【正文】 .......................17 速度檢測(cè)部分 ..........................................................................................18 數(shù)據(jù)采集模塊 .....................................................................................................19 PLC 輸入 /輸出端口 ..................................................................................20 用于 PLC 的輸入 /輸出模塊 .......................................................................22 采集時(shí)序控制電路 ...................................................................................23 正交采用 .................................................................................................23 模塊量混合模塊 EM235............................................................................24 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 晶閘管 —電動(dòng)機(jī)電路設(shè)計(jì) ....................................................................................24 整流變壓器的設(shè)計(jì) ...................................................................................24 晶閘管的保護(hù) ..........................................................................................24 晶體管驅(qū)動(dòng)、觸發(fā)電路的設(shè)計(jì) .............................................................................25 驅(qū)動(dòng)電路原理 ..........................................................................................25 觸發(fā)電路原理 ..........................................................................................26 穩(wěn)壓電源 ............................................................................................................26 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) ............................................................................................................27 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)方案 ..............................................................................................27 主程序設(shè)計(jì) .........................................................................................................27 速度初始化子程序 ..............................................................................................28 轉(zhuǎn)速檢測(cè)子程序 ..................................................................................................30 電流檢測(cè)子程序 ..................................................................................................30 PID 控制子程序 ..................................................................................................31 電流環(huán)及轉(zhuǎn)速換子程序 .......................................................................................32 結(jié) 論 ............................................................................................................................34 致 謝 ............................................................................................................................36 參 考 文 獻(xiàn) ...................................................................................................................37 附錄 A 譯文 .................................................................................................................38 基于 PLC 直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) ......................................................................38 附錄 B 外文 原文 ...........................................................................................................52 附錄 C 程序清單 ...........................................................................................................70 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1章 緒論 直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。但因直流電動(dòng)機(jī)具有寬廣的調(diào)速范圍，平滑的調(diào)速特性，較高的過(guò)載能力和較大的起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此被廣泛地應(yīng)用于調(diào)速性能要求較高的場(chǎng)合。它通常采用三相全控橋式整流電路對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行供電，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬元件，如晶體管、各種線性運(yùn)算電路等，在一定程度上滿足了生產(chǎn)要求。之所以選擇用 PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制思想，是因?yàn)?PLC有較高的易操作性，它具有編程簡(jiǎn)單，操作方便，維修容易等特點(diǎn)。