【正文】 10 1 1 1 0 0 20 1 1 1 0 1 30 1 1 1 1 0 40 1 1 1 1 1 50 0 0 0 0 0 0 表 4 具體程序分析見附錄 27 第五章 ：系統(tǒng)實驗及數(shù)據(jù)分析 使用仿真軟件調(diào)用 PID模塊。所以在選擇時不可一概而論。根據(jù)遞推原理可得 : ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?2111 10 ???????? ??? kekeKjeKkKku dKjIpe （ 11） 用式 (10)減去式 (11),可得： ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?21211 ??????????? kekekeKkKkekeKkuku DIep （ 12） 式 (12)稱為增量式 PID控制算法。而且如果執(zhí)行器 (計算機(jī) )出現(xiàn)故障，則會引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的大幅度變化，而這種情況在生產(chǎn)場合不允許的，因而產(chǎn) 生了增量式 PID控制算法。為了書寫方便，將e(kT)簡化表示成 e(k)等，即省去 T。需要注意的是：積分級數(shù)太多和開環(huán)放大系數(shù)過大都會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，因此，要合理選擇。 在 PID控制中，加入微分項就是為了增大系統(tǒng)的阻尼，同時由于微分控制是一種超前控制，因此，會加快響應(yīng)速度。調(diào)節(jié)時間描述系統(tǒng)響應(yīng)的快慢。超調(diào)量反映的是系統(tǒng)的振蕩性 。 數(shù)字 PID 的實現(xiàn)需要式 (1) 進(jìn) 行 離 散 化 ， 取 采 樣 周 期 為 T ，改寫式 (3) ，得)()1( 10 1 ??? ? ???????? ?? nndn oj jinpnj nndjinpn eeKeKeKT eeTTedTeKv （ 4） 式中， i P iK K T T? ， d P dK K T T? 為控制器輸出的控制量，式中（ 4）即為數(shù)字 PID 控制器的直接算法。 PK 為比例控制增益； IT 為積分時間常數(shù)； DT 為微分時間常數(shù)。 I 積分控制：積分是一種累加作用，它記錄了系統(tǒng)變化的歷史，因此，積分控制反映的是控制中歷史對當(dāng)前系統(tǒng)的作用。 P比例控制：比例控制器在控制輸入信號 e(t)變化時，只改變信號的幅值而不改變信號的相位，采用比例控制可以提高系統(tǒng)的開環(huán)增益?？紤]調(diào)速系統(tǒng)在故障時的變更措施。在編程時，應(yīng)注意以下幾個問題： 1程序結(jié)構(gòu)化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計 程序設(shè)計時應(yīng)充分考慮到不同變頻器的特點。在運(yùn)行模式下編譯程序時，可以查看程序當(dāng)前正在使用的跳變觸點的編號。程序編譯下載到 PLC時，所有符號地址被轉(zhuǎn)換為絕對地址，符號表中的信息不會下載到 PLC。 ② 數(shù) 據(jù)塊 數(shù)據(jù)塊由數(shù)據(jù) (變量存儲器的初始值 )和注釋組成。 19 設(shè)置 MM440的 15段固定頻率控制參數(shù)，如表 3所示 出廠值 設(shè)置值 說明 P0003 1 3 設(shè)用戶訪問級為專家 P0004 1 7 命令和數(shù)字 I/O P0700 2 2 命令源選擇“由端子排輸入” P0701 1 17 選擇固定頻率 P0702 12 17 選擇固定頻率 P0703 9 17 選擇固定頻率 P0704 15 17 選擇固定頻率 P0705 15 1 啟動 /停止 P0004 1 10 設(shè)定值通道 P1000 2 3 選擇固定頻率設(shè)定值 P1001 0 5 選擇固定頻率 1 P1002 5 10 選擇固定頻率 2 P1003 10 20 選擇固定頻率 3 P1004 15 30 選擇固定頻率 4 P1005 20 40 選擇固定頻率 5 P1006 25 50 選擇固定頻率 6 P1007 30 45 選擇固定頻率 7 P1008 35 35 選擇固定頻率 8 P1009 40 25 選擇固定頻率 9 P1010 45 15 選擇固定頻率 10 P1011 50 10 選擇固定頻率 11 P1012 55 20 選擇固定頻率 12 P1013 60 30 選擇固定頻率 13 P1014 65 40 選擇固定頻率 14 P1015 65 50 選擇固定頻 率 15 表 3 20 圖 5 21 第四章 ：系統(tǒng)軟件設(shè)計 編程軟件的介紹 ⑴ 本系統(tǒng)采用的編程軟件是 STEP7 MicroWIN,該編程軟件可以方便的在 Windows環(huán)境下對 PLC編程、調(diào)試、監(jiān)控。按下變頻器操作面板上的“ P”鍵，變頻器開始復(fù)位到工廠默認(rèn)值。 MM440變頻器特點 1）、主要特性 易于安裝 易于調(diào)試 牢固的 EMC設(shè)計 可由 IT電源供電 對控制信號的響應(yīng)是快速和可重復(fù)的 參數(shù)設(shè)置的范圍很廣，確保它可對廣泛的應(yīng)用對象進(jìn)行配置 電纜連接簡便 具有多個繼電器輸 具有多個模擬量輸出 (0~20mA) 6個帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換可 NPN/PNP接線 1 2個模擬輸入： ? ADC1： 0~10V， 0~20mA和 10至 +10V ? ADC2： 0~10V， 0~20mA 1 2個模擬輸入可以作為第 7和第 8個數(shù)字輸入 1 BICO技術(shù) 1模塊化設(shè)計，配置非常靈活 1開關(guān)頻率高 (傳動變頻器可到 16kHz)，因而電動機(jī)運(yùn)行的噪音低 1內(nèi)部 RS485接口 (端口 ) 1詳細(xì)的變頻器狀態(tài)信息和完整的信息功能 2）、性能特性 矢量控制 ? 