【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)計軟件 GTdesigner2 介紹 ......................................... 18 FX2N 的 PID 功能指令 .............................................................................. 19 程序設(shè)計 .................................................................................................... 21 程序的梯形圖編程 ........................................................................ 21 指令表語句與部分語句說明 ........................................................ 25 4 實驗調(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 ....................................................................................................... 36 致謝 ........................................................................................................................ 37 參考文獻 ............................................................................................................... 38 1 緒論 概述 在 當(dāng)前全球 經(jīng)濟 發(fā)展過程中，有兩條顯著的相互交織的主線：能源和環(huán)境。而能源的開發(fā)與利用又對環(huán)境的保護有著重大影響。有資料表明，受資金、技術(shù)、能源價格的影響，中國能源利用效率比發(fā)達國家低很多。 由此可見，對能源的有效利用在我國已經(jīng)非常迫切。我國在用電機拖動系統(tǒng)的總體裝備水平僅相當(dāng)于發(fā)達國家 50 年代水平。 設(shè)計出系統(tǒng)穩(wěn)定，調(diào)整精度高，調(diào)整時間快的 PLC變頻調(diào)速系統(tǒng)，對 現(xiàn)今工業(yè)設(shè)計和工業(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，所以采用計算機控制調(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，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的，一次生成二相調(diào)制波形。 ④ 將輸出電壓、電流進行閉環(huán)控制，以提高動態(tài)負載下的電壓控制精度和穩(wěn)定度，同時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)矩和磁場兩個分量，經(jīng)過坐標變換實現(xiàn)正交或解耦控制。 1994 年將該系列擴展至 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；控制上對除定子電阻外的所有電機參數(shù)變化魯棒性良好；所引入的定子磁鍵觀測器能很容易估算出同步速度信息。這種系統(tǒng)可以實現(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技術(shù)的發(fā)展，自從 1991 年 INTEL 公司推出 8X196MC 系列以來，專門用于電動機控制的芯片在品種、速度、功能、性價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算機這個先進技術(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)自己的實際工藝要求和運用場合選擇不同類型控制方式和 變頻器。 控制 優(yōu)勢： 硬件簡潔、 抗干擾性能強， 軟件靈活性強、調(diào)試方便、維護量小 ，對設(shè)計人員的要求相對較低 缺點：設(shè)備成本較高，不適合大批量采用 系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)想 和主要內(nèi)容 本次設(shè)計就是基于 PLC 的變頻器調(diào)速系統(tǒng)。控制運算主要由 PLC 和變頻器來完成；執(zhí)行元件為變頻器和電機；反饋部分主要為速度反饋 。由開環(huán) /閉環(huán)開關(guān)控制系統(tǒng)在開環(huán)或閉環(huán)狀態(tài)下運 行。 第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 介紹了系統(tǒng)的組成及其工作原理 ，對 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)進行了說明 ，論證了本系統(tǒng)對于 PLC和變頻器的選型，介紹了變頻器的快速設(shè)置方法。 首先通過設(shè)置給定輸入給 PLC，確定選擇的是開環(huán)工作模式或閉環(huán)工作模式，再通過 PLC 控制變頻器，經(jīng)由變頻器來控制電機，隨后將電機的轉(zhuǎn)速反饋給 PLC，經(jīng)比較后輸出給變頻器從而實現(xiàn)無靜差調(diào)速。輸入通道用于將外部輸入的模擬量信號，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號，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 擴展總線的 8 個點。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。額定值為AC 380 V、 0. 4 kW、 極對數(shù) P= 轉(zhuǎn)速 1 500 r/ min, Y 型連接 , 中間一臺是直流發(fā)電機 ,該機為并勵直流機 ,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。若對通用變頻器選型、系統(tǒng)設(shè)計及使用不當(dāng)，往往會使通用變頻器不能正常的運行、達不到預(yù)期目標，甚至引發(fā)設(shè)備故障，造成不必要的損失。 正 轉(zhuǎn)運 行 / 停 止反 轉(zhuǎn)運 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 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行模式時的基本連線圖 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)為運行模式為止。在固定時間間隔內(nèi)采集脈沖差值，通過計算既可以獲得電動機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速。 3 系統(tǒng)的軟件 設(shè)計 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 認掃 描 輸 入 ， 是 否按 下 啟 動 鍵開 啟 數(shù) 模 轉(zhuǎn) 換 模 塊進 行 轉(zhuǎn) 速 輸 出 ， 電機 運 行讀 取 當(dāng) 前 轉(zhuǎn) 速是 否 為 開 環(huán)經(jīng) 過 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換模 塊 將 轉(zhuǎn) 速 輸出調(diào) 用 P I D 運 算 子程 序?qū)?新 的 量 賦 值比 較 寄 存 器 進行 調(diào) 整輸 出 報 警 信號 ， 警 示 燈 閃爍系 統(tǒng) 待 機 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 始讀 入 采 樣 轉(zhuǎn) 速 值并 做 相 關(guān) 處 理計 算 偏 差 △ n = 期 望值 采 樣 后 處 理本 次 偏 差 與 上 次 積分 符 號 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 擬通過使用上位機，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)計閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的主回路和控制回路， 完成一個恒速控制系統(tǒng)。顯示在 GOT 上的監(jiān)視屏幕數(shù)據(jù)是在個人電腦上 用專用軟件 (GT Designer)創(chuàng)建的。 整個 GOT的界面設(shè)計 如圖 32所示。 子程序： 設(shè)置 PID 控制的參數(shù) PID 回路運算指令的功能指令編號為 FNC88，源操作數(shù) [S1],[S2],[S3]和目標操作數(shù)均為 D， 16位運算占 9個程序步。 PID 指令用于閉環(huán)模擬量控制，在 PID 控制開始之前，應(yīng)使用 MOV 指令將參數(shù) 控制量輸入 PID 控制運算 控制值輸出 設(shè)定值預(yù)先寫入數(shù)據(jù)寄存器中。 [S3]+24 的 0~3 位用于報警輸出。 M1 為開環(huán) /閉環(huán) 控制開關(guān)，為 1時 選擇閉環(huán)控制，為 0 時選擇開環(huán)控制。當(dāng) M2 9 ANB 為關(guān)斷狀態(tài)時， Y6 輸出，電機反轉(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，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)具有隨動性、 無超調(diào)和無穩(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，但會降 低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且積分器的輸出只能隨著積分時間的增長而逐漸跟蹤輸入信號的變化，因而使系統(tǒng)難以實現(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 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，以一系列采樣時刻點， kT代表連續(xù)時 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 表達式。 表 41 利用計算的反饋參數(shù)α進行的調(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)過的調(diào)整時間（秒） 600 1200 1800 16S 600 1200 8S 1800 600 6S 1200 1800 11S 600 1200 1800 13S 可以看出， 雖然計算得的反饋參數(shù)α為 ，但根據(jù)實驗表明，在使用α =時系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)整時間最少，調(diào)整最為穩(wěn)定。 3r/min 以內(nèi) 5 總結(jié)與體會 通過這次的 設(shè)計 ，讓我受益匪淺。另外就是在 遇到實際問題 的時候 ， 要 認真思考 ，運用所學(xué)的知識，一步一步的去探索，是完全可以解決遇到的一般問題 的。只有理論，沒有結(jié)合實際是很難做出東西