PLC控制电机变频调速试验系统硬件设计实现
摘
变频调速种效节技术节率非常高设计冗余量改变浪费节约源高速度高精度高功率数提高产品质量生产力时降低材料设备消耗减少机械磨损噪音改善车间工作环境满足生产工艺求
文首先介绍基硬件西门子S7300 PLC硬件描述伦茨变频器方法8200外介绍STEP7编程软件方法然介绍变频调速原理方法结合实验设计原理方法实验设计图介绍硬件连接设计PLC输入输出节点分布模数转换方法设计系统调试程序
关键词：变频调速PLC变频器模拟量数字量转换
Abstract
Frequency is an effective energy saving technologies energysaving rate of its very high almost to design changes in the amount of redundancy and waste of all energy savings also because of its speed and high precision high power factor characteristics the use of it can improve product quality yield and reduce the loss of materials and equipment but also can reduce the mechanical wear and noise improve the working environment workshop to meet the requirements of production technology
This paper first introduces the Siemens S7300 PLC hardware and how to use the basic situation Lenze 8200 Inverter and how to use hardware description Step7 also introduced the use of programming software And then introduced the principle and method of VVVF combined with the experimental design introduced the idea of the design and experimental design diagram of the principle of connecting the hardware the distribution of PLC input and output nodes the design of analog digital conversion method and then programming debugging the system
Keywords：Frequency ControlPLC Frequency Converter Analog digital converter
目 录
摘 I
Abstract II
第章 前 言 1
11 变频调速背景发展方 1
12 变频调速现实意义 2
13 毕业设计容 2
第二章 西门子编程控制器S7300 4
21 PLC介绍 4
211 PLC工作原理工作程 4
212 PLC优点 5
213 PLC应领域 6
22 西门子S7300介绍 8
221电源模块 8
222数字量模拟量输入输出模板 8
第三章 Lenze变频器 10
31 变频器介绍 10
32 变频器注意事项 10
33 Lenze 8200 vector变频器 11
第四章 系统设计 16
41 系统分析 16
411 变频调速原理介绍 16
412 实验设计原理分析 16
42 硬件设计 17
43 软件设计 20
431 创建项目 20
432 系统硬件组态 20
433 系统控制设计 21
434 JOG固定频率选择 22
435 数处理设计 23
44 分析较 26
第五章 系统调试 27
51 硬件调试 27
52 软件模拟监控 28
第六章 总 结 31
参考文献 32
致 谢 34
第章 前 言
11 变频调速背景发展方
国源效利已刻容缓作耗家庭电动机节方面发展潜力中国类电机80055—220千瓦电机驱动系统整体装备水相发达国家50代水国家十五计划节电机系统状态投资增加变频调速系统中国巨市场需求
年国家济贸易委员会应发展已国家关部门起致力逆变技术技术开发技术改造予重点支持变频调速技术评价组织推荐工作促进变频调速技术风机水泵节技术改造项目重点投资方时鼓励单位开展样贷款抓发展抓示范工程抓应应节中心风机水泵提供信息咨询培训1995～1997年间国风机水泵变频调速技术改造投资3亿5000万元改造总容量达100万千瓦节电7亿度投资回收期约2年相关数显示变频调速技术应已中国取相成年数百亿元销售说明变频器中国应非常广泛简单手动控制基RS 485网络机控制计算机PLC联网形成复杂控制系统型综合动化系统技术先进控制优化套特殊系统连铸连轧生产线高速造纸生产线光缆生产线建筑材料化学纤维生产线生产线变频器电气传动控制作控制复杂性控制精度动态响应非常高求已完全取代直流调速技术年变频器先进控制理基础开发卷绕升级等控制功应系统更加方便易实现变频器应技术达新水
目前变频调速技术发展方：[6]
（1）高水控制
矢量控制磁场控制转矩控制模糊控制等高水控制技术已应交流变频调速中
（2）开发清洁节变频器
着变频技术断发展环境问题关注减少变频器环境影响已成时代潮流减少网侧负载谐波分量减少电网污染电机转矩脉动实现清洁电变化
（3）结构型化
紧凑变频系统需高度集成电源控制元件电路功率模块控制电路采规模集成电路全数字控制技术促进变频装置结构型化
（4）高集成化
提高集成电路技术采表面贴片技术装置容量体积进步提高
12 变频调速现实意义
电力拖动领域广泛推广变频调速具十分重现实意义：
(1)极提高生产设备技术水加工精度工作效率提高产品质量
(2)够减生产机械体积质量减少金属耗量
