1、題目： 三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 關(guān)鍵詞：PLC；三相異步電動機(jī)；轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)角ABSTRACTThis article describes the three-phase asynchronous motor based on Siemens S7-200 series PLC frequency control and angle control methods.PLC in the three-phase asynchronous motor control applications, with traditional relay control, compared wi

2、th a control speed, high reliability, flexibility, functional, etc., for a variety of automated control equipment provides a very reliable control applications.It is able to provide safe and reliable automation and control applications and more complete solution for the current demand for automation

3、 of industrial enterprises.Currently, the electric drive is the industry's main drag production machinery forms; therefore, three-phase asynchronous motor has been widely used in all walks of life and daily life and other fields.With constantly updated production machinery and development of the

4、 motor rotation speed performance issues with increasingly high demand.Three-phase asynchronous motor three-phase asynchronous motors because of its low cost, simple structure, high reliability and low maintenance, etc. in various industrial areas has been widely used, but its speed performance and

5、rotation properties are not as DC motors, so how to improve the performance of asynchronous motor speed and rotation issues in order to improve the speed performance and the corner problem, it is especially important.This article through the squirrel-cage induction motor work process analysis, focus

6、ing on the three-phase asynchronous motor speed and angle performance, try a simple and effective method for speed and angle adjustment.Keywords： PLC， Three-phase asynchronous motor， speed， turn angle目 錄 第一章 緒論11.1 三相異步電動機(jī)1三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理11.2 PLC技術(shù)7LC的發(fā)展歷史7LC的基本結(jié)構(gòu)8 西門子S7-200系列PLC91.3 變頻器10變頻器基本原理11變

7、頻器調(diào)速基本原理121.4人機(jī)交互界面與西門子Smartline13人機(jī)交互界面13西門子Smartline14第二章 PLC編程軟件與HMI組態(tài)軟件152.1 STEP7-Micro/WIN15軟件介紹15程序組織 15程序編輯要點(diǎn)15LC監(jiān)控152.2 wincc flexible組態(tài)軟件16 wincc flexible簡介16 wincc flexible的組件17第三章 電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制183.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路183.2變頻器參數(shù)設(shè)置183.3轉(zhuǎn)速控制外部硬件連接圖193.4 PLC程序設(shè)計(jì)19 3.4.1 PID算法19 內(nèi)存變量分配表20 速度反饋設(shè)計(jì)213.5調(diào)試與數(shù)據(jù)分析2

8、1 3.5.1 PID參數(shù)整定21 運(yùn)行結(jié)果22第四章 電機(jī)轉(zhuǎn)角控制254.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路254.2變頻器參數(shù)設(shè)置254.3硬件連接圖254.4 PLC程序設(shè)計(jì)26 電機(jī)角度控制設(shè)計(jì)思路26 程序地址分配274.5運(yùn)行結(jié)果27第五章 wincc flexible 人機(jī)界面設(shè)計(jì)285.1人機(jī)界面設(shè)計(jì)要求285.2人機(jī)界面設(shè)計(jì)及變量設(shè)置285.3運(yùn)行結(jié)果29第六章 總結(jié).30 參考文獻(xiàn).31致謝.32附錄.323第一章 緒論1.1三相異步電動機(jī) 實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電工設(shè)備總稱為電機(jī)。電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換。把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備稱為發(fā)電機(jī)，而把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)

9、械能的設(shè)備叫做電動機(jī)。在生產(chǎn)上主要用的是交流電動機(jī)，特別三相異步電動機(jī)，因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。它被廣泛地用來驅(qū)動各種金屬切削機(jī)床、起重機(jī)、鍛壓機(jī)、傳送帶、鑄造機(jī)械、功率不大的通風(fēng)機(jī)及水泵等。三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 1三相異步電動機(jī)的構(gòu)造三相異步電動機(jī)的兩個(gè)基本組成部分為定子（固定部分）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）。此外還有端蓋、風(fēng)扇等附屬部分，如圖1.1所示。圖 1.1 三相電動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖（1）定子 三相異步電動機(jī)的定子由三部分組成：定子定子鐵心由厚度為0.5mm的，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片內(nèi)圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放定子三相繞組AX、B

