1、本科毕业（设计）论文开题报告学生姓名 XXX 学 号 XXXXX 指导教师 XXX 系 别 机电工程系 专 业 机械设计制造及其自动化 交稿日期 2009.12 教务处制一、开题报告毕业设计(论文)题目 交流异步电动机的转速电流监控系统设计（基于三菱电气）课题背景和意义：背景：交流异步电动机是应用最广泛的一种动力机械。异步电动机所以能得到这样广泛的应用，是由于它结构简单、制造容易、运行可靠、维护方便，而且效率高、重量轻、价格低。交流异步电机由俄国奥德萨的工程师多布洛夫斯基，对三相输电的理论作了大量研究，于 1889 年最先发明了功率为一百瓦的三相交流异步电动机、并于 1891 年第一次实现了三
2、相交流电的输送。与直流电机相比，交流电动机是多变量，强耦和的非线形系统，要实现良好的转矩控制非常困难。20 世纪70 年代德国工程师 F.Blaschke 首先提出异步电动机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。异步电机是典型的常规交流电机。自从现代交流变频调速技术发明以来，异步电机驱动技术得到了广泛的研究和发展。但在这些研究中，主要针对变频器拓朴结构及控制算法的研究开发，而在异步电机设计和分析方面却没有明显的改变。目前，我国所用电动机主要为 20 世纪 70 年代末设计出来的Y 系列异步电机，该电机主要是针对恒频恒压电源设计的。这样的电机在变频器供电下，其效率、功率因数和功率密度等稳态性能
3、都有所下降，且电机绝缘、噪声及其它故障情况也趋于恶化。因此，重新考虑异步电机在变频调速系统中的设计问题势在必行。 意义：电机运行状态监测对于提高电机运行的可靠性和安全性具有重要意义。交流电机测控系统具有运行可靠、操作方便以及功能完善等优点，有着广阔的应用前景。可编程序控制器(PLC)是一种新型的通用自动控制装置，它将传统的继电接触控制与微机技术融为一体，具有可靠性高、体积小、编程简单、维护方便等一系列优点，因此在工业生产中的应用日益广泛。用三菱 FX2N 型可编程序控制器与接触器结合，实现了用 PLC 对交流电机的正反转速度监控，体现了智能化。本课题对于交流电机转速和电流的监控目的在于保护电机
4、装置的安全，对转速和电流分别用传感器来监测，当其中一项参数突然增大，超过允许的范围，电动机就会承受不了而导致烧坏等现象，所以利用编码器来对电机转速进行监测，用电流互感器对电流进行监测，在测量交变电流的大电流时,为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流，能有效的保护电动机，同时可以及时通过三菱变频器来对其进行变频调速，从而使电流也达到有效范围，使得实验达到预想的效果！本课题中三菱变频器给电动机提供电源，但当电动机转速不在允许范围内，则可以通过变频器进行调速，从而达到稳定效果。变频器电源主要用于交流电机的变频调速，其在电气传动系统中占据的地位日趋重要，已获得巨大的节能效果。三菱变频器电源主电路均
5、采用交流-直流-交流方案。设计本课题有比较大的意义，通过仪器对转速电流监控，不需要用过多的人力，实现了无人监控的思想，使工程省时省力，让效果目的达到最大化，让我也对三相交流异步电机有了更新一步的认识，同时对三菱电器的原理和装置有了了解，对我以后的自动控制生涯有很大的帮助！研究的主要内容：一、熟悉变频器、编码器、互感器、监控软件；（1）对三菱变频器的原理图进行分析，了解三菱变频器。（2）了解编码器和互感器在监控交流电机时的工作原理。（3）掌握组态王监控软件，并熟练操作。二、画出监测系统原理图和实际安装接线图，并完成硬件和软件安装；（1）分析交流异步电机的工作特点和课题要求的工作原理，去实验室对研
6、究项目安装接线。（2）硬件安装设计任务：元器件选型、原理图设计 、接线图设计。软件安装设计任务：先搞清所选元件的工作原理、电气参数的确定、根据原理系统调试。三、设置变频器参数，设计监控软件程序与画面；（1）研究三菱变频器说明书手册，设置合理的参数。（2）运用组态王监控软件把实验的内容进行人机界面仿真并做出画面。四、调试及试运行；（1）先对结果进行调试并发现问题，及时解决。（2）调试无误后，运行程序，观察并记录数据。5、完成书面部分；根据以上过程和实验结果，完成毕业设计（论文）说明书。研究方法（或技术路线）：（1）查阅相关资料，搜集课题所需资料，了解课题现状、课题研究的目的和意义，做好选题报告和
7、文献综述；（2）充分利用网络和计算机的功能，熟悉相关资料和设计要求； （3）本课题系统的设计包括硬件设计和软件设计两部分及系统调试：硬件设计主要完成：元器件选型、原理图设计 、接线图设计；软件设计主要完成：先搞清所选元件的工作原理、电气参数的确定、根据原理系统调试；（4）画出监测系统原理图和实际安装接线图，并完成硬件和软件安装，随后调试和运行程序；（5）整理资料，撰写毕业设计（论文）说明书。预期结果：（1）弄清所有电气设备的工作原理；（2）弄清监控软件的工作原理和信号流动； （3）会设计系统线路、参数设置和软件开发；（4）确保试运行成功；进度计划：1.确定毕业设计课题与指导老师联系，明确设计要
8、求与设计任务； 第七学期第十周2.查找、借阅有关毕业设计课题内容的资料（包括英文文献） ； 第七学期第十一周3.通过阅读资料了解毕业设计课题背景及意义指导； 第七学期第十二周4.收集资料，阅读参考资料完成外文翻译，文献综述； 第七学期第十三周5.指导老师检查学生的资料，对开题报告的内容进行辅导； 第七学期第十四周6.完成开题报告的初稿，在指导老师辅导下进行修改，定稿； 第七学期第十五周7.开题报告提交； 第七学期第十六周8.在实训楼完成系统原理安装接线图，并完成硬件和软件安装； 第七学期第十七至二十一周9.对课题的研究内容用组态软件进行人机界面仿真； 第八学期第一周至第四周10.学生在教师指导
