基于PLC的交流异步电机 转速闭环控制系统设计
成绩： 姓名： 班级： 学号： 日期：
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PLC技能考核设计训练任务书
学生姓名专业年级学号
设计日期：2016 年5 月27 日至2016 年6 月6 日
设计题目：
基于PLC的交流异步电机转速闭环控制系统设计（实现记录系统运行时间）
设计主要内容：
本次设计使用可编程控制器（PLC）、HMI、变频器、组态软件、交流异步电动机等器件组成的综合控制系统。系统中通过PLC来控制变频器，变频器的输出控制异步电动机，再通过反馈系统将参数反馈给PLC，然后经过PID运算调整输出，最终实现异步电动机转速的闭环控制，实现异步电机的稳态运行。并通过HMI面板直观的显示出系统单次及总运行的时间。
主要是调节转速调节器PI调节器的参数，实现电动机的控制、调节、显示。
指导教师评语：
指导教师签字：
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目录
1 绪论 .................................................. 1
1.1变频器 ............................................ 1 1.2可编程控制器 ...................................... 1 1.3 触摸屏 ............................................ 2 1.4组态软件 .......................................... 2 1.5基于PLC的交流异步电机转速闭环控制系统 ............. 3
2 系统硬件设计 .......................................... 4
2.1系统设计的目的 .................................... 4 2.2系统硬件结构框图 .................................. 4 2.3硬件选型 .......................................... 5 2.4硬件接线图 ........................................ 8
3 系统软件设计 .......................................... 9
3.1变频器参数 ........................................ 9 3.2触摸屏组态画面 ................................... 10 3.3 PLC编程 ......................................... 10
4 系统调试 ............................................. 19 5 总结 ................................................. 20
5.1遇到的问题及解决方法 ............................. 20 5.2实验收获 ......................................... 20 5.3建议 ............................................. 20
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1绪论
随着电力电子器件、微电子技术和现代控制理论的发展，异步电动机造价低、结构坚固的优点使其得到广泛的应用。这使得电动机的控制技术要求进一步提高，难度进一步加大。控制技术是异步电动机应用必须克服的难关，也是这项技术里的难点。本次实验基于可编程控制器（PLC）硬件平台的异步电动机综合控制系统。通过PLC来控制变频器，然后通过变频器输出要求的电压、频率对异步电动机进行控制，同时根据电机的反馈数据进行调整改变变频器的输出，使得系统形成一个转速闭环的调速系统，从而达到抗干扰、稳态运行。
在运行的同时，记录系统单次运行的时间以及总的运行时间，并显示在显示屏上。
1.1变频器
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。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，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，变频器也得到了非常广泛的应用。
采用变频器一是可以提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求；二是为了节约能源、降低生产成本。用户根据自己的实际工艺要求和运用场合选择不同类型的变频器。在调速系统中变频器的优点是：一、调速平滑、调速范围大。通过控制器的控制，变频器的输出频率可以连续调节，实现无级调速，使电动机起动电流小、动负荷小、调速平滑而无冲击。二、调速精度高。电动机在自然特性上运转时的外特性硬，转速随负载变化小。三、动态品质好。可使提升机的起动、制动、反转和调速过程的时间降至最少，具有良好的动态品质。四、易实现电动机的换向，当频率降低至零后即可反向开车，采用控制器改变相序即可实现反转，因此可在四象限内平滑的过渡。五、节电效果显著。变频调速比转子回路串接电阻的调速方法节约电能20%~40%。本次设计采用的是西门子MM420变频器。
1.2可编程控制器
可编程控制器，简称PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会颁布的PLC标准草案
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中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。各种PLC的组成结构基本相同，主要有CPU,电源，储存器和输入输出接口电路等组成。PLC 的工作方式为循环扫描方式，当PLC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，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 其工作过程大致分为3个阶段：输入采样、程序执行和输入采样、程序执行和输出刷新。PLC具有以下特点：1.使用灵活、通用性强；2.可靠性高、抗干扰能力强；3.接口简单、维护方便；4.体积小、功耗小、性价比高；5.编程简单、容易掌握；6.设计、施工、调试周期短。
目前我国使用的PLC几乎都是国外品牌的产品。在全世界上百个PLC制造厂中，有几家举足轻重的公司。它们是美国Rockwell自动化公司所属的AB公司、GE-Fanuc公司，德国的西门子(Siemens)公司和法国的施耐德(Schneider)自动化公司，日本的三菱公司和欧姆龙(OMRON)公司。
1.3触摸屏
HMI是Human Machine Interface 的缩写，“人机接口”，也叫人机界面。人机界面（又称用户界面或使用者界面）是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。
人机界面产品由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存贮单元等，其中处理器的性能决定了HMI 产品的性能高低，是HMI的核心单元。根据HMI的产品等级不同，处理器可分别选用8位、16位、32位的处理器。HMI软件一般分为两部分，即运行于 HMI硬件中的系统软件和运行于PC机Windows操作系统下的画面组态软件。使用者都必须先使用HMI的画面组态软件制作“工程文件”，再通过PC机和HMI 产品的串行通讯口，把编制好的“工程文件”下载到HMI的处理器中运行。
本次设计采用的是西门子Smart 700。
1.4组态软件
组态软件是运行于PC硬件平台、windows操作系统下的一个通用工具软件产品，和PC机或工控机一起也可以组成HMI产品；通用的组态软件支持的设
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