电动机智能软启动控制系统设计电气工程专业.docx

电动机智能软启动控制系统设计 摘要：本课题研究的是异步电动机的控制系统，它凭借着简洁的构造、便于维修、造价低的特点，被普遍的应用在生产生活当中，为机械设备提供动力。对于电动机的启动，常见的有直接启动和降压启动着两种方法，然而这两种方法有着种种缺点，如冲击电流大、影响周围设备等。但是伴随着软启动技术以及变频器技术的发展，这些缺点被一一改善，软启动和变频器启动渐渐代替了原有的启动方式。在本次设计的电动机软启动智能控制系统当中，使用PLC作为系统的智能控制中心，对变频器进行控制，对系统做出监控，将启动控制集中化，使操作人员的更加便利的操作系统，实现现场工艺。而变频器的应用，也有巨大的优势，它可以根据现场的需求，通过改变输出功率来调控电动机的转速，使现场更加的人性化。本次的设计方案解决了电动机启动时产生的冲击电流对电网的影响，保护了周围用电设备。并且根据PLC编程简单、方便的特性，可以随时将新的设备加入到系统中，实现统一控制。 关键词：电动机；软启动；变频器；可编程控制器（PLC） The intelligence of the motor soft start control system design Abstract: This topic is the research of asynchronous motor control system, it is simple structure, easy maintenance, low cost characteristics, is widely used in production and life, providing power for mechanical equipment. For motor start, there are two common methods of direct start and buck start, however, these two methods have many disadvantages, such as high impact current, affecting the surrounding equipment, etc.. However, with the development of soft start technology and Frequency converter technology, these shortcomings have been improved one by one. Soft start and frequency converter start gradually replace the original start-up mode. The motor soft start intelligent control system of this design, the use of PLC as the intelligent control system, used to control the frequency converter, to monitor the system will start control centralized, make the operator more convenient operating system, to achieve on-site process. And the application of frequency converter also has great advantages. It can adjust the speed of motor according to the demand of the field, change the output power, and make the scene more humanized. The design solves the impact of the impact current on the power grid when the motor starts, and protects the surrounding power equipment. And according to the simple and convenient characteristics of PLC programming, new equipment can be added to the system at any time to achieve unified control. Key words: Motor; soft start; frequency converter; PLC II 目录 摘要 I Abstract: II 第1章 绪论 3 1.1 引言 3 1.2 系统设计的来源 3 1.3 系统设计的要求 3 1.4 电动机智能软启动控制设计的研究背景 3 1.5 PLC控制的电动机启动系统的发展与现状 4 1.5.1 国外发展现状 4 1.5.2 国内发展现状 4 1.6课题研究设计的目的和意义 4 第2章 电动机的启动 6 2.1 电动机启动的发展 6 2.2定子串电阻降压启动 6 2.3 Y-△转换启动 6 2.4自耦降压启动 7 2.5.1 软启动器原理 8 2.5.2 软启动器的控制功能 8 第3章 变频器 9 3.1 变频器概述 9 3.2 变频器的基本构造 9 3.3 变频器与软启动器的比较 9 3.4 变频器的特点 10 第4章 可编程控制器 11 4.1 PLC的概述 11 4.2 PLC的基本构成 11 4.3 PLC的编程与调试 11 4.4 PLC的工作过程 12 第5章 设备选型 13 5.1 电动机的选择与参数 13 5.2 PLC选型及参数 13 5.3 变频器的选型及参数 13 5.4 其他元器件 14 5.5变频器拖动多台电机方案 15 第6章 系统设计方案 16 6.1 PLC程序编写 16 6.1.1程序编写思路 16 6.1.2程序梯形图 16 6.2控制系统I/O点与功能 16 6.3 系统功能简介 17 6.5 变频器参数设置 18 6.6 系统电路图及控制流程图 18 6.6.1 系统电路图 18 6.6.2控制流程图 19 总结 20 参考文献： 21 致谢 22 第1章 绪论 1.1 引言 在工业控制中，使用最为广泛的就是PLC系统，并且PLC是所起的作用是至关重要的。