基于S7-1200PLC+MM420变频器的交流电机自动调速系统设计

苏州健雄职业技术学院江苏省太仓市 215400

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摘要：电力拖动系统在工作过程中，生产机械的转速不是固定不变的。根据生产工艺要求，有时要求电动机的转速较高，而有时又要求电动机的转速较低，所以如何根据生产工艺的要求，对电动机进行精准的调速就变得非常重要。三相交流异步电动机是工业生产、交通运输和家庭生活中各种电气设备的拖动装置，没有三相交流异步电动机，工业生产的“母机”—机床就没有了动力，交通运输设备就无法正常地工作，人们的正常生活就无法保障。电动机的调速是指人为地改变电动机的相应电气参数，从而达到改变电动机转速的目的，这种调速方式又称为电动机的电气调速。三相交流异步电动机的电气调速的方法有改变磁极对数调速、改变电源频率调速及改变转差率调速三种调速方式。变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率可调的交流电，从而改变电动机转速，达到交流调速的目的。本论文研究用西门子MM420变频器对三相交流异步电动机进行调速，由于系统要求在不同的速度间进行自动切换，若仅仅采用变频器则实现不了这些功能要求，所以在系统中必须配合PLC的程序才能实现，在此系统中我采用的是西门子S7-1200型的PLC。由于系统要求相对比较简单，所以不必采用触摸屏，仅仅采用按钮开关即可。

关键词：S7-1200PLC；MM420变频器；调速；梯形图程序

1系统控制要求

按下启动按钮后，电动机按照下图１-１的要求运行。工作方式有手动和自动两种模式。手动时，按下启动按钮完成一次工作过程即自动结束。自动时，按下启动按钮能够重复循环工作过程，直到停止按钮按下去，工作一个周期结束之后才停止。要求有必要的电气保护环节。

2系统硬件设计

2.1系统主要元件选型

2.1.1 PLC机型选择

根据客户的要求，考虑到系统的性价比及目前手头已有的器件设备，PLC选用西门子S7-1200型PLC。S7-1200是SIMATIC S7-1200的简称，是一款紧凑型、模块化的PLC。可完成简单逻辑控制、高级逻辑控制、HMI和网络通信等任务的控制器。它是西门子新推出产品的核心，可实现简单却高度精确的自动化任务，功能强大。具有支持小型运动控制系统、过程控制系统的高级应用功能。

2.1.2 变频器选择

在交流异步电动机的诸多变速方式中，变频调速的性能优异，调速范围广，静态稳定性优异，运行效率高。变频器选择中，应按电动机的额定功率及额定电流、额定电压综合考虑，合理选择变频器的参数。变频器组装及接线中，应严格依据产品安装使用手册实施，各种辅助方式，如装置环境条件的确保，接地安全措施都该预留到位，否则会直接减少变频器的使用寿命和效率，还会造成对其它系统干扰情况。特别是环境温度的变化，尤为重要，变频器发热量庞大，安装在柜内时要考虑散热的情况，必要时需要增设通风装置，对大功率变频器尤为重要。相较于其他品牌的变频器，西门子的产品具有一定的优势，在稳定性上更加得到广大用户的肯定，加上太仓的德资企业很多，素来有德企之乡之称。故此项目选用西门子MM420型的变频器。MM420变频器是MicroMaster420变频器的简称，MM420型变频器是用于控制三相交流电动机的装置，有多种型号，从单相电源电压，额定功率120W到三相电源电压，额定功率11KW可供用户选用。按功率及其结构分为A、B、C三种类型，在本次系统设计中，我选择A型。

2.2系统元器件清单

根据系统控制要求，设计系统元器件清单列表如表2-1所示：

3系统软件设计

3.１系统I/O分配表设计

根据系统控制要求，设计系统I/O分配表如表3-1所示：

3.2系统变频器参数设定

根据系统控制要求，设计系统MM420变频器参数如表3-2所示：

3.3系统梯形图程序设计

根据系统控制要求，设计出系统梯形图程序如下图3-1所示：

由于篇幅限制在此不给出全部程序，只给出部分程序。在程序编写的过程中，考虑到系统在自动模式下需要重复循环工作过程。当电机停止之后马上进入下一周期重新启动，系统各部件有个回复的过程，在此处利用程序设定了1秒的停止时间。作者在以前的工作中大部分接触的都是S7-200型PLC，而本系统采用的是S7-1200型PLC，相比较S7-200型PLC，S7-1200型PLC的编程软件采用的是TIA Portal V14博图编程软件。该软件使用更复杂、功能更强大，印象比较深的是S7-1200中的定时器指令和S7-200中的定时器指令在使用时有明显的不同。

4结论

对于这个系统的控制要求，我从软件到硬件都进行了设计，而且最后把程序输入到对应型号的PLC进行运行，以验证程序的正确性，结果证明一切都非常完美。通过这个项目的设计，我最大的收获就是：1.对于西门子S7-1200型PLC更熟悉，TIA Portal V14博图编程软件已经熟练掌握；2.对于西门子MM420型变频器的多段速参数的调试步骤和选择更加熟练；3.对于自动化系统的安装调试水平更上一层楼。

参考文献：

[1]张晓芳周占怀主编.电气传动技术及应用.中国水利出版社，2016.09.

[2]赵素玲.基于三菱FX2N PLC控制的液位自动控制系统设计[J].河北农机，2020（07）：68-69.

[3]唐惠龙牟宏钧主编.电机与电气控制技术项目式教程.机械工业出版社，2020.10.

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