1、题目： 三相异步电动机转速和转角控制系统设计 摘要I摘 要 本文介绍三相异步电动机基于西门子 S7-200 系列 PLC 的变频调速与转角控制方法。PLC 在三相异步电动机控制中的应用，与传统的继电器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、灵活性强、功能完善等优点，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需求。目前,电力拖动是各行业生产机械的主要拖动形式;因此,三相异步电动机已经被广泛应用在各行各业和日常生活等领域。随着生产机械的不断更新和发展,对电动机的调速性能与转角问题要求越来越高。三相异步电动机由
2、于三相异步电动机因其成本低,结构简单,可靠性高和维护少等优点在各种工业领域中得到广泛的应用,但其调速性能和转角性能都不如直流电动机,因此如何改进异步电动机的调速性能和转角问题,以提高调速性能和转角问题,就显得特别重要。本篇文章通过对鼠笼式三相异步电动机工作过程的分析,着重讨论了三相异步电动机的调速和转角性能,尝试简单，有效的调速和调角度方法。 关键词：PLC；三相异步电动机；转速；转角ABSTRACTIIABSTRACTThis article describes the three-phase asynchronous motor based on Siemens S7-200 series
3、 PLC frequency control and angle control methods.PLC in the three-phase asynchronous motor control applications, with traditional relay control, compared with a control speed, high reliability, flexibility, functional, etc., for a variety of automated control equipment provides a very reliable contr
4、ol applications.It is able to provide safe and reliable automation and control applications and more complete solution for the current demand for automation of industrial enterprises.Currently, the electric drive is the industrys main drag production machinery forms; therefore, three-phase asynchron
5、ous motor has been widely used in all walks of life and daily life and other fields.With constantly updated production machinery and development of the motor rotation speed performance issues with increasingly high demand.Three-phase asynchronous motor three-phase asynchronous motors because of its
6、low cost, simple structure, high reliability and low maintenance, etc. in various industrial areas has been widely used, but its speed performance and rotation properties are not as DC motors, so how to improve the performance of asynchronous motor speed and rotation issues in order to improve the s
7、peed performance and the corner problem, it is especially important.This article through the squirrel-cage induction motor work process analysis, focusing on the three-phase asynchronous motor speed and angle performance, try a simple and effective method for speed and angle adjustment.Keywords： PLC
8、， Three-phase asynchronous motor， speed， turn angle目录III目 录 第一章 绪论 .11.1 三相异步电动机 .11.1.1 三相异步电动机的结构与工作原理 .11.2 PLC 技术 .71.2.1PLC 的发展历史 .71.2.2PLC 的基本结构 .81.2.3 西门子 S7-200 系列 PLC.91.3 变频器 .101.3.1 变频器基本原理 .111.3.2 变频器调速基本原理 .121.4 人机交互界面与西门子 Smartline.131.4.1 人机交互界面 .131.4.2 西门子 Smartline.14第二章 PLC 编