(3)风机水泵负荷变频调速技术显著节约电
变频技术国民济日常生活中占十分重位变频技术频率成资源充分理年变频调速技术迅速发展取明显社会效益济效益[6]
13 毕业设计容
次毕业设计设计采德国西门子314C2DP PLC作系统控制器德国Lenze 8200 Vector 变频器作执行机构控制台电机转速台涡流测功机显示电机实际转速转矩功率手动改变电机负载转矩变频器频率变范围0—100Hz保证设计安全变频器高频率设定50Hz样电机高转速控制1450rpm（额定转速1500rpm）
变频调速控制系统分手动控制动控制两种控制方法里采JOG固定频率控制作手动控制方法利控制面板控制开关组合变频然采电位器控制模拟信号变频作动控制方法带转速反馈提高变频效率两种方案进行较分析
实验设计硬件接线图：
第二章 西门子编程控制器S7300
21 PLC介绍
211 PLC工作原理工作程
编程序控制器（PLC）着计算机技术通信技术微电子技术继电器控制技术发展发展起门技术目前PLC已广泛应机械制造冶金化工电力交通矿山建材轻工环保食品等行业
国际电工委员会（IEC）PLC定义：编程控制器种工业环境电子操作系统利编程存储器部存储器中存储执行逻辑操作序控制定时计数算术运算等指令通数字模拟输入输出控制种机械生产程编程序控制器相关设备设计应遵循工业控制系统易形成整体扩展功原[1]
PLC工作程：
1初始化程：
(1）硬件初始化复位输出输入模块清零
(2）清数区
(3）输出输入址分配
2扫描程
(1）扫描输入输入口状态读入输入口映区
(2）时钟处理特殊寄存器更新
(3）执行户程序
(4）输出输出口映区输出输出端口刷新
(5）诊断检查
3出错处理
检查PLC部电路CPU电池电压程序存储器IO通讯异常出现致命错误CPU
强制STOP方式扫描停止
4PLC运行流程：[1]
电源ON
部处理
输入处理（输入传送远程IO）
通信服务（外设CPU总线服务）
更新时钟特殊寄存器
CPU运行方式？
STOP
执行程序
RUN
输出处理
执行诊断
PLC正常否？
N
存放诊断错误结果
致命错误？
N
Y
CPU强制STOP
PLC运行框图
212 PLC优点
（1）性高抗干扰力强
高性电气控制设备关键性采现代规模集成电路技术严格生产工艺PLC采先进抗干扰技术性高例三菱公司生产F系列PLC均障时间30万时冗余CPUplc均失效时间较长PLC外部电路构成PLC控制系统等规模继电接触器系统相电气接线开关触点减少数百甚数千部件障减少外PLC具硬件障检测功障发生时时发出报警信息应软件中应程序编写外围设备障诊断程序PLC外电路设备进行诊断保护样整系统具高性足奇
（2）配套齐全功完善适性强
天PLC已形成系列中规模产品种尺寸工业控制场合逻辑处理功外数现代PLC具完善数运算力应种数字控制领域年PLC功单元断涌现PLC渗透种工业控制中位置控制温度控制数控系统等着PLC通信力提高机接口技术发展PLC构成种控制系统变非常容易
（3）易学易深受工程技术员欢迎
PLC作工业控制计算机工矿企业工业控制设备接口电路非常接逻辑控制开关指令PLC方便实现继电器电路功熟悉电子电路懂计算机原理汇编语言计算机事工业控制开方便门
（4）系统设计建造工作量维护方便容易改造
PLC采存储逻辑代布线逻辑减少控制装置外接线缩短控制系统设计施工周期维修更容易更重通改变程序相设备改变生产程适种品种批量生产场合
（5）体积重量轻耗低
超型PLC例新生产品种底部尺寸100mm重量150g功耗瓦体积易装机器部机电体化理想控制装置
213 PLC应领域
目前PLC国外已广泛应钢铁石油化工电力建材机械制
造汽车轻纺交通运输环保文化娱乐等行业情况致纳类[7]
（1）开关量逻辑控制
工业生产程中许连续变化温度压力流量液位速度编程控制器处理模拟量AD转换DA模拟量间转换（模拟）数字量（数字）必须实现PLC制造商生产套完整A／DD A转换模块编程控制器模拟控制
（2）模拟量控制
工业生产程中许连续变化量温度压力流量液位速度等模拟量编程控制器处理模拟量必须实现模拟量（Analog）数字量（Digital）间AD转换DA转换PLC厂家生产配套ADDA转换模块编程控制器模拟量控制
（3）运动控制
PLC圆周运动直线运动控制控制机构结构讲直接开关量IO模块早期连接位置传感器执行器目前常种特殊运动控制模块单轴轴位置控制模块驱动步进电机伺服电机PLC制造商世界运动控制功广泛应种机械机床机器电梯场合
（4）程控制
程控制指温度压力流量等闭环控制PLC作工业控制计算机编写种控制算法完成闭环控制般闭环控制系统中PID调节常调节方法中型PLCPID模块目前许型PLC功模块pid处理般专pid子程序程控制冶金化工热处理锅炉控制等领域着广泛应
（5）数处理
现代PLC具数学运算功（包括矩阵运算函数运算逻辑运算）数传输数转换排序查表位运算等功够完成数采集分析处理数存储存储器中参考值进行较完成某控制操作通通信功传送智设备者印表列数处理般应规模控制系统控制柔性制造系统适造纸冶金食品工业等程控制系统
（6）通信联网
PLC通信PLCPLC智设备间通信组成着计算机控制技术发展工厂动化网络飞速发展PLC制造商非常重视PLC通信功推出网络系统新研制PLC具通讯接口通讯非常方便
22 西门子S7300介绍
次毕业设计采西门子S7300系列314C2 DP CPU介绍CPU例
221电源模块
PS 307 电源模块（5A） （6ES73071EAOOOAAO ）
特性：（1）输出电流5A
（2）输出电压24VDC防短路开路保护
（3）连接单相交流系统（输入电压120230 VAC5060Hz）
（4）隔离特性符合EN 60 950
（5）作负载电源
接线图
222数字量模拟量输入输出模板
数字量模拟量 输入输出
缺省：址
备注
24数字量输入
1240—1267
中16输入技术功：
1240—1257
数字输入作中断输入编程
选技术功：
① 计数
② 频率测量
③ 脉宽度调制
④ 定位
16数字量输出
1240—1257
中4输入技术功：
1240—1243
4+1模拟量输入
752—761
2模拟量输出
752—755
第三章 Lenze变频器
31 变频器介绍