9、下进行设计，研究，收集资料，开始撰写毕业论文； 第八学期第五周至第九周11.完成毕业设计说明书初稿并修改； 第八学期第十周至十一周12.毕业设计说明书定稿； 第八学期第十二至十三周13.学生完成设计（论文） ，并交指导教师批阅，评阅教师评阅； 第八学期第十四至十五周14.毕业设计（论文）答辩 第八学期第十六周指导教师意见：指导教师签名： 年 月 日系部意见审 查 结 果： 同 意 不 同 意系主任签名： 年 月 日二、阅读文献目录序号 文献名 文献出处 文献发表时间1 机电一体化系统设计 高等教育出版社 20012 三相异步电动机的节能与安全监控华中理工大学出版社 20013 变频调速交流电机
10、的节能控制武汉大学电气工程 20034 变频调速控制系统的设计与维护 山东科学技术出版社 2004 5 变频调速异步电动机效率优化控制的研究进展 机械工业出版社 20046 三相异步电动机技术手册 机械工业出版社 20047 变频器原理与应用教程 三菱电机株式会社编 20058 交流变频调速技术 北京航天航空大学出版社 20059 机电安全技术 北京化学工业出版社 200610 交流电机调速实验系统的PC 端监控程序设计 交通大学出版社 200611 机电传动控制(第 4 版) 华中科技大学出版社 200712 交流伺服电机驱动监控系统的设计 威海职业学院 200713 多交流电机自控式变频调
11、速系统设计 西安建筑科技大学 200814 交流伺服位置控制系统的 研究与应用 西安科技大学控制工程学院 200815 交流电机变频调速及其应用 机械工业出版社 200816The research on electrical life test condition of relay with electromotor load Electrical Contacts 200217Modicon Modbus Protocol Reference Guide MODICON 200218 Quartus II handbook Altera Company 20041920212223三、文献
12、综述注意：学生阅读文献后，必须写出 3000 字左右的综述，作为开题内容之一。 （可增页）1、交流异步电动机 PLC 控制与监控组态设计本设计由上位机和下位机两部分组成，上、下位机通过串行口进行通信交换数据。下位机PLC（西门子 S7-200 系列的 cpu226）控制交流异步电动机正反转 Y-启动，而上位机内安装北京三维力控监控组态软件 PC3.61。采用 PC3.61 制作交流异步电动机仿真画面、编写程序并与上位机进行通信，采集数据并对交流异步电动机运行实时监控。用 PLC 控制交流异步电动机正反 Y/启动，并能自动切换到正常运行状态；再由北京三维力控监控组态软件 PC3.61 进行实时监
13、控电机的运行状态。当按下正转启动按钮时，电动机正转并以 Y 形启动，2 秒后 Y 形断开，切换到 形并保持电机正转稳定运行；当按下反转启动按钮时，电动机反转并以 Y 形启动，2 秒后 Y 形断开，切换到形并保持电机反转稳定运行；Y 形断开后并没有立即切换到形状态，而是经过 1 秒后才切换到 形，上位机和下位机通过端口的设置进行通信，上位机对 PLC进行实时的采集数据，分析，并以图表的方式显示出电动机的工作状态，使工作人员更方便的知道电机的运行情况，节省大量时间，还有通过上位机或下位机都能对电动机进行控制。本段来自于交流电机驱动监控系统的设计2、交流电机控制理论的发展和变频器应用由于交流电机控制
14、理论不断发展, 控制策略和控制算法也日益复杂。扩展卡尔曼滤波、 FFT、 状态观测器、 自适应控制、 人工神经网络等等均应用到了各种交流电机的矢量控制或直接转矩控制当中。在造纸、 轧钢等应用领域, 要求高精度、 快响应, 一般型的通用变频器已经不能胜任。往往要采用矢量控制方案。但是尽管矢量控制使交流调速系统的性能有了较大的提高, 但是还有许多领域有待研究: 磁通的准确估计或观测; 无速度传感器的控制方法; 电机参数的在线辨识; 极低转速包括零速下的电机控制; 电压重构与死区补偿等。即矢量控制往往需要速度传感器, 运算复杂、 调整麻烦, 对电动机的参数依赖性较大。因此, 对无速度传感器的矢量控制
15、系统的理论研究和实用化的开发也是变频技术的发展动向。交流调速系统的控制核心是 PWM 控制, PWM 控制是任何控制算法的最终实现几乎都是以各种 PWM 控制方式完成的。目前已经提出并得到实际应用的 PWM 控制方案就不下十几种, 到目前为止, 还有新的方案不断提出, 进一步证明这项技术的研究的意义。网侧变流器采用 PWM 控制的变频器, 又称为“ 双 PWM 控制变频器” 。这种再生能量回馈式高性能通用变频器, 代表着另一个新的技术发展动向。3.交流电机控制的网络智能化随着计算机技术的发展, 无论是生产还是生活当中, 人们对数字化信息的依赖程度越来越高。为了使交流调速系统与信息系统紧密结合,
