【正文】 部分。機(jī)座由鑄鋼鑄成或由厚鋼板焊接而成。鐵心由薄鋼板或整塊鋼制成。磁極鐵心套上勵磁繞組后用螺釘固定在機(jī)座上。(一)定子主磁極 主磁極的作用是產(chǎn)生主磁通建立氣隙磁場，并使電樞表面的氣隙磁通密度按一定的波形沿空間分布。目前，雖然由晶閘管整流元件組成的靜止固態(tài)直流電源設(shè)備已基本上取代了直流發(fā)電機(jī)，但直流電動機(jī)仍以其良好調(diào)速性能的優(yōu)勢在許多傳動性能要求高的場合占據(jù)一定地位。電子技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，使直流電機(jī)拖動系統(tǒng)更能適應(yīng)高精度、高指標(biāo)的生產(chǎn)機(jī)械的要求。在工業(yè)生產(chǎn)中，常需要利用電動機(jī)的軸上轉(zhuǎn)矩拖動生產(chǎn)機(jī)械，對產(chǎn)品進(jìn)行加工。通過本設(shè)計掌握分程控制系統(tǒng)的基本概念，了解分程控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)。，提供程序梯形圖。其中，使用KINGVIEW 監(jiān)控組態(tài)軟件編寫上位機(jī)監(jiān)控程序，完成顯示控制流程，實時曲線，結(jié)構(gòu)框圖，歷史曲線，報表打印等功能。 設(shè)計內(nèi)容設(shè)計一個直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，其主要內(nèi)容為：。利用西門子PLC設(shè)計電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制系統(tǒng)，編寫程序，實現(xiàn)單閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)如下工程： 實現(xiàn)啟動過程準(zhǔn)時間最優(yōu)，靜態(tài)調(diào)速無靜差 在CAD上畫出系統(tǒng)的硬件控制原理圖 要求電機(jī)完成啟動、停車、加減速控制 在計算機(jī)上用組態(tài)王模擬實驗現(xiàn)場流程圖，并進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。掌握分程控制系統(tǒng)的特點、分程控制系統(tǒng)的設(shè)計思想。根據(jù)工藝要求，生產(chǎn)機(jī)械需要各種不同的速度，因而要求電動機(jī)能夠在所需要的范圍內(nèi)進(jìn)行進(jìn)度調(diào)節(jié)。此外，小容量直流電機(jī)大多在自動控制系統(tǒng)中以伺服電動機(jī)、測速發(fā)電機(jī)等形式作為測量、執(zhí)行元件使用。直流電機(jī)在結(jié)構(gòu)上是由固定部分(定子)和旋轉(zhuǎn)部分(轉(zhuǎn)子)組成的。它由磁極鐵心和勵磁繞組兩部分組成，如圖21所示。主磁極數(shù)總數(shù)是偶數(shù)，各磁極上勵磁繞組通常都串聯(lián)連接，連接時要保證相鄰磁極的極性按N、S依次排列。換向磁極安裝在兩個主磁極之間的幾何中性線上，并用螺釘固定在機(jī)座上。電刷裝置 電刷裝置由電刷、刷握、握桿、握桿座及銅絲辮等零部件組成。當(dāng)電樞在磁場中旋轉(zhuǎn)時，鐵心個的磁通方向不斷變化，因而會產(chǎn)生渦流及磁滯損耗。電樞繞組由一個一個的線圈元件組成，嵌放在電樞鐵心的槽中。電動機(jī)的機(jī)械特性是指U=UN=常值，If=IfN =常值，電樞回路電阻(Ra+Rc)=常值條件下，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，即n=f（Tem）。它是一條略微向下傾斜的直線。取理想空載點和額定運(yùn)行點計算比較方便。估算的依據(jù)是，普通直流電動機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時，其電樞銅耗約占總銅耗的1/2～2/3。（二）人為機(jī)械特性的繪制求出Ra、CeΦN后，人為機(jī)械特性就容易計算了。