【正文】 調(diào)速系統(tǒng)。 3） =0時(shí)設(shè)定輸入范圍為 10~10V， =1時(shí)，設(shè)定輸入范圍為 4m A~20mA,=2時(shí)，設(shè) 定輸入范圍為 20~20mA， =3時(shí)關(guān)斷通道。目前編程軟件 大多可在梯形圖和助記符之前相互切換，這樣對(duì)設(shè)計(jì)者來說比較方便。 除了開關(guān)信號(hào)外，工業(yè)控制中還要對(duì)溫度、壓力、流量等過程變量以及運(yùn)動(dòng) 控制變量進(jìn)行檢測(cè)和控制。 要估算 PLC電機(jī)控制系統(tǒng)所需要的 I/O點(diǎn)數(shù)。中斷程序并不作為正常掃描周期的一部分來執(zhí)行，而是當(dāng)中斷事件發(fā)生時(shí) 才執(zhí)行。當(dāng)程序中訪問 模擬量輸入時(shí)使用濾波值。當(dāng) PLC處于運(yùn)行 模式時(shí)， CPU執(zhí)行程序 。手持 終端、工業(yè)終端和 PC都可以作為編程器 /監(jiān)視器。它是進(jìn)行數(shù)學(xué)和邏輯操作的計(jì)算中心。直到 Id=Idl時(shí)，轉(zhuǎn)矩 Te=TL，則 dn/dt=0，轉(zhuǎn)速 n才到達(dá)峰值（ t=t3時(shí)）。在這一階段中， ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流給定 Uim*下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流 Id恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。第Ⅲ階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段[1][3][4]。 （ 2） 要求oni TT?? 2 131? ，現(xiàn) 11 0 0 1312 131 ?? ????? ssTT oni＞ ? 。 （ 3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù) msTTToiP W Mi ????。 4）當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，應(yīng)該在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即 分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋，二者之間實(shí)行嵌套（或串級(jí)）聯(lián)接，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制脈寬調(diào)速器。 直流電動(dòng)機(jī)全電壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，如果沒有限流措施，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，這不僅對(duì)電動(dòng)機(jī)不利，對(duì)過載能力低的電力電子器件來說也不利。 脈寬調(diào)制變換器 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)，或直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)， PWM 在很多方面有較大優(yōu)越性 [1][3]： （ 1）主電路線路簡(jiǎn)單，需用的功率器件少。低速平穩(wěn)性好，可達(dá)到很寬的調(diào)速范圍。因此其平均電壓 Ud 計(jì)算公式為： ssonsonond UUTtUT tTTtU )12()12()( ??????? ? 式中 a 一 ton/T 為 PWM 波形的占空比； 由上式可知，電樞繞組所受的平均電壓取決于占空 比 α 的大小，當(dāng) α =0 時(shí)，Ud=Us，電動(dòng)機(jī)反行，且速度最大；當(dāng) α =1 時(shí)， Ud=Us，電動(dòng)機(jī)正行，且速度最 21 大 。組內(nèi)兩器件 VTl， VT4 同時(shí)導(dǎo)通或關(guān)斷，兩組間的器件 VTI， VT4 和VT2， VT3 則是交替的導(dǎo)通和關(guān)斷，其柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)規(guī)律為 ub1 =ub4， ub2=ub3=ub1。它經(jīng)一電阻 RSD接零，從而整定退飽和保護(hù)閡值； 12腳 :功率晶體管集電極電流限制端。它經(jīng)一電阻 RT接零，從而整定 tonmin，在 1~12181。 當(dāng) Uc0時(shí)，輸入端合成電壓被降低，正的寬度減小，鋸齒波過零時(shí)間后移， 17 經(jīng)倒相，得到正半波比負(fù)半波寬的輸出信號(hào)（圖 27c）。 ++A1++A2Rb a l 4Rb a l 3R1R2R3R4R5CV Z1V Z2RPαXUo 2 圖 25 鋸齒波發(fā)生器 （二）脈寬調(diào)制器 [4] 這是最關(guān)鍵的部件，它是將輸入直流控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成為與之成比例的方波電壓信號(hào)，以便對(duì)電力晶體管進(jìn)行控制，從而得到希望的方波輸出電壓。圖 23是脈寬調(diào) 制型調(diào)速系統(tǒng)原理圖和波形圖。2% ）所需的最小時(shí)間定義為調(diào)節(jié)時(shí)間。對(duì)于不同變化方式的給定信號(hào)，其輸出響應(yīng)不一樣。例如，調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)調(diào)速范圍和靜差率，位置隨動(dòng)系統(tǒng)的定位精度和速度跟蹤精度，張力控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)張力誤差等等。在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分檔（有級(jí)）地或 者平 11 滑（無級(jí)）地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。由于Φ =F(If),當(dāng)改變勵(lì)磁電流 If時(shí)，可 以改變磁通量Φ的大小，從而達(dá)到改變磁通調(diào)速的目的。 