【正文】 在論文完成的過程中，耐心的給與我各種幫助，特別是在應(yīng)用軟件上。在控制元件方面，電力電子器件向集成化、模塊化、數(shù)字化方向發(fā)展，功率變換器件也出現(xiàn)了以可關(guān)斷晶閘管(GTO)為代表的第二代和以IGBT為代表的第三代，但在生產(chǎn)工藝、器件容量、工作可靠性、經(jīng)濟(jì)性方面來講還遠(yuǎn)不如晶閘管那樣成熟、可靠，隨著第二代、第三代功率變換器件的不斷自我完善，直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的性能也會(huì)得到進(jìn)一步的完善。各自的含義及其與PLC地址編號(hào)如下表 1：表 1 輸入、輸出信號(hào)與PLC地址編號(hào)對照 輸 入 信 號(hào) SBO 總電源啟動(dòng)按鈕 X0 SB1 電機(jī)正轉(zhuǎn) X1 SB2 電機(jī)反轉(zhuǎn) X2 SB3 電機(jī)停轉(zhuǎn) X3 SJ 過電流保護(hù) X4 I1 給定電壓 CH1 I2 電流反饋 CH2 I3 速度反饋 CH3 輸 出 信 號(hào) KM0 總電源接觸器 YO KM1 電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器 Y1 KM2 電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器 Y2 DJ 模擬量輸出顯示 Y3 O 脈沖寬度調(diào)制器 PLC 軟件設(shè)計(jì)PLC有5種編程語言，分別是順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能塊圖（FBD）、指令表（IL）和結(jié)構(gòu)文本（ST）。 PLC構(gòu)成雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（未考慮邏輯控制包括）：1個(gè)基本單元FX2N16MT，1個(gè)模擬量輸入模塊FX2N4AD和1個(gè)模擬量輸出模塊FX2N2DA,模擬量I/O模塊接在FX2N16MT基本單元右邊的擴(kuò)展總線上，從最靠近基本單元開始順序編號(hào)為0，1，如圖41。反向驅(qū)動(dòng)能力為3A，具有對GTR實(shí)現(xiàn)過電流保護(hù)，最小導(dǎo)通時(shí)間限制，最大導(dǎo)通時(shí)間限制，正反向驅(qū)動(dòng)電源電壓監(jiān)視以及自身過熱保護(hù)[2][11]。它的共發(fā)射極電路截止頻率。min/r,設(shè)計(jì)要求穩(wěn)態(tài)無靜差，動(dòng)態(tài)過渡過程時(shí)間ts≤,電流超調(diào)量%≤5%，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量%≤10%。FX2N4AD單元的標(biāo)識(shí)碼為K2010。電流輸入為4~20mA或20~20mA，分辯率20uA。 PLC軟件設(shè)計(jì)的一般步驟 軟件設(shè)計(jì)就是編寫滿足生產(chǎn)要求的梯形圖或助記符程序，設(shè)計(jì)應(yīng)按以下原則和步驟進(jìn)行[2]。因此首先要根據(jù)系統(tǒng)的控制規(guī)模，確保有足夠的I/O點(diǎn)數(shù)，并考慮有10%15%的I/O點(diǎn)數(shù)作為余量，以備后用。（5）寫輸出 在每個(gè)掃描周期的結(jié)尾，CPU把存儲(chǔ)在輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)寫到數(shù)字輸出點(diǎn)。在模擬量輸入信號(hào)隨時(shí)間變化緩慢時(shí)使用模擬量輸入濾波，如果信號(hào)變化很快，不應(yīng)該選用模擬量濾波。任務(wù)循環(huán)執(zhí)行一次稱為一個(gè)掃描周期。 。 (3)電源供應(yīng)。第 3 章 現(xiàn)代PLC控制技術(shù) PLC的組成和分類 從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式(模塊式)兩種。當(dāng)ACR采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)，要使其輸出量按線性增長，其輸入偏差電壓ΔUi=Uim*Ui必須維持一定得恒值，也就是說，Id應(yīng)略低于Idm。當(dāng)Id≥Idl后，電動(dòng)機(jī)開始起動(dòng)。7．校驗(yàn)過渡過程時(shí)間空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的過渡過程時(shí)間 可見能滿足設(shè)計(jì)要求。5．計(jì)算ACR的電阻和電容取，則 取 取 取按照上述參數(shù),電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)反指標(biāo)為％=％＜5％,故滿足設(shè)計(jì)要求。 設(shè)計(jì)中的調(diào)節(jié)器計(jì)算（一）電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)[2][9]1. 確定時(shí)間常數(shù)（1）脈寬調(diào)制器和PWM變換器的滯后時(shí)間常數(shù)Tpwm與傳遞函數(shù)的計(jì)算。2）對負(fù)載變化起抗擾作用。如果只依靠過流繼電器或熔斷器保護(hù)，一過載就跳閘，也會(huì)給工作帶來不便。（4）若與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗繞能力強(qiáng)。針對上面的問題就涉及到以下的參數(shù)[2]。