毕业设计论文变频调速系统综合设计精品.docx

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目录

第一章设计摘要2

第二章变频调速控制系统概述2

2.1硬件部分2

2.1.1操作台部分2

2.1.2控制柜部分3

2.1.3交流电动机7

2.1.4元器件的作用8

2.1.5变频调速控制系统原理图8

2.1.6转电机操作9

2.1.7保护功能9

2.2软件部分10

2.2.1DriveMonitor_V5.3软件的应用10

2.2.2STEP7-Micro/WIN4.0软件简介10

2.2.3安全说明和警告10

第三章实验部分11

3.1实验内容11

3.1.1操作说明12

3.1.2编程和调试如下14

3.1.3相关实验与分析15

3.2设计体会16

3.3设计总结16

3.4设计图纸17

3.4.1变频调速系统控制柜原理图（a）17

3.4.2变频调速系统控制柜原理图（b）18

3.4.3变频调速系统控制柜原理图（c）19

3.4.4变频调速系统控制柜原理图（d）20

3.4.5操作台电控系统原理图21

第四章参考文献22

第一章设计摘要

本次综合设计的内容是对于西门子MM430、PLC-200、交流电动机为核心所组成的变频调速系统的综合设计，主要包括对于整个变频调速系统的组成、工作原理、参数设置以及实际操作。

首先，在老师的讲解下，我们大体了解了整个系统的组成及控制柜端子接线方式，在查阅了相关资料后又对于整个系统的工作原理有了进一步的了解。

其次，对于系统熟悉之后，我们开始对它进行了动手操作，包括启动、停止、正反转以及用软件（DriveMoniter）对交流变频器进行设置参数，利用PLC编程实现对变频器的控制，并绘制了机械特性曲线。

最后，按照使用说明书，用变频器上的操作面板对变频器进行参数更改。

关键词：

变频器、PLC、控制系统、编程。

第二章变频调速控制系统概述

2.1硬件部分

MM430控制系统由控制柜、操作台（操作台右侧摆放台式电脑）、交流电动机三部分组成。

原理图如下：

2.1.1操作台部分

操作台是系统日常的操作界面，包括用于控制交流调速的各种指令开关、按钮和指示灯，以及连接到PLC各输入输出模块的大量开关、旋钮、表计和测试插孔。

台子上装有各种指示灯、按钮、电压表，电流表，频率显示仪表等，便于学员观察和记录。

操作台的右侧提供了一块额外的空间，用来摆放一套台式计算机。

计算机内安装MM430变频器调试软件S7—200PLC组态编程软件。

该电脑承担传动系统的调试、设置与监控工作，也可用作对PLC进行编程的编程器。

2.1.2控制柜部分

柜内装有空气开关、交流接触器、快速熔断器、三相进线电抗器、MM430变频器、出线电抗器、S7—200PLC等主器件，柜门装有运行指示灯、显示仪表等。

（见上图）

2.1.2.1交流变频MM430部分

MM430变频器简介：

MM430为水泵和风机的专用型变频器，功率为7.5kw~250kw，三相交流电源（380v~480v），内置PID控制器，具有6个数字输入，2个模拟输入，1个用于电动机过热保护的PTC/KTV输入；2个模拟输出，3个继电器输出，是S7-200、S7-300自动化系统的理想配套设备；从7.5kw至250kw的变频器都具有统一的控制方法和I/O界面，采用统一的MM430控制器及其选件。