論文的主要內(nèi)容 本文是 設(shè)計(jì)一個(gè)基于 PLC 的控制電路為電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)、主電路為雙極性可逆 H形直流脈寬調(diào)速的可逆直流調(diào)速系統(tǒng)。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 4. 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。此外， PLC 帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。目前全世界有 200多廠家生產(chǎn) 300多品種 PLC 產(chǎn)品，主要應(yīng)用在汽車（ 23%）、糧食加工（ %）、化學(xué) /制藥（ %）、金屬 /礦山（ %）、紙漿 /造紙（ %）等行業(yè)。 1957年，可控的半導(dǎo)體器件 晶閘管問世，由它組成的靜止式可控整流裝置無論在運(yùn)行性能上還是在可靠性上都具有明顯的優(yōu)勢(shì)， 60年代成了晶閘管的時(shí)代，這種靜止式變流裝置供電的直流調(diào)速系統(tǒng)稱為晶閘管 電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱 VM系統(tǒng)）。 直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展史概述 電機(jī)調(diào)速的發(fā)展與電力電子技術(shù)的發(fā)展是不可分離的，電機(jī)調(diào)速和電力電子技術(shù)相互結(jié)合，相互促進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代的電氣傳動(dòng)控制：一弱點(diǎn)檢測(cè)、判斷并發(fā)出控制信息，用強(qiáng)電來執(zhí)行控制的使命。但由于繼電器，集成運(yùn)算放大器，電氣元件的老化易出故障而損壞，而且結(jié)線復(fù)雜，使其工作可靠性較差。對(duì)調(diào)速性能要求再高時(shí)，則引入電機(jī)型放大器、磁放大器、電子放大器等放大裝置進(jìn)行反饋控制。隨著集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已有第五代 PLC 產(chǎn)品了。例如三菱公司生產(chǎn)的 F 系列 PLC 平均無故障時(shí)間高達(dá) 30 萬小時(shí)。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。可見各種拖動(dòng)系統(tǒng)都是通過控制轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的，因直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速的特點(diǎn)，故被 廣泛的應(yīng)用在需要調(diào)速或快速正方向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中 [1]。 PLC 控制部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。 調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo) 一臺(tái) 需要轉(zhuǎn)速控制的 設(shè)備，其生產(chǎn)工藝對(duì)控制性能都有一定的要求 ，例如本文設(shè)計(jì)的調(diào)試系統(tǒng)要求穩(wěn)態(tài)無靜差，動(dòng)態(tài)過渡過程時(shí)間 ts≤ ,電流超調(diào)量i? %≤ 5%，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量 n? %≤ 10%。 以上三個(gè)方面有時(shí)都須具備，有時(shí)只要求其中一項(xiàng)或兩項(xiàng)，其中有些方面之間可能還是相互矛盾的。 由此可見，調(diào)速范圍和靜差率這兩項(xiàng)指標(biāo)并不是孤立的，必須同時(shí)提高才有意義。原則上它應(yīng)該是系統(tǒng)從給定信號(hào)階躍變化起，到輸出量完全穩(wěn)定下來為止的時(shí)間，對(duì)于線性控制系統(tǒng)，理論上要到 才真正穩(wěn)定。 2%）范圍之內(nèi)所需的時(shí)間，定義為恢復(fù)時(shí)間 tv，其中Cb稱為抗擾指標(biāo)中輸出量的基準(zhǔn)值。電動(dòng)機(jī)的電樞電流 Ia 由電流傳感器 TA檢測(cè)，其輸出電壓 Ui 與速度調(diào)節(jié)器輸出電壓 Ui*同時(shí)加到電流調(diào)節(jié) 器 ACR 的輸入端，構(gòu)成調(diào)速系統(tǒng)的電流內(nèi)環(huán)。 控制電壓 Uc的極性與幅值隨時(shí)可變，與 Uo2相減，從而在運(yùn)算放大器 A3的輸出端得到周期不變、脈沖寬度可變的調(diào)制輸出電壓 Upwm。其端子排列與原理圖如圖 28所示。它經(jīng)一電容 CT接地。 H型變頻器在控制方式上分雙極式、單極式和受限單級(jí)式三種。電樞電流 id沿回路 4(經(jīng) VD4 和 VD1)流 通，電動(dòng)機(jī)兩端電壓 UAB = +US。 雙極式可逆 PWM 變換器的優(yōu)點(diǎn)是 :電流一定連續(xù)，可以使電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)四 象限動(dòng)行 。如圖 212所示。 （ 6）直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因素比相控整流器高。 根據(jù)反饋控制原理，要維持哪個(gè)物理量基本保持不變，就應(yīng)該引入哪個(gè)物理量的負(fù)反饋。 1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓 Ui*(即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量 )變化。本實(shí)例中2k 取 2，則 sskkTt cef ?? 1ln22 ??????? 最佳開關(guān)頻率為 HzHzttT affrlsop 262710)(1025 )( 3 663 2 ??????? ?? 開關(guān)頻率 f 選為 ，此開關(guān)頻率已能滿足電流連續(xù)的要求。 （ 2）取轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù) sTon ? 。由于在起動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個(gè)動(dòng)態(tài)過程就分成圖中標(biāo)明的 I、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)階段。直到 Id≈ Idm， Ui≈ Uim*，電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了 Id的增長，標(biāo)志著這一階段結(jié)束。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值 n*=n0時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR的輸入偏差減小到零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值 Uim*，所以電動(dòng)機(jī)仍在加速，是轉(zhuǎn)速超調(diào)。 模塊式 PLC包括 CPU模塊、 I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、地板或機(jī)架，這些模塊 可以按照一定規(guī)則組合配置。在這個(gè)過程中，電源供 應(yīng)對(duì)直流電進(jìn)行濾波和調(diào)節(jié)，以確保計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行。如果需要，可以增加能將 I/0模塊進(jìn)行遠(yuǎn)距離連接的電子系統(tǒng)。 （ 1）讀輸入 :在件個(gè)掃描周期開始， CPU會(huì)讀取數(shù)字量輸入，并將這些值寫入過程映像輸入寄存器。對(duì)于 RTD, TC和 ASI主站模塊，不能使用模擬量濾波。 33 PLC 電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和步驟 PLC電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般流程如圖 31所示。對(duì)于輸入模塊主要考慮兩點(diǎn)，一是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)與 PLC輸入模塊距離的遠(yuǎn)近來選擇工作電壓；二是高密度的輸入模塊，能允許同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)，一般不得超過總輸入點(diǎn)數(shù)的 60%.輸出模塊有繼電器、晶體管和晶閘管三種工作方式，其中繼電器輸出模塊最便宜，在輸出變化不快、開關(guān)要求不頻繁的場(chǎng)合，應(yīng)優(yōu)先選用。流程圖是編程的主要 依據(jù)，要盡可能詳細(xì)。 FX2N4AD占用 FX2N擴(kuò)展總線的 8個(gè)點(diǎn)， 耗電為 5V， 30mA。它有 2個(gè)模擬量輸出通道， 3種量程： DC 0~10V、 0~5V和 4~20mA,D/A轉(zhuǎn)換時(shí)間為 4ms/通道。脈寬調(diào)制器的種類在前面第二章的 中已經(jīng)闡述過，這里選用一個(gè)電壓 脈寬變換電路。 采用單相交流 220V 供電，變壓器二。可逆變換器又有雙極式，單極式和受限單極式等多種。 BFM 17的 b0位從“ 1”變?yōu)椤?0”時(shí)，通道 2的 D/A轉(zhuǎn)換開始； b1位從“ 1”變?yōu)椤?0”時(shí)，通道 1的 D/A轉(zhuǎn)換開始； b2位從“ 1”變?yōu)椤?0”時(shí)， D/A轉(zhuǎn)換的低 8位數(shù)據(jù)被鎖存，其余各位沒有意義。 2）在 BFM0中寫入十六進(jìn)制 4位數(shù)字 H進(jìn)行 A/D模塊通道初始化，最低位數(shù)字控制 CH1，最高位控制 CH4。梯形圖仍是目前最普遍使用的編程語言。因此，在程序設(shè)計(jì)之前，只能對(duì)用戶的存儲(chǔ) 容量進(jìn)行大致估算。一般來說，機(jī)型選擇的基本原則 應(yīng)是在功能滿足要求的情況下，保證可靠、 維護(hù)使用方面以及最佳的性能價(jià)格比。 如果在程序中使用了中斷，與中斷事件相關(guān)的中斷服務(wù)作為程序的一部分被 儲(chǔ)存。使能了模擬量濾波功能后， PLC會(huì)在每一個(gè)周期刷新模擬量，執(zhí)行濾 波功能并且在內(nèi)部存儲(chǔ)濾波值。 PLC 的工作原理 用戶程序的執(zhí)行取決于 PLC是處于停止模式還是運(yùn)行模式。編程器 /監(jiān)視器是用來同 PLC電路進(jìn)行通信的設(shè)備。它是系統(tǒng)的大腦，不斷的采集 輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程 序，刷新系統(tǒng)的輸出，包括三個(gè)子部分 : (1)微處理器。但是，只要 Id仍大于負(fù)載電流 Idl，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。 第Ⅱ階段（ t1～ t2）是恒流升速階段 ，是起動(dòng)過程中的主要階段。第Ⅱ階段是恒流升速階段。 2． ASR 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)穩(wěn)態(tài)無靜差及其他動(dòng)態(tài)指標(biāo)要求，按典 2型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)， ASR 選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 ssKW nnnsA S R ?? 1)( ?? 3．選擇 ASR 參數(shù) 取 5?h ，則 sshTnn 0 06 ?????? 22222 2 5 950 0 62 1 ?? ??????? ssTh hKnN 則 0 0 6 )1( ???? ??????? n men h a R T TChK ? 4．校驗(yàn)近似條件 11 ?? ???? ssK nN ?? （ 1） 要求?? i T51? ，現(xiàn) 11 15 1 ?? ???? ssT i＞ ? 。 脈寬調(diào)制器和 PWM 變換器的放大系數(shù)為 1048 ??? ?idP W M UUK 于是可得脈寬調(diào)制器和 PWM 變換器的傳遞函數(shù)為 )(