电气工程及其自动化电力系统实训报告-基于PLC的直流电机调速实验.pdf

华南理工大学广州汽车学院华南理工大学广州汽车学院 电力系统实训电力系统实训报告报告 设计题目设计题目基于基于 PLCPLC 的直流电机调速实验的直流电机调速实验 专业班级专业班级0707 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 1 1 班班 学生学号学生学号 200730881382200730881382 学生姓名学生姓名吴晓峰吴晓峰 同组队员同组队员黄晓星、叶庆维黄晓星、叶庆维 陈锦辉、廖珩陈锦辉、廖珩 指导教师指导教师马永良马永良 20112011 年年 0101 月月 1010 日日 2 目目 录录 一、一、实训目的及要求实训目的及要求1 1.1 实训目的.1 1.2 实训要求.1 二、二、设计步骤设计步骤.1 2.1 系统工作原理说明.1 2.2 系统原理图及相关说明.1 2.2.1 系统原理图1 2.2.2 PLC 调试系统相关 IO 说明2 2.2.3 技术参数.2 2.2.4 PID 控制框图3 2.3 各模块的工作原理.3 2.3.1 开机模块.3 2.3.2 增速模块.4 2.3.3 减速模块.6 2.3.4 保护模块.7 2.3.5 停机模块.9 三、三、总结与建议总结与建议.10 四、四、参考文献参考文献.10 1 一、实训目的及要求 1.1 实训目的 1、了解变频调速控制系统的构成、变频调速的原理，以及变频器的使用。 2、熟练掌握 PLC 控制系统的 PID 编程以及模拟量输入/输出模块的使用。 1.2 实训要求 1、能实现调速系统的启动、运行和停止三种状态。驱动设备上的运行指示灯。 2、电机的启动必须采取相应的控制措施限制启动电流过大的问题。 3、正确显示电机电枢电流和电机转速。往相应的变量存储器写数据，就能自动在 TD200 文本显示器上正确显示。 4、保护功能实现确保转速不超过 1600 rad/min,电流不超过额定电流值(额定功 率为 3KW) 。 5、实现开环控制，确保直流电机转速为 1500 rad/min。 正文均为小四号，宋体，行距 1.5 倍，首行缩进 2 字符 二、设计步骤 2.1 系统工作原理说明 我们把直流电机调速系统分成五个模块，分别是开机、增速、减速、保护以及停 机，以西门子 S7-224XP cn PLC 为核心，通过采集直流电机电枢电流和电机转速，然后 进行 PID 控制运算，再通过 D/A 输出 010V 控制电压控制整流模块，改变 D/A 的输出就 可以控制直流电机电枢电压，最终能达到控制转速的目的。 2.2 系统原理图及相关说明 2.2.1 系统原理图 系统原理图，如图 2.21 所示 2 图 2.21 调速系统原理图 2.2.2 PLC 调试系统相关 IO 说明 PLCPLC 调试系统相关调试系统相关 IOIO 说明说明 I0.0自动/手动方式选择 I0.1启动/停止 I0.2增速 I0.3减速 I0.4并网信号 I0.5电源信号 Q0.0运行指示灯 Q0.1故障指示灯 Q0.2保护出口过流保护，高电平保护 动作 2.2.3 技术参数 地址注解 1、电机转速(远方)VW86送远方计算机的监视参数，PLC 工程量数值，无符 3 号数，最高值为 32000。 2、电机电流(远方)VW88送远方计算机的监视参数，PLC 工程量数值，无符 号数，最高值为 32000。 3、机组状态(远方)VW90送远方计算机的监视参数。0 停机、1自启动、2 空 载、3负 载、4待机、5调相 4、控制变量(远方)VW92送远方计算机的监视参数。0转速控制、1功率 控制 5、故障告警(远方)VW94送远方计算机的监视参数。1信号检测故障、2 整流系统故障、3过流保护动作、0正常 6、反馈模式(远方)VW96送远方计算机的监视参数。1开环、2闭环 7、功率增量VW98十进制整数。 8、Ukg_tempVW100 转速控制中间变量， 存放 AQW0 值， 最高值为 32000。 2.2.4 PID 控制框图 PID 控制框图如图 2.2.41 所示 图 2.2.41 2.3 各模块的工作原理 2.3.1 开机模块 开机模块梯形图如图 2.3.11 所示 4 图 2.3.11 开机模块流程图 工作原理根据 PLC 调试系统相关 IO 说明，可知 I0.0、I0.1、I0.5 分别表示自动/ 手动方式选择、启动/停止和电源信号，开机的时候，必须把自动/手动方式选择、启动 /停止和电源信号这三个按钮按下，才能实现开机。