【正文】 在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響?？吹匠尚У臅r(shí)候，內(nèi)心的喜悅是無(wú)法表達(dá)的。 系統(tǒng)的抗干擾能力比較強(qiáng)。 將仿真得到的參數(shù)在實(shí)驗(yàn)中繼續(xù)調(diào)試。 （ 3） 當(dāng)按下停止按鈕 SB2時(shí)， PLC的 OFF，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的是控制量的增量時(shí)，可以由式 (4)導(dǎo)出提供增量的 PID控制算式。按模擬 PID 控制算法的算式 (7)，現(xiàn)以一系列的采樣時(shí)刻點(diǎn) kT代表連續(xù)時(shí)間 t，以和式代替積分，以增量代替微分，則可以作如下的近似變換 : 000t =kT ( k=0,1, 2 )( ) ( ) ( )( ) e ( kT ) e ( k 1) T e ( k) e ( k 1)t kkjje t dt e jT T e jde tdt T T????????????????? （ 9） 顯然，上述離散化過程中，采樣周期 T必須足夠短，才能保證有足夠的精度。通過選擇適當(dāng)?shù)目刂品椒梢?使這兩個(gè)指標(biāo)達(dá)到平衡，使系統(tǒng)的整體性能達(dá)到最優(yōu)。 1)動(dòng)態(tài)指標(biāo) 超調(diào)δ % ，單位階躍響應(yīng)的最大值 ()pht ，超過穩(wěn)態(tài)值 h(∞ )的百分比，即 ? ? ? ?? ?% 10 0%ph t hh? ????? （ 6） 若 ( ) ( )ph t h??則響應(yīng)無(wú)超調(diào)。 PID控制規(guī)律的基本輸入 /輸出關(guān)系可用微分方程表示： ))()(1)(()( 0 dt tdeTdtteTteKtv dtip ??? ? （ 1） 式中， e(t)為控制器的輸入偏差信號(hào) 。 22 數(shù)字 PID控制算法 PID控制的基本原理 PID 控制由反饋系統(tǒng)偏差的比例（ P）、積分（ I）和微分（ D）的線性組合而成，這 3 種基本控制規(guī)律各具特點(diǎn)。 PLC 程序在很大程度上影響總線的通訊控制速率和程序的通用性。 ④ 符號(hào)表 符號(hào)表允許程序員用符號(hào)來(lái)代替存儲(chǔ)器的地址，符號(hào)地址便于記憶，使程序更容易理解。 這些參數(shù)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 MICROMASTER 440既可用于單獨(dú)傳動(dòng)系統(tǒng)，也可集成到‘自動(dòng)化系統(tǒng)’ 中。 MM 440系列變頻器 MICROMASTER440是用于控制三相交流電動(dòng)機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的變頻器。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制 4個(gè)部分組成。 1 個(gè) RS485通訊 /編程口，具有 PPI通訊協(xié)議、 MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。 14 目前， PLC產(chǎn)品大致可分為美國(guó)、歐洲國(guó)家、日本三大主流。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在 I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在 I/O映象區(qū)或系統(tǒng) RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用 。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。近年來(lái) PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、 CNC 等各種工業(yè)控制中。從PLC 的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，使用 PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。 PLC 是把計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電器控制技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，為工業(yè)自動(dòng)化提供近乎完美的現(xiàn)代化自動(dòng)控制的裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 RS485 傳輸技術(shù) PROFIBUS經(jīng)常使用的是 RS485傳輸技 術(shù)，其基本特點(diǎn)見表 1。 ⑶ 由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。為提高控制精度，在擾動(dòng)變量可以測(cè)量時(shí)，也常同時(shí)采用按擾 動(dòng)的控制（即前饋控制）作為反饋控制的補(bǔ)充而構(gòu)成 復(fù)合控制系統(tǒng) 。 圖 4系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 由圖 4可知，本文通過 PLC控制變頻器達(dá)到變頻調(diào)速的目的，從而 實(shí)現(xiàn)交 流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、起停、加速、減速控制以及速度的調(diào)節(jié)，并且能夠在在觸摸屏上進(jìn)行操作，控制電機(jī)調(diào)速。主要性能是：在 1： 10的速度范圍內(nèi)。 變頻調(diào)速的基本控制方式 ⑴ 普通控制型 V/f通用變頻器 9 ① 普通控制型 V/f通用變頻器是轉(zhuǎn)速開環(huán)控制，無(wú)需速度傳感器，控制電路比較簡(jiǎn)單；電動(dòng)機(jī)選擇通用標(biāo)準(zhǔn)異步電動(dòng)機(jī)，因此其通用性比較強(qiáng)，性價(jià)比比較高，是目前通用變頻器產(chǎn)品中使用較多的一種控制方式。 ⑶ 逆變器。給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為主電路。