9、程软件与 HMI 组态软件 .152.1 STEP7-Micro/WIN.152.1.1 软件介绍 .152.1.2 程序组织 .152.1.3 程序编辑要点 .152.1.4PLC 监控 .152.2 wincc flexible 组态软件 .162.2.1 wincc flexible 简介 .162.2.2 wincc flexible 的组件 .17第三章 电动机转速控制 .183.1 系统设计的总体思路 .183.2 变频器参数设置 .183.3 转速控制外部硬件连接图 .193.4 PLC 程序设计 .193.4.1 PID 算法 .192013 届本科毕业设计论文IV3.4.2
10、内存变量分配表 .203.4.3 速度反馈设计 .213.5 调试与数据分析 .213.5.1 PID 参数整定 .213.5.2 运行结果 .22第四章 电机转角控制 .254.1 系统设计的总体思路 .254.2 变频器参数设置 .254.3 硬件连接图 .254.4 PLC 程序设计 .264.4.1 电机角度控制设计思路 .264.4.2 程序地址分配 .274.5 运行结果 .27第五章 wincc flexible 人机界面设计 .285.1 人机界面设计要求 .285.2 人机界面设计及变量设置 .285.3 运行结果 .29第六章 总结.30 参考文献.31致谢.32附录.32
11、32013 届本科毕业设计论文1第一章 绪论1.1三相异步电动机 实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机。电机是利用电磁感应原理实现电能与机械能的相互转换。把机械能转换成电能的设备称为发电机，而把电能转换成机械能的设备叫做电动机。在生产上主要用的是交流电动机，特别三相异步电动机，因为它具有结构简单、坚固耐用、运行可靠、价格低廉、维护方便等优点。它被广泛地用来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵等。1.1.1三相异步电动机的结构与工作原理 1三相异步电动机的构造三相异步电动机的两个基本组成部分为定子（固定部分）和转子（旋转部分） 。此外还有端盖、风
12、扇等附属部分，如图 1.1 所示。图 1.1 三相电动机的结构示意图（1） 定子三相异步电动机的定子由三部分组成：2013 届本科毕业设计论文2定子铁心由厚度为 0.5mm 的，相互绝缘的硅钢片叠成，硅钢片内圆上有均匀分布的槽，其作用是嵌放定子三相绕组 AX、BY、CZ。定子绕组三组用漆包线绕制好的，对称地嵌入定子铁心槽内的相同的线圈。这三相绕组可接成星形或三角形。定子机座 机座用铸铁或铸钢制成，其作用是固定铁心和绕组表 1.1 定子组成（2） 转子三相异步电动机的转子由三部分组成：转子铁心由厚度为 0.5mm 的，相互绝缘的硅钢片叠成，硅钢片外圆上有均匀分布的槽，其作用是嵌放转子三相绕组。转
13、子绕组转子绕组有两种形式：鼠笼式 - 鼠笼式异步电动机。绕线式 - 绕线式异步电动机。转子转轴 转轴上加机械负载表 1.2 转子组成鼠笼式电动机由于构造简单，价格低廉，工作可靠，使用方便，成为了生产上应用得最广泛的一种电动机。为了保证转子能够自由旋转，在定子与转子之间必须留有一定的空气隙，中小型电动机的空气隙约在 0.21.0mm 之间。2三相异步电动机的转动原理（1） 基本原理2013 届本科毕业设计论文3图 1.2 三相异步电动机工作原理如图 1.2 所示，当磁铁旋转时，磁铁与闭合的导体发生相对运动，鼠笼式导体切割磁力线而在其内部产生感应电动势和感应电流。感应电流又使导体受到一个电磁力的作
14、用，于是导体就沿磁铁的旋转方向转动起来，这就是异步电动机的基本原理。转子转动的方向和磁极旋转的方向相同。（2） 旋转磁场产生图 1.3 表示最简单的三相定子绕组 AX、BY、CZ，它们在空间按互差 1200的规律对称排列。并接成星形与三相电源 U、V、W 相联。则三相定子绕组便通过三相对称电流：随着电流在定子绕组中通过，在三相定子绕组中就会产生旋转磁场(图 1.4)。（1.1）0sin(12)sinUmVWmiItiIt2013 届本科毕业设计论文4图 1.3 三相异步电动机定子接线当t=0 0时， ，AX 绕组中无电流； 为负， BY 绕组中的电流从 Y 流入 B1流出；AiBi为正，CZ
15、绕组中的电流从 C 流入 Z 流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图Ci1.4（a）所示。当t=120 0时， ，BY 绕组中无电流； 为正， AX 绕组中的电流从 A 流入 X 流出；BiAi为负，CZ 绕组中的电流从 Z 流入 C 流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图Ci1.4（b）所示。当t=240 0时， ，CZ 绕组中无电流； 为负，AX 绕组中的电流从 X 流入 A 流出；CiAi为正，BY 绕组中的电流从 B 流入 Y 流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图Bi1.4（c）所示。可见，当定子绕组中的电流变化一个周期时，合成磁场也按电流的相序方向在空间旋转一周。随着定子绕组中的三相电流不断地作周期性变化，产生的合成磁场也不断地旋，因此称为旋转磁场。AiAiBiCXBYCZ