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)如圖 21 所示。 采用雙 PI調(diào)節(jié)器，動(dòng)靜態(tài)性能好，抗擾性能佳。如果用戶要求在負(fù)載一定的條件下，電機(jī)以最短的時(shí)間起動(dòng)，即以最大的等加速度起動(dòng)，可把積分環(huán)節(jié)去掉，模塊所留出的 2個(gè)端口作為電流環(huán)和速度環(huán)的輸出限幅，調(diào)節(jié)電流的輸出限幅，改變電機(jī)的最大起動(dòng)電流，獲得理想的過(guò)度過(guò)程。 圖 22 直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性 對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好，其機(jī)械特性如圖 22 所示改變電阻時(shí)，轉(zhuǎn)速 n 隨電樞電壓的降低而降低，但機(jī)械特性的斜率保持不變；改變電阻只能有級(jí)調(diào)速；弱 磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓調(diào)速方案，在基速以上作小范圍的升速。 PID 控制器問(wèn)世至今已有近 60 年的歷史了，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制主要和可靠的技術(shù)工具。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。 增大微分時(shí)間 D 有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使系統(tǒng)超調(diào)量減小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制能力減弱。 如果在上述調(diào)整過(guò)程中對(duì) 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程反復(fù)調(diào)整還不能得到滿意的結(jié)果，則可以加入微分環(huán)節(jié)。在高性能的調(diào)速系統(tǒng)中，有時(shí)僅僅靠調(diào)整 PID 參數(shù)難以同時(shí)滿足各項(xiàng)靜動(dòng)態(tài)性能的指標(biāo)。 PID指令對(duì)回路表中的值進(jìn)行下列動(dòng)作，以保證當(dāng)使能位正跳變出現(xiàn)時(shí)，從手動(dòng)方式無(wú)擾動(dòng)切換到自動(dòng)方式： 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 置給定值 （ SPn)過(guò)程變量 （ PVn） 置過(guò)量變量前值 （ PVn1） 過(guò)程變量現(xiàn)值 （ PVn） 置積分項(xiàng)前值 （ MX） 輸出值 （ Mn） PID使能位的默認(rèn)值是 1，在 CPU啟動(dòng)或從 STOP方式轉(zhuǎn)到 RUN方式時(shí)建立。 確定將電流環(huán)設(shè)計(jì)成何種典型系統(tǒng) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求電流超調(diào)量 %5?i? ，保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)差，可按典型 I 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。 現(xiàn)在ciois sTT ????? ? 131131，滿足近似條件。 () 校驗(yàn)近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率 11 ?????? sKK nNN ??? 。 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第 3章 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 總體結(jié)構(gòu) 圖 31 為控制系統(tǒng) 總體結(jié)構(gòu)圖 ，表示了系統(tǒng)的基本組成電路和各部分之間的主要關(guān)系，箭頭表示信息的流向。 D/A 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，輸出 0~10V 模擬電壓給晶閘管觸發(fā)板的電壓輸入端。晶閘管觸發(fā)板控制 6 只晶閘管觸發(fā)脈沖的移相，改變每周期內(nèi)晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，從而調(diào)節(jié)輸出直流電壓的平均值，進(jìn)而調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。 電流互感器 電流互感器就是初次級(jí)繞組通過(guò)鐵芯進(jìn)行電磁耦合，初次級(jí)電流比與匝比相同。對(duì)該電壓（ mV 級(jí)）進(jìn)行放大輸出，就是跟蹤輸出型直檢式霍爾電流傳感器，也可以轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。 綜上，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中電流檢測(cè)的應(yīng)該選用的方法是用電流互感器作為電流反饋信號(hào)的檢測(cè)器。整形電路使脈沖信號(hào)升沿符合輸入采樣要求，放大電路使脈沖信號(hào)電平符合 PLC 高速計(jì)數(shù)輸入電平的要求，高電平不低于 15V。增量式光電編碼器輸出的是與轉(zhuǎn)角成比例的增量脈沖信號(hào)，可以通過(guò)脈沖計(jì)數(shù)獲得角位置信號(hào)，也可以定時(shí)取樣脈沖數(shù)的增量實(shí)現(xiàn)角速度測(cè)量。其中讀取數(shù)據(jù)部分放在一個(gè) 循環(huán)中 ， 設(shè)置和終止 任務(wù)放在循環(huán)的外面，這樣就避免了在同一個(gè)任務(wù)中重復(fù)設(shè)置占用內(nèi)存 ； 在前面板上設(shè)置合適的采樣通道、采樣率、采樣點(diǎn)數(shù)以及輸入 范圍 的最大值最小值 。 PLC 輸入 /輸出 端口 I/O 系統(tǒng)的功能與組成 接口是兩個(gè)系統(tǒng)或兩個(gè)部件之間的相交接部分，可以是兩種硬件設(shè)備之間的連接電路，也可以是兩個(gè)軟件之間共同的邏輯邊界。 CPU 中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)是并行傳輸?shù)?，并且有?biāo)準(zhǔn)的電位要求，而外 圍設(shè)備因其種類的不同，其數(shù)據(jù)的傳輸方式有串行的，有并行的，還有串并行的。當(dāng)用戶程序執(zhí)行到要求進(jìn)行輸入輸出操作的訪管指令時(shí)，產(chǎn)生自愿訪管中斷請(qǐng)求。如果是正常結(jié)束，管理程序進(jìn)行必要的登記等工作；如果是故障、錯(cuò)誤等異常情況，則進(jìn)行例外情況處理。 4 路信號(hào) V0~V3在采集控制信號(hào) SHC1和 SHC2的控制下進(jìn)行同時(shí)采樣，并在采樣保持后由 A/D 轉(zhuǎn)換器分時(shí)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，同時(shí)保存在存儲(chǔ)器中。 ADC 信號(hào)與采集時(shí)序進(jìn)行同步，經(jīng)整形后產(chǎn)生 A/D 轉(zhuǎn)換的自動(dòng)脈沖 A/D START。 A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖由 SHC2 同步。當(dāng)晶閘管的陽(yáng)極和陰極之間 成 正向電壓并且門極加觸發(fā)信號(hào)晶閘管導(dǎo)通，并且去掉門極的觸發(fā)信號(hào)晶閘管依然維持導(dǎo)通。同時(shí)，設(shè)備自身運(yùn)行中以及非正常運(yùn)行中也有過(guò)電壓出現(xiàn)。另外，對(duì)電力電子器件或整個(gè)裝置的一些保護(hù)措施也往往就近設(shè)在驅(qū)動(dòng)電路中，或者通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，這使得驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)更為重要。 隨著工業(yè)自動(dòng)化、集成化的不斷發(fā)展，現(xiàn)在市場(chǎng)中已有多種型號(hào)的六脈沖觸發(fā)集成電路，并得到了廣泛的應(yīng)用。 整流電路的任務(wù)是將交流電