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PLC控制变频器实现三相异步电动机正反转毕业论文

摘要

随着我国经济的高速发展，交流变频器调速技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广泛，而电动机作为现代动力技术的来源，与人们的生活紧密相关，随着人们对其要求的提高，电动机得到了快速的发展，其拖动技术已经发展到了变压变频调速，其逻辑控制也由plc代替原来的继电器控制。

本文在三相异步电动机的正反转原理为基础上，采用了PLC和变频器控制电动机的正反转，本论文介绍了PLC与变频器之间的通信网络，再此基础上介绍了变频器和PLC相关知识。

论文以“PLC控制变频器实现三相异步电动机正反转”电路原理设计图为核心，介绍了相关元件的结构原理及其选型分析，最后对设计的整个系统进行定性分析，在设计系统的过程和实践运行过程中可能会遇到的问题，本文也散开了论述。

关键词：

继电器控制PLC变频器三相异步电动机正反转

前言

1PLC控制变频器实现三相异步电动机正反转技术的现状与前景

在当今面临能源危机的条件下，节能降耗不仅有近期的直接经济效益，更有这长远的社会利益。

变频器是公认的交流电动机（包括三相异步电动机）最理想和最有前途的调速方案，除了具有卓越的调速性能，还有显著的节能用。

自20世纪80年代变频器相续被引进中国以来对三相异步电动机正反转的节能应用与速度工艺控制中心中得到了快速发展和广泛应用。

在传送、纺织、起重、建材、石油、化工、治金、造纸、挤压和机床等行业以及公用工程（如电梯上升与下降，自动们的开启与关闭）中。

在生产制造的过程中，大部分需要用到PLC编程去自动控制生产制造过程，这样就少企业对人力的投资，从而转向对生产技术的投资，这样有利于经济效益的提高，用PLC控制生产过程对企业的安全生产也提供了强有力的保障，所以用PLC控制变频器实现三相异步电动机的正反转已得以广泛应用于生产当中，PLC控制变频器实现三相异步电动机的正反转急技术是提高经济效益一种最有效的方法之一，用其技术能较集中资金投资于生产技术

2设备选型

本设计所用到额定功率PMN=10KW、额定电压UMN=380V、额定电流IMN=22A、转速140r/min的电动机，变频器与电机相距L=40米，工作效率40Hz，线电压△U不超过2%

2.1导线的选型

1）变频器与电机之间的导线选择论证

根据线电路电压△U的一般要求：

△U≦（2～3）%·UMN·f/50【1】

带入数据求解得到电路电压△U：

△U≦6.08（v）

又根据△U的计算公式：

△U=√3·IMN·Ro·L/1000

单位长度（每米）导线的电阻Ro=3.989

根据下表：

标称截面积（mm2）

1.0

1.5

2.5

4.0

6.0

10.0

16.0

25.0

35.0

Ro欧姆/m

17.8

11.9

9.92

4.40

2.92

1.73

1.10

0.63

0.49

图表1—1常用电动机引出线的单位长度电阻值

可知：

应选用的导线的标称截面积为4.0平方毫米

2）购买导线的型号

导线选购于成都特变线缆公司提供的成都特变BV4mm2铜芯线

品牌

成都特变

型号

BV4mm2

线芯材质

紫铜线

电压等级

中、低压电力电缆（35千伏及以下）

绝缘材料

塑料绝缘电力电缆

价格（元/米）

2.45元/米

图表1—2特变BV4mm2铜芯线详细信息

该导线需购40×3m，总购价：

40×3×2.54=304.8元

2.2熔断器的选型

熔断器作用：

熔断器由熔体。

外壳和支架组成，熔体是熔断器的主要工作部分，当电路发生故障或异常时，伴随着电流不断升高，并且升高的电流有可能损坏电路中的某些重要器件或贵重器件，也有可能烧毁电路甚至造成火灾。