主要特点：

调试简单、便捷

模块化结构，组态特别灵活

具有6个可编程的带电位隔离的数字输入

2个模拟输入（0~10v,0~20mA）它们也可以作为7/8个数字输入使用

2个可编程的模拟输出（0~20mA）

3个可编程的继电器输出

由于采用较高的脉冲开关频率，电动机运行的噪声很小

完善的电动机和变频器保护功能

基于PID控制器对三个附加传动装制的控制（电动机分级控制—多机循环）

传动装置可以直接在电网上运行（带有外接的旁路开关电路）

节能运行方式

应用于水泵的驱动时，可以识别水泵是否无水空转（转动皮带故障检测功能）

2.1.2.2交流变频MM430安全问题

出于对系统安全性、可靠性的考虑，装置出厂时被定义为：

交流变频调速子系统为速度开环控制，运行时需与PLC配合进行部分开关联锁，通过操作台的“合闸”和“分闸”按钮对主回路的交流接触器进行操作，通过操作台的“启动”和“停止”按钮控制变频器的起停，通过操作台的“速度给定”旋钮控制变频器的速度给定，通过操作台的“正/反转”旋钮控制变频器的旋转方向，操作台控制柜分别设有“合闸”及“运行”指示灯显示，操作台上方设有“交流电机电流”和“交流电机转速”模拟表显示，操作台设有“系统急停”和“故障”显示灯。

合闸操作：

①合断路器Q0，此为系统总隔离开关；②合断路器Q3为上位机电源；③合断路器Q2为PLC部分和开关电源供电；控制柜电源指示灯亮④合断路器Q1，为MM430变频器的主回路供电；⑤按下操作台的“合闸”按钮合主回路接触器，此时红色“合闸”指示灯应点亮。

转电机操作：

①通过操作台的“速度给定”旋钮控制变频器的速度给定；②按下操作台的“启动”按钮使变频器运行，此时绿色“运行”指示灯应点亮，电机开始按一定的斜坡旋转升速至给定速度并稳定运行；③通过操作台上方的“电机电流”和“电机转速”模拟表观察电机电流和电机转速的变化情况，也可通过PC上的DriveMonitor软件观察到各种详细的运行信息；④按下操作台的“停止”按钮使变频器停机，电机开始按一定的斜坡降速直至停止，此时绿色“运行”指示灯应熄灭。

制动器使用方法：

磁粉制动器是根据电磁原理和利用磁粉传递转矩的它具有激磁电流和传递转矩基本成线形关系，具有响应速度快，结构简单等优点，是一种多用途，性能优越的自动控制元件。

CZ-20磁粉制动器，额定转矩200N.m,额定激磁电流2.5A,双水内冷。

激磁电流0.5A时输出转矩50N.m左右，为电机满载。

注：

①严禁高速测试；②中低速测试时间不宜过长；（二小时左右，时刻注意制动器温度）

出现意外或故障时的操作：

①当交流传动发生意外时，应停止正在运行的变频器，正确的停车规程是：

使用“停止”按钮（带斜坡，仅停变频器）或“系统急停”按钮（零斜坡，全部传动停车）使电机停止运转，待电机静止后，根据需要可断开全部断路器；②变频器内部集成有多种故障检测与保护，在大多数情况下，当交流传动发生故障时，变频器可以检测到故障并立刻作出响应，变频器封锁脉冲并自由停车，在状态显示屏SDP上显示状态，此时请根据故障号处理相应的问题，待问题解除后，再运行。

2.1.2.3PLC部分

S7-200PLC简介:

该系统是紧凑型可编程序控制器。

系统的硬件构架由丰富的CPU模块和扩展模块组成。

它能够满足各种设备的自动化控制需求。

S7-200除具有PLC基本的控制功能外,更在以下方面有独到之处:

①功能强大的指令集。

②丰富强大的通讯功能。

③编程软件的易用性。

CPU226，24点输入，16点输出，DC24V，集成了以下丰富的内置功能：

①高速记速器输入②短暂脉冲捕捉功能③高速脉冲输出④I/O硬件中断事件⑤PID控制，PID自整定功能　⑥支持多种工艺配方⑦数据记录（归档）

S7-200PLC的编程:

实验为通过操作台开关量输入,输出,自己编写简单数字量逻辑程序.

