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基于plc的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計(完整版)

2024-07-30 18:50上一頁面

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【正文】 限制,電動機(jī)的勵磁電流If和磁通量Φ只能在低于其額定值的范圍內(nèi)調(diào)節(jié),故只能弱磁調(diào)速。采用專用集成驅(qū)動電路,本設(shè)計選用湯姆森公司的UAA4002型產(chǎn)品。 選題背景及論文主要內(nèi)容 選題背景在現(xiàn)代工業(yè)中,為了實現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過程的要求,需要采用各種各樣的生產(chǎn)機(jī)械,這些生產(chǎn)機(jī)械大多采用電動機(jī)拖動。它接口容易,編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。在應(yīng)用軟件中,應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序,使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。我國市場上流行的有如下幾家PLC產(chǎn)品:  施耐德公司,包括早期天津儀表廠引進(jìn)莫迪康公司的產(chǎn)品,目前有Quantum、Premium、Momentum等產(chǎn)品;  羅克韋爾公司(包括AB公司)PLC產(chǎn)品,目前有SLC、Micro Logix、Control Logix等產(chǎn)品;  西門子公司的產(chǎn)品,目前有SIMATIC S7400/300/200系列產(chǎn)品;  GE公司的產(chǎn)品;日本歐姆龍、三菱、富士、松下等公司產(chǎn)品[6]。70年代以來,國際上電力電子技術(shù)突飛猛進(jìn),推出了新一代的開和關(guān)都能控制的“全控式”電力電子器件,如門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、大功率晶體管(GTR)、場效應(yīng)晶閘管(PMOSFET)等,自從全控型電力電子器件問世以后,就出現(xiàn)了采用脈沖寬度調(diào)制的高頻開關(guān)控制方式,形成了脈寬調(diào)制變換器直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng),簡稱直流脈寬調(diào)速系統(tǒng),或直流PWM調(diào)速系統(tǒng)[1][3][5][10]。從這個角度上看,可以說,現(xiàn)代電氣控制技術(shù)是強(qiáng)電與弱點相結(jié)合的技術(shù)。采用 PLC 設(shè)計的直流電動機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能有效地克服上述缺點,并且具有結(jié)構(gòu)簡單,調(diào)試修改參數(shù)方便,工作可靠,性能價格比較高的優(yōu)點。到上世紀(jì)五十年代,機(jī)組供電直流調(diào)速系統(tǒng)的控制技術(shù)發(fā)展到了巔峰的階段,也正是它的缺點暴露的最充分的時候:它的設(shè)備多、體積大、費用高、效率低、安裝須地基、運行有噪音、維修不方便等等日益稱為生產(chǎn)上的負(fù)擔(dān)。在八十年代至九十年代中期,是PLC發(fā)展最快的時期,年增長率一直保持為30~40%。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。近年來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。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。鑒于以上原因,本文對直流拖動控制系統(tǒng)進(jìn)行研究,并對系統(tǒng)進(jìn)行改造和升級。 第 2 章 直流調(diào)速系統(tǒng) 人為機(jī)械特性方程式為:式中,UN、φN——額定電樞電壓、額定磁通量;Ke、Kt——與電機(jī)有關(guān)的常數(shù);Rad、Ra——電樞外加電阻、電樞內(nèi)電阻;n0、Δn載轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速降;T—周期。所有這些要求,都可以轉(zhuǎn)化成運動控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)指標(biāo),作為設(shè)計系統(tǒng)時的依據(jù)。為了定量地分析問題,一般規(guī)定幾種性能指標(biāo),以便衡量一個調(diào)速系統(tǒng)的性能。 動態(tài)指標(biāo)運動控制系統(tǒng)在過渡過程中的性能指標(biāo)稱為動態(tài)指標(biāo),動態(tài)指標(biāo)包括跟隨性能指標(biāo)和抗擾性能指標(biāo)兩類[1][3]。實際應(yīng)用中,一般將單位階躍響應(yīng)曲線衰減到與穩(wěn)態(tài)值的誤差進(jìn)入并且不再超出允許誤差帶(通常取穩(wěn)態(tài)值的177。調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)指標(biāo)以抗擾性能為主,而隨動系統(tǒng)指標(biāo)則以跟隨性能為主。 