【正文】 6 設(shè)定。在采集工作結(jié)束時(shí)，工作程序控制定時(shí)器產(chǎn)生 SH END，使 G 為 0，采集過程結(jié)束。 設(shè)備開始工作時(shí)，工作程序在初始化階段對(duì)定時(shí)器進(jìn)行設(shè)置， 3 個(gè)基本時(shí)序就已經(jīng)產(chǎn)生，它們?yōu)橹芷谛缘拿}沖信號(hào)；采集基本時(shí)序周期等于采樣周期，按正交采樣的需要， OSH 比 NSH 遲后 1/4 個(gè)采樣周期。（執(zhí)行結(jié)果 輸出） PLC 的輸入 /輸出模塊的特點(diǎn) ： ① 有良好的抗干擾的能力 ； ② 能滿足工業(yè)現(xiàn)場各類信號(hào)的匹配要求。 通道被啟動(dòng)后， CPU 就可以退出操作系統(tǒng)的管理程序，返回到用戶程序中繼續(xù)蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 執(zhí)行原來的程序，而通道開始傳輸數(shù)據(jù)。而接口部件的質(zhì)量好壞，也將直接影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。 （ 2） I/O 系統(tǒng)的組成 由 I/O 系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能， I/O 系統(tǒng)也包括了硬件及其相應(yīng)的軟件。采集電路結(jié)構(gòu)如圖 32 所示。 數(shù)據(jù)采 集模塊 模擬信號(hào)的采集方式主要有單點(diǎn)采集、有限數(shù)量采集以及連續(xù)采集等，其中有限數(shù)量采集以及連續(xù)采集既可用于恒定信號(hào)的采集也可用于變化信號(hào)的采集。直流測速發(fā)電機(jī)的輸出信號(hào)是與輸入軸的轉(zhuǎn)速成正比的直流電壓信號(hào)，信號(hào)幅度大，信號(hào)調(diào)理電路簡單。 速度檢測部分 速度檢測部分是為了實(shí)現(xiàn)速度環(huán)的閉環(huán)控制，由光柵傳感器和信號(hào)處理電路等組成，信號(hào)處理包括整形電路和放大電路等。1%，非線性度 %，響應(yīng)速度 10μS，跟蹤速度 di/dt 50A/μS。特點(diǎn) ： 不需電源，價(jià)格便宜，精度高 ； 缺點(diǎn)：不能用于有直流分量場合（某些型號(hào)可以帶一定直流分量，但直流分量不反映到輸出），價(jià)格 1030元 。經(jīng)二極管整流電路整流后變?yōu)橹绷?，送給 EM235。為了使主電路的三相全控橋的各相觸發(fā)脈沖與晶閘管陽極電壓保持嚴(yán)格的相位關(guān)系，控制系統(tǒng)要設(shè)置專門的同步電路。進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，每個(gè)擴(kuò)展模塊的組態(tài)地址編號(hào)取決于各模塊的類型 和該模塊在擴(kuò)展鏈中所處的位置。 現(xiàn)在ion sTT ?????? ?? 36 1312 131，滿足近似條件。 確定將轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)成何種典型系統(tǒng) 由于設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)速無靜差，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；有根據(jù)動(dòng) 態(tài)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)按典型 Ⅱ 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 因?yàn)閏is sT ????? ? 13 1，所以滿足近似條件。 電流環(huán)節(jié)（ ACR）的設(shè)計(jì) 確定時(shí)間常數(shù) （ 1）整流裝置滯后時(shí)間常數(shù) sT 。當(dāng) PID運(yùn)算不被執(zhí)行時(shí)，我們稱之為 ―手動(dòng) ‖方式。 PID 算法一旦適應(yīng)了工藝，就可以在工藝混亂的情況下依然保持設(shè)定值。如果系統(tǒng)沒有靜差或靜差已經(jīng)小到允許范圍內(nèi)，并且對(duì)響應(yīng)曲線已經(jīng)滿意，則只需要比例調(diào)節(jié)器即可。所以對(duì)有較大慣性和（或）滯后的被控對(duì)象，比例 +微分 (PD)的控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。