富的品种；令人放心的高性能；高速运算；使用于多种特殊用途；外部机器通讯简单化；共同的外部设备。3.3电机的选择电动机的选择主要根据以下条件来选择1 电动机的机械特性、启动、制动、调速及其它控制性能应满足机械特性和生产工艺过程的要求，电动机工作过程中对电源供电质量的影响（如电压波动、谢波干扰等），应在容许的范围内；2 按预定的工作制、冷却方法基辅在情况所确定的电动机功率，电动机的温升应在限定的范围内；3 根据环境条件、运行条件、安装方式、传动方式，选定电动机的结构、安装、防护形式，保证电动机可靠工作；4 综合考虑一次投资几运行费用，整个驱动系统经济、节能、合理、可靠
24、和安全。4系统控制要求4.1控制的要求本设计主要用于电机的8段有级调速控制。这8个速度是：40Hz10 Hz 35 Hz 20 Hz 50 Hz 15 Hz 30 Hz 25 Hz具体的要求是：当正转或反转按钮按下后，电动机按照10Hz速度运行。按下SB6，电机升一级速度运行，即以15Hz运行。每按一次，升一级速度，直到8级速度，即全速50Hz为止。按下按钮SB7，电机降一级速度运行，每按一次，下降一级速度，直到一级速度（10Hz速度）为止。当电机运行在中间某一速度时，同样可以通过SB6或SB7进行升速或降速控制。5控制系统的硬件设计5.1系统的接线原理图用PLC对变频器进行有级调速的控制原理
25、图如图5.1.1所示。途中变频器的型号为SV-004ig-2，适用于电动机功率0.37kw图5.1.1 PLC对变频器进行有机调速控制原理图5.2系统的I/O分配（表5.2.1）表5.2.1输入I/O输出功能解释SB0X00变频器电源接触器停止按钮SB1X01变频器电源运行按钮SB2X02变频器正传停止SB3X03变频器正传启动SB4XO4变频器反转停止SB5X05变频器反转启动SB6X06加速SB7X07减速Y00KMKM为变频器主电源接触器Y01HL1HL1为变频器运行指示Y02HL2HL2变频器故障指示YO6P1多功能端子Y07P2多功能端子Y10P3多功能端子Y11RSTRST为复位端
26、子Y12RXRX为反转端子Y13FXFX为正转端子多功能输出端子MO-MG定义为“停止检测”5.3变频器的参数设定5.3.1主要参数设定图5.3.1是变频器的多功能输出端子的逻辑输入与频率输出的关系，根据下图可以完成对变频器的输出控制图5.3.1 端子P3、P2、P1在不同组合情况下的运行速度根据表5.3.1及设计要求的8个频率值，的到多段速度控制的与运行频率的对应关系，根据下图可以完成对频率具体数值的设定表5.3.1 八段速度与多段速控端子对应关系多步频率参数代码速度-H(P3)速度-M(P2)速度-L(P1)运行频率辅助继电器多步频率-0DRV-0000010 HzM1多步频率-1DRV-
27、0500115 HzM2多步频率-2DRV-0601020 HzM3多步频率-3DRV-0701125 HzM4多步频率-4I/O-2110030 HzM5多步频率-5I/O-2210135 HzM6多步频率-6I/O-2311040 HzM7多步频率-7I/O-2411150 HzM8我国的电机频率都是50Hz，因此电机的调速频率在0.1 50Hz，在本设计中我们取了8个不同的值，40Hz10 Hz 35 Hz 20 Hz 50 Hz 15 Hz 30 Hz 25 Hz，分别设置到参数DRV-00、DRV-05、DRV-06D、 DRV-07 I/O-21、I/O-22、I/O-23、I/O
28、-24中。只要给变频上电就可以进行设置。图5.3.2 8段速度运行曲线6控制系统的软件设计6.1系统的梯形图本设计的软件部分的PLC梯形图如图6.1.1所示图6.1.1 电机调速系统的梯形图6.2系统的指令表 根据梯形图与系统的硬件连接，可以得出系统的PLC的指令表，LD 8002 RST D0 LD X1OR Y0OUT Y0AND X0 LD X3 ORY Y12 AND X2 ANI X5 ANIY13 AND Y0 OUT Y13 LDP X3 ORP X5 RST D0 LD Y12 OR M13 OUT M10 LDD0 K0 OUT M11 LD D0 K7 OUT M12 LD
29、 M10 LDI M12 ANP X6 INC D0 ORB LPI M11ANDX7MRDLD M0MPSAND =D0 K0OUT M1MRDAND = D0 K1OUT M2MRDAND = D0 K2OUT M3MRDAND = D0 K3OUT M4ORDAND = D0 K4OUT M5MRDAND = D0 K5OUT M6MRDAND D0OUT DMPPLD = D0 K6OUT M7MPPLD = D0 K7MPPLD DO K7OUT M8LD M2OR M4OR M6OR M8OUT Y10LD M3OR M4OR M7OR M8OUT Y7LD M5OR M6OR M
