目 录
摘要 ...................................................................................................................................................... 2 第一章 绪论 ...................................................................................................................................... 3 1.1变频器 ........................................................................................................................................... 3 1.2可编程控制器（PLC） ................................................................................................................. 4 1.3 PLC连接变频器 ........................................................................................................................... 4 第二章 变频器 .................................................................................................................................. 5 2.1变频器的基本构成和工作原理 ................................................................................................... 5
2.1.1变频器的基本构成 ........................................................................................................... 5 2.1.2变频器内部电路的基本功能 ........................................................................................... 5 2.1.3逆变电路基本工作原理 ................................................................................................... 6 2.2变频器的种类 ............................................................................................................................... 7 2.3变频器控制方式和基本原理 ..................................................................................................... 11
2.3.1 V/f控制 ......................................................................................................................... 11 2.3.2转差频率控制 ................................................................................................................. 12 2.3.3矢量控制 ......................................................................................................................... 13 2.3.4提高转距控制性能的措施 ............................................................................................. 15 第三章 可编程控制器 .................................................................................................................... 16 3.1 PLC的组成和基本工作原理 ..................................................................................................... 16
3.1.1 PLC的组成 ..................................................................................................................... 16 3.1.2 PLC的基本工作原理 ..................................................................................................... 21 3.2 PLC的特点及分类 ..................................................................................................................... 23
3.2.1 PLC的特点 ..................................................................................................................... 23 第四章 变频器与PLC在运料小车控制系统中的应用 ................................................................ 25 4.1 运料小车系统的控制要求 ........................................................................................................ 25 4.2 PLC输入输出变量和接线图 ..................................................................................................... 26 4.3运料小车系统的PLC的编程 ..................................................................................................... 27 4.4运料小车系统的PLC调试 ......................................................................................................... 29 4.5 PLC+变频器控制运料小车系统 ................................................................................................ 35
