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1、-毕业设计（论文）-基于PLC的游乐设备大摆锤的控制系统设计（全套图纸）-第 32 页基于PLC的游乐设备（大摆锤）控制系统设计摘 要由于可编程控制器有方便使用，控制系统安全，程序比计算机编程还要简单，还有有很强的扩展能力和丰富的控制能力，组成的控制系统不仅很可靠性，还很简洁等优点，使得PLC控制技术在很多领域都了广泛应用。这篇论文是用PLC给游乐设备（大摆锤）进行控制系统设计。在可编程控制器(PLC)、触摸屏及变频器等设备的基础上，设计一个稳定，可靠，便于操作，安全有保证的PLC大摆锤控制系统。全套图纸加153893706论文先介绍了可编程控制器的产生原因、发展情况、国内外应用情况以及可编程
2、控制器的工作原理和硬件基本组成。再分析PLC控制系统的各部分组成如（硬/软件组成）、根据PLC控制系统设计原理和大摆锤控制系统运动要求分析入手，根据变频PLC控制系统设计的方法和步骤，进行PLC的游乐设备（大摆锤）控制系统设计，包括控制系统的总体布局、线路分析及梯形图等设计。论文重点分析了PLC与变频器之间通信的设计方法、步骤和过程。同时在控制系统上配备触摸屏，通过相应的程序代码与PLC通信，能让大摆锤很好地实现转动，摆动等各种动作要求。关键词：PLC 大摆锤 变频器 触摸屏Design of Amusement Equipment (large pendulum) System Based
3、on PLC ControlledABSTRACTThe programmable controller,whichcanbe convenient to useandcontrol thesystemsafelyandwhoseprogramismore simplethanthecomputer programming and has a strong extension ability and control ability,made upof whosecontrol system has the advantagesofreliabilityandconciseness,makes
4、the PLC control technology in many fieldsbewidely used.This thesis is based on the design of the PLC (large pendulum) control system.On the basis ofthe design of theprogrammable controller (PLC),touch screen,inverterand other equipment,wedesigna stable, reliable, easy to operation, safe and secure P
5、LC large pendulum control system.The paper first introducesthe programmable controllerabout itscause, itsdevelopment,itsapplication situation at home and abroad,itsworking principle and hardware basic component of the programmable controller. Then from the PLC control system of each part of the hard
6、ware / software composition, design principle and design requirementsstartingwith,according to thePLC recreation equipment (pendulum) control system design based on PLC and inverter control system design methods and steps, including the control of the overall design of the system, hardware and softw
7、are design.The paper mainly analyzes the communication module of RS - 485 and the design method, procedure and process of communication between PLC and inverter. At the same time in the control system with a touch screen, through the corresponding program code and PLC communications,whichcan make a
8、large pedulun be well achievedtherotation, swing and other action requirements.KEY WORDS: 1.Programmable Logic Controller 2.large pendulum 3.inverter 4. touch screen 目录前言1第1章 绪论31.1课题选择的背景和意义31.2国内外的研究状况31.3论文研究的主要内容4第2章 大摆锤的介绍52.1大摆锤的机械结构组成52.2大摆锤的控制部分组成6第3章 PLC及变频器的概述73.1 PLC的起源与发展73.1.1 PLC的起源73.
