基于PLC的高压电机斩波串调控制系统的设计与实现

论文摘要

本文从工程应用的角度出发,在分析清楚和研究透彻高压电机斩波串级调速控制系统的基础上,实现基于PLC的串调控制系统的逻辑控制、定时控制、计数控制、顺序控制。由于PLC具有控制可靠性高、易于编程和灵活性等特点可以方便地用于工业控制领域,是串级调速实现自动化、智能化控制的核心控制元件。本文以德国西门子公司的S7-200系列小型PLC的CPU224为控制主机,实现了串调系统丰富的自动控制和动作逻辑功能,并完成友好的人机交互界面的设计。控制内容包括:根据系统状态转移图利用功能指令-顺序控制指令实现系统的多流程控制,即系统启动、停车、调速、全速各个状态的转移,以及状态转移过程中进行的接触器操作。除此之外,还在主程序中调用各个子程序,实现升降速调整、基于PLC的PWM输出功能的斩波控制、模拟量的采集和处理、水阻极板控制功能,以及实现就地/远方,手动/自动控制模式切换的功能。本文首先研究和分析了内馈斩波串级调速系统的工作原理,在此基础上进行了基于PLC的高压电机斩波串级调速控制系统硬件选型及PLC软件编制两个方面的工作。具体包括工程控制需求分析、系统分析、系统总体设计、系统可靠性设计以及具体设计和软件编制。然后通过搭建实验台进行控制系统程序的调试、测试。最后实现保护定值,工作模式,最低转速,最高转速,升降速率等系统参数设置和可在线修定更改以及系统的运行状态、控制模式、运行参数及故障报警信息显示等功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 选题意义
• 1.2.1 高频斩波串级调速技术在高压电机应用中的优势
• 1.2.2 当前两种控制方案的比较
• 1.3 斩波式串级调速系统国内外研究动态
• 1.4 课题研究内容
• 1.4.1 PLC 的控制对象-高压电机斩波串级调速系统
• 1.4.2 基于 PLC 的串调控制系统研究和设计内容
• 第2章 内反馈斩波串级调速系统
• 2.1 异步电动机调速的基本方法
• 2.2 内馈斩波串级调速系统的工作原理
• 2.2.1 异步电机的电压平衡方程式
• 2.2.2 调速工作原理
• 2.3 内馈斩波串级调速系统的功率变换过程
• 2.4 本章小结
• 第3章 高压电机斩波串级调速控制系统的总体设计
• 3.1 工程控制需求
• 3.2 系统分析
• 3.2.1 系统运行状态分析
• 3.2.2 系统控制内容分析
• 3.3 系统总体设计
• 3.3.1 PLC 系统选型以及总体结构
• 3.3.2 主要器件介绍
• 3.3.3 扩展I/O 寻址问题以及控制系统的I/O 地址分配
• 3.4 系统可靠性设计
• 3.4.1 系统供电系统设计
• 3.4.2 系统接地设计
• 3.5 PLC 外围接线图
• 3.6 系统运行方式
• 3.7 本章小结
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 PLC 软件设计基础
• 4.1.1 西门子S7-200 PLC 的工作原理
• 4.1.2 S7-200 PLC 编程语言和编程器
• 4.1.3 西门子S7-200PLC 的程序结构
• 4.1.4 编程软件Step7 简介
• 4.2 用于占空比控制的PWM/PTO 功能块及编程实现PWM 输出
• 4.2.1 PWM/PTO 功能块简介
• 4.2.2 PWM 输出实现过程及波形测试
• 4.3 PLC 编程系统构成及通讯设置
• 4.4 PLC 控制系统程序设计
• 4.4.1 水阻系统各状态描述
• 4.4.2 PLC 控制系统状态转移图
• 4.4.3 PLC 控制系统逻辑操作流程图设计
• 4.5 各个功能模块梯形图设计编程
• 4.6 人机界面设计
• 4.6.1 PanelMaster 触摸屏的选用
• 4.6.2 PanelMaster 触摸屏的一般设置
• 4.6.3 警报设定和数值显示
• 4.6.4 人机界面设计内容
• 4.7 本章小结
• 第5章 系统设计中的问题以及解决方法
• 5.1 硬件方面的问题及解决方法-硬件实验台的搭建
• 5.2 软件方面的问题及解决方法
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 全文总结
• 6.2 进一步研究方向
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢
• 详细摘要