2.1.2.4PLC指令

合闸指令

I0.0

分闸指令

I0.1

启动指令

I0.2

停止指令

I0.3

急停

I0.4

合闸反馈

I0.5

正反转控制

I0.6

故障

I0.7

合闸

Q0.0

运行

Q0.1

柜合闸指示

Q0.2

台合闸指示

Q0.3

正反转

Q0.4

柜故障指示

Q0.5

台故障指示

Q0.6

2.1.2.5PLC编程

2.1.3交流电动机

MM430调速系统的电机使用了专用于变频调速的进口西门子三相异步电动机，7.5kW，4极380V进线。

其中二台电机安装有磁粉制动器，用于调速系统的负载调节。

2.1.4元器件的作用

合闸按钮--主回路的交流接触器线圈通电

分闸按钮--主回路的交流接触器线圈断电

启动按钮--控制变频器起动

停止按钮--控制变频器停止

正/反转”旋钮--控制变频器的旋转方向

“合闸”（红色）指示灯

“运行”（绿色）指示灯

“故障”（黄色）显示灯

“系统急停”按钮：

零斜坡，全部传动停车

“速度给定”旋钮--控制变频器的速度给定

“交流电机电流”显示

“交流电机转速”显示

①合断路器Q0，此为系统总隔离开关；

②合断路器Q3为上位机电源；

③合断路器Q2为PLC部分和开关电源供电；控制柜电源指示灯亮；

④合断路器Q1，为MM430变频器的主回路供电；

⑤按下操作台的“合闸”按钮合主回路接触器，此时红色“合闸”指示灯应点亮。

2.1.5变频调速控制系统原理图

2.1.6转电机操作

①通过操作台的“速度给定”旋钮控制变频器的速度给定；

②按下操作台的“启动”按钮使变频器运行，此时绿色“运行”指示灯应点亮，电机开始按一定的斜坡旋转升速至给定速度并稳定运行；

③通过操作台上方的“电机电流”和“电机转速”模拟表观察电机电流和电机转速的变化情况，也可通过PC上的DriveMonitor软件观察到各种详细的运行信息；

④按下操作台的“停止”按钮使变频器停机，电机开始按一定的斜坡降速直至停止，此时绿色“运行”指示灯应熄灭。

出现意外或故障时的操作：

①当交流传动发生意外时，应停止正在运行的变频器，正确的停车规程是：

使用“停止”按钮（带斜坡，仅停变频器）或“系统急停”按钮（零斜坡，全部传动停车）使电机停止运转，待电机静止后，根据需要可断开全部断路器；

②变频器内部集成有多种故障检测与保护，在大多数情况下，当交流传动发生故障时，变频器可以检测到故障并立刻作出响应，变频器封锁脉冲并自由停车，在状态显示屏SDP上显示状态，此时请根据故障号处理相应的问题，待问题解除后，再运行。

2.1.7保护功能

过载能力

过电压/欠电压保护

变频器过温保护

电动机过温保护

 接地故障保护

 电动机闭锁保护

防止电动机失速

参数互锁

2.2软件部分

2.2.1DriveMonitor_V5.3软件的应用

DriveMonitor是基于WINDOWS平台的调试诊断软件，用于通过PC对MICROMASTER4、MASTERDRIVESVC等传动装置进行调试、诊断和监控。

2.2.2STEP7-Micro/WIN4.0软件简介

STEP7-Micro/WIN用于S7-200系列PLC的程序编辑，支持三种编程模式：

梯形图，功能块图，语句表以便于用户选用；Micro/WIN4.0还提供程序在线编辑，调试，监控，以及CPU内部数据的监视，修改功能；还支持符号表编辑和符号寻址；还支持子程序，中断程序的编辑，提供集成库程序功能，以及用户定义的库程序；还集成了TD200向导。

2.2.3安全说明和警告

为保障人身及设备的安全，只有合格人员才能操作本装置，这些合格人员必须具备相关的专业知识，接受过有关本系统的培训并合格，在操作过程中遵守一切有关的规程规定，并应采取一切适当的保护措施。

系统中包含有大量电子板，电子板中包含有静电敏感元件。

如处理不当，这些模块极易损坏。

只有在绝对必要的情况下才能触摸电子线路板；当触摸线路板时，身体必须事先放电。

设备通电或运行时，各功率端子和控制端子带有或可能带有危险的电压！

在这些带电元件附近工作时须小心。

调速装置的中间回路有电容器，在断电5分钟内仍有危险的电压！

因此在装置上或中间回路端子上进行工作必须等待一定时间后方可。

设备通电前，使用人员有责任检查并确保系统可靠接地，各设备间的接线可靠连接，各导线的绝缘皮没有破损，供电电源符合规范，装置内的各种设备无故障。

设备对外开放了大量的自由接口，当使用人员连接这些接口完成特殊功能时，应遵守相应的规则，否则将有可能造成设备损毁甚至人身伤害！

第三章实验部分

3.1实验内容

斜坡函数改变实验:

实验为通过改变变频器斜坡上升时间，斜坡下降时间，观察电机变化。

（1）编写程序

编辑变量符号，输入和编辑程序，编译。

编程计算机与CPU通讯。

下载程序。

运行和调试。

（2）合闸操作

（3）输入参数

a）Newemptyparameterset新建项目

b）选择MICROMASTER430

c）左键freeparameterization或System-右键-new新建自由参数表

d）菜单TOOLS-ONLINESETTINGS

e）bustype选择USS协议

f）interface选择COM所用端口

（4）左键Online（WRITEEEPROM）

（5）设置参数

3.1.1操作说明

操作

说明:

1恢复工厂设置

P0010=30//Commissioningparameter

参数设置

P0970=1//Factoryreset

恢复出厂

P0003=3//Useraccesslevel

专家访问级

P0010=1//Commissioningparameter

快速调试

P0100=0//Europe/NorthAmerica

适用于欧洲地区（50HZ）

P0304=380V//Ratedmotorvoltage

电动机额定电压（380V）

P0305=15A//Ratedmotorcurrent

电动机额定电流（15A）

P307=7.5//Ratedmotorpower

电动机额定功率（7.5KW）

P310=50HZ//Ratedmotorfrequency

电动机额定频率（50HZ）

P311=1450//Ratedmotorspeed

电动机额定速度（1470rpm）

P3900=2//Endofquickcommissioning

结束快速调试

2快速调试

P3900=2//Endofquickcommissioning

结束快速调试

3运行指令

P700=2//Selectionofcommandsource

选择命令源（端子（数字输入））

P701=1ON/OFF1//Functionofdigitalinput1

数字输入1的功能

4正反转指令

P702=12//Functionofdigitalinput2

数字输入2的功能

P1110=0：

0//BI:

Inhibitneg.freq.setpoint

BI：

禁止负向的频率给定值

5故障输出

P732=52.3//BI:

Functionofdigitaloutput2

BI：

数字输出2的功能

6模拟量输入

P756=0//TypeofADC

ADC的类型

P757=0//Valuex1ofADCscaling[V/mA]

ADC输入特性定标的值x1[V/mA]

P758=0//Valuey1ofADCscaling

ADC输入特性定标的值y1

P759=10//Valuex2ofADCscaling[V/mA]

ADC输入特性定标的值x2[V/mA]

P760=100//Valuey2ofADCscaling

ADC输入特性定标的值y2

P1000=2//Selectionoffrequencysetpoint

选择频率给定值（模拟给定值1）

P1070=755：

0//CI:

Mainsetpoint

CI：

主给定值（模拟输入1给定值）

7模拟量输出

①电流输出

P776.0=0//TypeofDAC

DAC的型号（当前输出）

P0771.0=27//CI:

DAC

（模拟输出1）

P777.0=0//Valuex1ofDACscaling

DAC输出特性定标的值x10.0（模拟输出1）

P778.0=0//Valuey1ofDACscaling

DAC输出特性定标的值y10（模拟输出1）

P779.0=100//Valuex2ofDACscaling

DAC输出特性定标的值x2100.0（模拟输出1）

P780.0=15//Valuey2ofDACscaling

DAC输出特性定标的值y220（模拟输出1）

P2002=15A//Referencecurrent

基准电流

②转速输出

P776.1=0//TypeofDAC

DAC的型号（当前输出）

P0771.1=2272//CI:

DAC

（模拟输出2）

P777.1=0//Valuex1ofDACscaling

DAC输出特性定标的值x10.0（模拟输出2）

P778.1=0//Valuey1ofDACscaling

DAC输出特性定标的值y10（模拟输出2）

P779.1=100//Valuex2ofDACscaling

DAC输出特性定标的值x2100.0（模拟输出2）

P780.1=20//Valuey2ofDACscaling

DAC输出特性定标的值y220（模拟输出2）

P2000=50HZ//Referencefrequency

基准频率50.00HZ

P2800=1//EnableFFBs

使能FFB（自由功能块）

P2802.8=1//ActivateFFBs

激活FFB

P2877.0=21//CI:

MUL1

CI：

MUL（‘乘’）1

P2877.1=21//CI:

MUL1

CI：

MUL（‘乘’）1

P2264=2878//CI:

PIDfeedback

CI：

PID反馈

P2270=1//PIDfeedbackfunctionselectorPID

反馈的功能选择器

P0771.1=2272//CI:

DAC

（模拟输出1）

P2200=0//BI:

EnablePIDcontroller

BI：

使能PID调节器

8常用显示参数

r0024实际输出频率

r0025实际输出电压

r0031实际转矩输出值

r0032实际功率输出值

r0027实际电流输出值

r0755输入模拟量值

r0774输出模拟量值

9加速减速时间

P1120斜波上升时间

P1121斜波下降时间

3.1.2编程和调试如下

3.1.3相关实验与分析

转速r/min

数据

500

600

700

800

900

1000

电流（A）

3.03

3.32

3.61

3.99

4.20

4.59

实际输出频率（HZ）

17.78

20.43

23.80

27.22

30.59

34.21

实际输出电压（V）

83

101

127

154

183

215

实际转矩输出值（N·M）

3.53

3.06

3.39

3.51

3.64

3.60

实际功率输出值（W）

0.18

0.21

0.25

0.30

0.34

0.41

实际电流输出值（A）

3.12

3.32

3.63

3.96

4.22

4.53

输入模拟量值

5813

6694

7799

8904

10025

11210

输出模拟量值

3.33

3.55

3.87

4.19

4.49

4.83

3.2设计体会

通过这三周的课程设计，我们在变频调速控制系统的设计中，充分发挥自己的能力和特长，互相帮助和学习，严格按照指导书中的内容进行设计和实验。

通过这次的课程设计我们认识了变频调速控制系统,并且更加深入的了解了变频器和可编程控制器（PLC）在当代控制系统中的作用，同时也充分体现出了上述两种控制装置基本性能以及其优越性。

我们了解并掌握了PLC的编程以及变频器的基本操作和工作原理,为今后进入社会工作奠定了良好的基础。

3.3设计总结

本次的课程设计即将结束，在这三周的设计中我学到了很多平时在书本上不能学到的知识，同时也发现自己在学习中存在的不足，这对我今后的学习发展都是很有帮助的。

在第一周我们学习了DSP、变频调速以及电力电子技术等专业知识，这是一次很好了解专业的机会，为日后对其更加深入的学习研究奠定了基础。

而我主要研究的课题是变频调速，首先学习了它的基本理论知识，熟悉了控制柜里的线路图，了解了操作台的基本控制原理，掌握了DriveMonitor_V5.3软件的应用，虽然我们研究的还不是很深入，但也基本掌握了它的工作原理，相信在今后的工作中遇到有关变频调速的问题，今天所学到的知识一定会对我们有很大的帮助。

3.4设计图纸

3.4.1变频调速系统控制柜原理图（a）

3.4.2变频调速系统控制柜原理图（b）

3.4.3变频调速系统控制柜原理图（c）

3.4.4变频调速系统控制柜原理图（d）

3.4.5操作台电控系统原理图

第四章参考文献

[1]张燕宾.SPWM变频调速应用技术.机械工业出版社，1997

[2]满永奎，韩安荣，吴成东.通用变频器机器应用.机械工业出版社，1995

[3]苗振魁.实用模拟电路手册.天津科学技术出版社,1994

[4]仁普.常用集成电路简明手册.北京市新闻出版局,1991

[5]西门子MM430变频器使用说明书

[6]王树．变频调速系统设计与应用．机械工业出版社，2005,4

[7]张万忠．可编程控制器入门与应用实例（西门子S7-200系列）中国电力出版社，2004,11

[8]王仁祥，王小曼．通用变频器选型应用于维护．人民邮电出版社．2005,9

[9]石秋洁．变频器应用基础．机械工业出版社．2005,8

[10]张逸正，张全选．变频器应用经验．中国电力出版社．2006,5