9、1.2 PLC的发展73.2 PLC技术国内外应用现状83.3 PLC的特点及分类93.3.1 PLC的特点93.3.2 PLC的分类103.4 PLC的硬件构成及工作原理103.4.1可编程控制器（PLC）的硬件构成113.4.2 PLC的工作原理123.5 PLC的编程语言133.6变频器的简介153.6.1变频器的结构153.6.2变频器负载的分类183.6.3变频器在选择驱动器时的注意事项193.7触摸屏的简介20第4章 控制系统的确定224.1 PLC控制系统的设计原则224.2设计的主要内容224.3PLC控制系统设计的步骤224.4 游乐设备大摆锤运动方案244.5 PLC控制系
10、统组成24第5章 硬件的设计与选型255.1 PLC的选型255.1.1 PLC机型的选择255.1.2PLC输出方式的选择265.1.3输入输出点的估算及分配265.1.4储存器容量的估算275.1.5电源的选择285.2 电动机的选择285.3变频器的选择305.4编码器的选择315.5 PLC 触摸屏选择325.6 PLC 控制系统接线简图设计335.7 PLC 控制系统电气布局方案设计33第6章软件系统设计346.1 PLC PLC 软件系统设计346.1.1 PLC控制流程图346.1.2软件系统设计的步骤346.1.3编程语言的选择356.2触摸屏界面设计356.3现场调试与运行3
11、66.3.1 梯形图程序的下载366.3.2 现场调试38结论40谢 辞41参考文献42前言大多数城市里的人们都喜欢在星期天去主题公园或游乐园追求刺激。因此国内的主题公园及游乐园等让人们放松心情的地方越来越多，与此同时，游乐设备制造行业也得到了迅速的发展。由于我国开始涉及游乐设备的设计制造方面较晚，从八十年代才开始。因此，国内有很多大一些的游乐场所大部分游乐设备都是外国货，而国产游乐设备并不受大游乐场所亲睐，基本上都是中小型的游乐场所使用。而在价格上，同样的产品，买外国的游乐设备花的钱是国内的好几倍，这样的情况下，为国产的游乐设备在国际上的发展的提供了良好的前景。由于可编程控制器有方便使用，控
12、制系统安全，程序比计算机编程还要简单，还有有很强的扩展能力和丰富的控制能力，组成的控制系统不仅很可靠性，还很简洁等优点，使得PLC控制技术在很多领域都了广泛应用。采用 PLC 控制变频器和继电器来控制电路，代替时间继电器等器件，用PLC内部的晶体管、二极管等逻辑触点代替继电器内部的机械触点来电流的通断，用以控制机械的动作，能使系统更加稳定，可靠性更高，同时，PLC控制与继电器控制相比PLC控制系统反应快而可靠，省去了机械触点的接触时间，不会出现机械触点的抖动现象，工作频率高；PLC控制的寿命与继电器控制更长；PLC具有自检、监督功能，当系统出错时，易于发现，比检测继电器控制电路更容易；同时，P
13、LC控制系统线路简单、接触触点少、安全性高、操作人员维修任务较小等。PLC控制电路使设备使用率大大的提高，PLC的自检功能也减少了设备出故障次数，用变频PLC控制系统结合触摸屏进行自动控制系统设计越来越广泛的应用于工业生产中。本次毕业设计是基于PLC变频器和触摸屏对大摆锤进行控制方面的研究和设计。大摆锤是一种大型娱乐设施，它的结构是由四支架，一个摆杆和一个转盘组成。工作时，转盘旋转，摆杆做单摆运动。本课题将采用台达公司 PLC 进行控制系统设计。台达DVP40ES2的PLC采用模块化结构，指令运算速度十分迅速，用浮点数运算十分有效地实现了复杂的算术运算，给模块进行参数赋值时使用标准用户接口软件