16、 同时也为了提高交流调速系统自身的性能, 必须使交流调速系统实现全数字化控制。单片机已经在交流调速系统中得到了广泛地应用。变频器应具备一体化功能, 即变频器将相关的功能部件, 如参数辨识系统、 PID 调节器、 PLC 和通信单元等有选择地集成到内部组成一体化机, 不仅使功能增强, 系统可靠性增加, 而且可有效缩小系统体积, 减少外部电路的连接。 据报道, 现在己经研制出变频器和电动机的一体化组合机 , 那么, 如何使这种功能更完善则是变频技术的一个研究方向。在交流调速的全数字化的过程当中, 各种总线例如: STD 总线、 工业 PC 总线、 现场总线以及 CAN 总线等在交流调速系统的自动化
17、应用领域起到了重要的作用。它们与变频器组成了一个智能化的网络。可以实现利用互联网遥控监视, 实现多台变频器按工艺程序联动, 形成最优化的变频器综合管理控制系统。在主要功能预置方面，最高频率应以电动机的额定频率为变频器的最高工作频率。升、降速时间在采用 PID 调节器的情况下，升、降速时间应尽量设定得短一些，以免影响由 PID 调节器决定的动态响应过程。如变频器本身具有 PID 调节功能时，只要在预置时设定 PID 功能有效，则所设定的升速和降速时间将自动失效。本段来自于异步电动机综合控制系统设计 3、基于 PLC 的电机转速检测和自动化测试实现意义转速是电动机重要的基本状态参数，在很多运动系统
18、的测控中，都需要对电机的转速进行测量，测量的精度直接影响系统的控制情况，只有转速的高精度检测才能得到高精度的控制系统。 转速是电动机重要的基本状态参数，在很多运动系统的测控中，都需要对电机的转速进行测量，测量的精度直接影响系统的控制情况，只有转速的高精度检测才能得到高精度的控制系统。目前工业中测量转速的方式主要有两种。一种是将转速转化为模拟信号，对模拟信号进行测量。如测速发电机是将转速直接转换为电压信号，然后测量其电压。这种方法的缺点是被测信号易受电磁干扰和温度变化的影响。另一种是将转速信号转化为脉冲信号，然后用数字系统内部的时钟来对脉冲信号的频率进行测量。这种方法的优点在于抗干扰能力强、不受
19、温度变化影响、稳定性好。工业现场往往存在许多的干扰因素，因此工业测控系统中普遍采用数字式转速测量方法。目前 plc 因其高可靠性已经成为工业控制的一个重要设备。采用 plc 测量电机转速可以保证测量的稳定性和高精度。电机是与现代社会最主要的能源 电能的生产、 传输和使用密切相关、实现机电能量转换或改变电能特性的机械，它不仅是工业、农业和交通运输业的重要设备，而且在日常生活中也应用的越来越广泛，因此，电机工业的发展，同国民经济和科学技术的发展是密切相关。国民经济和科学技术的发展要求生产出大批性能优良、 品种齐全的电机， 并对电机产品提出了越来越高的性能和质量指标。在新的电机产品研制过程中，除了必
20、须对设计、工艺过程及理论分析等方面进行研究外，还必须对电机及其模型进行大量的试验，以进一步探索改进和完善的途径。从事电机生产的企业都免不了要对产品进行各种试验，以检查电机的质量是否符合国家标准，确定电机的电气和机械性能是否全面达到技术要求。电机型式试验对电机设计及制造有着非常重要的意义，而以前的电机型式试验系统主要由模拟设备和机械式测量仪表构成，试验人员工作繁重，数据统计工作复杂，且由于人为因素，数据测量不准确。随着计算机技术的发展，各种数字式控制技术在工业中的应用己越来越广泛。近年来，计算机的大量推广应用为自动测试系统的发展开拓了新的途径。计算机在自 动测试系统中的主要功能有:( 1 ) 进
21、行程序控制 ;( 2 ) 监视测试过程 ;( 3 )记录、整理并分析测试结果，即将测得的数据进行分析处理，最后以数字显示、打印和拟合工作特性曲线。 可见计算机在测试系统中已成为了测试设备的一部分。由于计算机的使用具有高度灵活性和扩展性，可以非常方便地实现多种的控制及测试功能。因此随着计算机价格的大幅度下降，它在电机测试中的应用具有广阔的前景。同时，随着新的测试仪器的出现，也为电机的计算机自动测试系统的实现和升级变的更为方便，也促进了新技术在电机试验工作中的应用。近代电子技术的迅速发展又为提高电机试验的精度和速度、进行动态特性测试及采用新的测试方法提供了可能性， 进一步推动了电机测试技术的发展。
22、本段来自于三相异步电机自动化测试系统随着现代机电化发展，使得电机性能指标也相应的提高和日益完善。这些变化对电机提出了越来越高的性能与质量指标，也使电机性能的精确测试显得更为重要。对电机转速和电流的监测目的不但是要得到电动机运行时候的参数，而且对电动机保护也很重要。四、文献翻译注意：每个学生必须提交 15000 个以上印刷符号、与课题研究密切相关的外文文献的中文翻译文章或者读书报告。 （可增页）外文文献翻译Monitoring the operation of AC motor groupWhether it recommend and exchange intelligently electr
23、ical machinery last systematic function and on the basis of hardware software not systematic design. The experimental result shows:Should intelligent to exchange electrical machinery observe and control system have and operate reliable, easy to operate and getting with perfect function merit, There