10、Y、CZ。定子繞組三組用漆包線繞制好的，對稱地嵌入定子鐵心槽內(nèi)的相同的線圈。這三相繞組可接成星形或三角形。機(jī)座機(jī)座用鑄鐵或鑄鋼制成，其作用是固定鐵心和繞組表1.1 定子組成（2）轉(zhuǎn)子三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子由三部分組成：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心由厚度為0.5mm的，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片外圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放轉(zhuǎn)子三相繞組。轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組有兩種形式： 鼠籠式 - 鼠籠式異步電動機(jī)。 繞線式 - 繞線式異步電動機(jī)。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸上加機(jī)械負(fù)載表1.2 轉(zhuǎn)子組成鼠籠式電動機(jī)由于構(gòu)造簡單，價(jià)格低廉，工作可靠，使用方便，成為了生產(chǎn)上應(yīng)用得最廣泛的一種電動機(jī)。為了保證轉(zhuǎn)子能夠自由旋轉(zhuǎn)，在定子與轉(zhuǎn)子之間必須留有

11、一定的空氣隙，中小型電動機(jī)的空氣隙約在0.21.0mm之間。2三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理（1）基本原理圖 1.2 三相異步電動機(jī)工作原理 如圖1.2所示，當(dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁鐵與閉合的導(dǎo)體發(fā)生相對運(yùn)動，鼠籠式導(dǎo)體切割磁力線而在其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。感應(yīng)電流又使導(dǎo)體受到一個(gè)電磁力的作用，于是導(dǎo)體就沿磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動起來，這就是異步電動機(jī)的基本原理。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向和磁極旋轉(zhuǎn)的方向相同。（2）旋轉(zhuǎn)磁場 產(chǎn)生圖1.3表示最簡單的三相定子繞組AX、BY、CZ，它們在空間按互差1200的規(guī)律對稱排列。并接成星形與三相電源U、V、W相聯(lián)。則三相定子繞組便通過三相對稱電流：隨著電流在定子繞組中通過，在三

12、相定子繞組中就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(圖1.4)。 （1.1） 圖1.3 三相異步電動機(jī)定子接線當(dāng)wt=00時(shí)，AX繞組中無電流；為負(fù)，BY繞組中的電流從Y流入B1流出；為正，CZ繞組中的電流從C流入Z流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖1.4（a）所示。當(dāng)wt=1200時(shí)，BY繞組中無電流；為正，AX繞組中的電流從A流入X流出；為負(fù)，CZ繞組中的電流從Z流入C流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖1.4（b）所示。當(dāng)wt=2400時(shí)，CZ繞組中無電流；為負(fù)，AX繞組中的電流從X流入A流出；為正，BY繞組中的電流從B流入Y流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖1.4（c）所示?？梢姡?dāng)定

13、子繞組中的電流變化一個(gè)周期時(shí)，合成磁場也按電流的相序方向在空間旋轉(zhuǎn)一周。隨著定子繞組中的三相電流不斷地作周期性變化，產(chǎn)生的合成磁場也不斷地旋，因此稱為旋轉(zhuǎn)磁場。 圖 1.4 旋轉(zhuǎn)磁場的形成旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)磁場的方向是由三相繞組中電流相序決定的，若想改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向，只要改變通入定子繞組的電流相序，即將三根電源線中的任意兩根對調(diào)即可。這時(shí)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也跟著改變。（3）三相異步電動機(jī)的極數(shù)與轉(zhuǎn)速極數(shù)（磁極對數(shù)p）三相異步電動機(jī)的極數(shù)就是旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)。旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)和三相繞組的安排有關(guān)。當(dāng)每相繞組只有一個(gè)線圈，繞組的始端之間相差1200空間角時(shí)，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場具有一對極，即p=1；當(dāng)每相繞

14、組為兩個(gè)線圈串聯(lián)，繞組的始端之間相差600空間角時(shí)，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場具有兩對極，即p=2；同理，如果要產(chǎn)生三對極，即p=3的旋轉(zhuǎn)磁場，則每相繞組必須有均勻安排在空間的串聯(lián)的三個(gè)線圈，繞組的始端之間相差400（=1200/p）空間角。極數(shù)p與繞組的始端之間的空間角q的關(guān)系為： （1.2） 轉(zhuǎn)速n三相異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0與電動機(jī)磁極對數(shù)p有關(guān)，它們的關(guān)系是： （1.3）由（1.3）可知，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0決定于電流頻率f1和磁場的極數(shù)p。對某一異步電動機(jī)而言，f1和p通常是一定的，所以磁場轉(zhuǎn)速n0是個(gè)常數(shù)。在我國，工頻f1=50Hz，因此對應(yīng)于不同極對數(shù)p的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0，見表1.3p12