14、工具也很方便，同时人机界面服务放在DVP40ES2操作系统内，不但减少dian对编程的要求，而且通过其强大的通信功能，可以对编程软件WPLSOFT的用户界面对设备进行调试，控制，使得操作十分简单。控制系统更加稳定，安全。第1章 绪论1.1课题选择的背景和意义随着越来越多的年轻人喜爱惊险刺激的运动，我国主题公园及游乐园也越老越多，同时游乐场发生的事故也越来越多，如2013年9月15日西安游乐场事故；2015年4月7日，河南新乡游乐场事故，游乐设施“太空飞碟”在空中由于旋转杆断裂而造成的事故；2015年5月2日，温州游乐园，在游客未来得及系安全带的情况下，设备突然启动等事故。发生以上事故的原因，由
15、于国内大型游乐设备的设计制造历史短，还没有保证设备的安全要求。然而中国对游乐设备的设计制造从八十年代才开始进行，由于开始涉及这方面较晚，因此，国内有很多大一些的游乐场所大部分游乐设备都是外国货，而国产游乐设备并不受大游乐场所亲睐，基本上都是中小型的游乐场所使用。而在价格上，同样的产品，买外国的游乐设备花的钱是国内的好几倍，这样的情况下，为国产的游乐设备在国际上的发展的提供了良好的前景。由于可编程控制器有方便使用，控制系统安全，程序比计算机编程还要简单，还有有很强的扩展能力和丰富的控制能力，组成的控制系统不仅很可靠性，还很简洁等优点，具有很好的柔性；可以与其他PLC进行组和，可以与网络连接，体积
16、小方便维修等特点。鉴于变频PLC控制系统结合触摸屏进行自动控制系统设计越来越广泛的应用于工业生产中。本设计用PLC等来设计游乐设备（大摆锤）的控制系统，将自动控制技术用于大摆锤控制系统中，来实现大摆锤的转动和摆动等控制，以满足其动作的多样性和安全性的需求，给人们带来刺激的体验，让人们去游乐园中就会被大摆锤的惊险刺激吸引。1.2国内外的研究状况二战结束之后，游乐行业在欧美等国家得到了飞速发展，其标准性游乐园如迪士尼乐园，每年都吸引大量的游客去游玩。随着科学技术的进步，其在科技及文化上都有巨大的发展。由于我国开始涉及游乐设备的设计制造方面较晚，从八十年代才开始。因此，国内有很多大一些的游乐场所大部
17、分游乐设备都是外国货，而国产游乐设备并不受大游乐场所亲睐，基本上都是中小型的游乐场所使用。而在价格上，同样的产品，买外国的游乐设备花的钱是国内的好几倍，这样的情况下，为国产的游乐设备在国际上的发展的提供了良好的前景。1.3论文研究的主要内容该论文介绍了一套使用PLC，触摸屏和变频器等电器元器件控制电动机的设备，通过对PLC，触摸屏的编程软件与硬件的结合达到灵活控制电动机运转的目的。软件设计主要使用了台达PLC的软件设计与触摸屏的软件设计。通过对软硬件的结合，实现本论文的设计。第2章 大摆锤的介绍2.1大摆锤的机械结构组成大摆锤是一种新型的游乐设备，刚刚投入使用还没有几年，由于它的占地面积相对较
18、小，可以安装在游乐场，主题公园和广场等地方。而且它在工作时大气磅礴，同时也让乘客真正体会到惊险刺激，十分吸引人们的兴趣，有广阔的市场前景。游乐设备大摆锤的机械构造如图21所示，它是由四根支撑杆，横轴，转盘，摆杆构其外部轮廓。图2-1 大摆锤机械构造图大摆锤这种大型游乐设备是由旋转和摇摆两种运动相结合的机械，它工作时就像钟摆的摆动，当摆杆摆到最底位置时，由于它的摆杆速度最快，在重力和离心力的共同作用下，坐在转盘上的乘客会有一种超重的感觉，而当大摆锤转到追高位置时，由于摆杆瞬间速度为零，坐在上面的乘客就会有一种失重的感觉。当大摆锤的摆杆在做在单摆运动时候，摆杆下面的转盘也同样在做圆周运动，让人们在
19、超重与失重交替中有着找不着方向的错觉。技术数据如下表2-1所示。表2-1 大摆锤的技术数据如下表名称数值名称数值转盘直径R=5m规格10*10m旋转速度3-5r/min占地面积16m*11m摆动角度90额定载客16人电机总功率13.5kw电压380v高度8m总量50000kg在乘客乘坐大摆锤的同时，工作人员要检查好游客情况，一定要注意游客是否系好安全带。提醒并改正游客的不正确的地方，防止大摆锤在工作时被惯性力甩飞。当游客乘坐大摆锤时发生意外，工作人员应采取正确的方法援救。2.2大摆锤的控制部分组成大摆锤的控制系统由硬件和软件两部分组成1.硬件设备主要包括：PLC、变频器、触摸屏、变压器、交流接