开机时，必须将累加器、电压输入 量和保护动作量统一清零，否则会对测试数据进行干扰。 2.3.2 增速模块 增速模块梯形图如图 2.3.21 和图 2.3.22 所示 5 图 2.3.21 6 图 2.3.22 工作原理运用 T37 计时器，设定发电机的转速由 0r/min 升至额定转 1500r/min 所需要的时间为 20S，同时运用 T38 计时器，设定每 0.2S 给出一个脉冲，然后将累加后 的数据寄存在 VW2 里。而手动增速增可按升速按钮，用 I0.2 表示，按一下就输出一个 脉冲 P，然而使到累加器 ADD 动作，每一次动作算 50 给 PLC。 2.3.3 减速模块 减速模块梯形图如图 2.3.31 所示 图 2.3.31 7 工作原理减速模块的工作原理跟增速模块的原理基本上是一样的，把之前累加器 所累加完毕的数据进行递减，按一下降速按钮(用 I0.3)表示，出现一个脉冲，让 SUB 器每一次减少 50，然后算进 PLC，同时让起保护恒速作用的 M2.0 复位。而自动减速程 序，则是在 2.3.4 保护模块 保护模块梯形图如图 2.3.41 和图 2.3.42 所示 图 2.3.41 8 图 2.3.42 工作原理过速保护模块扫描测速电机输给 PLC 的数值寄存到 VW4 中，然后对比 速度值是否大于或等于 26500，若满足要求则触发 M0.5，满足 M0.5 或 M6.0 时则置位 M2.0，触动 M2.0 后则给 VW2 赋值为 7000。 对于过流保护模块，则扫描分流器输给 PLC 的 AIW0 值，然后赋值给 VW10，若 VW10 值大于或者等于 10666 时， 则输出 Q0.1 (为故障指示灯) ， 从而触发 Q0.2 过流保护动作。 9 而当 M0.6 得电时，复位 M0.0，同时给 VW2 和 VW14 赋值为 0，从而起到清零的作用。 2.3.5 停机模块 停机模块梯形图如图 2.3.51 和图 2.3.52 所示 图 2.3.51 10 图 2.3.52 工作原理对应开机模块而言，则是将 M0.0 复位，然后置位 M0.2，M0.2 接通后则 令到 T39 计时器开始计时(设其时间为 6S) ；通过自动累减程序实现停机(累加器计算 每次减 1000， 累减器双字节数 ACO 转换成单字节数 VW2) ， 自动减速程序结束后， 将 M0.2 和 Q0.0 复位。 三、总结与建议 在这次为期 4 周的实训过程中，我基本上了解了变频调速控制系统的构成、变频调 速的原理，以及变频器的使用，也熟练掌握 PLC 控制系统的 PID 编程以及模拟量输入/ 输出模块的使用。在这个实训过程中，我们小组遇到很多困难，发现理论和实际运行总 是存在很大的出入，通过多次的实测和计算，我们集合大家的智慧，一步一步慢慢把整 个系统设计出来，虽然还是有多地方设计的不如人意，但是我们还是努力克服困难，最 后设计出来的时候我觉得非常有成就感。 在编程的过程中，我感觉最难的就是保护模块与显示模块，尤其是显示模块，要通 过寄存和代换一些数据，才能成功有效地在显示屏上显示数据，感觉很麻烦。 不管怎么说，经过个人与组员的合作跟讨论之下，我们最终还是把完整的程序写出 来了，然后把它写进 PLC 里面，成功运行了出来，不过在过流保护还有数据显示这两个 部分上，我们还有所欠缺，我会带上这些问题，希望在今后的学习和工作上能够把其弄 懂。 通过这么多次的实际操作和仔细设计，我对 PLC 有了更进一步的了解，也对电机控 制有了更深的认识。 四、参考文献 1 吴作明. 工业组态软件与 PLC 应用技术.北京北京航空航天大学出版社.2007 11 2 周淑珍，高鸿斌. PLC 分析与设计应用.北京电子工业出版社，2004. 3 王玉中. 电气控制及 PLC 应用技术. 河南河南科学技术出版社，2006. 4 孙平. 可编程序控制器原理及应用，北京高等教育出版社，2003. 5 王成福主编，可编程序控制器原理及应用. 北京机械工业出版社，2006. 附录梯形图如下 12 13 14 15 16 17