变频器改变交流电频率电气设备外具改变交流电压辅助功变频器通常整流器滤波电路驱动电路保护电路控制器组成首先通整流器电容器单相三相交流电源进行滤波然逆变器中加入固定幅值直流电压逆变器输出脉通逆变器功率元件开关控制获里通改变矩形脉宽度控制电压幅值通改变调制周期控制输出频率逆变器时控制输出电压频率满足变频调速U／f协调控制求
交流变频电机（异步电机步电机）调速交流电机速度控制公认理想前途优良调速性逆变器显著节效果企业技术创新产品升级换代理想控制装置世纪80年代中国介绍变频器作节应速度控制越越重动化设备迅速发展广泛应
32 变频器注意事项
（1）变频器常时隔断时间变频器充电时电源电压慢慢升高变频器长期电解电容未充放电易老化电容容量降耐压降漏电严重
（2）变频器电源输入输出端接反否烧坏变频器
（3）电磁波干扰整流变频变频器中存许干扰高频电磁波干扰附仪器仪器部件应接外电气元件仪表仪表间应选择屏蔽控制电缆屏蔽接
（4）防止输入端电压逆变器输入端电压保护输入端电压高逆变器输入端会受损坏实际应中应采变频器单相三相输入电压变频器额定电压特电源电压极稳定温度压力设备否会造成严重果
（5）Earthing变频器正确接提高控制系统灵敏度抑制噪声力重手段接电阻越接电阻越外变频器接必须电源设备位置分开
（6）变频器散热引起障散热足部件更易老化损耗快
（7）变频器时导线电缆连接电源输出设备够长行放直千万余导线电缆圈否会产生高频高次谐波常会漏电断电器跳闸时电表走会快工业中变频器电表常安置量远屏蔽电表
（8）停止变频器时需先关闭变频器断电源否变频器欠压障导致变频器烧坏
33 Lenze 8200 vector变频器
次毕业设计采德国Lenze 8200 vector 变频器
订货号 ：E82EV 751 K 2 B000 XX VN 14
根订货号知道变频器参数（）：[8]
①型号：E82EV
②功率：75175*10（次方）750W
③功模块（选件）：K 功块
④电压等级：2240V
⑤硬件版：VN
⑥软件版：14
常术语说明：
①AIF：动化接口：通讯模块接口
②FIF：功接口：功模块接口
③Cxxxxy ： 代码Cxxxx子代码y（例C04103代码C0410子代码3）
④Xky：端子排Xk端子y（例X328端子排X3端子28）
考虑实际运行载力提高120情况电源电压种接线方式Lenze 8200 矢量
变频器（具体针E82EV751K2B000XXVN14型号）运行 ①1NPE AC 100V
0…264V +048Hz 0……62Hz +0 ②3PEAC 100V 0…264V +048Hz
0……62Hz +0两种情况具体额定数：
型号
E82EV751K2B000XXVN14
电源接线方式
1NPE
3PE
电源额定电流
90A
52A
输出功率UVW
16kVA
输出功率
075kW
额定输出电流
48A
持续60S输出电流
60A
次毕业设计采1NPE电源接法电源额定电流90A输出功率（U V W）16kVA额定输出功率075KW额定输出电流48A
具体实物图：
两选配配件：操作面板端子面板
具体显示功说明：
操作面板钮说明：
端子面板原理图：
具体端子功定义作说明：
第四章 系统设计
41 系统分析
411 变频调速原理介绍
异步电动机步转速n电源频率f 转速差s电极 级数p成物理关系：
n＝60 f(1－s)p
式中 n———异步电动机转速
f———异步电动机频率
s———电动机转差率
p———电动机极数
公式出速度n频率f成正f频率改变电机转速改变频率f0～50赫兹范围变化时电机调速范围非常宽变频调速变频器通改变电机功率频率调节电机转速
412 实验设计原理分析
实验设计原理图：
负载
M
变频器
PLC
设定转速 +
测量变送n
次毕业设计首先控制面板键组合PLC PLC控制信号然慢跑三固定频率逆变器三固定特定频率20Hz30Hz40hz采变频动控制系统方法定时间：采PLC作CPU（执行器）电位器电压（模拟输入）PLC值作设定电机转速PLC控制变频器输出电压（模拟）（执行器）输出频率控制三相鼠笼式异步电动机（象）运动速度通改变电涡流测功机改变电动机负载转矩改变电机实际速度（增加减少）实际速度系统电机电涡流测功机测量转换成电压信号（反馈）PLCPLC设定速度实际速度较操作改变输出电压输出控制变频器电机实际转速相应改变（增加减少）终实现转速设定值系统出种动控制方案种闭环反馈控制系统
42 硬件设计
毕业设计硬件基情况：
PLC西门子S7300系列314C2 DP CPU设计中2数字量输入1数字量输出2模拟量输入模拟量输出
变频器：Lenze 8200矢量变频器采1NPE电源接法电源额定电流90A输出功率（U V W）16kVA额定输出功率075KW额定输出电流48A
③ 电机：西门子三相鼠笼式异步电动机型号 DSO 100K 4额定转速1500 rpm额定电压230V400V额定电流48A28A额定功率1KW次毕业设计电机采△接法
系统硬件接线图
（1）强电部分：次毕业设计实验采220V单相电交流电作系统输入电源PLC方面PLC电源模块L1NPE次接变频器反面采220V单相交流电源作输入电源变频器具体电源接线图：
端子排+UGUGL3N三端子接电源线三端子接线：L1接电源火线L2N接零线PE接端
（2）弱点部分：PLC数字量模拟量输入输出直流电源接线（分数字模拟）具体接线：
（1）数字输入：
①I1241———电机启动接控制面板SB1钮
②I1242———电机停止接控制面板SB2钮
③I1243———JOG选频钮接控制面板SB3钮
④I1244———JOG选频钮接控制面板SB4钮
（2）数字输出：
①Q1241———JOG频率控制接变频器端子面板X3E1端子
②Q1242———JOG频率控制接变频器端子面板X3E2端子
③Q1243———变频器起启动停止接变频器端子面板X328端子
（3）模拟量输入：
①PIW752———设定转速（电压）输入端接点位器
②PIW754———反馈转速（电压）输入端接电机负载转矩控制器电压信号接
口
（4）模拟量输出：
①PQW754———控制变频器输出频率电压信号接变频器端子面板
X11U端子
（5）直流电源：
①电位器电源取变频器5V直流电源接变频器端子面板X39端子
