【正文】 17 設(shè)置控制系統(tǒng)流程圖 ................................................................................ 17 FX2n 的編程軟件介紹 .............................................................................. 18 SWOPCFXGP/WINC軟件介紹 ....................................................... 18 GOT 及其設(shè)計(jì)軟件 GTdesigner2 介紹 ......................................... 18 FX2N 的 PID 功能指令 .............................................................................. 19 程序設(shè)計(jì) .................................................................................................... 21 程序的梯形圖編程 ........................................................................ 21 指令表語(yǔ)句與部分語(yǔ)句說(shuō)明 ........................................................ 25 4 實(shí)驗(yàn)調(diào)試和數(shù)據(jù)分析 ................................................................................ 32 系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù) ................................................................................... 32 PID 參數(shù)整定 ........................................................................................... 32 參數(shù)調(diào)整 ................................................................................................... 34 5 總結(jié)與體會(huì) ....................................................................................................... 36 致謝 ........................................................................................................................ 37 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................... 38 1 緒論 概述 在 當(dāng)前全球 經(jīng)濟(jì) 發(fā)展過(guò)程中，有兩條顯著的相互交織的主線：能源和環(huán)境。而能源的開(kāi)發(fā)與利用又對(duì)環(huán)境的保護(hù)有著重大影響。有資料表明，受資金、技術(shù)、能源價(jià)格的影響，中國(guó)能源利用效率比發(fā)達(dá)國(guó)家低很多。 由此可見(jiàn)，對(duì)能源的有效利用在我國(guó)已經(jīng)非常迫切。我國(guó)在用電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的總體裝備水平僅相當(dāng)于發(fā)達(dá)國(guó)家 50 年代水平。 設(shè)計(jì)出系統(tǒng)穩(wěn)定，調(diào)整精度高，調(diào)整時(shí)間快的 PLC變頻調(diào)速系統(tǒng)，對(duì) 現(xiàn)今工業(yè)設(shè)計(jì)和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展有很大幫助 [3]。 許多變頻調(diào)速裝置還屬于開(kāi)環(huán)控制方式，不能滿足有較高精度的控制精度，所以采用計(jì)算機(jī)控制調(diào)速是提高控制精度的不二法門。該方法以三相波形的整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的，一次生成二相調(diào)制波形。 ④ 將輸出電壓、電流進(jìn)行閉環(huán)控制，以提高動(dòng)態(tài)負(fù)載下的電壓控制精度和穩(wěn)定度，同時(shí)也一定程度上求得電流波形的改善。然而，在上述四種方法中，由于 未引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，系統(tǒng)性能沒(méi)有得到根本性的改善 . 第二階段： 矢量控制。 矢量控制的基本點(diǎn)是控制轉(zhuǎn)子磁鏈，以轉(zhuǎn)子磁通定向，然后分解定子電流，使之成為轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。 1994 年將該系列擴(kuò)展至 315KW 以上。 轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)越性在于：轉(zhuǎn)矩控制是控制定子磁鏈，在本質(zhì)上并不需要轉(zhuǎn)速信息；控制上對(duì)除定子電阻外的所有電機(jī)參數(shù)變化魯棒性良好；所引入的定子磁鍵觀測(cè)器能很容易估算出同步速度信息。這種系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)很快的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度和很高的速度、轉(zhuǎn)矩控制精度 [2]。 