這個(gè)交變電流的平均值為零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增加了電動(dòng)機(jī)的損耗，當(dāng)然是不利的。 第2階段，在ton≤ t T期間，ubl 、ub4為負(fù)，VTI和VT4截止；ub2 、ub3為正，在電樞電感La的作用下，電樞電流沿回路2(經(jīng)VD2和VD3 )流通，電動(dòng)機(jī)兩端電壓UAB= US 。起到抗飽和作用。 tonmin保護(hù)是最高優(yōu)先保護(hù)，在tonmin內(nèi)無任何其它保護(hù)能中止導(dǎo)通tonmin保護(hù)功能不能舍棄不用。基極驅(qū)動(dòng)電路有多種，下面介紹一種集成電路，它可以使電力晶體管具有多種自保護(hù)功能，且保證電力晶體管運(yùn)行于參數(shù)最優(yōu)的條件下。運(yùn)算放大器A3工作在開環(huán)狀態(tài)，它能輸出正、負(fù)的飽和電壓。 圖 23（a) 原理圖 （b) 波形圖 PWM直流調(diào)速系統(tǒng)的組成由GTR構(gòu)成的脈寬調(diào)速系統(tǒng)的組成如下圖24[1][2][12]，其中GM為三角波振蕩器，UPW 為脈寬調(diào)制器， GD為基極驅(qū)動(dòng)器, PWM為脈寬調(diào)制變換器，F(xiàn)A為瞬時(shí)動(dòng)作的限流保護(hù)環(huán)節(jié)。2．恢復(fù)時(shí)間tv從階躍擾動(dòng)作用開始，到輸出量基本上恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，距新穩(wěn)態(tài)值C∞2之差進(jìn)入某基準(zhǔn)量Cb的177。 動(dòng)態(tài)過程中，輸出量超過輸出穩(wěn)態(tài)值的最大偏差與穩(wěn)態(tài)值之比，用百分?jǐn)?shù)表示，叫做超調(diào)量，即 超調(diào)量用來說明系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性，超調(diào)量越小，說明系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性越好，即動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較平穩(wěn)。在設(shè)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，通常視nmax為電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速nnom。 （3）加、減速控制。特性，通過改變電樞電壓調(diào)節(jié)直流電機(jī)速度的方法被廣泛采用。2. 對現(xiàn)代PLC控制技術(shù)進(jìn)行了研究。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種生產(chǎn)機(jī)械根據(jù)其工藝特點(diǎn)，對生產(chǎn)機(jī)械和拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)也不斷提出各種不同的要求，有的要求電動(dòng)機(jī)能迅速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；有的要求多臺(tái)電動(dòng)機(jī)之間的轉(zhuǎn)速按一定得比例協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)；有的要求電動(dòng)機(jī)達(dá)到極慢的穩(wěn)速運(yùn)動(dòng)；有的要求電動(dòng)機(jī)啟、制動(dòng)平穩(wěn)，并能準(zhǔn)確地停止在給定的位置。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。3. 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。2. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。由于到90年代，個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來，也簡稱為PC；加之可編程序的概念所涵蓋的范圍太大，所以美國AB公司首次將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器（PLC，Programmable Logic Controller），為了方便，仍簡稱PLC為可編程序控制器[6][15]。隨著技術(shù)的進(jìn)步，生產(chǎn)工藝對電機(jī)控制提出了越來越高的要求，諸如精確穩(wěn)定的運(yùn)行速度、無極調(diào)速、快速反向、準(zhǔn)確定位等等。 