目前PLC已經(jīng)廣泛引用在各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)中。西門子公司在2004年推出了升級產(chǎn)品CPU 224和CPU 226，本設(shè)計所用的是CPU 224，新產(chǎn)品CPU 224除具備升級CPU特性外，還集成有2路模擬量輸入，1路模擬量輸出，有2個RS485通信口，高速脈沖輸出頻率提高到100 kHz，2相高速計數(shù)器頻率提高到100kHz，有PID自整定功能。 STEP 7Micro/MIN 本節(jié)所述的內(nèi)容是STEP 7Micro/WIN ，安裝編程軟件的計算機(jī)應(yīng)使用Windows操作系統(tǒng)，為了實現(xiàn)PLC與計算機(jī)的通信，必須配備下列設(shè)備中的一種：一條PC/PPI電纜或PPI多主站電纜；一塊插在個人計算機(jī)中的通信處理器（CP）卡和MPI（多點接口）電纜。數(shù)據(jù)被編譯并下載到PLC，注釋被忽略，數(shù)據(jù)塊的編寫方法詳見[13,10]。程序編譯后下載到PLC時，所有的符號地址被轉(zhuǎn)換為絕對地址，符號表中的信息不會下載到PLC。在運(yùn)行（RUN）模式下編輯程序時，可以查看程序當(dāng)前正在使用的跳變觸點的編號。圖23 操作步驟如下：（1）創(chuàng)建一個項目或打開一個已有的項目 執(zhí)行菜單命令“文件”—“新建”或按工具條最左邊的【新建項目】按鈕；用菜單命令“文件”—“打開”可以打開已有的項目。（4）確定程序結(jié)構(gòu) 較簡單的控制程序一般只有主程序（OB1）,系統(tǒng)較大、功能復(fù)雜的程序除了主程序外，可能還有子程序、中斷程序和數(shù)據(jù)塊。（8）注釋與符號信息表 符號信息表列出了網(wǎng)絡(luò)中使用符號地址的有關(guān)信息，未顯示網(wǎng)絡(luò)注釋時可以在網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)題行輸入信息。?建模建模就是在對系統(tǒng)要求進(jìn)行分析后，建立數(shù)學(xué)模型。?圖素輸入利用組態(tài)王的圖庫繪制需要的圖素。建立動畫連接后，當(dāng)數(shù)據(jù)庫中的變量發(fā)生變化后，圖形對象就可以按照設(shè)定的動畫連接隨之做同步的變化。圖24 組態(tài)監(jiān)控畫面?趨勢曲線和其他曲線1）歷史趨勢曲線在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中制作畫面時，選擇菜單“圖庫＼打開圖庫”項，彈出“圖庫管理器”，單擊“圖庫管理器”中的“歷史曲線”，在圖庫窗口內(nèi)用鼠標(biāo)左鍵雙擊歷史曲線（如果圖庫窗口不可見，請按F2 鍵激活它），然后圖庫窗口消失，鼠標(biāo)在畫面中變?yōu)橹苯欠枴癌啊?，鼠?biāo)移動到畫面上適當(dāng)位置，單擊左鍵，歷史曲線就復(fù)制到畫面上了。 組態(tài)王通訊與變量設(shè)置（1）通訊連接設(shè)置設(shè)置上位機(jī)與下位機(jī)的連接：在組態(tài)王工程瀏覽器樹型目錄中，選擇設(shè)備，在右邊的工作區(qū)中出現(xiàn)了“新建”圖標(biāo), 雙擊此“新建”圖標(biāo)，彈出“設(shè)備配置向?qū)А睂υ捒?。所以說數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。 目前工業(yè)中測量轉(zhuǎn)速的方式主要有兩種。另一種是將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)化為脈沖信號, 然后用數(shù)字系統(tǒng)內(nèi)部的時鐘來對脈沖信號的頻率進(jìn)行測量。在生產(chǎn)中應(yīng)用較多的是電氣調(diào)速，即人為地改變電動機(jī)的參數(shù)，從而得到不同的轉(zhuǎn)速。