圖 24 雙閉環(huán)控制的脈寬調(diào)速系統(tǒng)原理框圖(1) 鋸齒波發(fā)生器,如圖25,它是由兩個運算放大器組成,它們形成自激震蕩,A1輸出正負(fù)對稱的方波脈沖,A2輸出鋸齒波。為了在Uc=0時電壓比較器的輸出端得到正、負(fù)半周期脈沖寬度相等的調(diào)制輸出電壓Upwm;另一個輸入信號端是加一負(fù)的偏移電壓Ub,其值為這時Upwm如圖27a所示。 圖 28 UAA4002模塊14腳:接正電源;2腳:接負(fù)電源;9腳:接零,提供參考的電位;5腳:輸入端;3腳:封鎖端,高電位時完全封鎖輸出信號,零電位時選擇電位輸入;16腳:經(jīng)一小電阻RB接被驅(qū)動功率晶體管基極,輸出正向驅(qū)動電流IB1;1腳:經(jīng)一小電感L接驅(qū)動功率晶體管基極,輸出反向基極關(guān)斷電流IB2。tonmax保是一重要保護(hù)。這里著重分析雙極式H型PWM變換器。 第2階段,在ton≤ t T期間,ub2 、 ub3為正,VT2和VT3導(dǎo)通,ubl 、ub4為負(fù),使VTl和VT4保持截止。電動機(jī)停止時的微振交變電流可以消除靜摩擦死區(qū)。 圖 212 雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 ,并對各種負(fù)載下的開關(guān)損耗進(jìn)行計算,從而得出總損耗最小的最佳開關(guān)頻率。 電流、轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)根據(jù)自動控制原理,轉(zhuǎn)速反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的系統(tǒng),只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差,它就會自動產(chǎn)生糾正偏差的作用。所以引入電流負(fù)反饋就能保持電流基本不變,使它不超過允許值。2) 對電網(wǎng)電壓的波動起及時抗擾的作用。于是開關(guān)周期。(3)。第I階段是電流上升階段。在這一階段中,ASR很快進(jìn)入并保持飽和狀態(tài),而ACR一般不飽和。轉(zhuǎn)速超調(diào)后,ASR輸入偏差電壓變負(fù),使它開始退出飽和狀態(tài),Ui*和Id很快下降。 PLC系統(tǒng)的4個主要的部分說明如下[16][17]: (CPU)。 。PLC控制的實際系統(tǒng)可以距CPU及其I/0模塊幾百米之遠(yuǎn)。 :除非使能模擬量濾波,否則PLC在掃描周期中不會刷新模擬量輸入值。(2)執(zhí)行邏輯控制程序 在掃描周期的執(zhí)行程序階段,CPU從頭至尾執(zhí)行應(yīng)用程序,在程序或中斷服務(wù)中,直接I/O指令允許用戶對I/O點直接進(jìn)行存取。 圖 31 PLC的設(shè)計流程圖 PLC的硬件設(shè)計的一般步驟 [2][17][6] 選擇PLC機(jī)型應(yīng)從性能結(jié)構(gòu)、I/O點數(shù)、存儲容量以及特殊功能等方面來綜合衡量。 用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān),如I/O點數(shù)、控制要求、運算處理、程序結(jié)構(gòu)等。 編制應(yīng)用程序就是根據(jù)設(shè)計的程序流程圖逐條地編寫控制程序,這是整個程序設(shè)計工作的核心部分。1. BFM內(nèi)部含義0 通道初始化,缺省值為H0000;1~4 存放通道1~4的采樣值,用于求平均值;5~8 存放四個通道的平均輸入采樣值;9~12 每個輸入通道當(dāng)前值存放;13~14 保留;15 用于選擇AD轉(zhuǎn)換速度:0為正常速度,15ms;如為1,則選擇高速,6ms;16~19 保留;20 復(fù)位到缺省值預(yù)設(shè),缺省值為0;21 禁止調(diào)整偏移量、增益值,缺省值為0;22 偏移、增益調(diào)整:G4O4G3O3G2O2G1O1;23 偏移值,缺省值為0;24 增益值,缺省值為5000;25~28 保留;29 錯誤狀態(tài);30 識別碼:K2010;31 不能使用;2. BFM說明 1)0,1~4,20~24中的數(shù)據(jù)可通過TO指令改寫,其它的BFM內(nèi)的數(shù)據(jù)可以使用PLC的FROM指令讀寫。FX2N2DA模塊共有32個緩沖存儲器,但是只使用了下面兩個:BFM 16的低8位用于寫入輸出數(shù)據(jù)的當(dāng)前值,高8位保留。2. PWM變換器選擇PWM變換器有可逆和不可逆兩類。整流橋輸出端所并接的電容作用濾除整流后的電壓紋波,并在負(fù)載變化時保持電壓平穩(wěn)。 PLC硬件設(shè)計本設(shè)計選用日本三菱公司的FX2N系列的FX2N16MT的CPU,其中的16是輸入輸出點的總點數(shù);M是單元類型中的基本單元;T為輸出形式中的晶體管輸出。(3)電流反饋值。梯形圖由觸點、線圈和方框表示的功能塊組成。在未來的人生道路上我將盡我所能不辜負(fù)他們的期望。參考文獻(xiàn)(主要及公開發(fā)表的文獻(xiàn))[1] 陳伯時. 電力拖動自動控制系統(tǒng)—運動控制系統(tǒng)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003. 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