無傳感器矢量控制 (SLVC) ? 帶編碼器的矢量控制 (VC) V/f控制 ? 磁通電流控制 (FCC)，用于改善動態(tài)響應(yīng)和電動機(jī)的控制特性 ? 多點 V/f特性 自動再啟動 捕捉再啟動 滑差補(bǔ)償 快速電流限制 (FCL)動能，適用于自由脫扣運(yùn)行 電機(jī)停機(jī)抱閘 16 內(nèi)置直流制動 復(fù)合制動功能改善了制動特性 內(nèi)置制動單元 (框架尺寸 A至 F)用于電阻制動 (動力制動 ) 1給定值輸入，通過： ? 模擬輸入 ? 通訊接口 ? 點動 (JOG)功能 ? 電動電位計 ? 固定頻率 1斜坡函數(shù)發(fā)生器 ? 有平滑功能 ? 無平滑功能 1工藝調(diào)節(jié)器 (PID) 1參數(shù)組轉(zhuǎn)換 ? 傳動數(shù)據(jù)組 (DDS) ? 命令數(shù)據(jù)組和給定值源 (CDS) 1自由功能塊 1直流母線電壓調(diào)節(jié)器 1動能緩沖 1定位控制的斜坡下降 3）、保護(hù)特性 過電壓 /欠電壓保護(hù) 變頻器過熱保護(hù) 接地故障保護(hù) 短路保護(hù) I2t電動機(jī)過熱保護(hù) PTC/KTY84電動機(jī)保護(hù) 17 MM440變頻器的控制端子 表 2 MM440變頻器的控制端子 PLC 的 I/O 分配 I0.，電動機(jī)運(yùn)行，對應(yīng)電動機(jī)運(yùn)行按鈕 SB1； I0.，電動機(jī)停止，對應(yīng)電動機(jī)停止按鈕 SB2； Q0.，固定頻率設(shè)置，接 MM40數(shù)字輸入端子“ 5” 18 Q0.，固定頻率設(shè)置，接 MM40數(shù)字輸入端子“ 6” Q0.，固定頻率設(shè)置，接 MM40數(shù)字輸入端子“ 7” Q0.，固定頻率設(shè)置，接 MM40數(shù)字輸入端子“ 8” *Q0，電動機(jī)運(yùn)行 /停止控制，按 MM440數(shù)字輸入端子 “ 16” 變頻器設(shè)置 MM440變頻器數(shù)字輸入“ 5”，“ 6”，“ 7”，“ 8”端子通過 P0701,P0702,P0703,P0704參數(shù)設(shè)定為 15段固定頻率控制端，每一段的頻率分別由 P1001~P1015參數(shù)設(shè)置。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動機(jī)提供了良好的保護(hù)。本系列有多種型號，額定功率范圍從 120W到 200kW(恒定轉(zhuǎn)矩 (CT)控制方式 )，或者可達(dá) 250kW(可變轉(zhuǎn)矩 (VT)控制方 )，供用戶選用。 整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為 IGBT 三相橋式逆變器，且輸出為 PWM 波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆 變部分為 IGBT 三相橋式逆變器，且輸出為 PWM 波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。 (3)根據(jù)電磁力定律，在感應(yīng)電動勢的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中將產(chǎn)生與感應(yīng)電動勢方向基本一致的感生電流。 I/O 端子排可很容易地整體拆卸?？蛇B接 7個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)至 168路數(shù)字量 I/O點或 35路模擬量 I/O點。在 PLC 選型時，反復(fù)比較，編者選中了目前流行的、有較高性價比的西門子 S7200系列小型 PLC。另外，采用掃描用戶程序的運(yùn)行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運(yùn)行的結(jié)果有所區(qū)別。 3） 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后， PLC 就進(jìn)入輸出刷新階段。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。在整個運(yùn)行期間， PLC的 CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。它的重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護(hù)也變得容易起來。為不熟悉電子電路、不懂計算機(jī)原理和匯編語言的人使用計算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門 。加 13 上 PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 PLC 的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。此外， PLC 帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采 用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。 ，抗干擾能力強(qiáng) 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。 PLC 既可用于舊設(shè)備改造，也可用于新產(chǎn)品開發(fā)，在機(jī)電一體化、工業(yè)自動化等方面應(yīng)用極其廣泛 。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。 RS485傳輸技術(shù)見表 1 傳輸介質(zhì) 雙絞屏蔽電纜 站點數(shù) 不用中繼器時，每段最多 32個站，用中繼器時，可擴(kuò)展到 126個站 連接器 對 IP20用 9針 D型連接器 對 IP65/67用 MR， HAN BRID或西門子混合型 連接器 傳輸速率（ bit/s） 電纜的最大長度（ M） 1001200 表 1 RS485傳輸技術(shù) 12 第三章 ：系統(tǒng)硬件設(shè)計 可編程控制器簡稱 PC（ Programmable Controller），它經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器 PMC、可編程序順序控制器 PSC、可編程序邏輯控制器 PLC（ Programmable Logic Controller）和可編程序控制器 PC 幾個不同時期。這種傳輸技術(shù)類似于 IEC標(biāo)準(zhǔn)的 HZ，安裝十分簡單，總線結(jié)構(gòu)允許增加或移去站點，或者分步擴(kuò)展系統(tǒng)而不影響其他站的工作。有 3 個兼容部分組成部分即 PROFIBUSDP， PROFIBUSPA， PROFIBUSFMS。 ⑷ 保護(hù)功能完善、維修性能好。 它可實現(xiàn)平穩(wěn)操作和精確控制，使電動機(jī)達(dá)到理想輸出，這種變頻器不僅考慮了 V/f控制，而且還實現(xiàn)了矢量控制，通過其本身的自動調(diào)諧功能與無速度傳感器電流矢量控制，很容易得到高起動轉(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速范圍。 變頻器的選擇 隨著變頻器性能價格比的提高，交流變頻調(diào)速己應(yīng)用到許多領(lǐng)域，由于變頻調(diào)速的諸多優(yōu)點，使得交流變頻調(diào)速得到廣泛應(yīng)用。在反饋控制系統(tǒng)中，不管出于什么原因（外部擾動或系統(tǒng)內(nèi)部變化），只要被控制量偏離規(guī)定值，就會產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用去消除偏差。 方案的確定 PLC的選擇 S7200CN系列 PLC適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。 有速度傳感器的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩閉環(huán)矢量控制。速度精度小于 %，轉(zhuǎn)速上升時間小于 100ms；在額定功率 10%的范圍內(nèi)，采用電流閉環(huán)控制的轉(zhuǎn)速開環(huán)控制。矢量控制方式分為無速度傳感器的矢量控制和有速度傳感器的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩閉環(huán)矢量控制。 ② 具有恒定磁通功能的 V/f通用變頻器 為了克服普通控制型的 V/f通用變頻器對 V/f的值進(jìn)行調(diào)整的困難，如果采用磁通反饋，讓異步電動機(jī)所輸入的三相正弦電流在空間產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場，那么就會產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。控制回路常由運(yùn)算電路，檢測電路，控制信號的輸入、輸出電路，驅(qū)動電路和制動電路等構(gòu)成。與整流器的作用相反，逆變器是將直流功率變換 為所要求頻率的交流功率。由于逆變器的負(fù)載為異步電動機(jī)，屬于感性負(fù)載。主電路包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)（又稱平波回路）、逆變器。由電磁力進(jìn)而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動起來。電動勢的方向由右手定則來確定。 8 第二章： 系統(tǒng)方案設(shè)計 變頻調(diào)速系統(tǒng) 三相交流異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 三相交流異步 電 動 機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備。250V交流 /2A，電感性負(fù)載 )。 S7200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。由于 PLC與變頻器之間沒有采用 D/A進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而是采用 RS485 進(jìn)行數(shù)字通信，有效的提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。 觀察電動機(jī)的空載特性。在正常運(yùn)行中 ，短時間內(nèi)突然增大負(fù)載轉(zhuǎn)矩以致超載，觀察電機(jī)的過載性能（包括轉(zhuǎn)速和電流），確定堵轉(zhuǎn)