【正文】 .................................................................... 15 PWM調(diào)速系統(tǒng)的主要參數(shù) ....................................................................... 21 雙閉環(huán)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng) .................................................................................. 23 電流、轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié) ............................................................................... 23 設(shè)計中的調(diào)節(jié)器計算 ............................................................................... 24 雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的起動過程 .............................................................. 29 第 3 章 現(xiàn)代 PLC 控制技術(shù) .......................................... 31 PLC的組成和分類 ............................................................................................. 31 PLC的工作原理 ................................................................................................. 31 PLC電機控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容和步驟 .......................................................... 33 PLC的硬件設(shè)計的一般步驟 ..................................................................... 33 PLC軟件設(shè)計的一般步驟 ......................................................................... 34 設(shè)計中用到的模塊 ................................................................................... 35 第 4 章 基于 PLC 的直流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 ............................ 37 設(shè)計任務(wù) .......................................................................................................... 37 脈寬調(diào)制系統(tǒng)特有部分設(shè)計 .............................................................................. 37 PLC硬件設(shè)計 .................................................................................................... 38 PLC 軟件設(shè)計 ................................................................................................... 40 結(jié)束語 ............................................................. 43 致謝 ............................................................... 44 參考文獻(xiàn)（主要及公開發(fā)表的文獻(xiàn)） .................................... 2 附錄 ................................................................ 4 5 第 1 章 引 言 傳統(tǒng)直流電動機雙閉環(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，實現(xiàn)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行。直流電機變壓和弱磁調(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、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及 建造的周期大為縮短，同時維護(hù)也變得容易起來。上述這些不通的工業(yè)要求，都是靠電動機及其控制系統(tǒng)和機械傳動裝置實現(xiàn)的。 visio 2020 軟件對相關(guān)電路進(jìn)行設(shè)計、繪制。改變電樞電壓可通過多種途徑實現(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、制動的設(shè)備要求盡快地加、減速，縮短起、制動時間，以提高生產(chǎn)率；對不宜經(jīng)受劇烈速度變化的生產(chǎn)機械，則要求起、制動盡量平穩(wěn)。 （ 2）靜差率 S 當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運行時，負(fù)載由理想空載變到額定負(fù)載時所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落 Δ nnom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。 ts 調(diào)節(jié)時間又稱過渡過程時間，它衡量系統(tǒng)整個動態(tài)響應(yīng)過程的快慢。 5%（或177。