②PLC两数字量输入输出点24V 直流电源接PLC电源模块24V端子
（6）接线：
①数字：PLC四数字量输入输出公端接PLC电源模块接端接
变频器X37端子
②模拟：模拟量输入输出接端子接变频器X37端子（注意两X37接分开）
（7）变频器跳线器：
次毕业设计采05V直流电源作变频器电压输入控制信号时
X31U端子跳线器A(79)取跳线器B（810）连接
43 软件设计
431 创建项目
您创建项目时双击桌面图标进入SIMATIC STEP7窗口弹出窗口7步wizart标题：新项目
单击[NEXT]钮cpu3142dp新项目选择CPU模块模型
单击[NEXT]钮选择需生成逻辑块里0b1作程序块
单击[NEXT]钮输入项目电梯控制3名称
单击[FINISH]钮关闭窗口
单击菜单栏中菜单项目名称拉菜单中选Open命令会弹出标题Open Project窗口User Projects选Elevator control 3单击[OK]忸生成项目图：
432 系统硬件组态
硬件组态务STEP7中成实际硬件系统完全相硬件系统硬件组态步骤：
①双击Hardware图标进入硬件组态窗口
②生成机架机架中放置电源CPU数量输入输出模块模拟量输入输出模块：
③双击模块开话框中设置模块参数包括模块属性DP站站参数组态完成完整机架图：
④保存硬件设置
433 系统控制设计
次实验系统设计设计控制部分仅两开关量（启动停止）根硬件设计部分数字量址分配情况0B1编写程序：
434 JOG固定频率选择
435 数处理设计
整程序文件更加直观明创建FC1功块：
（1）实验设计开始通电位器PLC输入电压信号（模拟量05V直流电源）作电机转速设定值PLC采集电压信号需转变成数字量时电压信号转变真正设定转速必须建立电压信号设定转速转换关系具体关系
模拟量
信号（V）
模拟值（16进制）
应10进制值
应转速值（10进制）
PIW752
0
10
16
≈0rpm
5
3620
13856
1500rpm
倍率：13856÷1500923733333
读取电压信号：
数先转化双整型转化实数
建立电压信号设定转速转换关系：
程序中MD20实际设定转速
（2）然反馈电压信号采集涡流测功机会转数1000rpm等价1V直流电压
信号输入PLC样PLC需反馈模拟电压信号转化数字量电压信号实际转速变关系电压信号转化实际反馈转速关系：
模拟量
信号（V）
模拟值（16进制）
应10进制值
应转速值（10进制）
PIW754
13（计算）
E80
3712
1331rpm
倍率：3712÷1331 2800900
（3）接着较运算设定转速（MD20）反馈实际转速（MD34）较运算设定转速－反馈实际转速Δn1（MD38） Δn1÷5Δn(MD42)Δn加设定转速运算出新输出转速（MD46）输出转速会覆盖原电机转速作电机实际转速
（4）运算程中运算输出转速超电机额定转速（1450rpm）设计转速限值防止电机超速运行
（5）需运算输出转速通变关系转化电压信号（模拟值）输送变
频器作变频器频率控制信号变关系倍率923733333
44 分析较
通观察变频器控制面板频率涡流测功机面板显示电机转速变化较两种变频调速设计方案知：
①空载情况手动控制相动控制够快速准确达设定转速调频率范围限频率点（20Hz30Hz40Hz）控控制频率段
②带负载情况（负载转矩0）动控制相手动控制够快速准确达设定转速反馈作PLC够运算频率差值控制改变变频器输出频率手动控制法反应电机负载电机转速准确达设定转速
第五章 系统调试
51 硬件调试
220V交流电源连接前提万表检测跳变否正确接线否没连接逆变器电机接线完成采三角形接线法电机输入PC／MPI编程电缆连接计算机USB端口端PLC相连开项目理器菜单栏中选择设置PGPC接口弹出话框：
接口分配参数中选择PC Adapter（MPI）查属性具体设置：
连接中选择连接USB选择工程项目点击工具栏中载纽载程序载程序程序停止切换运行运行PLCSB1滑动电位器选择潜力系统运行电涡流测功机速度扭矩显示表观察
52 软件模拟监控
系统运行前提点击工具栏中纽进行软件模拟监控会出现示（某瞬间截图）：
控制程序：
设定转速（137356rpm）：
实际转速（131958rpm）：
实际转速（测量）（1322rpm）：
运算输出转速（138435rpm）：
监控实验转速误差精度设计程序段：
监控知时转速误差539808rpm误差精度393百分点
PLC变频调速控制系统完成
第六章 总 结
毕业设计已进入收尾阶段回想三月点点滴滴遇许困难进努力指导老师帮助基达务书设定目解决课题中绝数问题终做出毕业设计成果句话——阳光总风雨
毕业设计变频调速控制系统设计务基完成通PLC控制变频器执行控制电机实现变频调速功点类似定速巡航验熟悉西门子PLC硬件结构编程软件STEP7操作变频器概解
参考文献
[1] 高钦 编程控制器应技术设计实例[M]民邮电出版社 20047
[2] 龚仲华 S7200300400 PLC应技术——通篇[M]民邮电出版社20078
[3] 龚仲华 S7200300400 PLC应技术——提高篇[M]民邮电出版社20084
[4] 李方圆 PLC行业应实践[M]中国电力出版社20071
[5] 陈浩 案例解说PLC触摸屏变频器综合应[M]中国电力出版社 20071
[6] 马宁 孔红 著 S7300PLCMM440变频器原理应[M]机械工业出版社20069
[7] 张运刚宋春郭强 著入门精通——西门子S7300400 PLC技术应[M]民邮电出版社20078
[8] Lenze变频器说明书（英文）
[9] 西门子S7300400 PLC编程软件说明书
[10] LiHu You YouPeng The Control System Of The Door Driving by PLC and Tnverter [J] 电机技术20084
[11] HMünverMT Aydemir Power and Frequency Control in a 60 kW Induction Steel Heating Furnaces through PLC
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摘