20、触器、断路器、熔断器等。通过线路将以上元器件连接起来。2.软件组成。PLC程序设计，触摸屏设计。第3章 PLC及变频器的概述3.1 PLC的起源与发展3.1.1 PLC的起源在早期的工业生产自动化领域中所用的控制系统是继电器控制系统，但由于其在复杂的控制系统中采用众多元器件，体积相对PLC控制系统大，还十分的耗电，杂并且系统有较高的故障率。继电器控制系统没有很好的适应性，一当被控制机械的结构或动作发生变化时，以前的控制电路就不能再用，硬件结构也必须改变。同时，众多的元器件造成系统故障十分难查找，影响设备运行效率。不适合于工作模式变化快，控制方式多样的场合。使得继电器控制系统无法胜任越来越复杂的
21、工业控制需求。生产发展急需使用方便，功能可靠，操作灵活，性能完好稳定的新自动控制系统。20 世纪 60 年代末期，美国汽车竞争十分激烈，通用汽车公司（GM）为了满足汽车生产的需要，适应汽车市场的竞争，1986年招标，要求研制新型工业控制器。于是第一代可编程逻辑控制器，也是第一台PLC于1987年在美国数字设备公司（DEC）研制成功，型号是（PDP-14 ），并在美国通用汽车公司的生产线上出色的完成工作。3.1.2 PLC的发展可编程控制器在早期只有逻辑运算功能、定时功能、计数功能等，没有复杂的指令系统，工作时只有顺序控制。20世纪70年，人们将微处理器和计算机技术引入中可编程控制器控制系统中，
22、使PLC控制技术得到实用化，不仅机体体积大幅度减小，而且，运算功能及程序处理功能等功能有很大程度的提高，如运算速度也得到了很大的提高、抗干扰设计比以前的PLC更加可靠、同时还有PID功能、模拟量运算功能和极高的性价比，是它在现代工业控制领域有着不可代替的作用。20世纪80年代初，PLC控制技术在先进国家工业建设中已经是一种不可少的一部分。PLC技术已经成熟，有很多国家都在生产可编程控制器，数量也不但增多。20世纪 80 年代后期，以16 位和 32 位微机化 PLC 不仅是设计还是概念都有了很大的进步。PLC 控制技术的普及范围更加广大。不仅在以前的功能都有很大的提高，还具有中断计数功能，还有
23、函数运算功能、浮点运算功能、高速计数功能及联网等功能。20世纪90年代前、中期，PLC产量年增长率在百分之30到百分之40 之间，是PLC进入了快速发展时期。在这期间，PLC的各种能力都有很多的提高。PLC开始进入过程控制领域，有时在有些地方代替了DCS系统，有很强的控制能力。20世纪末期，PLC更加符合现代工业生产的需要。超小型机和大型机等型号机型也生产出来啦，有人机界面、网络通信等多样化的特许功能模块，使得PLC控制系统与工业设备连接更加容易。PLC的发展特点是越来越适应现代工业的需要。是向着高度集成话发展的，它的体积会越来越小、容量越来越大、运算速度会越来越快、性能越来越高。3.2 PL
24、C技术国内外应用现状目前，不仅在传统制造行业的到了广泛应用，PLC控制技术在其他各个领域都应用也都很广泛。 在国内，杨健等人将PLC 控制技术应用在水的净化上，用PLC控制系统实现在水净化时的自动加药过程，不但减少了人工劳动量，还避免了人工加药时可能发生的加多浪费或加少没达到净化的目的等问题。耿立明等人将PLC控制系统用于太阳能热水器，通过PLC控制热水器中水的温度，液面高度等，不仅节能，还有很好的实现太阳能的自动控制。王建国等人用PLC设计的零件裂纹检测控制系统，能快速、准确的测出零件是否合格，不但减少了工人的劳动时间，还更加精确；吕书勇利用 PLC 控制技术设计的焦化备煤控制系统，实现了焦