若电路中正确地安置了熔断器，那么，熔断器内的熔体就会在电流异常升高到一定的高度和一定的时候，熔体因过热而熔化，从而切断电流起到保护电路安全运行的作用。

熔断器、熔断体和电动机额定电流的关系：

熔断器的额定电流>熔断体的额定电流>电机的额定电流

熔断体的额定电流=1.5~2.5电动机额定电流=27.5~49.5A

则选择熔断体与熔断器如下：

螺旋式熔断器RL1-60（60A380V）

详细信息产品名称：

低压熔断体

品牌：

SCHINEIDER/施耐德

型号：

RL1-60（60A380V

额定电压：

380（V）V

额定电流：

60（A）A

本熔断体型号、外形尺寸、额定电压、额定电流、如下：

型号：

RL1-60额定电压（v）：

380

额定电流（A）：

40～60

2.3.漏电开关的选型

漏电开关的额定电流为电动机额定电流的1.3倍【2】，所以漏电开关选择DZ47LE漏电器DZ47LE—632P，其额定电流选32A

产品价格35元/台所在地：

北京

品牌：

安德利（中国驰名商标）/DZ47LE-632PD型

极数

2P

脱扣器电流

40-63（A）

产品认证

CCC

灭弧介质

真空式

结构

塑壳式

价格

35元/台

图表1—3DZ47LE-632PD参数

2.4热继电器的选型

热继电器的作用【3】：

热继电器的作用是电动机过负荷时自动切断电源，热继电器的构造是两片膨胀系数不同的金属片构成，电流过大时膨胀系数大的先膨胀，起到切断电源的作用。

热继电器动作后有人工复位

选择JR36系列热继电器JR36-6320-32A，其详细信息如下表：

应用范围

热/热过载

品牌

正泰电气（CHINT）

型号

JR36-6320～32A

产品系列

JR36

触点形式

一开一闭

额定电流

63A

电流性质

交流

外形

小型

功率负载

小功率

防护特征

封闭式

整定电流最小值

20A

整定电流最小值

30A

额定工作频率

50/60（Hz）

价格

19.60元/个

图表1—3

四个信号指示灯的型号规格

HL1信号灯

名称

闪烁灯

型号

SCR-50LAC110V

额定电压

110V

颜色

黄色

价格

450元/支

中心光强

山河电机厂有限公司

图表1—4

HL2信号灯

名称

绿色信号灯（/L）

价格

65元/支

规格

XDJ1-22F/L

商家名称

德利西集团

图表1—5

HL3信号灯

名称

红色信号灯（/H）

规格

XDJ1-22Q/H

价格

65元/支

商家名称

得利西集团

图表1—6

HL4报警灯

名称

旋转报警灯

价格

120元/支

产地

韩国

规格

hanyoung（韩荣） >> 旋转报警灯 >> hy-tf旋转报警

图表1—7

2.5变频器的选型

2.5.1变频器选择论述

1.1额定功率选择

变频器连接的是10KW的三相异步电动机，所以应该选择额定功率在10KW以上的变频器.