24、are wide applicatlon prospects.Can programme controller(PLC) one new-type in common use automatic control device, It continue a traditional one electricity exposed to and control and combine with computer together by technology, have dependability to be high small,programming simple, maintain a seri
25、es of merits such as being convenient,So the application in industrial production is extensive day by day. Can programme with triangular company FX2n type controller combine with the contactor, Realixe three- phase stator clusters of reactance of motor step dowm and start, not positive and negative
26、to control, not short to connect apply the brake and overload，broken to protect，Can realise short circuit of electrical machinery flow, stop up and turn over flow, overload against time limit,owe year （unloaded)，Overvoltage,，voltage of owing, 1eak electricity, not alternate and uneven and electrical
27、 machinery stator pass temperture,etc. protect, It is more convenient and reliable than the control traditionally and protected made.MCGS configuration software in the Motor Control SystemMCGS(Monitor and Control Generated System) is a set of configuration software system based on windows platform,w
28、hich is used to construct and generate the epistatic system quickly and run at the operation system of Microsoft Windows98/Me/Nt/2000,etc.MCGS can provide the complete scheme and developing platform for customer to solve the practical engineering problems and can accomplish the functions of data on-
29、the-spot collection,real-time and historical data treatment,safety alarming,process control,animated indication,output of trend curve and report,and monitor and control of enterprise network,etc.Using MCGS,the customer can easily complete the developing work of monitor and control system of computer
30、,which has the advantages of stable operation,overall function,easy maintenance and professional level.This paper introduces the whole processes to develop the motor monitor system by application of MCGS in detail.Design of The variable-Frequency MotorThis article introduces the influence of variabl
31、e-frequency motor when inverters are working. According to characteristic of AC adjustable-speed drive system, some problems, such as the experiences of electrical and magnetic design, and structure design is studied from the system point of view, its main content as follows：The rate voltage, the ra