常見的幾種調(diào)速方式：1他勵直流電動機(jī)的串電阻調(diào)速 2降低電樞供電電壓調(diào)速 3減弱磁通調(diào)速 如何實現(xiàn)電機(jī)啟動過程的準(zhǔn)時間最優(yōu) 在設(shè)備物理上的允許條件下實現(xiàn)最短時間的控制稱作“時間最優(yōu)控制”，對于調(diào)速系統(tǒng)，在電動機(jī)允許過載能力限制下的恒流啟動，就是時間最優(yōu)控制。從無靜差的角度突出地表明了積分控制優(yōu)于比例控制的地方，但是從另一方面看，在控制的快速性上，積分控制卻又不如比例控制。 如何實現(xiàn)電機(jī)調(diào)速 調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓序列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖31 控制結(jié)構(gòu)框圖 確定了相關(guān)的實驗設(shè)備之后，接下來就需要硬件選型表 實驗平臺的搭建、 下面是相關(guān)的實驗設(shè)備實物圖及整體的實物連接圖圖32 實物元件圖圖33 整體實物連接圖圖34 電氣控制原理圖 控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速檢測轉(zhuǎn)速的測量方式有多種，數(shù)字測速具有測速精度高、分辨能力強(qiáng)、受器件影響小等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于調(diào)速要求高、調(diào)速范圍大的系統(tǒng)。對于要求精度高、調(diào)速范圍大的系統(tǒng)，一般采用數(shù)字測速。脈沖送到PLC的高速計數(shù)器中，再通過基于測速原理的計算轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速值。（4）E/T法：其原理是從T法出發(fā)，只是為了克服T法高速時的精度問題。電動機(jī)每轉(zhuǎn)一圈共產(chǎn)生Z個脈沖，把f1除以Z就得到電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。從式（62）還可看出，要提高分辨率（即減小Q），必須增大Tc或Z。 實驗中固定在電動機(jī)軸上的磁片數(shù)越多，電動機(jī)每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)就越多，轉(zhuǎn)速測量也就越精確，由于實際條件的限制，電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈輸出200個脈沖，脈沖信號送到PLC的高速計數(shù)器，程序中設(shè)計每隔200 ms執(zhí)行一次高速計數(shù)器指令。直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法可分為兩類，即勵磁控制法與電樞電壓控制法。其中PWM(脈寬調(diào)制)是常用的一種調(diào)速方法。因此，PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。（2）開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小。（6）直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。指令的操作數(shù)Q=0或1。脈沖寬度與脈沖周期之比成為占空比，脈沖列（PTO）功能提供周期與脈沖數(shù)目可以由用戶控制的占空比為50%的方波輸出。所有控制字節(jié)、周期、脈沖寬度和脈沖數(shù)的默認(rèn)值均為0。當(dāng)指定脈沖寬度大于周期值時，占空比為100%，輸出連續(xù)接通；當(dāng)脈沖寬度為0時，占空比為0%，輸出斷開。同步更新時，波形特性的變化在兩個周期的交界處，可以實現(xiàn)平滑過度。因襲建議選擇一個適用于所有周期時間的時間基準(zhǔn)，使用同步PWM更新。如果要裝入新的脈沖數(shù)、脈沖寬度或周期，應(yīng)在執(zhí)行PLS指令前將它們裝入相應(yīng)的控制寄存器。