PLC和变频调速器的多电机控制系统_开题报告

^文档设计（^范文）开题报告

一．研究目的意义：

科学技术在当今世界，已成为经济发展最重要的推动力量。科技促进劳动者素质的提高、生产过程的自动化、信息化。随着我国“十三五”计划的实施，适应经济发展新常态，推动形成经济结构优化、升级。李克强总理在2015年政府工作报告中着重提到"中国制造2025"，先进制造/智能制造领域形成全覆盖，政策优势已经形成。由于我国独特的制度优势，决定了我国可以更准确更高效的集中力量发展某一领域。再次，我国互联网及基于互联网的各类新兴产业发展速度非常快，这对于工业生产与互联网、移动物联网、物联网、大数据、云计算等技术结合紧密的工业4.0（"工业4.0"项目主要分为三大主题：一是"智能工厂"，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；二是"智能生产"，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。该计划将特别注重吸引中小企业参与，力图使中小企业成为新一代智能化生产技术的使用者和受益者，同时也成为先进工业生产技术的创造者和供应者；三是"智能物流"，主要通过互联网、物联网、物流网，整合物流资源，充分发挥现有物流资源供应方的效率，而需求方，则能够快速获得服务匹配，得到物流）来说，是一个相当大的技术优势。同时，我国巨大市场所带来的优势。2014年，我国仅装备制造业产值规模就突破了20万亿元，占全球比重超过三分之一，居世界首位。工业领域的巨大市场潜力也对工业4.0的实现具有重要推动作用。最后，我国综合国力稳步增强、产业环境加速完善、技术水平逐渐提升、善于整合资源的中国传统思维模式等多种因素都有助于加快中国实现工业4.0的步伐。

中国成为世界工业强国的梦想，必须大力发展生产资料技术装备，可以为传统工业的建设和技术改造提供先进技术装备,注入新的生产力,同时又可以提高能源利用率,减少国民经济发展对能源的压力。只有把生产资料技术装备发展才能最终实现。单独的机械设备中电机的轴数正变得更多，多轴控制越来越多的应用在包装机械、电子组装机械、食品饮料机械，机械手、印刷机械和制药机械等。为了满足小批量，定制化和柔性化的加工需求，客户需要灵活的调整电机控制的轴数，要求电机控制系统更加开放，可以重复编程。而传统的单电动机控制显然已经无法满足现代化工业生产的需求,需要通过多电动机控制技术来提高工业生产的效率。PLC控制系统依其：(1)可靠性高，抗干扰能力强；(2)配套齐全，功能完善，适用性强；(3)易学易用，维护方便。PLC控制系统普及，应用越来越广，进入21世纪，随着电力电子新型变频技术的发展，控制理论的进步，变频器实现了调速范围广，保护功能完善，电动机运转频率的自动调节，实现了电动机的高效节能目的。本文根据PLC控制系统和变频器控制器的优点相结合，实现电机大范围调速速度，满足节能和生产的需要，通过PLC控制系统通用适应性对电机系统实现精确控制，使用性强，具有一定的推广价值，有利于生产效率。因此本文对基于PLC和变频调速器多电机控制的实现进行探讨。

二．国内外研究进展：　　现代化工业生产对多电机协作控制越来越高，微机技术的日新月异，现代电力电子技术的迅速发展，给控制理论长足的发展。变频器通用性功能越来越强大，同步控制、矢量控制、磁通控制等控制方式。使调速变频器不仅用于电机节能调速控制，而且还可用于高性能、大容量、高转速调速、电机的定位控制。可以看出三相交流变频器调速技术正今后的发展趋势动向：

1.高性能交流调速系统取代直流调速系统等得到进一步开发和研究。

2.PWM模式的改进与新型电力电子的开发更好的完善，即SPWM,SVPWM等。

3.中高压变频装置的研究与技术开发。

4.微机处理器及信号的处理器研发，为对控制理论的多样性发展，及应用奠定基础。

调速变频器国内外技术研究发展状况：

功率器件的发展：近年来高电压，大电流的GTR、GTO、IGCT、IGCT等器件的生产以及串联、并联技术的发展应用得到实现。

控制理论和微电子技术的发展：矢量控制、磁通控制、转矩控制、模糊控制、神经网络等新的控制理论为高性能的变频器提供理论基础；32位高新能微处理器及信号处理器和专用集成电路（ASIC）发展，为实现变频器调速传动设备高精度、多功能提供了硬件手段。

电机控制系统的智能化、网络化和远程控制将是大趋势：电机控制系统不但是传送和转换能量装置，也是传递和交换信息的通道。未来电机控制系统不仅仅是一个执行机构，同时也是个别设备对整个工厂系统的有机组成部分和电机设备使用的监控点。