15、3456n0300015001000750600500表1.3 轉(zhuǎn)差率s電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向相同，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n不可能達(dá)到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0相等，否則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間就沒有相對運(yùn)動，因而磁力線就不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，轉(zhuǎn)子電動勢、轉(zhuǎn)子電流以及轉(zhuǎn)矩也就都不存在。也就是說旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間存在轉(zhuǎn)速差，因此我們把這種電動機(jī)稱為異步電動機(jī)，又因?yàn)檫@種電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理是建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的，故又稱為感應(yīng)電動機(jī)。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0常稱為同步轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)差率s用來表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與磁場轉(zhuǎn)速n0相差的程度的物理量。即： (1.4)轉(zhuǎn)差率是異步電動機(jī)的一個(gè)重要的物理量。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速n0開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，

16、轉(zhuǎn)子則因機(jī)械慣性尚未轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子的瞬間轉(zhuǎn)速n=0，這時(shí)轉(zhuǎn)差率S=1。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來之后，n>0，（n0-n）差值減小，電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率S<1。如果轉(zhuǎn)軸上的阻轉(zhuǎn)矩加大，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n降低，即異步程度加大，才能產(chǎn)生足夠大的感受電動勢和電流，產(chǎn)生足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩，這時(shí)的轉(zhuǎn)差率S增大。反之，S減小。異步電動機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速一般很接近，轉(zhuǎn)差率很小。在額定工作狀態(tài)下約為0.0150.06之間。根據(jù)式(1.4),可以得到電動機(jī)的轉(zhuǎn)速常用公式 (1.5) 三相異步電動機(jī)的定子電路與轉(zhuǎn)子電路三相異步電動機(jī)中的電磁關(guān)系同變壓器類似，定子繞組相當(dāng)于變壓器的原繞組，轉(zhuǎn)子繞組（一般是短接的）相當(dāng)于副繞組。給

17、定子繞組接上三相電源電壓，則定子中就有三相電流通過，此三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，其磁力線通過定子和轉(zhuǎn)子鐵心而閉合，這個(gè)磁場在轉(zhuǎn)子和定子的每相繞組中都要感應(yīng)出電動勢。1.2 PLC技術(shù) 變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備。其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來說，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的CPU以及一些相應(yīng)的電路 。 1.主電路是給異步電動機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為

18、兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它主要由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。 （1） 整流器：最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。 （2）平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（

19、電流）。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。 （3）逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時(shí)間使6個(gè)開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型pwm逆變器為例示出開關(guān)時(shí)間和電壓波形。 2.控制電路是給異步電動機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，它有頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機(jī)的“速度檢測電路”，將運(yùn)算電路的控制信號進(jìn)行放大的“驅(qū)動電路”，以及逆變器和電動機(jī)的“保護(hù)電路”組成。 （1） 運(yùn)算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進(jìn)行比較運(yùn)

20、算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。 （2）電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。 （3）驅(qū)動電路：驅(qū)動主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。 （4）速度檢測電路:以裝在異步電動機(jī)軸機(jī)上的速度檢測器(tg、plg等)的信號為速度信號，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。 （5）保護(hù)電路:檢測主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。圖1.7 變頻器主電路 變頻器調(diào)速基本原理變頻調(diào)速是通過改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來達(dá)到調(diào)速的目的。當(dāng)在定子繞組上接入三相交流電時(shí)，在定子與

21、轉(zhuǎn)子之間的空氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，它與轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生相對運(yùn)動，使轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢，出現(xiàn)感應(yīng)電流，此電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電動機(jī)轉(zhuǎn)動起來。電機(jī)磁場的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速，用N表示： N=60f/p(r/min) （1.6）式中：f三相交流電源頻率，一般為50Hz；p磁極對數(shù)。當(dāng)p=1時(shí)，N=3000r/min；p=2時(shí)，N=1500r/min?？梢姶艠O對數(shù)p越多，轉(zhuǎn)速N越慢。轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速n比磁場的同步轉(zhuǎn)速N要慢一點(diǎn)，所以稱為異步電機(jī)，這個(gè)差別用轉(zhuǎn)差率s表示： s=n1n）/n1×100% （1.7)當(dāng)加上電源轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動瞬間，n=0，這時(shí)s=1；起動后的極端情況n=