变频调速种效节技术节率非常高设计冗余量改变浪费节约源高速度高精度高功率数提高产品质量生产力时降低材料设备消耗减少机械磨损噪音改善车间工作环境满足生产工艺求
文首先介绍基硬件西门子S7300 PLC硬件描述伦茨变频器方法8200外介绍STEP7编程软件方法然介绍变频调速原理方法结合实验设计原理方法实验设计图介绍硬件连接设计PLC输入输出节点分布模数转换方法设计系统调试程序
关键词：变频调速PLC变频器模拟量数字量转换
Abstract
Frequency is an effective energy saving technologies energysaving rate of its very high almost to design changes in the amount of redundancy and waste of all energy savings also because of its speed and high precision high power factor characteristics the use of it can improve product quality yield and reduce the loss of materials and equipment but also can reduce the mechanical wear and noise improve the working environment workshop to meet the requirements of production technology
This paper first introduces the Siemens S7300 PLC hardware and how to use the basic situation Lenze 8200 Inverter and how to use hardware description Step7 also introduced the use of programming software And then introduced the principle and method of VVVF combined with the experimental design introduced the idea of the design and experimental design diagram of the principle of connecting the hardware the distribution of PLC input and output nodes the design of analog digital conversion method and then programming debugging the system
Keywords：Frequency ControlPLC Frequency Converter Analog digital converter
目 录
摘 I
Abstract II
第章 前 言 1
11 变频调速背景发展方 1
12 变频调速现实意义 2
13 毕业设计容 2
第二章 西门子编程控制器S7300 4
21 PLC介绍 4
211 PLC工作原理工作程 4
212 PLC优点 5
213 PLC应领域 6
22 西门子S7300介绍 8
221电源模块 8
222数字量模拟量输入输出模板 8
第三章 Lenze变频器 10
31 变频器介绍 10
32 变频器注意事项 10
33 Lenze 8200 vector变频器 11
第四章 系统设计 16
41 系统分析 16
411 变频调速原理介绍 16
412 实验设计原理分析 16
42 硬件设计 17
43 软件设计 20
431 创建项目 20
432 系统硬件组态 20
433 系统控制设计 21
434 JOG固定频率选择 22
435 数处理设计 23
44 分析较 26
第五章 系统调试 27
51 硬件调试 27
52 软件模拟监控 28
第六章 总 结 31
参考文献 32
致 谢 34
第章 前 言
11 变频调速背景发展方
国源效利已刻容缓作耗家庭电动机节方面发展潜力中国类电机80055—220千瓦电机驱动系统整体装备水相发达国家50代水国家十五计划节电机系统状态投资增加变频调速系统中国巨市场需求
年国家济贸易委员会应发展已国家关部门起致力逆变技术技术开发技术改造予重点支持变频调速技术评价组织推荐工作促进变频调速技术风机水泵节技术改造项目重点投资方时鼓励单位开展样贷款抓发展抓示范工程抓应应节中心风机水泵提供信息咨询培训1995～1997年间国风机水泵变频调速技术改造投资3亿5000万元改造总容量达100万千瓦节电7亿度投资回收期约2年相关数显示变频调速技术应已中国取相成年数百亿元销售说明变频器中国应非常广泛简单手动控制基RS 485网络机控制计算机PLC联网形成复杂控制系统型综合动化系统技术先进控制优化套特殊系统连铸连轧生产线高速造纸生产线光缆生产线建筑材料化学纤维生产线生产线变频器电气传动控制作控制复杂性控制精度动态响应非常高求已完全取代直流调速技术年变频器先进控制理基础开发卷绕升级等控制功应系统更加方便易实现变频器应技术达新水
目前变频调速技术发展方：[6]
（1）高水控制
矢量控制磁场控制转矩控制模糊控制等高水控制技术已应交流变频调速中
（2）开发清洁节变频器
着变频技术断发展环境问题关注减少变频器环境影响已成时代潮流减少网侧负载谐波分量减少电网污染电机转矩脉动实现清洁电变化
（3）结构型化
紧凑变频系统需高度集成电源控制元件电路功率模块控制电路采规模集成电路全数字控制技术促进变频装置结构型化
（4）高集成化
提高集成电路技术采表面贴片技术装置容量体积进步提高
12 变频调速现实意义
电力拖动领域广泛推广变频调速具十分重现实意义：
(1)极提高生产设备技术水加工精度工作效率提高产品质量
(2)够减生产机械体积质量减少金属耗量
(3)风机水泵负荷变频调速技术显著节约电