變頻調(diào)速系統(tǒng) 的技術(shù) 現(xiàn)狀 控制技術(shù)的發(fā)展完全得益于微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展，自從 1991 年 INTEL 公司推出 8X196MC 系列以來(lái)，專門用于電動(dòng)機(jī)控制的芯片在品種、速度、功能、性價(jià)比等方面都有很大的發(fā)展。 目前在控制領(lǐng)域中，雖然逐步采用了電子計(jì)算機(jī)這個(gè)先進(jìn)技術(shù)工具，特別是石油化工企業(yè)普遍采用了分散控制系統(tǒng)（ DCS）。用戶根據(jù)自己的實(shí)際工藝要求和運(yùn)用場(chǎng)合選擇不同類型控制方式和 變頻器。 控制 優(yōu)勢(shì)： 硬件簡(jiǎn)潔、 抗干擾性能強(qiáng)， 軟件靈活性強(qiáng)、調(diào)試方便、維護(hù)量小 ，對(duì)設(shè)計(jì)人員的要求相對(duì)較低 缺點(diǎn)：設(shè)備成本較高，不適合大批量采用 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)想 和主要內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)就是基于 PLC 的變頻器調(diào)速系統(tǒng)?？刂七\(yùn)算主要由 PLC 和變頻器來(lái)完成；執(zhí)行元件為變頻器和電機(jī)；反饋部分主要為速度反饋 。由開(kāi)環(huán) /閉環(huán)開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)在開(kāi)環(huán)或閉環(huán)狀態(tài)下運(yùn) 行。 第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 介紹了系統(tǒng)的組成及其工作原理 ，對(duì) 其外部硬件的接線和內(nèi)部模擬量數(shù)字量轉(zhuǎn)換模塊的主要參數(shù)進(jìn)行了說(shuō)明 ，論證了本系統(tǒng)對(duì)于 PLC和變頻器的選型，介紹了變頻器的快速設(shè)置方法。 首先通過(guò)設(shè)置給定輸入給 PLC，確定選擇的是開(kāi)環(huán)工作模式或閉環(huán)工作模式，再通過(guò) PLC 控制變頻器，經(jīng)由變頻器來(lái)控制電機(jī)，隨后將電機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋給 PLC，經(jīng)比較后輸出給變頻器從而實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速。輸入通道用于將外部輸入的模擬量信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)，即稱為A/D 轉(zhuǎn)換，其分辨率為 12 位。 3) 每一通道都可以分別指定為電壓輸入或電流輸入。 數(shù)字電路： 5V DC 30mA (源于基本單元的內(nèi)部電源 )。 FX2n— 4DA 占用 FX2n 擴(kuò)展總線的 8 個(gè)點(diǎn)。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。額定值為AC 380 V、 0. 4 kW、 極對(duì)數(shù) P= 轉(zhuǎn)速 1 500 r/ min, Y 型連接 , 中間一臺(tái)是直流發(fā)電機(jī) ,該機(jī)為并勵(lì)直流機(jī) ,其額定值為 DC 250 V、 0. 5 kW、 2 000 r/ min。在系統(tǒng)中作為反饋裝置。特殊功能模塊是為了獲得某些特殊功能，滿足控制要求的特殊裝置。若對(duì)通用變頻器選型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及使用不當(dāng)，往往會(huì)使通用變頻器不能正常的運(yùn)行、達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，甚至引發(fā)設(shè)備故障，造成不必要的損失。 正 轉(zhuǎn)運(yùn) 行 / 停 止反 轉(zhuǎn)運(yùn) 行 / 停 止故 障 復(fù) 位三 相 電 源2 K ΩO VF CF RF SMB 1 B 2UN / L 2 ( S )L 3 ( T )L 1 ( R )VWS FS 1S RM BM CM A變 頻 器 的 工 作 狀 態(tài)（ 常 開(kāi) 常 閉 ）S C邏 輯 公 共 端功 能 控 制 輸 入頻 率給 定屏 蔽 鏈 接 線頻 率 給 定電 源（ + 1 2 V , 2 0 m A )參 考 （ 0 1 0 V 、 4 2 0 m A ) 圖 27 VS mini 變頻器控制端控制運(yùn)行模式時(shí)的基本連線圖 變頻器 VS mini 為我們提供了很好的 BOP 控制面板具體如 圖 28 所示。 (4) 按【 向右】鍵，使光標(biāo)移至修改位。 (8) 如全部功能的預(yù)置工作都已結(jié)束，則反復(fù)按【 MENU】鍵，直至變頻器轉(zhuǎn)為運(yùn)行模式為止。在固定時(shí)間間隔內(nèi)采集脈沖差值，通過(guò)計(jì)算既可以獲得電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速。 3 系統(tǒng)的軟件 設(shè)計(jì) 設(shè)置控制系統(tǒng)流程圖 初 始 化主 程 序 流 程 圖各 部 件 是 否 正 常用 戶 輸 入 給 定 數(shù) 值 并確 認(rèn)掃 描 輸 入 ， 是 否按 下 啟 動(dòng) 鍵開(kāi) 啟 數(shù) 模 轉(zhuǎn) 換 模 塊進(jìn) 行 轉(zhuǎn) 速 輸 出 ， 電機(jī) 運(yùn) 行讀 取 當(dāng) 前 轉(zhuǎn) 速是 否 為 開(kāi) 環(huán)經(jīng) 過(guò) 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換模 塊 將 轉(zhuǎn) 速 輸出調(diào) 用 P I D 運(yùn) 算 子程 序?qū)?