當(dāng)磁極沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，磁極的磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中就感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。 MM440 新一代變頻 器不同于其他變頻器的一個(gè)顯著特點(diǎn)是：它給用戶提供的是一個(gè)完全開放的編程平臺(tái)， MM440變頻器具備了 6個(gè)可編程的帶電位隔離的數(shù)字輸入、 2 個(gè)可作為第 7/8 個(gè)數(shù)字輸入的模擬輸入 (0V至 10V， 0mA 至 10mA，可標(biāo)定 )和 2個(gè)可編程的模擬輸出 (0mA 至 20mA)、 3 個(gè)可編程的繼電器輸出 (30V 直流 /5A，電阻性負(fù)載 。 圖 1 ： 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，初步確定系統(tǒng) PLC，變頻器（具有 RS485通信功能）和交流電機(jī)共 3 個(gè)模塊組成，其工作原理為：給定速度與經(jīng)由經(jīng) PLC 運(yùn)算可得控制量，再由 RS485 接口輸出到變頻器以驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 ：通過編程或監(jiān)控界面設(shè)定負(fù)載（空載，滿載），來(lái)觀察電機(jī)的空載運(yùn)行特性（各相電壓和電流的平衡性）和額定負(fù)載的起動(dòng)性能（起動(dòng)時(shí)的電流，轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)時(shí)間）。對(duì)耗電大、生產(chǎn)環(huán)境惡劣的煤炭行業(yè)推廣應(yīng)用變頻技術(shù)更具有現(xiàn)實(shí)意義。我國(guó)具有各類風(fēng)機(jī)約 780 萬(wàn)臺(tái)，水泵 4000 萬(wàn)臺(tái)，空壓機(jī) 560萬(wàn)臺(tái)，這些裝置又占去了電機(jī)耗電的一半以上。在過去大量的所謂不變速交流傳動(dòng)中，風(fēng)機(jī)、水泵等機(jī)械總?cè)萘繋缀跽脊I(yè)電氣傳動(dòng)總?cè)萘康囊话?，其中有不少?chǎng)合并不是不需要調(diào)速，只是因?yàn)檫^去交流電機(jī)本身不具備調(diào)速性能，不得不依賴擋板和閥門來(lái)調(diào)節(jié)送風(fēng)或供水的流量，許多電能因而白白地浪費(fèi)掉了。 交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用領(lǐng)域直流電氣傳動(dòng)和交流電氣傳動(dòng)在 19世紀(jì)先后誕生。 關(guān)鍵詞： 變頻器； 可編程控制器； PROFIBUSPDP通訊 Abstract Along with the power electronic technology and the development of automatic control technology, the motor speed from relay control the development of The Times has to today39。在現(xiàn)在的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，最為常見的是由 PLC控制變頻器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。且在工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域中得到了極為廣泛的應(yīng)用。而高性能電力、電子器件的應(yīng)用更是推動(dòng)了交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，例如在通用變頻器方面，針對(duì)中、低壓應(yīng)用領(lǐng)域的絕緣柵雙極型晶體管（ IGBT）的高開關(guān)頻率 使得高性能的變頻器成為可能，而在以后出現(xiàn)的智能功率模塊（ IPM），更加簡(jiǎn)化了通用變頻器的設(shè)計(jì)。 交流調(diào)速系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來(lái)隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展以及現(xiàn)代控制理論和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用，交流調(diào)速領(lǐng)域發(fā)展非常迅速，交流傳動(dòng)技術(shù) 取得了突破性的進(jìn)展，獲得了許多創(chuàng)造性的成果。我國(guó)對(duì)交流變頻調(diào)速技術(shù) 6 的研究起步較晚，到上個(gè)世紀(jì) 90 年代才有產(chǎn)品出現(xiàn)，采用的控制技術(shù)幾乎都還只是 V/F 控制，調(diào)速性能根本無(wú)法與國(guó)外產(chǎn)品相比。轉(zhuǎn)速穩(wěn)定控制采用常用的 PID控制，由監(jiān)控軟件的程序?qū)崿F(xiàn)，而不是采用變頻器的 PID功能，通過監(jiān)控畫面給負(fù)載轉(zhuǎn)矩一個(gè)短時(shí)間的擾動(dòng)，觀察電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的變化情 況，判斷電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。 觀察電動(dòng)機(jī)的空載特性。 S7200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。 8 第二章： 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 變頻調(diào)速系統(tǒng) 三相交流異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 三相交流異步 電 動(dòng) 機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備。由電磁力進(jìn)而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。由于逆變器的負(fù)載為異步電動(dòng)機(jī)，屬于感性負(fù)載。