電動機 M的轉(zhuǎn)速 n由測速發(fā)電機 TG測量，速度反饋信號Un 與速度給定電壓 Um* 同時加在速度調(diào)節(jié)器 ASR的輸入端，構(gòu)成調(diào)速系統(tǒng)的速度外環(huán)。它的輸入端有三個信號，除 Uc外，還有調(diào)制信號 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引線雙列直插式集成電路，是由法國湯姆森半導(dǎo)體公司研制和生產(chǎn)。 8腳 :最大導(dǎo)通時間整定端。 （三）脈寬調(diào)制變換器 [1][3][4][5][10] 可逆 PWM變換器主電路的結(jié)構(gòu)有 H型， T型等類型，本論文主要討論的是常用的H型變換器，它是由 4個電力晶體管和 4個續(xù)流二極管組成的橋式電路。 (b) 反向運行，如圖 211 所示 第 1 階段，在 0≤ tton期間， ub2 、 ub3為負(fù)， VT2 和 VT3 截止， VD1， VD4 續(xù)流，并鉗位使 VT1 和 VT4 截止。但是這個交變電流使電動機產(chǎn)生高頻微振，可以消除電動機正、反向切換時的靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動力潤滑”的作用，有利于快速切換。 PWM調(diào)速系統(tǒng)在電流連續(xù)情況下的電流脈動與轉(zhuǎn)速脈動進(jìn)行分析，得到 sld ITTi )1( ?? ??? (22) oslm TT T ???? 812）（ ??? （ 23） 當(dāng)ρ =，脈動量達(dá)最大 sld ITTi 4max ?? (24) lmosTTT322max ?? ?? (25) 對雙極式可逆 PWM調(diào)速系統(tǒng)在電流連續(xù)情況下的電流脈動與轉(zhuǎn)速脈動進(jìn)行分析，得到 sld IT Ti 2 )1(2???? (26) lmos TTT16 2max ?? ?? (27) sld ITTi 2max ?? (28) PWM變換器合起來可以看成是一個滯后環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)在滿足 Tc 31??時，可近似為 1)( ?? TsKsW PW MPW M (29) 求出脈寬調(diào)制變換器的傳遞函數(shù)后 ，便可畫出雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖[8]。 （ 5）功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率高。所以系統(tǒng)中必須有自動限制電樞電流的環(huán)節(jié)。 3）其輸出限幅值決定電動機允許的最大電 流。 ????? ss ??? nomss I I? 晶體管放大區(qū)的時間常數(shù)為 ssfT ce ?? ? 12 1 6 ????? 電流上升時間 rt 的計算公式為 1?? k kTtcer 式中 ?1k晶體管導(dǎo)通時的過飽和驅(qū)動系數(shù)，一般取 2~ ?k ，本例中 1k 取2，則 ssk kTt cer ?? 1 1 ????? 電流下降時間 ft 的計算公式為 2 1ln kkTt cef ??? 式中 2k —— 晶體管截止時的負(fù)向過驅(qū)動系數(shù)，一般取 2~12 ?k 。 （二）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計 [2][9] 1. 確定時間常數(shù) （ 1）電流環(huán)等效時間常數(shù)為 sTi ??。 雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的起動過程 圖 213 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的轉(zhuǎn)速和電流波形 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓 Un*由靜止?fàn)顟B(tài)啟動時，轉(zhuǎn)速和電流的動態(tài)啟動過程如圖 213所示。由于機電慣性的作用，轉(zhuǎn)速不會很快增長，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR的輸入偏差電壓Δ Un=Un*Un的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值 Uim*，強迫電樞電流 Id迅速上升。 第Ⅲ階段（ t2以后）是轉(zhuǎn)速 調(diào)節(jié)階段。固定式 PLC包括 CPU 板、 I/0板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。將交流電 (AC)轉(zhuǎn)化為直流電 (DC)。輸入模塊有一些輸入端子，由傳感器通過這些端子來激活執(zhí)行繼電器、電磁線圈、各種靜態(tài)開關(guān)設(shè)備、電機和顯示屏。在一個掃描周期中， PLC將執(zhí)行部分或全部下列操作 [16][17]。 不要對在模擬量字中傳遞數(shù)字信息或報警指示的模塊使用模擬量濾波。模擬量 輸出直接刷新，與掃描周期無關(guān)。 除了 I/O點數(shù)之外，還要考慮 I/O模塊的工作電壓以及外部接線方式。 程圖 明確生產(chǎn)工業(yè)要求，分析各輸入、輸出與各種操作之間的邏輯關(guān)系確定需要 檢測的量和控制方法的基礎(chǔ)上，可根據(jù)系統(tǒng)中各設(shè)備的操作內(nèi)容和操作順序，畫 出系統(tǒng)控制的流程圖，用于清楚的表明動作的順序和條件。 FX2N4AD內(nèi)部有 32個 16位的緩沖寄存器 (BMF用于與主機交換數(shù)據(jù)。 （二） 模擬量輸出模塊 FX2N2DA[6][15] FX2N2DA模塊將 12位數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬量電壓或電流輸出。 脈寬調(diào)制系統(tǒng)特有部分設(shè)計 脈寬調(diào)制器用于生產(chǎn)控制 PWM 變換器的功率器件通斷的 PWM 信號。并接在功率開關(guān)管兩端二極管用于在 電力晶體管關(guān)斷時為電樞回路提供釋放電感儲 能 的 續(xù) 流 ， 參數(shù) 計 算 同 功率 管 ， 選 用 10CTF30 型 電力 二 極 管 ，VUAI RMF 3 0 0,10 ?? 。 考慮電動機可逆運行，故選用全控式電力晶體管 GTR 構(gòu)成 H 型雙極性控制 PWM 變換器。 37 第 4 章 基于 PLC 的直流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 設(shè)計任務(wù) 設(shè)計一基于 PLC 的控制電路為電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)、主電路為直流脈寬調(diào)速 的可逆直流