基于PLC的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄 直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展史概述 1 可編程控制器PLC 2 PLC的發(fā)展概述 2 PLC的特點(diǎn) 3 選題背景及論文主要內(nèi)容 4 選題背景 4 論文的主要內(nèi)容 4第 2 章 直流調(diào)速系統(tǒng) 6 調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo) 6 穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo) 7 動(dòng)態(tài)指標(biāo) 8 PWM直流調(diào)速系統(tǒng) 10 直流電動(dòng)機(jī)的PWM控制原理 10 PWM直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 11 PWM調(diào)速系統(tǒng)的主要參數(shù) 17 雙閉環(huán)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng) 19 電流、轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié) 19 設(shè)計(jì)中的調(diào)節(jié)器計(jì)算 21 雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程 25第 3 章 現(xiàn)代PLC控制技術(shù) 27 PLC的組成和分類 27 PLC的工作原理 27 PLC電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和步驟 29 PLC的硬件設(shè)計(jì)的一般步驟 29 PLC軟件設(shè)計(jì)的一般步驟 30 設(shè)計(jì)中用到的模塊 31第 4 章 基于PLC的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 33 設(shè)計(jì)任務(wù) 33 脈寬調(diào)制系統(tǒng)特有部分設(shè)計(jì) 33 PLC硬件設(shè)計(jì) 35 PLC 軟件設(shè)計(jì) 37結(jié)束語 39致謝 40參考文獻(xiàn)（主要及公開發(fā)表的文獻(xiàn)） 41附錄 43 第 1 章 引 言傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)采用的是繼電器控制，加PI 調(diào)節(jié)器及校正裝置，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。直流電機(jī)變壓和弱磁調(diào)速可以比較好的滿足這些要求，于是誕生了旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組供電的直流調(diào)速系（WardLeonard系統(tǒng)），簡稱GM系統(tǒng)。 PLC的發(fā)展概述 1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電器控制裝置的要求，第二年美國數(shù)字公司研制出了第一土改可編程序控制器，滿足了GM公司裝配線的要求。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。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。5. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC用存儲(chǔ)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(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。上述這些不通的工業(yè)要求，都是靠電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)的。3. 采用visio 2003 軟件對相關(guān)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)、繪制。改變電樞電壓可通過多種途徑實(shí)現(xiàn)，如利用晶閘管供電速度控制系統(tǒng)、大功率晶體管速度控制系統(tǒng)、直流發(fā)電機(jī)供電速度控制系統(tǒng)及晶體管直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)等[1][3]。對頻繁起、制動(dòng)的設(shè)備要求盡快地加、減速，縮短起、制動(dòng)時(shí)間，以提高生產(chǎn)率；對不宜經(jīng)受劇烈速度變化的生產(chǎn)機(jī)械，則要求起、制動(dòng)盡量平穩(wěn)。 （2）靜差率S 當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載變到額定負(fù)載時(shí)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落Δnnom與理想空載轉(zhuǎn)速n0稱為靜差率S，即 顯然，靜差率表示調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定程度，它和機(jī)械特性的硬度有關(guān)，特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定程度就越高。 調(diào)節(jié)時(shí)間又稱過渡過程時(shí)間，它衡量系統(tǒng)整個(gè)動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程的快慢。5%（或177。電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)速n由測速發(fā)電機(jī)TG測量，速度反饋信號(hào)Un 與速度給定電壓Um* 同時(shí)加在速度調(diào)節(jié)器ASR的輸入端，構(gòu)成調(diào)速系統(tǒng)的速度外環(huán)。它的輸入端有三個(gè)信號(hào)，除Uc外，還有調(diào)制信號(hào)Ua（也就是圖25的Uo2）和偏移電壓Ub。大規(guī)模集成電路UAA4002是為一塑封16引線