基于PLC的电动机车变频调速系统设计开题报告

设计（论文）题目基于PLC的电动机车变频调速系统设计设计（论文）类型（划“√”）工程设计应用研究开发研究基础研究其它√一、本课题的研究目的和意义交流变频调速技术自发展以来，以其优越的性能得到迅速发展，进入21世纪伴随着电力电子器件的发展，以及控制理论进步，变频调速以其调速精度高、调速控制范围广、回路保护功能完善，响应速度快、节能显著等优点，已经广泛的用于电力、制造、运输等国民经济领域。PLC具有结构简单、编程方便、性能优越、灵活通用、使用方便、可靠性高、抗干扰能力强、寿命长等到一系列优点，在工业生产过程自动控制领域得到了广泛应用本文所研究电机变频调速控制系统，可以实现电机速度的调节，满足节约能源和适应生产的需要。该系统能对电机转速实现精确控制，实用性强，具有一定的推广价值。二、本课题的主要研究内容（提纲）1、通过查阅课题相关资料，了解PLC的生产发展以及变频器发展历史及发展现状。2、对本设计进行总体设计，绘制出电气控制原理图。3、根据设计要求选择PLC、变频器和触摸屏类型。4、确定系统的通信方案，对系统进行软件设计。5、总结本次设计。3、文献综述（国内外研究情况及其发展）随着微机技术的日新月异，现代电力电子技术的迅速发展，和现代控制理论的长足进步，通用变频器不仅用于一般性能的节能调速控制，而且用于高性能、大容量、高转速调速控制系统，三相交流变频调速技术正是基于此而发展起来的。综观交流调速的发展过程和现状，可以看出现代交流调速技术今后的发展趋势和动向：1.以取代直流调速系统为目的高性能交流调速系统的进一步研究与开发。2.新型拓扑结构功率变换器的研究与开发。3.PWM模式的改进与开发，即SPWM，SVPWM等。4.中高压变频装置的研究与技术开发。国外交流变频调速技术高速发展状况：功率器件的发展：近年来高电压、大电流的GTR、GTO、IGBT、IGCT等器件的生产以及并联、串联技术的发展应用，使高低压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。控制理论和微电子技术的发展：矢量控制、磁通控制、转矩控制、模糊控制、自适应、神经网络等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础；32位高性能微处理器及信号处理器和专用集成电路（ASIC），SLE4520等的快速发展，为实现变频调速传动设备高精度、多功能提供了硬件手段。基础工业和各种制造业的高速发展，变频调速传动设备相关配套件实现了社会化、专业化生产,使得交流变频技术广泛应用。国内交流变频技术发展现状：从总体上看我国电气传动的技术水平较国际先进水平差距5－10年。在大功率交－交变频、无换向器电机等变频技术方面，国内只有少数科研单位有能力制造，但在数字化及系统的可靠性方面与国外还有相当差距。而这方面产品在诸如抽水蓄能电站机组启动及运行、大容量风机、压缩机和轧机传动、矿井卷杨方面有很大需求，发展前景比较乐观。在中小功率变频技术方面，国内学者作了大量的变频理论的基础研究，早在80年代，已成功引入矢量控制的理论，针对交流电机的多变量、强耦合、非线性、的特点，采用了线性解耦和非线性解耦的方法，探讨交流电机变频调速的策略控制。进入90年代，随着高性能单片机和数字信号处理器的使用，国内学者紧跟国外最新控制策略，针对交流感应电机特点，采用高次谐波注入SPWM和空间矢量控制（SVPWM）等方法，控制算法采用模糊控制、神经网络理论对感应电机转子电阻、磁链和转矩进行在线观测，在实现无速度传感器交流变频调速系统的研究上作了大量的基础研究。随着大功率变频器的推广应用，越来越多的企业在新的建设项目和技改项目中，开始考虑3KV电压等级以上的电机变频调速问题，市场开始升温。在刚刚起步的高压变频器领域，技术方案包括了高－低－高、高－低、高中多电平H桥主回路、三电平主回路和直接串联电流源型等多个技术流派。但总的来讲，高压变频调速市场目前在我国仍处于初级阶段，市场容量较小，但是高压变频技术、因其特有的自身功耗小的优势，还是吸引了包括国外许多企业不断加大研发和生产、力度。