30、7OR M8OUT Y6END致谢 在此，我还要感谢在一起愉快的度过三年大学生活的各位同学们，正是由于 你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。特别感谢我寝室的同学，他们对本课题做了不少工作，给予我不少的帮助。 本论文是在我的导师xxx老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，李老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。两年多来，李老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向林老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在设计过程中，我通过查
31、阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请 教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整 个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能 力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动 手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收 获和财富，使我终身受益。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们！在此，
32、向所有关心我的亲人、师长和朋友们表示深深的谢意。附录：附1 LG系列变频器技术参数1. 功率/电压等级：0.371.5kW,200-230VAC,1相0.374.0kW,200-230VAC,3相0.374.0kW,380-460VAC,32. 防护等级：IP00IP203. 变频器类型：采用IGBT的PWM控制4. 控制方式：V/F空间矢量PWM技术- 内置：RS-485- 内置：ModBus-RTU- 内置：PID控制- 远程控制盘(可读写参数)- 0.5Hz输出150%转矩- 防失速功能- 8步速控制- 三段跳跃频率5. 变频器功率选择使用电机KWHP220230V1相220230V1相
33、220230V1相0.3705SV004iG5-1SV008iG5-1SV015iG5-1SV004iG5-2SV040iG5-20.751SV008iG5-2SV040iG5-21.52SV015iG5-2SV015iG5-42.23SV022iG5-2SV015iG5-43.75SV037iG5-2SV037iG5-44.054SV040iG5-2SV040iG5-46.变频器型号及相关参数变频器型号（SVXXXIG5-X）004-1008-1015-1004-2008-2015-2022-2037-2040-2电机功率HP0.5120.512355.4kW0.370.751.50.370
34、.751.52.23.74输出功率容量kWA*1.11.931.11.934.56.16.5额定电流A358358121617频率0400Hz电压200230V输入功率电压1phase 200230V( 10%)5060Hz( 5%)频率5060Hz( 5%)5060Hz( 5%)重量kg1.21.82.11.21.21.82.12.22.2动态制动制动电路在电源板上平均制动转矩20%（使用选择的外部制动电阻：100%，150%）最大连续制动时间15seconds最大负载030%ED冷却方式强制风冷自然风冷强制风冷防护等级IP006. 变频器外部接线端子及相关功能参 考 文 献1余雷声. 方宗达等编.电气控制与PLC应用. 北京：机械工业出版社，1996。 2张万忠. 可编程控制器应用技术（第二版）. 化学工业出版社3张万忠. 可编程控制器原理与应用. 哈尔滨工程大学出版社4常斗南. 可编程控制器原理应用及通信基础. 机械工业出版社5余雷声. 方宗达等编.电气控制与PLC应用. 北京：机械工业出版社，1996。6 宋德玉主编. 可编程序控制器原理及应用系统设计技术. 北京：冶金工业出版社，7 赵金荣 叶 真编可编程序控制器原理及应用 上海应用技术学院20038 易传禄主编 可编程序控制器应用指南 上海科普出版社