22、N，則s=0，即s在01之間變化。一般異步電機(jī)在額定負(fù)載下的s=（16）%。綜合式（1.6）和式（1.7）可以得出 n=60f（1s）/p (1.8) 由式(1.8)可以看出，對于成品電機(jī)，其磁極對數(shù)p已經(jīng)確定，轉(zhuǎn)差率s變化不大，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f成正比，因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到異步電機(jī)調(diào)速的目的。1.4 人機(jī)交互界面與西門子smartline 人機(jī)交互界面第2章 PLC編程軟件與HMI組態(tài)軟件2.1 STEP7-Micro/WIN軟件介紹S7-200 PLC的編程軟件為STEP7-Micro/WIN，它以PLC的用戶程序編輯功能為主（包括符號表編輯），

23、可用于PLC用戶程序的編輯與監(jiān)控，可使用多種語言文字。STEP7-Micro/WIN軟件使用較簡單，S7-200用戶程序用的邏輯處理、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、數(shù)學(xué)運(yùn)算、通信指令的編輯工具都已集成在軟件中；軟件也可用于程序的在線編輯、狀態(tài)監(jiān)視、變量強(qiáng)制等操作。STEP7-Micro/WIN軟件可以使用SIMATIC與IEC61131-3兩種指令系統(tǒng)編程。SIMATIC系統(tǒng)的功能較豐富，可實(shí)現(xiàn)全部功能，其程序編輯可用梯形圖（LAD）、指令表（STL）、邏輯功能塊圖（FBD)3種編程語言，并能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。IEC61131-3系統(tǒng)只能用梯形圖、邏輯功能塊圖編程，不能使用指令表，也不能使用部分S7-200功能

24、指令。 程序組織 程序結(jié)構(gòu)的組織是確定已有子程序、中斷程序的執(zhí)行次序。對于分塊結(jié)構(gòu)的程序，應(yīng)在完成全部程序編輯后，在主程序OB1上進(jìn)行組織。在主程序OB1上，首先編輯子程序、中斷程序的調(diào)用條件，然后打開指令數(shù)中的“指令文件夾”、選擇“指令分類文件夾”，并栓劑相應(yīng)的子程序號，即可輸入子程序、中斷程序的調(diào)用指令。 程序編輯要點(diǎn)STEP7-Micro/WIN編程軟件的梯形圖以“網(wǎng)絡(luò)”為單位進(jìn)行處理，程序段的注釋也以網(wǎng)絡(luò)為單位進(jìn)行，網(wǎng)絡(luò)的編號可由編輯軟件自動生成。STEP7-Micro/WIN對網(wǎng)絡(luò)有以下規(guī)定的格式要求。（1） 同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有編程元件都必須且只能用梯形圖上的連線連接，僅通過主母線連接

25、的程序塊不能編寫在同一網(wǎng)絡(luò)中。（2） 為了減少程序中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)、簡化程序、方便程序閱讀與注釋，有時(shí)需要將相互關(guān)聯(lián)的程序塊組合到同一網(wǎng)絡(luò)中，這時(shí)應(yīng)通過狀態(tài)恒為“1”的觸點(diǎn)SM0.0，在網(wǎng)絡(luò)中建立一條子母線來連接不同的程序塊。（3） 網(wǎng)絡(luò)原則上應(yīng)以直接連接于主母線的觸點(diǎn)為起始，即使實(shí)際程序塊并不需要觸電，但為了滿足格式的要求，編程時(shí)也需要插入狀態(tài)恒為“1”的觸點(diǎn)SM0.0。2.1.4 PLC監(jiān)控 1.PLC工作模式PLC由STOP(停止）和RUN(運(yùn)行）兩種基本工作模式。可以通過CPU模塊上的模式轉(zhuǎn)換開關(guān)控制PLC的STOP與RUN。但是，當(dāng)PLC操作系統(tǒng)檢測到重大錯(cuò)誤時(shí)，將強(qiáng)制從RUN模式轉(zhuǎn)入ST

26、OP模式。STOP模式可用編程計(jì)算機(jī)直接編輯PLC中的程序，但不執(zhí)行PLC程序；RUN模式不但可以執(zhí)行程序，還可編輯和監(jiān)控PLC程序的狀態(tài)。通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控PLC工作狀態(tài)時(shí)，CPU模塊上的轉(zhuǎn)換開關(guān)應(yīng)設(shè)為“TERM”或“RUN”模式。模式TERM不會改變PLC原有的操作模式，但可通過編程計(jì)算機(jī)改變PLC的操作模式。2. PLC監(jiān)控可通過主菜單“調(diào)試”選項(xiàng)，監(jiān)視、讀取、寫入和強(qiáng)制寫入PLC狀態(tài)。監(jiān)視和調(diào)試功能可在程序編輯器中顯示，也可以狀態(tài)圖的形式顯示。（1） 程序編輯器監(jiān)控選擇主菜單“調(diào)試”上的“使用執(zhí)行狀態(tài)”選項(xiàng)，單擊工具條中的“程序狀態(tài)監(jiān)控”快捷按鈕或選擇主菜單命令“調(diào)試”“程序狀態(tài)”，可在程