应为PLC具备着以下特点：具有很强的抗干扰力、很高的可靠性、程序编写简单、使用方便等，因此PLC越来越普及的运用到了工业生产中。 在控制技术的进一步发展下，电动机凭借着成本低、结构坚固等优点被人们普遍的应用。在它的相关知识以及PLC控制技术上，通过功能的具体分析，全面思考了成本、维护、可靠性等多种原因，提出了一种由可编程控制器、变频器、交流电机组成的控制系统。在工业生产中应用的软起动器的全部功能变频器都具有，且变频器能够更容易地实现启动和停止。直流制动功能使得它适用于各种环境。我们常用的高性能变频器不仅功能强大，而且还具有功能非常丰富的外部接口，我们可以把它加入到自动控制系统中去，当作其组成部分的一个硬件设备，更加方便的使我们设计出一个自动化控制系统。根据设计内容，合理安排设计过程，选择变频器来实现电动机的启动装置，控制系统的控制核心选择使用可编程控制器（PLC）。两者相结合，实现变频器的启动与控制，从而启动与控制电动机。在这个系统中，我们既可以实现电动机的软启动，也可以对电动机进行调速，在工业生产中的应用越来越广。在这个系统中，我们既可以实现电动机的软启动，也可以对电动机进行调速，在工业生产中的应用越来越广。 1.2 系统设计的来源 某景区要建设一个大型喷泉池，实现观赏目的。它是通过水泵来实现，需要设计一个水泵的控制系统。 有必要设计电动机的控制系统，提高电机的性能，对系统的保护和控制功能做出提升。智能电机软启动控制系统中，系统的硬件为多功能特性的变频器来控制电机的启动，使异步电动机的起动频率从零逐渐上升，从而减少启动时产生的冲击电流，使电机和其他设备的得到保护。 1.3 系统设计的要求 （1）能都保护电动机的启动过程； （2）电路结构简单、稳定性好； （3）机械设备不允许电机直接启动； （4）电动机在起动时候，其他设备不会受到影响； （5）水泵为一用一备。 1.4 电动机智能软启动控制设计的研究背景 电动机的是把电能转换为动能的重要设备，已经在生活中以及各个行业中得到了普遍的应用，但是大功率的交流电动机起动时有一个巨大的缺点，那就是对电网形成了很大的电流冲击，从而会使电机产生损坏，使电动机的应用时间减少，电网会受到一些影响。因此，在应用当中，对电动机启动有特殊的规范。 鼠笼三相异步电动机是在生产生活中应用最为普及的电动机，直接启动方式有很大的缺点，如刚开始运行时减小不了冲击电流对电网的影响，远远达不到现代社会生产生活的需求。启动电流和起动转矩这两项的优劣，决定了鼠笼式感应电动机的起动性能的优劣。星三角起动、自耦降压起动、电抗器减压起动、延边三角形减压起动等，它们都是传统的降压启动方式，相同的特点是有非常简洁的控制电路，缺点为起动转矩不能够改变，启动过程当中会产生非常大的冲击电流，对负载设备产生巨大的影响，电网系统的电压发生变化也会对其造成影响，电压波动会引起启动困难，更严重会使电动机停止转动。停止运行时，这几种方式就会立刻切断电源，这会使得电网电压发生变化，产生机械冲击。所以，迫切有一个新的设计方案能够把以上问题处理掉。软启动器，晶闸管来缓慢的升高启动电压，通过电动机的电流比输入值小，解决以上问题。 软启动器是电机启动时对电网和机械设备的影响的良好解决方案，而且拥有软停止，过流过载保护，短相保护等等的功能，在生产生活中普及应用。数字操作电子系统的PLC，是工业自动化的必要设备。它拥有一个存储器，可以储存程序，并执行各类命令，输入输出数字或电子信号，对机械和生产进行操作。 1.5 PLC控制的电动机启动系统的发展与现状 1.5.1 国外发展现状 许多国外学者研制适合常用三相异步电动机专的控制，对软启动控制做了多次的实验。1970往后，在国外人们都去探索的是应用晶闸管的调压技术，并且普及到了工业生产中，它的优势在相对领域中发挥了出来。 自动化理论以及控制方法与微电子技术的研究。矢量控制、磁链控制、转矩控制和模糊控制等新的控制理论为高性能变频器和软起动器提供了理论依据。16位、32位高速微处理器，信号处理器，专用集成电路ASIC的快速发展的方式实现高精度多功能提供了软起动器。 1.5.2 国内发展现状 中国研究研发电动机智能软启动控制系统的时间较晚，当下中国在实现电动机智能软启动控制系统中往往都是运用国外的PLC，如西门子。每年在PLC的进口上我们就会花费巨额的资金。 落后的主要原因是，中国没有一个足够完善的电机软启动相关技术标准，对PLC的研究也就没有重大突破。 在开发PLC上，外国领先于中国，由于我国越来越重视电动机启动控制系统，所以国内的一些公司也慢慢的研发出了属于我们自己的PLC。 1.6课题研究设计的目的和意义 电动机作为生产生活当中重要的将电能转换为功能的设备。异步电动机凭借着其构造简洁、便于维护的特点，在生产生活中得到了普及。然而，工农业的生产要求不断提高，对电动机启动是时的需求越来越高。在一些生产生活中，需要电动机的转速可调。在很早的生产生活中，那些对于电动机要求非常高的系统中使用了直流电动机，启动时扭矩很小、电刷老化起火的缺点是它一直存在的。人们通过研究交流电机的种种特性，设计出了早期的调速方式。在转子电路中串联电阻，从而去依次控制继电器接触器的通断的