交流电机变频控制系统设计
1、 课程设计目的
监控组态课程是自动化专业主要课程之一，其课程设计环节又 是必不可少的。通过课程设计这一教案环节，应达到以下目的：
1） 监控组态课程及有关课程（PLC等）的理论知识和生产实践知识进 行设计实训，并使所学知识得到进一步巩固、加强和发展，使我们 对过去所学的知识充分的回顾，进一步的学习，更熟练的掌握专业 技能。对监控组态课程及其辅助软件力控 5.0再次深入的学习。
2） 通过设计过程，使我们学习和掌握了工程设计的墓本方法和步 骤，初步培养学生分析和解决实际工程设计问题的工作能力， 树立正确的设计思想，掌握机械设计的基本方法和步骤，为以后进 行设计工作打下良好的基础。
3） 通过设计过程，使我们在设计中得到基本技能训练，能够熟练地 应用有关设计的参考资料。 2、 课程设计正文 2.1软件方面 2.1.1系统分析 1）变频调速基本原理
交流异步电动机的转子转速n可用下式表示：
n= 60f/p X （1-s）
式中：f――定子供电电源的频率； p --- 电动机的极对数；
S 电动机的转差率。
由此可见，变频调速是通过改变定子电源频率来改变同步频率 实现电机调速的。在调速的整个过程中，从高速到低速可以保持有 限的转差率，因而具有高效、调速范围宽 （10%〜100%）和精度高等 性能，节电效果20%〜30%。 而交流变频调速器（简称变频器）是建立在微处理器、电力电子 学、电机学、现代控制理论基础之上的现代机电一体化高新技术产 品。其工作原理是将三相工频交流电整流成直流电，再由直流电转 换成交流电（交—直—交）。根据要求，可以从
0〜50Hz （或更高
频率）之间输出任意频率。因此，通过对变频器输出频率的控制， 实现交流电动机的调速，最终达到对传动负载的精确定量控制。 交流电机变频调速技术是应用当今国际最新变频技术产品——交流 变频调速器，对交流电机进行无级调速控制的高新技术。变频调速 控制系统主要由电控设备、变频器、交流电动机、传动机械及传感 器等部分组成。变频控制系统可进行开环控制，也可进行闭环控 制。开环系统的控制是通过设定值的改变，来实现对被控制对象输 出值的直接控制。闭环控制系统是通过被控制对象反馈系统与设定 值的动态比较，自动调节被控电机的转速，从而实现对被控制对象 输出的控制。
2）变频调速的特点 变频调速是目前异步电动机理想的调速方法。它具有效率高、调速 范围宽、精度高、平滑性好等优点，但目前变频器的价格还比较 高。随着计算机技术和电力电子技术的不断发展，通用变频器的功 能越来越强大，性能越来越好。
变频调速的主要特点是通过变频器改变输出频率及输出电压，实现 交流
电机转速或被控对象输出的控制。此外，还具有以下优点：
① 由于变频器在启动过程中，输出频率由 0Hz 平滑地逐渐上升， 电压从 0V 按比例上升到额定电压，电机无任何启动冲击，避免了 由于电机启动产生的大电流对电机、电网、电气元件及所拖动机械 设备的冲击和损坏。变频器在停止过程中，输出频率由运行频率平
滑地逐渐下降到OHz,电压从运行电压按比例逐渐到 0V，实现了电 动机软停止。
② 变频启动可防止运输机械类载重物体受冲击和翻滚，提高传动 设备的使用寿命。
③ 无级调速，自动化程度高，可实现无人管理。 ④ 节能效果明显。
⑤ 保护功能完善，减少设备维修、故障等。
3) 我们设计的交流电机变频调速控制系统，工作在三相交流电 下，采用开环控制系统，可以在0〜50Hz间的任意频率下工作。在控 制界面中设置 5个工作控制按钮 ,一个输入控制和一个输出显示 : ① 升频：可以从0 Hz开是以斜坡形式升至所输入的频率值间工作 ② 降频：可以从所输入的频率值以斜坡形式降至 0Hz ③ 自由停车：电机由于惯性停车 ④ 正向点动：电机在 0〜5HZ 内正转 ⑤ 反向点动：电机在0〜5HZ内反转 ⑥ 频率值：输入的频率值
⑦ 频率当前值：显示当前的频率值
并且电机正向点动和反向点动不能同时动作 ,升频和降频不能同时 动作.