27、序編輯器中監(jiān)控PLC的實(shí)際執(zhí)行狀態(tài)。PLC所顯示的狀態(tài)時(shí)PLC循環(huán)掃描完成后的元件狀態(tài)。編輯元件中出現(xiàn)綠色只是表明該編程元件接通，紅色表示指令有誤，灰色表示指令未被掃描（跳過或未調(diào)用）。（2） 狀態(tài)圖監(jiān)控單擊瀏覽條上的“狀態(tài)圖”圖標(biāo)或選擇主菜單“檢視”“元件”“狀態(tài)圖”可打開狀態(tài)圖監(jiān)控頁面。在狀態(tài)圖監(jiān)控頁面的“地址”欄輸入需要監(jiān)控的操作數(shù)（信號）地址，并右擊相應(yīng)的單元格，進(jìn)行信號地質(zhì)的插入、刪除等操作。利用工具條中的“狀態(tài)圖顯示”按鈕，可對輸入的地址進(jìn)行重新排列。信號的狀態(tài)將在狀態(tài)圖的“現(xiàn)行值”欄中顯示。當(dāng)PLC處于“STOP”模式時(shí)，顯示的是PLC程序執(zhí)行前的初始值或條件；當(dāng)PLC處于“RU

28、N”模式時(shí)，則可連續(xù)監(jiān)控執(zhí)行過程中的狀態(tài)。2.2 wincc flexible組態(tài)軟件WinCC flexible是一種前瞻性的面向機(jī)器的自動化概念的HMI軟件，它具有舒適而高效的設(shè)計(jì)。 wincc flexible簡介WinCC flexible是用于所有組態(tài)任務(wù)的工程系統(tǒng)。WinCC flexible采用模塊化的設(shè)計(jì)。隨著版本的逐步升高，所支持的設(shè)備范圍以及WinCC flexible的功能都得到了擴(kuò)展。1. 原理在WinCC flexible中創(chuàng)建新項(xiàng)目或打開現(xiàn)有項(xiàng)目時(shí)，WinCC flexible環(huán)境將在您的編程計(jì)算機(jī)的屏幕上打開。在“項(xiàng)目視圖”中顯示項(xiàng)目結(jié)構(gòu)，并可對項(xiàng)目進(jìn)行管理。Wi

29、nCC flexible為每一項(xiàng)組態(tài)任務(wù)提供專門的編輯器。例如，在“畫面”編輯器中組態(tài)HMI設(shè)備的GUI?；蛘呤褂谩半x散量報(bào)警”編輯器組態(tài)報(bào)警。所有與項(xiàng)目相關(guān)的組態(tài)數(shù)據(jù)都存儲在項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫中。2. 組態(tài)支持 WinCC flexible用于組態(tài)用戶界面以操作和監(jiān)視機(jī)器與設(shè)備。WinCC flexible提供了對面向解決方案概念的組態(tài)任務(wù)的支持。例如，這會涉及到批量數(shù)據(jù)的處理、自動傳送、甚至是運(yùn)動路徑的智能組態(tài)問題。 WinCC flexible的組件 1.WinCC flexible工程系統(tǒng) WinCC flexible工程系統(tǒng)是用于處理所有基本組態(tài)任務(wù)的軟件。WinCC flexible版本決

30、定了在SIMATIC HMI系列中可以組態(tài)哪些HMI設(shè)備。 2.WinCC flexible運(yùn)行系統(tǒng) WinCC flexible運(yùn)行系統(tǒng)是用于過程可視化的軟件。在運(yùn)行系統(tǒng)中，您可以在過程模式下執(zhí)行項(xiàng)目。 3.WinCC flexible選件 WinCC flexible選件可以擴(kuò)展WinCC flexible的標(biāo)準(zhǔn)功能。每個(gè)選件需要一個(gè)單獨(dú)的許可證。第3章 電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路 系統(tǒng)主要由三個(gè)部分構(gòu)成，即可編程邏輯控制器件PLC、變頻器和電機(jī)。首先通過設(shè)置給定輸入給PLC，再通過PLC控制變頻器，再經(jīng)由變頻器來控制電機(jī)，隨后將電機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋給PLC，經(jīng)比較后輸出給變頻器從