32、te frequency and the efficiency value should be determined in principle of the systems optimization and be not limited by the industry-frequency source；The frequency motor can accelerate by the type of VVVF at constant torque and not appear the situation of the high slip frequency. So the motors sta
33、rting performance isnt necessary to be considered in the industry frequency source. And it becomes to consider the leakage reactance；The operating frequency of variable-frequency adjustable-speed motor is variable, and the traditional electromagnetic calculation of induction motor is done at rated f
34、requency, so the traditional calculation program is at suitable for the calculation of motor under the conditions of low frequency and high frequency；The parameter of the resistance and reactance will influence the entire system, so its value has play a important role to the systems performance.AC m
35、otorconceptAn AC motor is an electric motor that is driven by an alternating current. An AC motor consists of two basic parts: An outside stationary stator having coils supplied with AC current to produce a rotating magnetic field. and An inside rotor attached to the output shaft that is given a tor
36、que by the rotating field.There are two types of AC motors, depending on the type of rotor used: (1)The synchronous motor, which rotates exactly at the supply frequency or a submultiple of the supply frequency. The magnetic field on the rotor is either due to current transported with slip rings or a
37、 permanent magnet.(2)The induction motor, which turns slightly slower than the supply frequency. The magnetic field on the rotor of this motor is created by an induced current.HistoryIn 1882;Serbian-American inventor Nikola Tesla identified the rotating magnetic field principle, and pioneered the us
38、e of a rotary field of force to operate machines. He exploited the principle to design a unique two-phase induction motor in 1883. In 1885, Galileo Ferraris independently researched the concept. In 1888, Ferraris published his research in a paper to the Royal Academy of Sciences in Turin.Introduction of Teslas motor from 1888 onwards initiated what is sometimes referred to as the Second Industrial Revolution, making possible the efficient generation and long distance distribution of electrical