25、化备煤的自动控制，不仅加快了企业的生产速度，还减少了劳动力，使工厂的生产效率有了很大的提高；郭瑞国用PLC控制系统设计的垃圾焚烧炉控制系统，不但准确的保证了垃圾焚烧的效率，还减少了有害气体的排放，有利于环保；PLC 控制技术在航海领域也有广泛应用，如基于PLC的船舶主机遥控系统，能很好地实现船舶主机的控制，而且有很好的抗干扰能力。在国外，D. W. Russell 将PLC控制技术用于工厂信息系统中，不但稳定准确，还有效的节约了工厂成本。Frederico 将PLC控制技术用微生物研究中，有很大成效。 Atef A. Ata 等人将PLC控制技术用于机器人研究领域，效果显著。3.3 PLC的特
26、点及分类3.3.1 PLC的特点可编程逻辑控制器（PLC）实际上就是工控机。可编程逻辑控制器（PLC）具有以特点。1.具有很高的工作可靠性及抗干扰能力可编辑程序控制器（PLC）不像继电器控制系统拥有很多机械触点，它用PLC内部的软件进行控制，避免了系统的接触不良等现象，减少了系统的故障率。同时PLC采取了很多抗干扰措施，在工作环境差的地方，能有效的隔离外界环境的干扰，具有很好的抗干扰能力。2.控制程序可变，具有很好的柔性由于PLC的（CPU）及存储器组件中，只读存储器用于存储固化的系统程序，而用户存储器中的内容可以修改，可根据用户的需要重新编写程序， 因此其具有很好的柔性。3.使用方便，控制功
27、能丰富，编程简单PLC采用简明的梯形图等编程语言，指令很少，更加适合在工业环境中使用，能进行现场调试控制程序。可按照不同的控制要求使用编制不同的控制程序，不需要专门学习计算机知识来编程。在改变程序时，不用改变控制系统的硬件组成。4.可实现联网运行PL可通过无线模块与计算机进行连接，实现网络控制。也可以与其他可编程逻辑控制器连接，有很好的实用性。5.扩充方便，组和灵活，可构成各类控制系统可编程逻辑控制系统构成的控制系统可以与单台，多台，组成控制系统，甚至还可以与计算机组和构成控制系统，实现网络监控。同时PLC产品具有多样性，可供用户灵活的选择，构成各类控制系统。6.功能强，性能价格比高PLC内部
28、的可编程元件很多，可以组成复杂的控制系统。相对于继电器控制系统，使用元器件较少，具有很高的性价比。同时控制功能更强。可以实现网络控制。7.系统的设计、安装、调试工作量少PLC控制系统编程简单，用程序代替继电器的机械触点，同时不用像继电器控制系统一样，需要大量的时间等继电器，减少了接线数，和控制柜等的设计，安装工作时间。在PLC控制系统调试时可以进行模拟调试，节省了室外调试的时间。8.维修方便，工作量小PLC能自诊断，同时信号灯能显示系统工作状态，当系统发生故障时，系统的自诊断功能会把信号输送的显示功能上，可以快速地找出故障，而由于接线相对继电器控制系统少，所以维修更加方便工作量更小。3.3.2
29、 PLC的分类1.按PLC规模分类端口点数小于64点，程序长度小于1KB的机型，为小型机；端口点数在64-512点，程序长度在1-4KB的机型，为中型机；端口点数大于1024点，程序长度大于8KB的机型，为大型机。2.按PLC结构上分为超小型集中式和模块组合式。3.按安装形式分为内置式和外置式。3.4 PLC的硬件构成及工作原理3.4.1可编程控制器（PLC）的硬件构成PLC可看做用于工业控制的专用计算机，与微型计算机有基本相同的硬件结构，基本构成如表3-1所示:1.电源组件只有良好可靠的电源，PLC才能正常的工作，电源组件是够成PLC系统不可缺少的一部分。它给PLC运行提供电源。PLC的电源
30、可分为:（1）外部电源一般是交流电源时电压为220V ，是直流电源时电压为20V。（2）内部电源一般为锂电池，当系统断电时为PLC中的CPU，RAM等供电，避免PLC中信息丢失。表3-1 PLC硬件构成输入组件主机CPU电源组件输出组件光电隔离电路输入寄存器储存器输出寄存器输出锁存器光电隔离电路功率放大电路2中央处理单元(CPU)CPU是PLC的控制中枢。PLC内部的CPU芯片种类是有PLC生产厂家决定的。它的作用是监控PLC的工作。它根据可编程逻辑控制器系统程序输入的功能，去接收用户控制应用程序与相关的数据，然后放入RAM中并保存。然后运行设备时，再执行程序，完成PLC控制系统对机械设备的控