31、而實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速。具體如下圖所示：-速度給定速度反饋信號+PLC（PID）變頻調(diào)速系統(tǒng)電機(jī)圖3.1 速度閉環(huán)控制的機(jī)構(gòu)控制圖3.2 變頻器參數(shù)設(shè)置在本系統(tǒng)中，選用了由西門子生產(chǎn)的通用變頻器G120。為滿足設(shè)計(jì)的要求，需要對變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定如下參數(shù)號名稱設(shè)置功能P700選擇命令源2由端子排輸入P701數(shù)字輸入0的功能0禁止數(shù)字輸入P702數(shù)字輸入1的功能1ON/OFF1（接通正轉(zhuǎn)）P703數(shù)字輸入2的功能2ON/OFF1（接通反轉(zhuǎn)）P1000選擇頻率設(shè)定值的來源2模擬量 設(shè)定值表3.1 變頻器參數(shù)設(shè)置3.3 轉(zhuǎn)速控制外部硬件連接圖圖3.2 外部電路連接圖3.4 PLC程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)采用

32、閉環(huán)控制方式來控制電機(jī)的調(diào)速，在編寫程序的時(shí)候可以分為三部分：主程序、中斷程序和子程序。 主程序： 主要是用來啟動中斷程序以及控制量的輸入和子程序的調(diào)用。 中斷程序：調(diào)用PID指令進(jìn)行運(yùn)算以及數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換。 子程序：初始化HSC，中斷程序參數(shù)設(shè)置，PID參數(shù)設(shè)置3.4.1 PID算法圖3.3 PID控制原理圖1、程序地址分配地址說明VD20目標(biāo)速度設(shè)定存放地址VD300當(dāng)前實(shí)際速度存放地址表3.2 程序地址分配表2、 PID指令回路表地址名稱說明VD200過程變量（PVn）必須在0.01.0之間VD204給定值（SPn）必須在0.01.0之間VD208輸出值（Mn）必須在0.01.0之間VD

33、212增益（Kc）比例常數(shù)，可正可負(fù)VD216采樣時(shí)間（Ts）單位為s，必須是正數(shù)VD220采樣時(shí)間（Ti）單位為min，必須是正數(shù)VD224微分時(shí)間（Td）單位為min，必須是正數(shù) 構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)就要把速度信息反饋給輸入。速度的測量可以通過光電編碼器和PLC來實(shí)現(xiàn)。 速度采集：S7-200具有高速脈沖采集功能，采集頻率可以達(dá)到30KHz，共有6個(gè)高速計(jì)數(shù)器（HSC0HSC5）工作模式有12種。在固定時(shí)間間隔內(nèi)采集脈沖差值，通過計(jì)算既可以獲得電動機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速。本次設(shè)計(jì)中：采樣周期為1s 即是每隔1s采集脈沖一次，高速計(jì)數(shù)器選用4倍頻計(jì)數(shù)，光電開關(guān)每轉(zhuǎn)發(fā)出1000個(gè)脈沖，那么就可以得到速度為 （3

34、.2） 其中 為采樣周期內(nèi)接受到的脈沖數(shù)。轉(zhuǎn)速的單位為 。 閉環(huán)控制就是將速度信號反饋給PLC，再通過與給定量比較，輸出給PID控制部分，從而調(diào)節(jié)速度使其能達(dá)到設(shè)定要求。3.5.1 PID參數(shù)整定PID參數(shù)整定方法就是確定調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)P、積分時(shí)間Ti和和微分時(shí)間Td，改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性，使系統(tǒng)的過渡過程達(dá)到最為滿意的質(zhì)量指標(biāo)要求。一般可以通過理論計(jì)算來確定，但誤差太大。目前，應(yīng)用最多的還是工程整定法：如經(jīng)驗(yàn)法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反應(yīng)曲線法。經(jīng)驗(yàn)法又叫現(xiàn)場湊試法，它不需要進(jìn)行事先的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，而是根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，利用一組經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，根據(jù)反應(yīng)曲線的效果不斷地改變參數(shù)，對于溫度控制系統(tǒng)