2.1.2系统设计
本系统利用变频器改变频率和电压，采用开环控制系统．上位机使 用监控组态控制，下位机为电机，上位机给定变频器一个频率值， 通过变频器来改变电机的频率和电压进而控制电机的转速． 2.1.3系统实施 1)
力控控制界面的设计
① 在PHOTOSHOP中画所需的图形 ② 进入力控 ,设计所需的监控界面
③ 在 I/O 设备驱动中对变频器的参数进行设置
④ 对监控界面的各个对象进行相应的设置 ( 对象属性 ,对象连接等 ) ⑤ 在应用程序中编写程序 2) 程序调试阶段
上位机与下位机相连 ,对整个系统进行调试 .这是整个设计中比较关 键的环节 .需要较多的实践经验 . 2.2 硬件方面 2.2.1方案设计
本系统主要是对电机进行控制 ,使电机通过不同的控制按钮在不同的
频率下运行 .下面是对图中各个对象的设置 1）升频 :设置对象动画左键动作中 b0.PV=1。
2）降频 :设置对象动画左键动作中 b0.PV=0。 3）自 由停车:设置对象动画左 键动作中 b1.PV=1 b2.PV=1
b3.PV=1。 b4.PV=1。 b5.PV=1。 b6.PV=1。 b7.PV=0。 b0.PV=0。
4） 正 向点动 :设置 对 象 动画 左键 动作 中 p0.pv=5 b8.PV=1。
5） 反 向点动 :设置 对 象 动画 左键 动作 中 p0.pv=5 b9.PV=1。
6）图中的三个轮分别连接到变量 lun1,lun2,lun3 上 7）在应用程序中编写： 进入程序编写： b1.PV=1。 b2.PV=1。 b3.PV=1。 b4.PV=1。 b5.PV=1。 b6.PV=1。 b0.PV=0。
程序运行周期执行中编写： IF p0.PV<=20&&p0.PV>=5 THEN var1=var1+10
b9.PV=0 b8.PV=0 。 。 ENDIF
IF var1>=50 THEN lun1=1。 var2=var2+10 ENDIF
IF var2>=50 THEN lun2=1。 var3=var3+10 ENDIF
IF var3>=50 THEN lun仁0。lun2=0。 var1=0。 var2=0。 var3=0 ENDIF
IF p0.PV>=21&&p0.PV<=50 THEN var4=var4+10 ENDIF
IF var4>=20 THEN lun1=1。 var5=var5+10 ENDIF
IF var5>=20 THEN lun2=1。 var6=var6+10 ENDIF
IF var6>=20 THEN
lun仁0。lun2=0。 var4=0。 var5=0。 var6=0 ENDIF
IF b1.PV==0 THEN lun1=1。 lun2=1。 ENDIF
2.2.2单元电路设计 即监控界面图（附图） 2.2.3系统调试
程序设置好后就可以开始调试了。在调试过程最开始的时候界 面上的电机轮能转，而下位机中电机不能运行。经过我们的仔细查 找发现是变频器的连接有问题，通过修改，电机终于运行了起来。
课程设计总结和结论
本次课程设计是有关交流电机变频控制的系统设计，通过变频 器控制交流电机的转速。
此次课程设计是我们在大学时期的最后一次，两周的课程设 计，虽然时间并不长，但是我们还是学到了很多东西，锻炼了动手 能力和逻辑思维能力，使我们在课堂上学到的知识再次深化加强。
而且通过本次课程设计，我基本掌握了对一个工程的设计逻辑思 维，增强了对监控组态基本知识的掌握，能熟练使用力控 5.0 软件 工具画出监控组态的界面。初步掌握了 Photoshop 的基本情况，并 能绘制一些较为复杂的完美的立体图形。 此次的课程设计是分步进行，从基本理论设计开始，到动手连接上 位机和下位机。在这一步一步的过程中，我逐步地掌握了监控组态 使用.设计过程中并得到了老师的帮助这样才能设计出又经济又实用 的设计方案。在设计过程中我们也遇到了，一些问
题，如变频器的 连接。由于没有接触过此类的问题，所以对设计的进展有了很大的 阻碍，但我们通过努力，最终还是完成了设计，在这次的实习中我 学习到了重要的思想上的指导方法，为我们今后的工作实际操作提 供了很大的帮助。 在设计过程中，遵循正确的方法才是最简洁的方法。设计过程中有 过失败、设计不符合要求等情况，这使我变的更加细心，坚韧。我 要多练习，多总结，多观察，记笔记，从经验中分析出要点与方 法，在以后设计复杂的工程提供了经验。在整个的实习中我学习了 很多的东西，使我眼界打开，感受颇深。简单的设计使我了解到人 生学习的真谛，课程虽然结束了，但学习还没结束，的世界将为我 打开，只有继续以在课程设计的感受而获得的指导思想走下去，在 事业的途中打开另一扇门。
参考文献
1) 《监控组态软件及其应用》，马国华编著，清华大学出版社， 2001.8 2) 《工业组态软件实用技术》，龚运新方立友编著，清华大学出 版社， 2005.9 3) 4)
《过程控制工程》，王骥程编著，化工出版社， 2000.8
《过程控制系统工程设计》，周庆海、翁维勤，化学工业出版 社，
1991.8