新 的 量 賦 值比 較 寄 存 器 進(jìn)行 調(diào) 整輸 出 報(bào) 警 信號(hào) ， 警 示 燈 閃爍系 統(tǒng) 待 機(jī) 等 待輸 入否是否是否是P I D 調(diào) 節(jié) 子 程 序 控 制 算法 流 程 圖開(kāi) 始讀 入 采 樣 轉(zhuǎn) 速 值并 做 相 關(guān) 處 理計(jì) 算 偏 差 △ n = 期 望值 采 樣 后 處 理本 次 偏 差 與 上 次 積分 符 號(hào) 是 否 相 同積 分 = 上 次 積 分 + 本 次 偏 差微 分 = 本 次 偏 差 上 次 偏 差調(diào) 整 差 = 偏 差 * K p + 微分 * K p + 積 分 * K i將 新 的 量 賦 值 給 輸出 比 較 寄 存 器前 一 次 積 分 清 零否是是 圖 31 控制系統(tǒng)流程圖 FX2n 的編程軟件介紹 本次設(shè)計(jì) 擬通過(guò)使用上位機(jī)，觸摸屏（ G0T） ,變頻器，可編程控制器組成閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)計(jì)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的主回路和控制回路， 完成一個(gè)恒速控制系統(tǒng)。顯示在 GOT 上的監(jiān)視屏幕數(shù)據(jù)是在個(gè)人電腦上 用專用軟件 (GT Designer)創(chuàng)建的。 整個(gè) GOT的界面設(shè)計(jì) 如圖 32所示。 子程序： 設(shè)置 PID 控制的參數(shù) PID 回路運(yùn)算指令的功能指令編號(hào)為 FNC88，源操作數(shù) [S1],[S2],[S3]和目標(biāo)操作數(shù)均為 D， 16位運(yùn)算占 9個(gè)程序步。 PID 指令用于閉環(huán)模擬量控制，在 PID 控制開(kāi)始之前，應(yīng)使用 MOV 指令將參數(shù) 控制量輸入 PID 控制運(yùn)算 控制值輸出 設(shè)定值預(yù)先寫(xiě)入數(shù)據(jù)寄存器中。 [S3]+24 的 0~3 位用于報(bào)警輸出。 M1 為開(kāi)環(huán) /閉環(huán) 控制開(kāi)關(guān)，為 1時(shí) 選擇閉環(huán)控制，為 0 時(shí)選擇開(kāi)環(huán)控制。當(dāng) M2 9 ANB 為關(guān)斷狀態(tài)時(shí)， Y6 輸出，電機(jī)反轉(zhuǎn)。則控制系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為 : KpKs KfT i SKpKs Kf T i SKpKssR sn ?? ?? )1( )1()( )( (41) 若給定為單位階躍函數(shù)時(shí)，傳遞函數(shù)響應(yīng)為： e TitK pK s K fK pK s K fKpKs KfKfKftn )/) ] (1/([)1( 11)( ?????? (42) 實(shí)際上 ,本系統(tǒng)的調(diào)試中 , 取 K F= 1, 由上式可以看出 ,該控制方案能夠保證本系統(tǒng)具有隨動(dòng)性、 無(wú)超調(diào)和無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。積分環(huán)節(jié)的引入可以提高被控系統(tǒng)的型別，消除和減少穩(wěn)態(tài)誤差，但會(huì)降 低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且積分器的輸出只能隨著積分時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸跟蹤輸入信號(hào)的變化，因而使系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)快速控制。 1）整定比例控制 將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲 線。 T i 積 分 調(diào) 節(jié)K p 比 例 調(diào) 節(jié)T d 微 分 調(diào) 節(jié)被 控 對(duì) 象速 度 給 定反 饋 圖 42 PID 控制的結(jié)構(gòu)框圖 模擬 PID控制算法，以一系列采樣時(shí)刻點(diǎn)， kT代表連續(xù)時(shí) 間 t,以矩形法數(shù)值積分近似代替積分以一階后向差分近似代替微分，可以得到下面的離散 PID 表達(dá)式。 表 41 利用計(jì)算的反饋參數(shù)α進(jìn)行的調(diào)整結(jié)果 使用的反饋參數(shù)α 設(shè)定的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn) /分鐘） 經(jīng)過(guò)的調(diào)整時(shí)間（秒） 600 1200 1800 16S 600 1200 8S 1800 600 6S 1200 1800 11S 600 1200 1800 13S 可以看出， 雖然計(jì)算得的反饋參數(shù)α為 ，但根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，在使用α =時(shí)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)調(diào)整時(shí)間最少，調(diào)整最為穩(wěn)定。 3r/min 以內(nèi) 5 總結(jié)與體會(huì) 通過(guò)這次的 設(shè)計(jì) ，讓我受益匪淺。另外就是在 遇到實(shí)際問(wèn)題 的時(shí)候 ， 要 認(rèn)真思考 ，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，一步一步的去探索，是完全可以解決遇到的一般問(wèn)題 的。只有理論，沒(méi)有結(jié)合實(shí)際是很難做出東西