35、，工程上已經(jīng)有大量的經(jīng)驗(yàn)，其規(guī)律如下表所示： 實(shí)驗(yàn)湊試法的整定步驟為"先比例，再積分，最后微分"。 （1）整定比例控制 將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。 （2）整定積分環(huán)節(jié) 先將步驟（1）中選擇的比例系數(shù)減小為原來的5080，再將積分時(shí)間置一個(gè)較大值，觀測響應(yīng)曲線。然后減小積分時(shí)間，加大積分作用，并相應(yīng)調(diào)整比例系數(shù)，反復(fù)試湊至得到較滿意的響應(yīng)，確定比例和積分的參數(shù)。 （3）整定微分環(huán)節(jié)環(huán)節(jié) 先置微分時(shí)間TD=0，逐漸加大TD，同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，反復(fù)試湊至獲得滿意的控制效果和PID控制參數(shù)。 整定后的PID參數(shù)如下表：

36、被控變量比例積分時(shí)間（min）微分時(shí)間（min)轉(zhuǎn)速0.30.40.030.040.0表3.4 PID參數(shù)表 運(yùn)行結(jié)果系統(tǒng)控制效果如下：圖3.4 速度設(shè)定為600r/min圖3.5 設(shè)定速度600r/min是的反饋速度圖3.6 設(shè)定速度為759r/min圖3.6 設(shè)定速度為759r/min時(shí)的反饋速度第四章 電機(jī)轉(zhuǎn)角控制4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路 系統(tǒng)主要由三個(gè)部分構(gòu)成，即可編程邏輯控制器件PLC、變頻器和電機(jī)。首先通過設(shè)置給定輸入給PLC，再通過PLC控制變頻器，再經(jīng)由變頻器來控制電機(jī)，隨后將電機(jī)的轉(zhuǎn)角由編碼器反饋給PLC，具體如下圖所示：電機(jī)變頻器角度換算模塊角度給定實(shí)際轉(zhuǎn)角編碼器圖4.1

37、 角度控制系統(tǒng)4.2 變頻器參數(shù)設(shè)置在本系統(tǒng)中，選用了由西門子生產(chǎn)的通用變頻器G120。為滿足設(shè)計(jì)的要求，需要對變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定如下參數(shù)號名稱設(shè)置功能P700選擇命令源2由端子排輸入P701數(shù)字輸入0的功能0禁止數(shù)字輸入P702數(shù)字輸入1的功能1ON/OFF1（接通正轉(zhuǎn)）P703數(shù)字輸入2的功能2ON/OFF1（接通反轉(zhuǎn)）P1000選擇頻率設(shè)定值的來源2模擬量 設(shè)定值表4.1 變頻器參數(shù)設(shè)置4.3 硬件連接圖圖4.2 外部電路連接圖4.4 PLC程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)采用開環(huán)控制方式來控制電機(jī)的調(diào)速，在編寫程序的時(shí)候可以分為兩個(gè)部分：主程序和子程序。 主程序： 主要是用來調(diào)用子程序和控制量的

38、輸入。子程序：初始化HSC，角度測量換算模塊。 電機(jī)轉(zhuǎn)角控制設(shè)計(jì)思路電機(jī)轉(zhuǎn)角的控制是指在電機(jī)轉(zhuǎn)動的基礎(chǔ)上，限定電機(jī)轉(zhuǎn)動的時(shí)間或距離來達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)動角度的目的，由此可以推出兩種方案，一個(gè)是可以把電機(jī)轉(zhuǎn)動的角度換算成電機(jī)轉(zhuǎn)動的時(shí)間，時(shí)間到了之后電機(jī)停止轉(zhuǎn)動；另一個(gè)是把電機(jī)轉(zhuǎn)動的角度換算成編碼器脈沖數(shù)，當(dāng)編碼器轉(zhuǎn)動到設(shè)定的角度的時(shí)候，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。為了計(jì)算方便，本次設(shè)計(jì)采用的是60r/min的電機(jī)轉(zhuǎn)速，即電動機(jī)每秒轉(zhuǎn)動1轉(zhuǎn)。在采用方案一的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，在給定的轉(zhuǎn)速之下，想要達(dá)到轉(zhuǎn)動角度的時(shí)間很短，大多不到1S，而在短時(shí)間內(nèi)，變頻器并不能順利啟動電機(jī)并使之轉(zhuǎn)動相應(yīng)的時(shí)間，因此放棄方案一。方案二中不難得出