積分項(xiàng)對(duì)誤差取關(guān)于時(shí)間的積分，隨著時(shí) 間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量，圖 23 中給出了一個(gè) PID 控制的結(jié)構(gòu)圖： 圖 23 PID 控制的結(jié)構(gòu)圖 控制器輸出和控制器輸入（誤差）之間的關(guān)系在時(shí)域中可用公式 ()表示如下： 反饋信號(hào) 被控制量 被控對(duì)象 Kds 傳感器 ＋ 給定量 （輸入） 誤差 Ki/s Kp ＋ － ＋ ＋ 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 ???? ])(1)()([)( dtteTdt tdeTteKtu idp () 公式中， e(t)表示誤差，也是控制器的輸入， u(t)是控制器的輸出， Kp、 Tp 與 Ti 分別為比例系數(shù)、 積分時(shí)間常數(shù)及微分時(shí)間常數(shù)。 算法設(shè)計(jì)技術(shù)有很多，例如：貪心法、分之策略、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)流、近似算法、隨機(jī)算法等。 （ 2） 改變電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁調(diào)速 改變磁通可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)平滑調(diào)速，但只能減弱磁通進(jìn)行調(diào)速，從電機(jī)額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速，屬于恒功率調(diào)速方法。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)采用 PID算法可實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)，而且時(shí)間可調(diào)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及算法模型確定 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)根據(jù)前述，采用 PLC 及其外部接口設(shè)備對(duì)電機(jī)進(jìn)行檢測和控制。 PLC在電機(jī)調(diào)速中的應(yīng)用 可編程控制器 PLC是通用的自動(dòng)化控制裝置，是船舶實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化控制的核心控制元件。直流調(diào)速系統(tǒng)是弱電控 制與強(qiáng)電控制相結(jié)合的系統(tǒng)。但缺點(diǎn)是效率低、機(jī)械特性軟、不能在較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 了 對(duì)直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行全數(shù)字化的改造 ， 使電流環(huán)和速度環(huán)控制器都由 PLC 系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)易于擴(kuò)展，便于擴(kuò)展各種 I/O 模塊和功能模塊。 直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)相比，其制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高 、 維修困難，需備有直 流電源才能使用。廣泛地應(yīng)用于軋鋼機(jī)、冶金、印刷、金屬切削機(jī)床等許多領(lǐng)域的自蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 動(dòng)控制系統(tǒng)中。 在本課題所進(jìn)行的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用 PLC作為系統(tǒng)的主控器件。這時(shí)，啟動(dòng)電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長的。在此，限幅器并沒有限制 c(k)的值，而只是限制了 u(k)的值。積分環(huán)節(jié)適用于起動(dòng)過渡過程平穩(wěn)的場合。但只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機(jī)械特性較軟，空載時(shí)幾乎沒什么調(diào)速作用還會(huì)在調(diào)速電阻上消耗大量電能。 PID 控制的結(jié)構(gòu) 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例積分微分控制，簡稱 PID控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。 