4.5.1 变频器的参数设置 ........................................................................................................ 35 第五章 致谢 .................................................................................................................................... 36 第六章 参考文献 ............................................................................................................................ 37
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摘要
本文阐述了应用西门子公司可编程控制器S7-200系列PLC及变频器实现对
运料小车系统的控制。该系统充分利用了学习中讲述的可编程控制器（PLC）的多方面的设计知识和方法，再加上变频器两者巧妙的配合精确的实现了对运料小车系统的控制。这一控制系统的实现和应用，充分体现了PLC系统在工业现场的应用，以及根据设计和不同的需求改变，还可以使其应用的范围更加广泛。由于设计者的知识范围及经验，望老师谅解，给予批评改正。
[关键词] 可编程控制器（PLC）、变频器
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第一章 绪论
1.1变频器
直流电动机拖动和交流电动机拖动先后诞生于19世纪，距今已有100多年的历史，并已成为动力机械的主要驱动装置。但是，由于技术上的原因，在很长一段时期内，占整个电力拖动系统80％左右的不变速拖动系统中采用的是交流电动机（包括异步电动机和同步电动机），而在需要进行调速控制的拖动系统中则基本上采用的是直流电动机。
但是，由于结构上的原因，直流电动机存在以下缺点： （1）需要定期更换电刷和换向器，维护保养困难，寿命较短；
（2）由于直流电动机存在换向火花，难以应用于存在易燃易爆气体的恶劣环境；
（3）结构复杂，难以制造大容量、高转速和高电压的直流电动机。 而与直流电动机相比，交流电动机则具有以下优点： （1）结构坚固，工作可靠，易于维护保养；
（2）不存在换向火花，可以应用于存在易燃易爆气体的恶劣环境； （3）容易制造出大容量、高转速和高电压的交流电动机。
因此，很久以来，人们希望在许多场合下能够用可调速的交流电动机来代替直流电动机，并在交流电动机的调速控制方面进行了大量的研究开发工作。但是，直至20世纪70年代，交流调速系统的研究开发方面一直未能得到真正令人满意的成果，也因此限制可交流调速系统的推广应用。也正是因为这个原因，在工业生产中大量使用的诸如风机、水泵等需要进行调速控制的电力拖动系统中不得不采用挡板和阀门来调节风速和流量。这种做法不但增加了系统的复杂性，也造成了能源的浪费。
经历了20世纪70年代中期的第二次石油危机之后，人们充分认识到了节能工作的重要性，并进一步重视和加强了对交流调速技术的研究开发工作。随着同时期内电力电子技术的发展，作为交流调速系统中心的变频器技术也得到了显著的发展，并逐渐进入了实用阶段。
虽然发展变频驱动技术最初的目的主要是为了节能，但是随着电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展，电力半导体器件和微处理器的性能不断提高，变频驱动技术也得到了显著发展。随着各种复杂控制技术在变频器技术中的应用，变频器的性能不断得到提高，而且应用范围也越来越广。目前变频器不但在传统的电力拖动系统中得到了广泛的应用，而且几乎已经扩展到了工业生产的所有领
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域，并且在空调、洗衣机、电冰箱等家电产品中也得到了广泛应用。
变频器技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电力电子技术、微电子技术和计算机技术的基础之上，并随着这些基础技术的发展而不断得到发展。
1.2可编程控制器（PLC）
随着科学技术的发展和生产工艺要求的不断提高，继电器控制系统存在体积大、触头多、维修困难、控制功能单一、更改困难等缺点。另外，随着市场竞争的加剧，产品周期不断缩短，生产工艺参数不断发生变化，如果采用继电器控制系统用改变接线的方法来满足工艺要求是非常困难的事情。所以在1968年美国通用汽车公司（GM）公开招标，并从用户的角度提出了新一代控制器应具备的十大条件，引起了开发热潮。
这十大条件主要要求：编程方便，可现场修改程序，维修方便，采用插件式结构，可靠性高于继电器控制装置，体积小于继电气控制盘，数据可直接送入管理计算机，成本可与继电器控制盘竞争，扩展时原系统改变最小。1969年，美国数字设备公司研制出第一台PLC型号为PDP-14,并在GM公司汽车生产线上试用成功，取得满意的效果。
1969年第一台PLC的问世之后，PLC引起了世界各国的普遍重视，日本日立公司引进并吸收美国技术，与1971年试制成了日本第一台PLC。德国西门子在1973年研制成功了欧洲第一台PLC。我国从1974年开始研制，1977年开始工业应用。PLC的发展大概可分为四代：
第一代（1969-1972）：1位机，磁芯存储器，只有逻辑功能。
第二代（1973-1975）：8位机，半导体存储器，除逻辑功能外还有运算、传送、比较、模拟量控制等功能。
第三代（1976-1983）向多功能及联网通信功能发展。随着高性能微处理器8位片式CPU在PLC中大量应用，PLC的处理速度大大提高，同时，增加了浮点运算、三角函数、脉冲调制输出、自诊断功能等。
第四代（1983-现在）：不仅全面使用了16位、32位高性能微处理器、高性能位片式微处理器、PISC精简指令系统CPU等高级CPU，而且在一台PLC中配置多个微处理器，进行多通道处理，同时产生含微处理器的智能模块，使PLC具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能。数据处理功能等。
1.3 PLC连接变频器
PLC是的输出端子接变频器的多功能端子，变频器中设置多功能端子为多道速功能，并设置相应频率。通过PLC的输入输出端子的闭合和断开的组合，使变频
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器在不同转速下运行。其具有响应速度快，抗干扰能力强的优点。
（1）通过PLC和变频器上的通讯接口，采用PLC编程通信控制。其具有可以无级变速，速度变换平滑，速度控制精确，适应能力好的优点。
（2）通过PLC加数模转换模块，将PLC数字信号转换成电压信号，输入到变频器的模拟量控制端子，控制变频器工作。其具有可以无极调速的优点。
第二章 变频器
2.1变频器的基本构成和工作原理
2.1.1变频器的基本构成
变频器的发展已有数十年的历史，在变频器的发展过程中也曾出现过多种类型的变频器，但是目前成为市场主流的变频器基本上有着图2.1所示的基本结构。
图2.1 变频器的基本构成
而对于采用了矢量控制方式的变频器来说，由于进行矢量控制时需要进行大量的运算，其运算电路中有时还有一个以DSP(数字信号处理器）为主的转矩计算用CPU以及相应的磁通检测和调节电路。
2.1.2变频器内部电路的基本功能
虽然变频器的种类很多，但内部结构也各不相同，它们的区别仅仅是控制电
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变频器与PLC在运料小车控制系统中的应用