39、轉(zhuǎn)角與編碼器脈沖數(shù)之間的換算公式： （4.1）其中n是編碼器脈沖數(shù)，是設(shè)定角度。由此得出旋轉(zhuǎn)設(shè)定角度所需要的編碼器脈沖數(shù)，然后設(shè)計(jì)程序，使電動機(jī)在達(dá)到要求后停止轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)角度控制。 程序地址分配地址說明VD200目標(biāo)角度設(shè)定存放地址VD216當(dāng)前實(shí)際角度存放地址4.5 運(yùn)行結(jié)果本次設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)電動機(jī)的正傳反轉(zhuǎn)角度控制，轉(zhuǎn)角控制范圍在-360360度之間圖4.3 角度控制結(jié)果趨勢圖第5章 WINCC Flexible 人機(jī)界面設(shè)計(jì)略第6章 總結(jié)略參 考 文 獻(xiàn)1王樹青，戴連奎，于玲，過程控制工程，第二版 化學(xué)工業(yè)出版社，2008：44-582龔仲華，S7-200系列PLC應(yīng)用技術(shù)，人民郵電出版社

40、，2011：122-137 3甄立東，西門子wincc V7，機(jī)械工業(yè)出版社，2011；84-1084wincc flexible程序自述文件，2011；2-105張萬忠，劉明芹.電器與PLC控制技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2000；77-2206SIEMENS公司.S7-200系統(tǒng)手冊(中文版)，西門子自動化與驅(qū)動集團(tuán)；2004.37SIEMENS公司.G120通用型變頻器手冊，西門子自動化與驅(qū)動集團(tuán)；2003.78武紅軍，張萬忠，可編程控制器入門與應(yīng)用實(shí)例（S7-200系列），中國電力出版社，2010；192-2109薛迎成，PLC與觸摸屏控制技術(shù)，中國電力出版社，2008；79-8510致 謝

41、 略附 錄附錄1: 轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)程序附錄2：轉(zhuǎn)角控制系統(tǒng)程序附錄3：外文文獻(xiàn)翻譯Frequency Variation Speed Control1 The Popularity and Prospect of Frequency Variation Speed ControlThe electrical machinery exchange frequency conversion velocity modulation technology is the electricity saving, the improvement technical process improves the p

42、roduct quality and the improvement environment, the impetus technology advancement one main method now The frequency conversion velocity modulation by its outstanding velocity modulation and the braking quality, the high efficiency, the high power factor and the electricity saving effect, the widesp

43、read applicable scope and other many merits by the domestic grandfather was thought most has the development future velocity modulation way. The electrical transmission control system usually by the electric motor, the control device and the information installs 3 parts to be composed, the electrica

44、l transmission relates uses the electric motor by to save the electrical energy and to control the machinery reasonably the operating condition, the realization electrical energy - mechanical energy transformation, achieves, the high production, the low consumption goal high quality. The electrical

45、transmission divides into does not modulate velocity and modulates velocity two big kinds, the velocity modulation is divided the exchange to modulate velocity and to direct current modulates velocity two ways. The variable speed motor directly does not supply power by the electrical network But the

46、 machinery which does not modulate velocity along with electric power electronic technology development this kind of original manuscript more and more many changes to the velocity modulation transmission by to save the electrical energy The improvement product quality, enhances the output Therefore

47、the velocity modulation transmission is an important profession, already obtained the country to take, at present had certain scale.In recent years exchanged in the velocity modulation most to be active, to develop quickest is the frequency conversion velocity modulation technology, the frequency co

48、nversion velocity modulation is exchanges the velocity modulation foundation and the branch content. The last century transformer appearance causes the change voltage to become very much easy, thus has accomplished a huge electric power profession. Since long ago, the alternating current frequency a

49、lways is fixed, the frequency conversion velocity modulation technology appearance causes the frequency to become may the full use resources.In this recent 10 years, the frequency conversion technology application has the very big development in our country, and obtained the good effect to be possib

50、le to say, the frequency conversion technology has accepted for the majority users, but had no alternative but to point out, our country in frequency conversion technology application aspect, with developed country level Shang You very big disparity. At present, the AC motors we are using now use fr

51、equency variation speed control only about 6%, but the developed country is 60%70%, Japan on air blower, water pump frequency conversion velocity modulation use rate is 10%, but our country is less than 0.01%, In Japan air-conditioner using frequency variation technique rate is 70%, but our country&

52、#39;s only then just started Embarks from this reality, frequency conversion technology remain have the very big development space, we should complete the promoted application work doggedly.And with the constant development of control technique and control avenue, frequency variation speed controlled has developed the vector controlled frequency variation velocity modulation, by controlling the AC motor inside act for shunt DC motor field copers flux, to enhance the permanent torque output scope and static and dyna