变频技术国民济日常生活中占十分重位变频技术频率成资源充分理年变频调速技术迅速发展取明显社会效益济效益[6]
13 毕业设计容
次毕业设计设计采德国西门子314C2DP PLC作系统控制器德国Lenze 8200 Vector 变频器作执行机构控制台电机转速台涡流测功机显示电机实际转速转矩功率手动改变电机负载转矩变频器频率变范围0—100Hz保证设计安全变频器高频率设定50Hz样电机高转速控制1450rpm（额定转速1500rpm）
变频调速控制系统分手动控制动控制两种控制方法里采JOG固定频率控制作手动控制方法利控制面板控制开关组合变频然采电位器控制模拟信号变频作动控制方法带转速反馈提高变频效率两种方案进行较分析
实验设计硬件接线图：
第二章 西门子编程控制器S7300
21 PLC介绍
211 PLC工作原理工作程
编程序控制器（PLC）着计算机技术通信技术微电子技术继电器控制技术发展发展起门技术目前PLC已广泛应机械制造冶金化工电力交通矿山建材轻工环保食品等行业
国际电工委员会（IEC）PLC定义：编程控制器种工业环境电子操作系统利编程存储器部存储器中存储执行逻辑操作序控制定时计数算术运算等指令通数字模拟输入输出控制种机械生产程编程序控制器相关设备设计应遵循工业控制系统易形成整体扩展功原[1]
PLC工作程：
1初始化程：
(1）硬件初始化复位输出输入模块清零
(2）清数区
(3）输出输入址分配
2扫描程
(1）扫描输入输入口状态读入输入口映区
(2）时钟处理特殊寄存器更新
(3）执行户程序
(4）输出输出口映区输出输出端口刷新
(5）诊断检查
3出错处理
检查PLC部电路CPU电池电压程序存储器IO通讯异常出现致命错误CPU
强制STOP方式扫描停止
4PLC运行流程：[1]
电源ON
部处理
输入处理（输入传送远程IO）
通信服务（外设CPU总线服务）
更新时钟特殊寄存器
CPU运行方式？
STOP
执行程序
RUN
输出处理
执行诊断
PLC正常否？
N
存放诊断错误结果
致命错误？
N
Y
CPU强制STOP
PLC运行框图
212 PLC优点
（1）性高抗干扰力强
高性电气控制设备关键性采现代规模集成电路技术严格生产工艺PLC采先进抗干扰技术性高例三菱公司生产F系列PLC均障时间30万时冗余CPUplc均失效时间较长PLC外部电路构成PLC控制系统等规模继电接触器系统相电气接线开关触点减少数百甚数千部件障减少外PLC具硬件障检测功障发生时时发出报警信息应软件中应程序编写外围设备障诊断程序PLC外电路设备进行诊断保护样整系统具高性足奇
（2）配套齐全功完善适性强
天PLC已形成系列中规模产品种尺寸工业控制场合逻辑处理功外数现代PLC具完善数运算力应种数字控制领域年PLC功单元断涌现PLC渗透种工业控制中位置控制温度控制数控系统等着PLC通信力提高机接口技术发展PLC构成种控制系统变非常容易
（3）易学易深受工程技术员欢迎
PLC作工业控制计算机工矿企业工业控制设备接口电路非常接逻辑控制开关指令PLC方便实现继电器电路功熟悉电子电路懂计算机原理汇编语言计算机事工业控制开方便门
（4）系统设计建造工作量维护方便容易改造
PLC采存储逻辑代布线逻辑减少控制装置外接线缩短控制系统设计施工周期维修更容易更重通改变程序相设备改变生产程适种品种批量生产场合
（5）体积重量轻耗低
超型PLC例新生产品种底部尺寸100mm重量150g功耗瓦体积易装机器部机电体化理想控制装置
213 PLC应领域
目前PLC国外已广泛应钢铁石油化工电力建材机械制
造汽车轻纺交通运输环保文化娱乐等行业情况致纳类[7]
（1）开关量逻辑控制
工业生产程中许连续变化温度压力流量液位速度编程控制器处理模拟量AD转换DA模拟量间转换（模拟）数字量（数字）必须实现PLC制造商生产套完整A／DD A转换模块编程控制器模拟控制
（2）模拟量控制
工业生产程中许连续变化量温度压力流量液位速度等模拟量编程控制器处理模拟量必须实现模拟量（Analog）数字量（Digital）间AD转换DA转换PLC厂家生产配套ADDA转换模块编程控制器模拟量控制
（3）运动控制
PLC圆周运动直线运动控制控制机构结构讲直接开关量IO模块早期连接位置传感器执行器目前常种特殊运动控制模块单轴轴位置控制模块驱动步进电机伺服电机PLC制造商世界运动控制功广泛应种机械机床机器电梯场合
（4）程控制
程控制指温度压力流量等闭环控制PLC作工业控制计算机编写种控制算法完成闭环控制般闭环控制系统中PID调节常调节方法中型PLCPID模块目前许型PLC功模块pid处理般专pid子程序程控制冶金化工热处理锅炉控制等领域着广泛应
（5）数处理
现代PLC具数学运算功（包括矩阵运算函数运算逻辑运算）数传输数转换排序查表位运算等功够完成数采集分析处理数存储存储器中参考值进行较完成某控制操作通通信功传送智设备者印表列数处理般应规模控制系统控制柔性制造系统适造纸冶金食品工业等程控制系统
（6）通信联网
PLC通信PLCPLC智设备间通信组成着计算机控制技术发展工厂动化网络飞速发展PLC制造商非常重视PLC通信功推出网络系统新研制PLC具通讯接口通讯非常方便
22 西门子S7300介绍
次毕业设计采西门子S7300系列314C2 DP CPU介绍CPU例
221电源模块
PS 307 电源模块（5A） （6ES73071EAOOOAAO ）
特性：（1）输出电流5A
（2）输出电压24VDC防短路开路保护
（3）连接单相交流系统（输入电压120230 VAC5060Hz）
（4）隔离特性符合EN 60 950
（5）作负载电源
接线图
222数字量模拟量输入输出模板
数字量模拟量 输入输出
缺省：址
备注
24数字量输入
1240—1267
中16输入技术功：
1240—1257
数字输入作中断输入编程
选技术功：
① 计数
② 频率测量
③ 脉宽度调制
④ 定位
16数字量输出
1240—1257
中4输入技术功：
1240—1243
4+1模拟量输入
752—761
2模拟量输出
752—755
第三章 Lenze变频器
31 变频器介绍
