基于组态王的变频调速

基于组态王的变频调速监控系统的设计II摘要在本系统中，为了实现能源的充分利用和生产的需要，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，采用高功能性三菱FR-S700变频器，此变频器能很好的解决转速之间的切换和启动问题。系统中由PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。基于PLC的编程软件采用模块化的程序设计方法，大量采用功能模块重用，减少软件的开发和维护。利用组态王软件良好的人机界面和通信能力和总线技术，使工程师、操作人员可以在中央控制室的工控机上方便的浏览现场的工业流程、实现变频器的参数设置、故障诊断和电机的启动和停止的控制；同时可以在现场进行电机的启动、停止及增减速等的监控功能。关键词：PLC；变频器；变频调速；组态王软件目录第一章绪论.....................................................................................................................................1III1.1绪论.....................................................................................................................................11.2相关技术发展概况............................................................................................................11.2.1交流调速的发展概况.............................................................................................11.2.2组态软件.................................................................................................................21.3变频器的应用与发展概况.................................................................................................31.4变频调速理论....................................................................................................................31.4.1异步电动机调速方式.............................................................................................31.4.2变频调速原理.........................................................................................................4第二章方案论证.............................................................................................................................52.1变压变频调速的基本控制方式........................................................................................52.1.1基频以下调速.........................................................................................................52.1.2基频以上调速.........................................................................................................62.2交-直-交变压变频器.........................................................................................................7第三章系统硬件设计.....................................................................................................................93.1三菱FR-S500变频器........................................................................................................93.2三菱FX2N系列PLC......................................................................................................10第四章系统软件设计...................................................................................................................124.1组态王及其特点...............................................................................................................124.2软件设计...........................................................................................................................124.2.1系统硬件组态.......................................................................................................124.2.2PLC程序设计.......................................................................................................134.3组态王软件控制系统的设计..........................................................................................13第五章总结及展望.......................................................................................................................15致谢................................................................................................................................................16参考文献.........................................................................................................................................161第一章绪论1.1绪论随着电力电子技术以及计算机控制技术的发展，使得交流变频调速在工业电机拖动领域得到了广泛应用；由于PLC的功能强大、使用容易、可靠性高，常常被用来作为现场数据的采集和设备的控制。组态软件技术作为用户可定制功能的软件平台工具，在工控机上可开发出友好的人机界面，通过PLC可以对自动化设备进行“智能化”控制。电动机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境，推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高性能、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。在本课题的系统中，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，采用高功能性控制的三菱变频器，此变频器加减速功能和转矩提升功能，能很好的解决转速之间的切换和启动问题。系统中由PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。基于PLC的编程软件采用模块化的程序设计方法，大量采用功能模块重用，减少软件的开发和维护。利用组态王软件良好的人机界面和通信能力，使工程师、操作人员可以在中央控制室的工控机上方便的浏览现场的工业流程、实现变频器的参数设置、故障诊断和电机的启动和停止的控制；同时可以在现场进行电机的启动、停止及增减速等的操作，很好的实现监控功能。1.2相关技术发展概况1.2.1交流调速的发展概况交流变频调速的优越性早在20世纪20年代就己被人们所认识，但受到器件的限制，未能推广。50年代初，中小型感应电动机多采用晶闸管调压调速；大中型绕线式感应电动机采用晶闸管静止型电气串级调速系统。70年代发展起来的变频调速，比上述两种调速方式效率更高，性能更好。交流调速系统大致经历过以下几个阶段：（1）异步电动机调压调速系统：调压调速过去常用的方法是在定子回路中串入饱和电抗器，或在定子侧加自耗铜材料，体积小，控制方便。用晶闸管功率变换器来完成馈送任务，这就构成了由绕线异步电动机与晶闸管变换器共同2组成的调压器，通过控制触发脉冲的相位角，便可控制加在负载上的电压大小，很快成为交流调压器的主要形式，但由于相位控制时，晶闸管导通后负载上获得的电压形不是电网提供的完整的工频电压波形，因此产生了成分复杂的谐波。（2）串级调速系统：绕线转子异步电动机串级调速是将转差功率加以利用的一种经济、高效的调速方法，改变转差率的传统方法是在转子回路中串入不同的电阻以获得不同斜率的机械特性，从而实现速度的调节。这种方法简单方便，但是调速是有级的、不平滑，并且转差功率消耗在电阻发热上，效率低，自大功率器件问世后，人们采用在转子回路中串联晶闸管功率变换器来完成馈送任务，这就构成了由绕线异步电动机与晶闸管变换器共同组成的晶闸管串级调速系统。由于晶闸管的逆变角的可以平滑连续的改变，使得电动机转速也能平滑连续的调节。另外转差功率又可以通过逆变器回馈到交流电网，提高了效率。串级调速的缺点是功率因数较低，采用强迫换流、改进型三相四线逆变器、逆变器的不对称控制以及转子直流回路加斩波器控制等，可以提高功率因数。其中采用强迫换流方式可使用门极可关断晶闸管(GTO)构成，这样可以省去关断晶闸管用的储能电路，使逆变电路简单、体积小。1.2.2组态软件组态软件，又称组态监控软件系统软件。译自英文SCADA,即SupervisoryControlandDataAcquisition(数据采集与监视控制)。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件