包括中斷允許（ENI）指令、全局中斷禁止（DISI）指令、中斷連接（ATCH）指令、中斷分離（DTCH）指令、中斷返回（CRETI）指令。中斷連接（ATCH）指令 用來建立某個中斷事件和某個中斷程序之間的聯(lián)系，并允許這個中斷事件。部分中斷事件及其事件號如表52所示。高速計數(shù)器的指令包含定義高速計數(shù)器（HDEF）指令和高速計數(shù)器（HSC）指令（如表53所示），高速計數(shù)器的時鐘輸入速率可達(dá)10～30KHz。在使用高速計數(shù)器之前必須使用HDEF指令來選定一種工作模式。當(dāng)當(dāng)前值等于預(yù)置值或外部復(fù)位信號有效時，可使計數(shù)器產(chǎn)生中斷；除模式（0～2）外，計數(shù)器方向的改變也可產(chǎn)生中斷。高速計數(shù)器指令在使用過程中，利用相關(guān)的特殊存儲器位可對高速計數(shù)器實施狀態(tài)監(jiān)視、組態(tài)動態(tài)參數(shù)、設(shè)置預(yù)置值和當(dāng)前值等操作。（HSC0～HSC2）的控制字節(jié)如表42所示。取T 為采樣周期，k 為采樣序號,k=0,1,2,…i,…k,因為采樣周期T 相對于信號變化周期是很小的，這樣可以用矩形法算面積，用向后差分代替微分，即于是式（41）可寫成 （42）式中 u(k) —采樣時刻k 時的輸出值；e(k) —采樣時刻k 時的偏差值；e（k1）—采樣時刻k1 時的偏差值。 控制方式S7200 的PID 回路沒有設(shè)置控制方式，只要PID 塊有效，就可以執(zhí)行PID 運(yùn)算。當(dāng)該使能位檢測到一個信號的正跳變（從0到1），PID 指令執(zhí)行一系列的動作，使PID 指令從手動方式無擾動地切換到自動方式。2）設(shè)定回路參數(shù)在 PID 指令中,必須指定內(nèi)存區(qū)內(nèi)的46個字節(jié)參數(shù)表的首地址。4）指定初始化子程序及中斷程序。（2）TBL是控制回路表的起始地址，LOOP 取值范圍是0~7。標(biāo)準(zhǔn)中有兩種圖形語言—梯形圖（LD）和功能塊圖（FBD），還有兩種文字語言—指令表（IL）和結(jié)構(gòu)文本（ST）。梯形圖由觸電、線圈和用方框表示的功能塊組成。在分析梯形圖中的邏輯關(guān)系時，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側(cè)垂直“電源線”之間有一個左正右負(fù)的直流電源電壓，有一個假想的“能流”。數(shù)據(jù)長度與數(shù)值范圍 CUP存儲器中存放的數(shù)據(jù)類型可分為BOOL、BYTE、WORD、INT、DINT、REAL。存儲器區(qū)域 PLC的存儲器可分為程序區(qū)、系統(tǒng)區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)。它包括輸入映像寄存器（I）、輸出映像寄存器（Q）、變量存儲器（V）、內(nèi)部標(biāo)志位存儲器（M）、順序控制繼電器存儲器（S）、特殊標(biāo)志位存儲器（SM）、局部存儲器（L）、定時器存儲器（T）、計數(shù)器存儲器（C）、模擬量輸入映像寄存器（AI）、模擬量輸出映像寄存器（AQ）、累加器（AC）、高速計數(shù)器（HC）。 S7200 PLC的編程指令S7200的基本指令多用于開關(guān)量邏輯控制，本節(jié)介紹梯形圖(LAD)指令， S7200的基本指令主要有以下幾種。定時器分辨率(時基)有三種：1ms、10ms、100ms，定時器的分辨率由定時器號決定，定時器總數(shù)有256個，定時器號范圍為(T0~T255)；計數(shù)器指令：增計數(shù)CTU、減計數(shù)CTD、增/減計數(shù)CTUD器。因此，要格外注意操作數(shù)所選配數(shù)據(jù)類型應(yīng)與指令標(biāo)識符相匹配，這一點對功能指令尤為突出。數(shù)據(jù)傳送指令把輸入端（IN）指定的數(shù)據(jù)傳送到輸出端（OUT），傳送過程中數(shù)值保持不變。表功能指令包括填表指令（ATT）和查表指令（FND）。它們