31、制。3.存储器PLC中存储器主要有：一种是可进行读/写操作的随机存储器RAM，用于存放应用户输入程序的存储器，又叫用户程序存储器。另一种是只可读不可写的只读存储器ROM，是用于存放固化在系统中的程序的存储器，被称为系统程序存储器。ROM用于存放固化在PLC系统中的程序，固化的系统程序在PLC工作时不会发生改变，提供PLC运行的平台，系统程序在编程和控制系统工作时只能读出，不能修改，当PLC外部电源不再供电时，系统程序不变。RAM用来存储用户编写的程序，以及输入的各种数据，用户存储器中的内容可改，以新信息覆盖旧信息，当切断PLC外部电源时，机内备用Li电池对RAM电路供电，使储存器内的信息不会丢
32、失。随机储存器内还为不同的数据划分了专用信息储存区。可以用于存放不经常修改的用户程序，以便于防止有时用户存储器受外界的干扰而被破坏。4.输入及输出组件输入及输出单元（即I/O单元或I/O模块），是可编程控制器与工业生产现场之间的交换数据的。 现场信息数据经输入接口PLC通过输入接口传递给中央处理单元，中央处理单元的运算结果后发出命令经输出接口松动有关设备或现场。输入组件外部将转换给可编程控制器内部的中央处理单元，再由中央处理单元将电平信号转换个输出组件。可以防止外界的干扰。同时可以通过输入及输出接口上的指示灯观察控制系统的工作状况。3.4.2 PLC的工作原理可以把PLC的工作原理与计算机控制
33、系统工作原理类似，其工作过程可以分为五个阶段，如图3-1所示： 1.诊断阶段在这一阶段内，PLC先进行自我检查，查看中央处理器，RAM，ROM，输入及输出模块是否有故障，当没有发现故障时，进入下面的工作，否则停机并通过指示灯显示出出错的地方。2.联机通信阶段在此阶段，PLC与上位计算机，其他PLC相连是，可进行联机通信，输出本计算机各种状态及有关信息和接收上位计算机发出的指令，根据上位计算机的指令进行操作。3.输入采样阶段在输入采样阶段，可编程逻辑控制器扫描输入端口状态并将它们存 2.联机通信阶段5.输出刷新阶段1.诊断阶段3.输入采样阶段4.用户程序执行阶段图3-1 PLC工作周期示意图入输
34、入映象储存器中。此时也叫输入刷新。当输入采样阶段结束后，在下一扫描周期前，输入状态寄存器中的数据不会发生改变。4.程序执行阶段在程序执行阶段，可编程程序控制器总是从用户程序储存器的最低地址开始扫描，从输入映像寄存器或其他状态寄存器中读取需要的数据。程序的输出结果写入相应的寄存器中并保存，以备后面扫描时用。5.输出刷新阶段当所有的用户程序都执行完了以后，可编程逻辑控制器将输出状态寄存器中的内容输送到输出锁存器中，对设备发出驱动信号，使设备工作，本次输出与此结束。可编程控制器不断地依次执行以上五个不同的阶段，每循环一次为一个周期。3.5 PLC的编程语言PLC编程语言更加适合工业环境中使用，与计算
35、机编程用语言不同可分为如下几种：1. 梯形图语言梯形图编程是一种采用图形的方式进行编程的方法，类似于与继电器控制系统电路图，可以看做是由继电器控制系统中常用的接触器，继电器图3-2 梯形图示意图梯形图基础上演变过来的。如图3-2所示。2.指令列表编程语言指令列表编程语言和汇编语言助记符类似种类的编程语言，和从操作数的汇编语言代码，操作构成如表3-2所示。在没有计算机的，它是优选使用手持式编程PLC用户程序的准备。与此同时，编程语言指令列表和梯形图编程语言，分别在PLC编程软件可以相互转换。指令典范编程语言的特点：采用助记符来表示操作功能，具有简单易学，易记;与阶梯一一对应关系。表3-2 PLC
