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学士学位论文--plc与变频器结合实现电动机恒转矩控制.doc
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2023-06-30
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鞍山科技大学本科生毕业设计(论文) 第 I 页
PLC 与变频器结合实现电动机恒转矩控制
摘要
本文介绍了一种由西门子 PLC 和变频器构成的恒转矩控制系统.采用 PROFIBUS
协议实现了 PLC 与变频器的通讯. 介绍 PROFIBUS 通信协议,以德国西门子公司
MICROMASTER 440 型变频器为例,介绍了 PLC 与变频器进行通信的硬件连接。依据该
协议,实现了以 PLC 作为控制器,在 PLC 环境下编制程序对变频器进行远程控制.该系统
可以对各变频器的运行参数进行在线监测,并进行远程控制。
文中介绍了关于钢板的清洗工艺,以系统的实际应用来说明本系统的实际价值,调节
刷辊的转矩来控制对钢板的刷洗力度。最后附以程序,有 PLC 和变频器的通讯的程序和
PLC 与变频器结合控制电动机恒转矩的 PLC 程序. 实践证明,该系统能有效地减少系统
布线、提高系统的抗干扰能力,为恒转矩控制系统提供了一个低成本和高性能的方案。
关键词:PLC,变频器,PROFIBUS 协议
鞍山科技大学本科生毕业设计(论文) 第 II 页
PLC Combining With Frequency-converter Achieving Constant
Torque Control Of Electric Motor
Abstract
This paper introduces a control system for instance torque composed of SIEMENS PLC and
frequency-converter. The serial communication between PLC and frequency-converter is realized based on
the PROFIBUS protocol. The PROFIBUS protocol is introduced in detail. Hardware link of
communication between PLC and frequency-converter are introduced with an example of SIEMENS
frequency-converter MICROMASTER 440. According to this protocol, remote control of inverter is
realized with SIEMENS PLC being controller under the environment of visual PLC. The presented system
is very convenient to monitor the parameters of every frequency-converter on line and realize the distance
control.
The paper introduced steel cleaning processes for the system to illustrate the practical application of
the actual value of the system, Adjusting brush roller torque to control brush roller intensity on the skin of
steel. At last, together with procedures, there are communication procedures of PLC and
frequency-converter and the procedures of PLC combining with frequency-converter achieving constant
torque control of electric motor. Practice has proved that the method can reduce electric connections and
improve the anti-jamming capability of the system. Thereby a scheme for PLC combining with
frequency-converter to achieve constant torque control of electric motor with low-cost and
high-performance is provided.
Keyword: PLC,frequency-converter,PROFIBUS protocol
鞍山科技大学本科生毕业设计(论文) 第 III 页
目录
摘要 ......................................................................I
ABSTRACT .................................................................II
1 绪论 ....................................................................1
1.1 选题的背景 .....................................................................................................................1
1.2 PLC 和变频器的发展......................................................................................................1
1.3 系统综述 .........................................................................................................................2
2 三相异步电动机 ..........................................................4
2.1 异步电动机的旋转原理 .................................................................................................4
2.2 异步电动机的电磁转矩 .................................................................................................4
2.3 异步电动机的机械特性 .................................................................................................5
3 变频器的恒转矩控制 ......................................................6
3.1 变频器的工作原理 .........................................................................................................6
3.2 转矩控制时的运行特点 .................................................................................................6
3.3 转矩给定信号与电动机转矩 .........................................................................................6
4 STEP7-300 简介..........................................................8
4.1 PLC 的定义 .....................................................................................................................8
4.2 STEP7-300 软件...............................................................................................................8
5 分布式外围设备现场总线(PROFIBUS-DP) ...................................9
5.1 PROFIBUS-DP 简介.......................................................................................................9
5.2 PROFIBUS-DP 的物理连接...........................................................................................9
5.3 PROFIBUS-DP 的报文结构...........................................................................................9
6 系统的实现 .............................................................11
6.1 系统的硬件连接 ...........................................................................................................11
6.2 MICROMASTER 440 标准型变频器设置 ..................................................................11
鞍山科技大学本科生毕业设计(论文) 第 IV 页
6.3 MICROMASTER 440 控制字和状态字的设置..........................................................13
6.4 PROFIBUS-DP 主站与 MICROMASTER 440 的连接...............................................13
6.5 PLC 与变频器的通讯程序设计 ...................................................................................14
6.6 系统的实际应用 ...........................................................................................................18
结论 .....................................................................31
致谢 .....................................................................32
参考文献 .................................................................33
附录 A(英文文献)........................................................34
附录 B(中文译文)........................................................41
鞍山科技大学本科生毕业设计(论文) 第 1 页
1 绪论
1.1 选题的背景
随着我国工业生产自动化程度的不断提高,PLC 和变频器相结合的系统广泛地应用
在冶金、建材、电力、化工、食品等行业中。我国现在广泛使用的调速系统还比较落后,
直接影响了产品的质量。
过去传统的电动机调速系统多采用变频器直接控制电动机的方法进行速度控制,由
于操作人员有限,不能安排太多人员在现场,现场外部工作环境又很恶劣,工厂车间闷
热,同时效率也很低,维修、维护麻烦,造成工作故障多,影响正常生产;另外由于变
频器技术仍未成熟,控制不稳定,精度低,调试烦琐,使用极不方便。根据所掌握的资
料,结合现代先进控制技术,采用可编程序控制器控制 MICROMASTER 440 型变频器
拖动电动机方案,以弱电控制强电远程控制技术取代传统的直接控制方式。
实践证明,该系统效率高,节约劳动力,为工作人员创造了舒适的工作环。由于以
上的优点,PLC 和变频器相结合的系统会有更广阔的发展空间。
1.2 PLC 和变频器的发展
1、 PLC 的发展
PLC 将朝着体积更小、速度更快、功能更强、价格更低的方向发展。二是向大型化、
网络化、多功能方向发展。近年来 , 小型 PLC 的应用十分普遍,超小型 PLC 的需求
日益增多。据统计,美国机床行业应用小型 PLC 几乎占据了市场的 1/4,国外许多 PLC
厂家正在积极地研制开发各种超小型微型 PLC。例如德国西门子公司 S7-200 既可以单
机运行也可以联网实现复杂的控制。S7-200 的最小配置是 8 个数字量输入和 6 个数字量
输出,还可以根据实际情况进行扩展 2~7 个模块,最多可达 128 个输入和 120 个输出,
此外 S7-200 还可以进行模拟量控制,是一种性能价格比较好的微型 PLC.
大型的多层次分布式控制系统与集中型相比,具有更高的安全性和可靠性。系统设
计、组态也更为灵活方便,地域分布也广,是当前控制系统发展的主要潮流。为了适应
这种发展,实现工厂自动化,世界上各 PLC 生产厂家不断地研制开发功能更强的 PLC
网络系统。这种 PLC 网络一般是多级的,网络的最底层是现场执行级,中间是协调级,
网络上的最上层为组织管理级。
现场执行级可以由多个 PLC 或远程 I/O 工作站所组成,中间一级由 PLC 或计算机构
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