电气传动领域因变频技术的发展而焕然一新，电压等级从110～10000V，容量从数百瓦的伺服系统到数万千瓦的特大功率传动系统；从一般要求的调速系统到精度、快响应的高性能的调速系统；从单机调速到多机协调调速传动，几乎无所不有。实践证明，交流调速技术的应用为工农业生产及节能方面带来了巨大的社会效益。现在交流调速系统以全面、逐步取代直流调速系统，交流调速在电气传动领域中占据了统治地位已是公认的事实。变频器亦叫电动机变频调速器，是一种静止的频率变换器。它把电力配电网50Hz恒定频率的交流电，变成可调频率的交流电，供给普通的交流异步电动机做电源用。其最主要的特点是具有高效率的驱动性能和良好的控制特性。1）国产低压变频器我国低压变频器做得比较好的有英威腾、汇川和三晶等变频器，英威腾变频器在国内名气还是挺大的，汇川和三晶的变频器在技术上不相上下，三晶算是后起之秀了，发展挺迅速的，还推出了高性能矢量变频器S350系列。2）国产高压变频器的发展现状目前，在国内有大量的低压变频器厂商，其大部分为AC380V的中小功率产品，而在高压大功率变频器方面，却为数不多。能够研制、生产、并提供服务的高压变频器厂商，仅有少数的具备科研能力或资金实力的个别企业。国内仅有少部分的中、高压电机进行了变频调速改造，并且采用V/f控制方式。高压变频器的品种和性能还处于发展阶段，每年市场仍需大量进口。3）国外高压变频器的发展现状国外各大品牌的变频器生产商，均形成了系列化的产品，其控制系统也已实现全数字化。几乎所有的产品均具有矢量控制功能，完善的工艺水平也是国外品牌的一大特点。目前，在发达国家，只要有电机的场合，就会同时有变频器的存在。4、拟解决的关键问题变频调速系统软件电路的设计：（1）系统的通信方案；（2）变频调速装置驱动装置设计；（3）USS通讯协议功能；（4）PLC与变频器通讯设计。5、研究思路和方法研究的思路主要是理论的提出，电路模型的建立，各种方案的比较，电器元件的选择，最终方案的确定。研究的方法主要以整体考虑，分块研究的方式，整体考虑系统的结构框图，绘制电气原理图以及系统软件的总体设计，分块研究所需要的各个电器元件以及软件设计的各个不分，最终将各个分块整合以实现基于PLC的电动机车变频调速系统设计。6、本课题的进度安排1-2周：选题并进行相应调研，复习课题相关教学内容，为确定设计方案准备;3-4周：查阅相关资料，并确定系统设计初步方案;5-6周：毕业实习，书写毕业报告;7-9周：总体设计，设计系统的结构框图，绘制电气原理图。10-12周：PLC变频器和触摸屏的选型。13-14周：系统的软件设计。系统的通信方案以及PLC与变频器通信设计等;15-16周：编写毕业设计技术文件：说明书和图纸,准备答辩。七、参考文献[1]贺昱曜运动控制系统西安：西安电子科技大学出版社2009.1[2]王兆安电力电子技术（第五版）北京：机械工业出版社2009.07[3]胡寿松自动控制原理(第四版)北京：科学出版社，2005.2[4]宋志安、徐瑞银MATLAB工程应用北京：国防科技出版社，2008.8[5]廖常初S7-200PLC编程及应用北京：机械工业出版社，2007.8[6]廖常初PLC应用技术问答北京：机械工业出版社2006.1[7]LeonidReznik.HandbookofFuzzyControllers.Oxford[8]Awaterpumpingcontrolsystemwithaprogrammablelogiccontroller(PLC)andindustrialwirelessmodulesforindustrialplants—AnexperimentalsetupISATransactions,InPress,CorrectedProof,Availableonline3December2010RamazanBayindir,YucelCetince指导见教师意见指导教师（签名）：年月日所在系（所）意见负责人（签章）：年月日