变频器改变交流电频率电气设备外具改变交流电压辅助功变频器通常整流器滤波电路驱动电路保护电路控制器组成首先通整流器电容器单相三相交流电源进行滤波然逆变器中加入固定幅值直流电压逆变器输出脉通逆变器功率元件开关控制获里通改变矩形脉宽度控制电压幅值通改变调制周期控制输出频率逆变器时控制输出电压频率满足变频调速U／f协调控制求
交流变频电机（异步电机步电机）调速交流电机速度控制公认理想前途优良调速性逆变器显著节效果企业技术创新产品升级换代理想控制装置世纪80年代中国介绍变频器作节应速度控制越越重动化设备迅速发展广泛应
32 变频器注意事项
（1）变频器常时隔断时间变频器充电时电源电压慢慢升高变频器长期电解电容未充放电易老化电容容量降耐压降漏电严重
（2）变频器电源输入输出端接反否烧坏变频器
（3）电磁波干扰整流变频变频器中存许干扰高频电磁波干扰附仪器仪器部件应接外电气元件仪表仪表间应选择屏蔽控制电缆屏蔽接
（4）防止输入端电压逆变器输入端电压保护输入端电压高逆变器输入端会受损坏实际应中应采变频器单相三相输入电压变频器额定电压特电源电压极稳定温度压力设备否会造成严重果
（5）Earthing变频器正确接提高控制系统灵敏度抑制噪声力重手段接电阻越接电阻越外变频器接必须电源设备位置分开
（6）变频器散热引起障散热足部件更易老化损耗快
（7）变频器时导线电缆连接电源输出设备够长行放直千万余导线电缆圈否会产生高频高次谐波常会漏电断电器跳闸时电表走会快工业中变频器电表常安置量远屏蔽电表
（8）停止变频器时需先关闭变频器断电源否变频器欠压障导致变频器烧坏
33 Lenze 8200 vector变频器
次毕业设计采德国Lenze 8200 vector 变频器
订货号 ：E82EV 751 K 2 B000 XX VN 14
根订货号知道变频器参数（）：[8]
①型号：E82EV
②功率：75175*10（次方）750W
③功模块（选件）：K 功块
④电压等级：2240V
⑤硬件版：VN
⑥软件版：14
常术语说明：
①AIF：动化接口：通讯模块接口
②FIF：功接口：功模块接口
③Cxxxxy ： 代码Cxxxx子代码y（例C04103代码C0410子代码3）
④Xky：端子排Xk端子y（例X328端子排X3端子28）
考虑实际运行载力提高120情况电源电压种接线方式Lenze 8200 矢量
变频器（具体针E82EV751K2B000XXVN14型号）运行 ①1NPE AC 100V
0…264V +048Hz 0……62Hz +0 ②3PEAC 100V 0…264V +048Hz
0……62Hz +0两种情况具体额定数：
型号
E82EV751K2B000XXVN14
电源接线方式
1NPE
3PE
电源额定电流
90A
52A
输出功率UVW
16kVA
输出功率
075kW
额定输出电流
48A
持续60S输出电流
60A
次毕业设计采1NPE电源接法电源额定电流90A输出功率（U V W）16kVA额定输出功率075KW额定输出电流48A
具体实物图：
两选配配件：操作面板端子面板
具体显示功说明：
操作面板钮说明：
端子面板原理图：
具体端子功定义作说明：
第四章 系统设计
41 系统分析
411 变频调速原理介绍
异步电动机步转速n电源频率f 转速差s电极 级数p成物理关系：
n＝60 f(1－s)p
式中 n———异步电动机转速
f———异步电动机频率
s———电动机转差率
p———电动机极数
公式出速度n频率f成正f频率改变电机转速改变频率f0～50赫兹范围变化时电机调速范围非常宽变频调速变频器通改变电机功率频率调节电机转速
412 实验设计原理分析
实验设计原理图：
负载
M
变频器
PLC
设定转速 +
测量变送n
次毕业设计首先控制面板键组合PLC PLC控制信号然慢跑三固定频率逆变器三固定特定频率20Hz30Hz40hz采变频动控制系统方法定时间：采PLC作CPU（执行器）电位器电压（模拟输入）PLC值作设定电机转速PLC控制变频器输出电压（模拟）（执行器）输出频率控制三相鼠笼式异步电动机（象）运动速度通改变电涡流测功机改变电动机负载转矩改变电机实际速度（增加减少）实际速度系统电机电涡流测功机测量转换成电压信号（反馈）PLCPLC设定速度实际速度较操作改变输出电压输出控制变频器电机实际转速相应改变（增加减少）终实现转速设定值系统出种动控制方案种闭环反馈控制系统
42 硬件设计
毕业设计硬件基情况：
PLC西门子S7300系列314C2 DP CPU设计中2数字量输入1数字量输出2模拟量输入模拟量输出
变频器：Lenze 8200矢量变频器采1NPE电源接法电源额定电流90A输出功率（U V W）16kVA额定输出功率075KW额定输出电流48A
③ 电机：西门子三相鼠笼式异步电动机型号 DSO 100K 4额定转速1500 rpm额定电压230V400V额定电流48A28A额定功率1KW次毕业设计电机采△接法
系统硬件接线图
（1）强电部分：次毕业设计实验采220V单相电交流电作系统输入电源PLC方面PLC电源模块L1NPE次接变频器反面采220V单相交流电源作输入电源变频器具体电源接线图：
端子排+UGUGL3N三端子接电源线三端子接线：L1接电源火线L2N接零线PE接端
（2）弱点部分：PLC数字量模拟量输入输出直流电源接线（分数字模拟）具体接线：
（1）数字输入：
①I1241———电机启动接控制面板SB1钮
②I1242———电机停止接控制面板SB2钮
③I1243———JOG选频钮接控制面板SB3钮
④I1244———JOG选频钮接控制面板SB4钮
（2）数字输出：
①Q1241———JOG频率控制接变频器端子面板X3E1端子
②Q1242———JOG频率控制接变频器端子面板X3E2端子
③Q1243———变频器起启动停止接变频器端子面板X328端子
（3）模拟量输入：
①PIW752———设定转速（电压）输入端接点位器
②PIW754———反馈转速（电压）输入端接电机负载转矩控制器电压信号接
口
（4）模拟量输出：
①PQW754———控制变频器输出频率电压信号接变频器端子面板
X11U端子
（5）直流电源：
①电位器电源取变频器5V直流电源接变频器端子面板X39端子
②PLC两数字量输入输出点24V 直流电源接PLC电源模块24V端子