1.2额定电流的选择

电机在正常工作下工作，实际电流都会在电机的额定电流上下小范围波动，

所以电流发生波动是变频器驱动负荷常有的事情，如果有较大的电流波动超过了变频器额定电流，就会对变频器的寿命有一定的影响。

但如果电流波动小于额定，则没有实质的影响。

所以选择变频器的额定电流应该大于电机的额定电流22A

1.3变频器品牌选择

变频器品牌选择三菱变频器，三菱变频器全称为“三菱交流变频调速器”，主要用于三相异步交流电机，用于控制和调节电机速度。

当电机的工作电流频率低于50Hz的时候，会节省电能，而此设计中的额定频率40Hz，选择三菱变频器完全可以得到节能的作用。

1.4变频器的最终选购

选购由郑州金洋电气自动化有限公司提供的FR—A740系列，3相380V50Hz等级高功能矢量控制型的三菱变频器FR—A740—11K—CHT

FR-A740高性能矢量变频器

◆功率范围：

0.4～500kw

◆闭环时可进行高精度的转矩/速度/位置控制

◆无传感器矢量控制可实现转矩/速度控制

◆内置plc功能（特殊型号）

◆使用长寿命元器件，内置emc滤波器

◆强大的网络通讯功能，支持devicenet，profibus-dp，modbus等协议

FR—A740—11K—CHT各参数表

适用电机容量

额定功率

额定电流

价格

11KW

11KW

23A

9670元/台

图表1—8

2.5.2PLC型号的详细信息

提供商

深圳市茂汇惠格电子有限公司

原产地

日本

产品名称

FX2N-80MR-001

价格

7030元/台

品牌

三菱MITSUBISHI

产品简介

简单介绍

FX2n系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。

由于FX2n系列具备如下特点：

最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。

2.为大量实际应用而开发的特殊功能

开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要----模拟I/O，高速计数器。

定位控制达到16轴，脉冲串输出或为J和K型热电偶或Pt传感器开发了温度模块。

对每一个FX2n主单元可配置总计达8个特殊功能模块。

 网络和数据通信

连接到世界上最流行的开放式网络CC-Link，ProfibusDp和DeviceNet或者采用传感器层次的网络解决您的通信需要

图表1—9

3设计工程预算：

设备型号、价格统一报表

名称

型号规格及参数

所购支出（元）

特变BV4mm2铜芯线详细信息（电动机引出线）

BV4mm2

304.8

螺旋式熔断器

RL1-60（60A380V）

18.9

漏电开关

DZ47LE—632P

35

热继电器

JR36-6320～32A

19.6

四支信号灯

700

交流接触器

CJ20-25A

39

变频器

FR—A740—11K—CHT

9670

可编程控制器

FX2N-80MR-001

7030

图表2—1

则设备总支出17817.3元

设备总支出=工程施工支出=17817.3元

设计工程支出=设备总支出+工程施工支出

即设计工程支出=35634.6元

4PLC控制变频器实现三相异步电动机正反转控制原理

PLC控制变频器实现三相异步电动机正反转图2—2

3.2PLC控制变频器实现三相异步电动机正反转控制

PLC与变频器组合对电动机正、反转控制，只需要利用PLC的输出端子来控制变频器是STR、STF两个端子，控制电路如图1-1所示。

I/O详细表：

X0SB1接通电源Y3接触器KMY0正转STR

X1SB2切断电源Y4闪烁灯HL1电机运行指示Y1反转STF

X2SA1正转Y5绿灯HL2正转指示灯

X3SA2反转Y6红灯HL3反转指示灯

X4接收掉闸信号Y7变频器掉闸报警灯HL4

输入信号与输出信号之间的逻辑关系的地梯图程序下图2—3所示。

图2—3

其控制过程如下：

按下按钮SB1，输入继电器X0得到信号并动作，输出继电器Y3动作并保值，接触器动作，电动机接通电源。

Y3动作后，Y4动作，闪烁灯闪烁。

闭合开关SA1，闭合开关SA2，X2得到信号并动作，输出继电器Y0动作，变频器STF接通，电动机正转启动并运行。

同时，Y5也动作，正转指示灯黄灯亮。

闭合开关SA2，闭合开关SA1，输出继电器Y1动作，变频器STR接通，电动机正转启动并运行。

同时，Y6也动作，反转指示灯红灯亮。

当电动机正转或反转时，X2或X3的常闭触电断开，使SB2（从而X1）不起作用，于是防止了变频器在电动机运行的情况下切断电源。

将开关SA1和SA2同时断开，则电动机停机，X2、X3的常闭触点均闭合。

如再按按钮SB2，则x1得到信号，使Y3复位，电动机切断电源，同时Y4动作，闪烁灯熄灭。

变频器参数设定

参数名称

参数号

设置数据

上限频率

P1

50HZ

下限频率

P2

0HZ

基波频率

P3

50HZ

加速时间

P7

5s

减速时间

P8

5S

扩展功能选择

P30

1

频率设定操作选择

P51

0

反转防止选择

P78

0

图表2—4

用变频器的旋钮设定变频器显示的频率为“40.0”HZ

参考文献

【1】薛晓明变频器技术与应用，变频器的布线，2009,、6，119～120

【2】袁维义电工技能实训指导书，漏电保护器，2003、11，90～91

【3】袁维义电工技能实训指导书，低压电器运行中的注意事项，2003、11，,79～80

结论

毕业设计是专科学习阶段一次非常难得的理论与实现相结合的机会，通过这次比较完整的设计出梯形PLC控制，我摆脱了单纯的理论知识学习状态。

通过实现设计相结合，锻炼了我综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，通过对PLC进行编程和变频器参数的设定来对三相电动机的正反转，并使电机正反转“互锁”，且让变频器在一定的工作效益下工作等综合考虑。

通过这次毕业设计，提高了我的意志和品质力，提升了自己的忍耐力，懂得了怎样缓解压力，学会独立思考、逻辑思维、推出问题、解决问题的方法。

这是我们希望看到的，这也是我们进行毕业设计的目的所在。

虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐，但我的收获却更加丰富。

通过老师和学生的沟通和及哦啊刘，我了解到此系统的适用条件，此设备的选用标准，以及各种器件适用性。

我的能力也得到了提高，提高是有限的，但提高是全面的，正是这一次设计让我积累了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装起来，也必然会让我们在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通能力。

最终按质按量完成本次设计。

我的收获是很难用语言来描述的。

顺利如期的完成本次毕业设计给了我很大的自信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心。

无论PLC控制控制变频器实现三相异步电动机的正反转怎样复杂，我都采用了一些新技术和设备。

它们有着很多的优越性，但也存在一定的不足，这些不足在一定程度上限制了我们的创造力。

比如怎样防止电机直接启动时所产生的脉冲电流对设备的损害，这让我感到很遗憾。

发现问题，面对问题，才有可能解决问题。

不足和遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行，今后我会更关注新技术新设备新工艺的出现，并争取尽快的掌握这些先进的知识，更好的为社会做出应有的贡献。