摘 要随着电力电子技术与控制技术的不断发展，交流变频调速在工业驱动领域的应用变得越来越广泛；可编程控制器编程简单、功能强大、可靠性高，常常被作为设备控制器使用；触摸屏画面直观简洁，通过组态软件设计出人机友好界面后，可以实现对各种设备的远程监控。变频器不仅在变频调速方面有重要应用，其同时具备了电路保护、节能、制动等功能，在自动化领域应用十分广泛。本文介绍了基于西门子S7-200和smart 700IE触摸屏的交流电机变频调速实验系统的硬件结构及软件设计。通过触摸屏的方式输入开关量、显示状态量，提高了调速系统运行及控制的直观性及可靠性，程序的模块化设计增强了程序的扩展性和实用性。通过该试验系统的设计及运行，人机交互界面友好,运行安全稳定，加深了学生对完整控制系统的理解及对控制设计思想的掌握，进一步又掌握了PLC的编程、人机交互界面的构建、变频器的连接，达到了较好的实验教学效果。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2相关技术发展概况 2
第二章 实验系统总体思路及相关理论 4
2.1总体思路 4
2.2高速脉冲测速原理 4
2.3PID控速原理 5
2.4变频调速原理 8
第三章 试验系统硬件组成 10
3.1变频器介绍 10
3.1.1变频器调速原理 11
3.1.2西门子SINAMICS V20变频器介绍 13
3.2PLC介绍 14
3.2.1PLC的结构 14
3.2.2PLC的工作原理 15
3.2.3西门子S7200介绍 16
3.3Smart 700IE介绍 16
3.4 交流异步电机介绍 17
3.4.1 交流异步电机原理及结构 17
3.4.2 YS6314 三相异步电动机介绍 18
3.5HN3806400AB光电编码器 18
3.6S7一200与触摸屏的通讯 19
第四章 实验系统方案的设计与实现 20
4.1多段速调节实验 20
4.1.1控制方案 20
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/> 4.1.2变频器参数设置 20
4.1.3编写PLC程序 22
4.1.4触摸屏设计 26
4.1.5系统连接 27
4.2基于变频器PID控制的调节实验 28
4.2.1控制方案 28
4.2.2变频器参数设置 28
4.2.3编写PLC程序 30
4.2.4触摸屏设计 34
4.2.5系统连接 34
4.3基于PLC程序的PID控制的调节实验 36
4.3.1控制方案 36
4.3.2变频器参数设置 36
4.3.3编写PLC程序 37
4.3.4触摸屏设计 43
4.3.5系统连接 44
第五章 总结与展望 45
5.1总结 45
5.2展望 45
第六章 致谢 46
参考文献 47
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
在当代的生产生活有电机驱动的工业产品或电器中，为了加强产品质量、提高经济效益等。工业生产过程中对电机的控制要求变得越来越高。例如，对于一些加工精度要求小至几微米的精密数控机床、大型镗床等。为保证加工精度、降低表面粗糙度，要求有极慢的进给速度，即要求调速稳定；轧钢车间的轧机、冲床等。操作频繁，要求正转到反转的运行过程不超过一秒，即要求电动机能够快速地转换启动、停止、反转等多种运行状态；对于电梯和提升机等则要求能够平稳地启动和停止，并能精确的停止在给定的位置上；对于连轧机以及造纸机的各分部和机架，需要规定它们的转速能够按照相应的比例关系运转。等等要求都需要电动机及其控制系统来实现。
目前电动机的控制系统一般以电力电子功率变换装置为执行机构，以微电子装置为控制核心，在自动控制理论的指导下完成对电气传动的自动控制。其中一方面要完成对电动机运行状态的控制，另一方面要完成对电机转速和转矩的控制。在电动机转速控制的历史发展中，我们从电动机直流调速发展到交流电动机变频调速，这大部分是因为交流电机与直流电机的特点及电力电子技术的发展所影响的。直流电动机动力传递和交流电动机动力传递先后诞生于十九世纪，距今已有一百多年的历史，现在成为了当前大部分动力机械的主要驱动装置。不过因为传动技术的限制，历史上大部分时期，交流电动机（包括异步电动机和同步电动机）占据80%左右的不变速传动系统，而在需要进行调速控制的传动系统中基本上使用的都是直流电动机。这主要是因为直流电机较好的调速他特性，直流电机的转速控制起来也比较容易。随着时代的发展，生产力设备对电机速度调节的要求越来越高，直流电机的换向器与电刷存在机械缺陷，使得直流调速系统的应用也相应的受到了限制。所以在很长一段时期内，人们对交流电机替代直流电机及控制方面进行了重点研究。电力电子技术的提高，采用半导体员器件的交流调速系统成为了现实，尤其是70年代以来，计算机控制技术和现代控制理论在控制系统中的应用以及大规模集成电路的不断发展，为交流电机调速系统的发展铺平了道路，这期间出现了多种类型的交流电机调速系统如：无换相器电动机调速系统、串级调速系统、适量控制调速系统以及变频调速系统。
在交流调速控制系统中，变频调速系统效率高、调速范围大、精度高等优点，是应用最多也最广泛的可以构成高动态性能的交流调速系统。与交流驱动系统相比，变频器控制的交流电动机有众多优点，能够完成大范围高效连续的调速、完成超高频起停运转、容易实现电动机的正反转切换、可以进行电气制动、可以对电动机进行高速驱动、可以适应各种工作环境、可以用一台变频器对多台电动机进行调速控制、功率因数高、电源容量小、节能环保、能构建高效控制系统等。
变频调速控系统中的控制核心大部分为微电子装置。PLC结构简单、编程易学、特性好、通用、可靠性高、寿命长等多种功能和优点。已经成为电一种工业控制装置，在多个工业部门如饮品、汽车制造业、金属制造业得到广泛的应用，越来越多的企业将PLC技术应到工厂设施里。核心装置使用可编程控制器，不仅能实现电动机的高精度控制，还能够保持系统稳定。可编程控制器联合触摸屏，通过触摸屏编程软件设计好界面，更加直观的监控系统，可以在显示电动机的运行状态的同时，保存数据并控制分析。

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