36、编程语句格式表：格式指令数据内容说明操作要求数据地址0000LD00000001OR05060002AND NOT00010003OUT05063.功能模块图语言功能图编程是一种较新的编程方法，是与数字逻辑电路类似的一种PLC编程语言。他的作用是用功能图表达一个顺序控制过程。采用功能模图3-3 PLC功能模块图块图的形式来表示模块所具有的功能，用数字代表程序执行顺序，功能模块图能够清楚表达功能关系，能减少规模大、逻辑复杂的控制系统使编程调试时间，如图3-3所示。4.逻辑图编程PLC也可以用逻辑图的方式编程，与梯形图编程方法类似，逻辑图方法也是以图形方式表达控制逻辑关系，即用标准的逻辑器件符号表
37、达控制逻辑关系，编程用的逻辑图为虚拟物理回路。3.6变频器的简介3.6.1变频器的结构变频器是通过转换电源的频率来控制电动机工作的如图3-4所示。常用的变频器一般用交-直-交的变频变压方式。这种变频器工作时把工频交流电通过整流器转换为直流电，然后再通过逆变器转换成满足电机使用要求的频率，电压可连续调节的交流电。它由主电路、控制电路、操作面板与回路端子等组成。图3-4 变频器控制电动机1.主电路组成包括整流电路、中间电路、逆变电路组成。基本结构如下图3-5所示。图3-5 交-直-交变频器的组电路结构整流器与交流电源连接，输出脉动直流电压。分为可控和不可控两种。变频器中的整流器由二极管构成的是不可
38、控整流器，有晶闸管构成的是可控整流器。二极管和晶闸管都用的整流器是半控整流器。 中间电路由一个很大的电感线圈构成，在使用电源逆变器时，它只能与整流器配合使用。电感线圈将整流器输出的可变电流电压转换成可变的直流电流电压。输入电动机电压的大小取决于电动机负载的大小。中间电路的滤波器使斩波器输出的方波电压变得平滑。滤波器的电容和电感使输出电压在给定频率下维持一定。 逆变器可以从中间电路得到可变直流电流、可变直流电压、固定直流电压三者中的一个，然后再输送给电动机，它是变频器改变电流频率的最后一步，为电动机的运转提供能量。电动机电压的频率是由逆变器产生的。逆变器在工作时调节中间电路输出电压的频率即可。主
39、回路端子排排列表3-3所示，端子功能说明如表3-4所示：表3-3 主回路端子排排列表RSTDC+BR-UVW表3-4 主回路端子功能说明表端子符号端子名称说明R、S、T交流电源输入三相AC230V或380V 50-60HzU、V、W连变频器输出接三相电机DC+、BR-连接制动电机在DC+、BR之间连接制动电阻接地变频器接地用，必须接地主回路接线时要求用带绝缘管的端子作为电源及电机接线的压线端子；不能将电源接在变频器输出端子上，防止损坏变频器；接线后必须检查接线是否干净整洁，剔去线头，以免造成异常。选择适当型号的电线连接，以保证电压压降在百分之二以内；当变频器与电机之间一般不超过五十米时，当大于
40、五十米时，输出点要加输出电抗器。在DC+,BR端子间建议连接制动电阻选件。2.变频器的控制主电路的同时，还保护主电路的各个元器件。分为模拟控制和数字控制，控制框图如下，控制电路主要由键盘、显示板、电源、主控板、外接控制电路等组成，如图3-6和表3-5所示。图3-6 通用变频器控制框图表3-5 控制部分各部分的功能表主控板变频器运行控制中心，核心是单片微机或DSP显示/键盘两者连在一起，键盘给主控模块发出指令或信号，主要向变频器发出运行指令或修改运行数据等电源与驱动板变频器内部的电源都使用开关稳压电源外接控制电路可实现由电位器，继电器及其他自控设备对变频器进行控制，并输出运行状态、故障报警、运行
41、数据信号等。变频器控制回路端子排列如表3-6，端子功能说明如表3-7所示：表3-6 控制回路端子排列表A1C1B1COMX1X2X3X4X5X624VA2C2+485-GNDFVF110V12VGNDBKF0表3-7 控制回路端子功能说明表端子记号端子名称说明A1，B1，C1继电器J1,J2触点输出A1,C1为常开触点组，B1,C1为常闭触点组，A2,C2常开触点组J1触点值为正转运行状态信号输出，J2为出厂值为故障状态信号输出A2、C212V,GND辅助电源12V输出直流电源12V输出（50mA）12V,BK制动信号输出用于连接外部制动单元+485-串行通讯端子与外部进行串行通通信的端子10