微分（ D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 增大積分時(shí)間 I 有利于減小超調(diào)，減小振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，但是系統(tǒng)靜差消除時(shí)間變長。在此過程中，可根據(jù)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線的好壞反復(fù)改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，以期得到滿意的控制過程和整定參數(shù)。以下是離散算法： })]1()([)()({)(u0?? ?????njdip neneTTjeTTneKn () ipi TTKK ? ， TTKK dpd ? ， )1()()( ???? nenene 代換之后變?yōu)椋? ?? ????nj dip neKjeKneKnu 0 )()()()( () PID 調(diào)節(jié)器的參數(shù)直接影響到系統(tǒng)的性能。為了達(dá)到無擾動(dòng)切換，在轉(zhuǎn)變到自動(dòng)控制前，必須用手動(dòng)方式把當(dāng)前輸出值填入回路表中。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取 sTTT oisi ???? 。 （ 3）校驗(yàn)小時(shí)間常數(shù)的近似處理是否滿足條件oisci TT131?? 。 計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的電路參數(shù) 按所用運(yùn)算放大器，取 ?? KR 200 ，各電阻和電容值計(jì)算如下： ????? KRKR nn 8 ，取 ?K280 ； () FRC nnn ?? 3 ???? ，取 F? ； () FRTC oion ? 30 ?????? ，取 F?2 。 按轉(zhuǎn)速環(huán) (ASR)退飽和重新計(jì)算超調(diào)量 當(dāng) h=5 時(shí)， %%m ax ??kbCC ；而 m in/ rC RIneNN ????? ，因此， 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 ? ? %10% 01 73 %%% *ma x ??????????????????? ?? ?mnNbn TTnnZCC ??能滿足設(shè)計(jì)要求。 D/A 轉(zhuǎn)換器分辨率為 12 位，是完全可以滿足輸出控制要求的。 三相全控橋式整流電路由三對(duì)串聯(lián)的晶閘管組成，將三相交 流電變換成直流電，供給直流電動(dòng)機(jī)。 電流信號(hào)一般采用電流互感器或霍爾傳感器來測量。）該瞬時(shí)電壓與初級(jí)繞組瞬時(shí)電流是線性關(guān)系。 價(jià)格 50100 元。光柵傳感器將角位移轉(zhuǎn)換成電脈沖，由計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)脈沖的個(gè)數(shù)，每轉(zhuǎn) 能檢測到的脈沖的多少將直接影響角位移的分辨精度。它具有體積小、使用方便、測量精度高等特點(diǎn)，常與直流電機(jī)配合使用構(gòu)成脈寬調(diào)速系統(tǒng)。 調(diào)用函數(shù)子模塊中的創(chuàng)建任務(wù)、創(chuàng)建通道、時(shí)鐘控制、讀取數(shù)據(jù)及終止任務(wù)等函數(shù)。采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器位于各采集模板上 。在 CPU 中，數(shù)據(jù)的傳送速度是納秒級(jí)的，而外圍設(shè)備的速度則是毫秒級(jí)的，最快是微秒級(jí)的，兩者相差懸殊。 廣義指令由一條訪管指令和若干個(gè)參數(shù)組成，訪管指令的地址碼部分實(shí)際上是這條訪管指令要調(diào)用的管理程序入口地址。 CPU 響應(yīng)這個(gè)中斷請(qǐng)求后，第二次進(jìn)入操作系統(tǒng)，調(diào)用管理程序?qū)斎胼敵鲋袛噙M(jìn)行處理。 圖 33 系統(tǒng)輸入輸出框圖 程 序 輸 入 設(shè) 備 計(jì)算機(jī) 數(shù)字控 制設(shè)備 輸 出 設(shè) 備 可編程控制器 主軸控制單元 主軸電機(jī) 機(jī) 床 進(jìn)給電機(jī) 位 置 檢測器 主軸控制單元 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 采集時(shí)序控制電路 在每個(gè)獨(dú)立采集模板的采集電路中 ，包含一個(gè) AD684 和 AD7821，可以同時(shí)采集 4 路信號(hào)。