（6）接线：
①数字：PLC四数字量输入输出公端接PLC电源模块接端接
变频器X37端子
②模拟：模拟量输入输出接端子接变频器X37端子（注意两X37接分开）
（7）变频器跳线器：
次毕业设计采05V直流电源作变频器电压输入控制信号时
X31U端子跳线器A(79)取跳线器B（810）连接
43 软件设计
431 创建项目
您创建项目时双击桌面图标进入SIMATIC STEP7窗口弹出窗口7步wizart标题：新项目
单击[NEXT]钮cpu3142dp新项目选择CPU模块模型
单击[NEXT]钮选择需生成逻辑块里0b1作程序块
单击[NEXT]钮输入项目电梯控制3名称
单击[FINISH]钮关闭窗口
单击菜单栏中菜单项目名称拉菜单中选Open命令会弹出标题Open Project窗口User Projects选Elevator control 3单击[OK]忸生成项目图：
432 系统硬件组态
硬件组态务STEP7中成实际硬件系统完全相硬件系统硬件组态步骤：
①双击Hardware图标进入硬件组态窗口
②生成机架机架中放置电源CPU数量输入输出模块模拟量输入输出模块：
③双击模块开话框中设置模块参数包括模块属性DP站站参数组态完成完整机架图：
④保存硬件设置
433 系统控制设计
次实验系统设计设计控制部分仅两开关量（启动停止）根硬件设计部分数字量址分配情况0B1编写程序：
434 JOG固定频率选择
435 数处理设计
整程序文件更加直观明创建FC1功块：
（1）实验设计开始通电位器PLC输入电压信号（模拟量05V直流电源）作电机转速设定值PLC采集电压信号需转变成数字量时电压信号转变真正设定转速必须建立电压信号设定转速转换关系具体关系
模拟量
信号（V）
模拟值（16进制）
应10进制值
应转速值（10进制）
PIW752
0
10
16
≈0rpm
5
3620
13856
1500rpm
倍率：13856÷1500923733333
读取电压信号：
数先转化双整型转化实数
建立电压信号设定转速转换关系：
程序中MD20实际设定转速
（2）然反馈电压信号采集涡流测功机会转数1000rpm等价1V直流电压
信号输入PLC样PLC需反馈模拟电压信号转化数字量电压信号实际转速变关系电压信号转化实际反馈转速关系：
模拟量
信号（V）
模拟值（16进制）
应10进制值
应转速值（10进制）
PIW754
13（计算）
E80
3712
1331rpm
倍率：3712÷1331 2800900
（3）接着较运算设定转速（MD20）反馈实际转速（MD34）较运算设定转速－反馈实际转速Δn1（MD38） Δn1÷5Δn(MD42)Δn加设定转速运算出新输出转速（MD46）输出转速会覆盖原电机转速作电机实际转速
（4）运算程中运算输出转速超电机额定转速（1450rpm）设计转速限值防止电机超速运行
（5）需运算输出转速通变关系转化电压信号（模拟值）输送变
频器作变频器频率控制信号变关系倍率923733333
44 分析较
通观察变频器控制面板频率涡流测功机面板显示电机转速变化较两种变频调速设计方案知：
①空载情况手动控制相动控制够快速准确达设定转速调频率范围限频率点（20Hz30Hz40Hz）控控制频率段
②带负载情况（负载转矩0）动控制相手动控制够快速准确达设定转速反馈作PLC够运算频率差值控制改变变频器输出频率手动控制法反应电机负载电机转速准确达设定转速
第五章 系统调试
51 硬件调试
220V交流电源连接前提万表检测跳变否正确接线否没连接逆变器电机接线完成采三角形接线法电机输入PC／MPI编程电缆连接计算机USB端口端PLC相连开项目理器菜单栏中选择设置PGPC接口弹出话框：
接口分配参数中选择PC Adapter（MPI）查属性具体设置：
连接中选择连接USB选择工程项目点击工具栏中载纽载程序载程序程序停止切换运行运行PLCSB1滑动电位器选择潜力系统运行电涡流测功机速度扭矩显示表观察
52 软件模拟监控
系统运行前提点击工具栏中纽进行软件模拟监控会出现示（某瞬间截图）：
控制程序：
设定转速（137356rpm）：
实际转速（131958rpm）：
实际转速（测量）（1322rpm）：
运算输出转速（138435rpm）：
监控实验转速误差精度设计程序段：
监控知时转速误差539808rpm误差精度393百分点
PLC变频调速控制系统完成
第六章 总 结
毕业设计已进入收尾阶段回想三月点点滴滴遇许困难进努力指导老师帮助基达务书设定目解决课题中绝数问题终做出毕业设计成果句话——阳光总风雨
毕业设计变频调速控制系统设计务基完成通PLC控制变频器执行控制电机实现变频调速功点类似定速巡航验熟悉西门子PLC硬件结构编程软件STEP7操作变频器概解
参考文献
[1] 高钦 编程控制器应技术设计实例[M]民邮电出版社 20047
[2] 龚仲华 S7200300400 PLC应技术——通篇[M]民邮电出版社20078
[3] 龚仲华 S7200300400 PLC应技术——提高篇[M]民邮电出版社20084
[4] 李方圆 PLC行业应实践[M]中国电力出版社20071
[5] 陈浩 案例解说PLC触摸屏变频器综合应[M]中国电力出版社 20071
[6] 马宁 孔红 著 S7300PLCMM440变频器原理应[M]机械工业出版社20069
[7] 张运刚宋春郭强 著入门精通——西门子S7300400 PLC技术应[M]民邮电出版社20078
[8] Lenze变频器说明书（英文）
[9] 西门子S7300400 PLC编程软件说明书
[10] LiHu You YouPeng The Control System Of The Door Driving by PLC and Tnverter [J] 电机技术20084
[11] HMünverMT Aydemir Power and Frequency Control in a 60 kW Induction Steel Heating Furnaces through PLC
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