电动机总线型调速控制系统的设计

论文摘要

随着数字化技术的不断推广，人们对计算机控制技术的应用不断深入，尤其表现在微处理器、微控制器和微型计算机的出现，由此带来了电动机调速系统的飞速发展。目前，变频调速是在电动机调速系统中应用广泛的一种调速方式，原因在于其具有调速范围大、精度高、特性硬、调速过程中无任何附加损耗等诸多特征所决定的。本文通过介绍Profibus通信协议的基本范围，进一步简述了电动机的控制系统的变频调速技术，以西门子的变频器为基础，研发了基于Profibus通信的变频调速系统，详尽说明该系统硬件的组成和相关软件的开发，详细的分析了控制系统中涉及的某些问题，宏观的说明了电动机的工作原理,电动机的调速原理以及Profibus的基础知识，详述了电动机变频调速的方法以及Profibus的硬件配置，提出了基于Profibus总线技术的变频控制方案，图解和演示了试验线路的连接,试验的操作步骤和编程软件及组态设计的具体过程，形象地展现了电动机总线型调速控制系统的总过程，全面阐述了电动机调速控制系统。现场总线技术是热点课题，以它为基础的全数字控制系统是当今自动化控制系统的主流。PROFIBUS-DP是一种经过优化的、廉价的高速通信连接，专门为自动控制系统和设备级分散I/O之间通信设计，使用PROFIBUS-DP模块可取代24V或0～20mA并行信号线，广泛用于分布式控制系统的高速数据传输。它主要应用于现场设备级，其响应时间从几百到几百ms，数据传输速率为9.6kbit/s～12Mbit/s，传输的数据容量为每个报文多达244个字节，传输介质是屏蔽双绞线或光缆，主要应用于楼宇自动化、水电厂管理及工业过程自动化控制系统中。目前国内生产的异步电机大多都不带通信接口，有一些带通信接口的，也多为RS232或RS485串行总线，这些串行总线,由于自身的特点,不适合工业现场控制,有碍于电动机机群的进一步网络化发展和企业管控一体化及综合自动化的实现。本文介绍的带PROFIBUS-DP总线接口的控制器，可以解决传统电机现场通信的不足，实现电动机的群控，促进企业综合自动化的底层网络建设，并能带来显著经济效益。目前国内生产的异步电动机大多都不带通信接口,本文针对目前国内电动机的这一不足，提出了利用PROFIBUS-DP总线设计交流电动机的远程控制通讯接口电路。

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摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1 课题的实用价值与理论意义

1.2 本研究主题范围内国内外已有的文献综述

1.3 PROFIBUS 的简介

1.4 现场总线的国内外现状

1.4.1 国内综述

1.4.2 国外综述

1.5 论文结构

第2章电动机调速原理

2.1 三相异步电机

2.2 三相异步电动机工作原理

2.3 异步电动机调速

2.3.1 调速原理

2.3.2 电动机调速系统的基本结构

2.3.3 三相异步电动机的调速方法

2.4 电动机变频调速技术

2.4.1 变频技术概述

2.4.2 变频器原理

2.4.3 三相异步电动机的变频调速控制系统及其原理

第3章 PROFIBUS 概述

3.1 PROFIBUS

3.2 解析 PROFIBUS

3.2.1 PROFIBUS 的协议结构

3.2.2 PROFIBUS 的传输技术

3.2.3 PROFIBUS 总线存取协议

3.3 PROFIBUS-DP

3.3.1 PROFIBUS-DP 数据通信

3.3.2 PROFIBUS—DP 的循环

3.4 PROFIBUS 技术的优越性

3.5 电动机总线型调速系统主从站的建立

第4章组态设计及编程软件

4.1 S7-300 概述

4.1.1 系统组成

4.1.2 功能及通讯

4.1.3 S7-300 的扩展模块

4.2 STEP7 编程软件概述

4.2.1 项目的硬件组态

4.2.2 程序编写

4.2.3 变频器的控制

4.2.4 程序流程图

4.3 组态王软件组态设计

4.3.1 新建组态王监控界面

4.3.2 创建组态画面

第5章电动机总线型调速控制系统

5.1 控制电路设计

5.1.1 系统硬件布局图

5.1.2 系统硬件配置图

5.1.3 外部接线图

5.1.4 布局图

5.2 系统分析

5.2.1 系统控制框图

5.2.2 控制电路分

5.2.3 实验的实物接线图

5.2.4 软件设计

5.3 实验过程及实验现象的描述

5.3.1 实验过程叙述

5.3.2 实验现象描述

5.4 电动机总线型调速控制系统设关键问题

第6章结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

结束语

参考文献

攻读学位期间发表文章

致谢

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