控制回路常由運(yùn)算電路，檢測(cè)電路，控制信號(hào)的輸入、輸出電路，驅(qū)動(dòng)電路和制動(dòng)電路等構(gòu)成。矢量控制方式分為無(wú)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。 有速度傳感器的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩閉環(huán)矢量控制。在反饋控制系統(tǒng)中，不管出于什么原因（外部擾動(dòng)或系統(tǒng)內(nèi)部變化），只要被控制量偏離規(guī)定值，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用去消除偏差。 它可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作和精確控制，使電動(dòng)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(shí)現(xiàn)了矢量控制，通過其本身的自動(dòng)調(diào)諧功能與無(wú)速度傳感器電流矢量控制，很容易得到高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速范圍。有 3 個(gè)兼容部分組成部分即 PROFIBUSDP， PROFIBUSPA， PROFIBUSFMS。 RS485傳輸技術(shù)見表 1 傳輸介質(zhì) 雙絞屏蔽電纜 站點(diǎn)數(shù) 不用中繼器時(shí)，每段最多 32個(gè)站，用中繼器時(shí)，可擴(kuò)展到 126個(gè)站 連接器 對(duì) IP20用 9針 D型連接器 對(duì) 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(zhǎng)度（ M） 1001200 表 1 RS485傳輸技術(shù) 12 第三章 ：系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 可編程控制器簡(jiǎn)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(gè)不同時(shí)期。 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(dòng)化等方面應(yīng)用極其廣泛 。 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。 PLC 的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門 。它的重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。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。可連接 7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)至 168路數(shù)字量 I/O點(diǎn)或 35路模擬量 I/O點(diǎn)。 (3)根據(jù)電磁力定律，在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中將產(chǎn)生與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向基本一致的感生電流。 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(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動(dòng)機(jī)提供了良好的保護(hù)。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。 ② 數(shù) 據(jù)塊 數(shù)據(jù)塊由數(shù)據(jù) (變量存儲(chǔ)器的初始值 )和注釋組成。在運(yùn)行模式下編譯程序時(shí)，可以查看程序當(dāng)前正在使用的跳變觸點(diǎn)的編號(hào)?？紤]調(diào)速系統(tǒng)在故障時(shí)的變更措施。 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(duì)當(dāng)前系統(tǒng)的作用。 數(shù)字 PID 的實(shí)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。調(diào)節(jié)時(shí)間描述系統(tǒng)響應(yīng)的快慢。需要注意的是：積分級(jí)數(shù)太多和開環(huán)放大系數(shù)過大都會(huì)造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，因此，要合理選擇。而且如果執(zhí)行器 (計(jì)算機(jī) )出現(xiàn)故障，則會(huì)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(chǎng)合不允許的，因而產(chǎn) 生了增量式 PID控制算法。所以在選擇時(shí)不可一概而論。 PV為反饋轉(zhuǎn)速， 定標(biāo)為最大 1500r/min，最小 0r/min。 上升時(shí)間為轉(zhuǎn)速第一次達(dá)到 1000r/min所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，為 7s。在學(xué)習(xí)的過程中，遇到了不少的難點(diǎn)，查閱了很多資料，書籍。 畢設(shè)過程中 ，從分析開始，再進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后到作品實(shí)現(xiàn)，每一步都讓我將理論學(xué)習(xí)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去。 所學(xué)到的東西是這次畢 業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。 PLC梯形圖。在這半年的時(shí)間里，從起初的迷茫 到現(xiàn)在的嫻熟。說(shuō)明系統(tǒng)的抗干擾能力比較強(qiáng) ，反應(yīng)慢，精度高。 在 Configuration中回路更新時(shí)間選擇 。當(dāng)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可以保持原