42、V频率设定用电源给外接电位器（4.7）提供电源FV,GND F1,GND F0,GND模拟信号输入端子（1）接电位器或0-10信号，（2）输入0-20mA信号，（3）输出0-10mA信号，都作为频率设定、PID给定或反馈X1 X2模拟信号输入端子出厂设定为X1正转，X2反转X3 X4模拟信号输入端子出厂设定为X3外部故障输入，X4故障复位X5 X6多功能输入端子出厂设定为X5正转点，动X6反转点动COM多功能输入端子公共端X1-X6的公共地，配合X1-X6使用24V,COM辅助电源24V输出直流电源24输出（50mA）3.6.2变频器负载的分类选择正确的变频器，用于控制系统的正常运行是必不可少
43、的。该驱动器必须是了如指掌的逆变器驱动负载特性的选择。在实践中，通常是生产机械分为三种类型：恒定功率负载，恒定转矩负载和风扇和泵的负载。1.恒转矩负载负载转矩T与转速n没有任何关系，转速n变化时转矩T始终保持不变。如混频器，输送机，挤出机，摩擦类负载和提升机，起重机和其他负荷均恒转矩负载。当在低速负载转矩的变换器驱动恒定转矩特性必须足够大，也需要有足够的过载。如果需要在低速稳速操作时，它应该考虑到的标准异步电机的冷却能力的大小，以避免电动机和毁坏的温度过分升高。2.恒功率负载扭矩主轴和造纸机，轧机，塑料薄膜生产线开卷机的要求，大致成反比的旋转速度，这就是所谓的恒定功率负载。负载的恒功率性质应该
44、是在转速范围内的某些条款。当速度非常低，是受机械强度，T不能无限增长，改变恒转矩性质的低速。恒转矩负载，恒功率区对传输方案有较大的影响。在恒定磁通电动机速度，最大允许输出扭矩恒定，恒定转矩速度所属;在弱磁速度成反比的最大容许输出扭矩和速度，是恒定功率的速度。如果恒定转矩和电机转速控制和恒转矩恒定功率范围的恒定功率范围是与负载相符，即所谓的“匹配”，容量和驱动马达的容量最小化。3.风机，泵类负载在各种不同的泵，风扇，泵，并拖动叶轮，空气或液体的一定速度范围内旋转而产生近似正比于速度的平方。降低速度，该速度是由速度的平方降低。当风的所需量，流量减少，由州长使用的驱动器来调节的方式，风量，可大大节省
45、能源。而且，因为与在高速的快速增长，以及速度的速度所需要的功率正比于正方形三次，并且因此通常不应使泵，风扇超负载的工作频率。3.6.3变频器在选择驱动器时的注意事项1.根据负载的特性来选择驱动器，如果负载需要选择西门子MMV / MDV驱动恒转矩负载，如果负载为风机，泵类负载应该选择西门子环保驾驶。2.选择反相器的实际电动机电流时应该根据驱动电动机的额定功率仅作为参考的大小来选择。还应该充分考虑变频器的输出高次谐波会引起电动机的功率因数和效率将恶化。所以，我们确实使用了逆变器到电动机的功率出工频电源相比的马达电流增大各温度的约20提高10。因此，选择驱动器和电机时，相应的左边距，以防止温升过高
46、，影响了电机的使用寿命。3.如果你需要驾驶长电缆的工作，你应该利用打击长电缆耦合电容的效果的措施，接地，避免驱动力是远远不够的。所以该驱动器应通过一个齿轮或在安装逆变器输出电抗器的输出被放大。4.轮或中的驱动器的选择两个步骤。此外，在这种情况下，逆变器的控制方式是V / F控制，并且变频器不能完全电机过载，过电流保护，然后，应添加到熔丝上的每个电机来完成保护。5.以及在一些特殊场合，如高开关频率，高海拔，高温，那么会引起变频器的降容，变频器应该由齿轮选择被放大。6.当使用高速电机驱动控制，由于电机转速的电阻，高次谐波也增加输出电流。因此，选择以驱动高速电机，它应该比普通驱动电机略大。7.如果该驱