国内虽然在电气传动技术与电子设备研发上有较强的发展，但向对于国际先进水平差距至少5-10年的差距。早在80年代，已成功引入矢量控制理论，针对交流电机的多变量、强耦合、非线性的特点,采用了非线性解耦和线性解耦的方法。探讨交流电机变频调速的策略控制。进入90年代，国内研究人员紧跟国外最新控制策略，根据交流感应电机特点，采用高次谐波注入SPWM和空间矢量控制SPWM等方法，控制算法模糊控制、神经网络理论对感应电机转子电阻、磁链和转矩进行在线观测，在实现无速度传感器变频调速系统的研究上作理论大量的基础研究。随着变频器器的推广应用，越来越多的企业在新项目和技改项目中实施。电机传动领域因变频器技术发展而焕然一新。现阶段我国的变频器生产厂家如雨后春笋，得到了快速发展，品类繁杂：汇川、阿尔法、伟创、英威腾等。   PLC控制器的国内外发展现状：

目前，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，PLC已由最初8位机发展到现在的以16位和32位微处理器构成的微机化PC，而且实现了多处理器的多通道处理。如今，PLC技术已非常成熟，不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使PLC向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。

现在，世界上有200多家PLC控制器生产厂家，400多品种的PLC控制器产品，按地域可分成美国、欧洲、和日本等三个流派产品，各流派PLC产品都各具特色。其中，美国是PLC控制器生产大国，有100多家PLC控制器厂商，著名的有A-B公司、通用电气（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司。欧洲PLC控制器产品主要制造商有德国的西门子（SIEMENS）公司、AEG公司、法国的TE公司。日本有许多PLC控制器制造商，如三菱、欧姆龙、松下、富士等，韩国的三星（SAMSUNG）、LG等，这些生产厂家的产品占有80%以上的PLC市场份额。

  经过多年的发展，国内PLC控制器生产厂家约有三十家，国内PLC应用市场仍然以国外产品为主。国内公司在开展PLC控制器业务时有较大的竞争优势，如：需求优势、产品定制优势、成本优势、服务优势、响应速度优势，现阶段我国国内PLC控制器多已仿造为主。

基础工业和各种制造业的高速发展，使得PLC控制器，电机装置，调速变频器传统设备相关配件实现了社会化、专业化生产，并得到了广泛的应用。

目录

摘要1

1引言1

1.1 课题研究的背景1

1.2 方案选择1

1.3 相关技术背景简介2

1.3.1 变频调速技术2

1.3.2 PLC技术2

1.4 ^范文的研究内容3

2  变频调速技术分析与应用4

2.1 变频器的选择4

2.1.1 使用变频器的目的4

2.1.2 变频器的原理4

2.1.3 变频器的控制电路6

2.1.4 负载的分类7

2.1.5 变频器的选型8

2.1.6 变频器容量计算9

2.1.7变频器性能介绍9

2.2变频调速技术10

2.2.1 变频调速的定义10

2.2.2 变频调速的基本原理10

2.2.3 变频调速系统的类型12

2.3 变频调速控制系统13

3 可编程控制器的分析与应用15

3.1 可编程控制器的应用与发展15

3.1.1  PLC的发展现状和应用领域15

3.2  PLC的工作原理及功能特点15

3.3  PLC控制系统的结构17

3.4 可编程控制器的选型18

3.4.1 可编程控制器的选型要求18

3.4.2 可编程控制器简介20

3.5  可编程控制器(设计PLC)21

3.5.1 可编程控制器模块及功能概述21

3.5.2 可编程控制器的工作模式21

3.5.3  可编程控制器网络的通信协议22

4 多电机控制系统的分析与设计25

4.1 控制方案研究25

4.2 系统硬件组成26

4.3  PID控制27

4.4 电机转速测量28

4.5 软件编程29

4.5.1 误差部分程序29

4.5.2  PID部分控制程序29

5 系统通信设计和实现30

5.1  PLC与变频器的通讯30

5.1.1 变频调速装置驱动设置30

5.1.2  PLC可编程控制器与变频器的连接31

5.1.3 通过USS协议实现PLC和变频器的通讯32

5.1.4  PLC控制变频器的程序设计33

5.2  PLC与监控计算机通讯的实现35

5.2.1 通讯方法选择35

5.2.2  PC与PLC的通信硬件接线36

5.2.3 自由口模式下创建用户定义的通信方法36

5.2.4 自由口模式下可编程控制器与计算机的通信方法37

5.3 系统调试40

6 监控界面的设计41

6.1 人机界面设计41

6.1.1 人机界面设计时应考虑的几个问题41

6.1.2 人机界面设计的基本方法41

6.1.3 人机界面设计原则42

6.1.4 人机界面HMI的选型42

6.2 系统的界面设计43

6.2.1 触摸屏编程软件PROTOOL43

6.2.2 参数设定44

6.2.3 开机画面设计45

6.2.4 监控界面46

6.3实验研究46

结论与展望48

参考文献49

参考文献

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