同時(shí)根據(jù)采集方式設(shè)置產(chǎn)生 SHC2。在正交采樣時(shí)，對(duì) NSH 整形產(chǎn)生 SHC1，對(duì) OSH 整形產(chǎn)生 SHC2， SHC2比 SHC1 延遲 1/4 個(gè)采樣周期，在前面模板采集電路結(jié)構(gòu)中，正交采樣時(shí)，將兩路蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 信號(hào)合并作為一路正交信號(hào)，這樣，最多可正交采樣 16 路信號(hào)。 來自體統(tǒng)母線的三相交流電經(jīng)斷路器通過整流變壓器向晶閘管供電，為了減少高次諧波對(duì)電網(wǎng)的不良影響，變壓器采用 △ /Y 接法，整流主電路采用三相全橋式整流電路。 晶 閘管的過壓保護(hù) 晶閘管設(shè)備在運(yùn)行過程中，會(huì)受到由交流供電電網(wǎng)進(jìn)入的操作過電壓和雷擊過電壓的侵襲。采用性能良好的驅(qū)動(dòng)電路，可使電力電子 器件工作在較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時(shí)間，減小開關(guān)損耗，對(duì)裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。稱寬脈沖觸發(fā)；另一種是在觸發(fā)某一號(hào)晶閘管的同時(shí)給前一號(hào)晶閘管補(bǔ)發(fā)一個(gè)脈沖，相當(dāng)于用兩個(gè)窄脈沖等效代替一個(gè)寬脈沖，稱為雙脈沖觸發(fā)。15V 直流電源向所有需要直流電源的各控制單元供電，它由整流、濾波、穩(wěn)壓三個(gè)部分組成。 S7200 系列屬于整體式小型 PLC，這種 PLC 將 CPU 模塊、 I/O 模塊和電源裝在一個(gè)箱形機(jī)殼內(nèi)，用于代替繼電器的簡單控制場合，也可用于復(fù)雜的自動(dòng)化系統(tǒng)。 PLC 用戶軟件的設(shè)計(jì)要基于產(chǎn)品提供的某一編程語言。電流環(huán)的輸出 Uk 送至數(shù)字蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 觸發(fā)器獲得移相控制角 α去觸發(fā)晶閘管。 前面已經(jīng)討論了轉(zhuǎn)速給定、轉(zhuǎn)速反饋、電流反饋電壓與 PLC 的輸入聯(lián)接問題。系統(tǒng)軟件包括監(jiān)控程序、編譯程序、診 斷程序等，主要用于管理全機(jī)，將程序語言翻譯成機(jī)器語言，診斷機(jī)器故障。本設(shè)計(jì)采用橋式整流電路，其主要特點(diǎn)如下：輸出電壓高，紋波電壓小，管子所承受的最大反向電壓較低，電源變壓器充分利用效率高。 KC04 器件輸出兩路相差 l80176。 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 驅(qū)動(dòng)電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔 離環(huán)節(jié)。 晶閘管元件承受的正反向峰值電壓通常按變壓器副邊線電壓的 2 倍選取 VU PR )( ?????? () 式中 , 為考慮到電網(wǎng)電壓波動(dòng)等因素添加的系數(shù)。再一種則是采用電子保護(hù)電路，檢測設(shè)備的輸出電壓或輸入電流，當(dāng)輸出電壓或輸入電流超過允許值時(shí)，借助整流觸發(fā)控制系統(tǒng)使整流橋短時(shí)內(nèi)工作于有源逆變工作狀態(tài)，從而抑制過電壓或過電流的數(shù)值。它的輸入信號(hào)可以是不同量程的電壓或電流。 采集電路提供了一個(gè)采集狀態(tài)口，工作程序可讀取狀態(tài)口了解采集過程的當(dāng)前狀態(tài)。定時(shí)器時(shí)鐘使用控制時(shí)鐘 CLK，頻率為 5MHz； G 門控制信號(hào)用于控制采集過程的開始和結(jié)束。 PLC 輸出模塊用來送出可編程控制器運(yùn)算后得到 的信息，并通過機(jī)外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場的各類控制。 （ 2） 數(shù)據(jù)傳輸 通道處理機(jī)執(zhí)行 CPU 為它組織的通道程序，完成指定的數(shù)據(jù)輸入輸出工作。 接口部件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，不同的輸入輸出方式，不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，都影響接口部件的組成。 （ 1） I/O 系統(tǒng)的基本功能 ① 為信息的傳輸操作選擇設(shè)備； 采集 電路