【正文】 變換成直流電。S7200 系列 PLC 提供多種不同 I/O 點(diǎn)數(shù)的 CPU 模塊和數(shù)字量、模擬量 I/O 擴(kuò)展模塊、熱電偶、熱電阻模塊、通信模塊等，使 PLC 的功能得到擴(kuò)展。 PLC 常采用的編程語(yǔ)言有以下幾種：梯形圖語(yǔ)言、助記符語(yǔ)言、邏輯功能圖語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。 運(yùn)行過(guò)程中系統(tǒng)自行進(jìn)行故障診斷。符合當(dāng)前編程的技術(shù)和工程理念。 PLC 的軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件（又稱(chēng)系統(tǒng)程序）和用戶(hù)軟件（又稱(chēng)應(yīng)用程序）組成。在小功率（ 1kW）整流電路中，常見(jiàn)的集中整流電路有單向半波、全波、橋式和倍壓整流電路。 可控硅移相 觸發(fā)器 KC04 電路適用于單相、三相全控橋式供電裝置中，作可控硅的雙路脈沖移相觸發(fā)。對(duì)全控型器件既要提供開(kāi)通控制信號(hào)，又要提供關(guān)斷控制信號(hào)，以保證器件按要求可靠導(dǎo)通或關(guān)斷。 過(guò)電壓保護(hù)的第二種方法是采用電子電路進(jìn)行保護(hù)。 整流變壓器的設(shè) 計(jì) 對(duì)于三相橋式整流電路，變壓器副邊相電壓： 0 )2 2 (U 2 ???? () 副邊有效電流： AI ??? () 變壓器額定視在功率 ： VAIUS 3 2 4 01010833 22 ??????? ? () 晶閘管的保護(hù) 晶閘管的保護(hù)電路，大致可以分為兩種情況：一種是在適當(dāng)?shù)牡胤桨惭b保護(hù)器件，例如， R—C 阻容吸收回路、限流電感 、快速熔斷器、壓敏電阻或硒堆等。 模塊量混合模塊 EM235 EM235 具有 4 路模擬量輸入和 1 路模擬量輸出。 采集過(guò)程中，由 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)序信號(hào)控制寫(xiě)控制信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生存儲(chǔ)器寫(xiě)信號(hào)，控制采集地址發(fā)生器產(chǎn)生的遞增的存儲(chǔ)器地址，將采集結(jié)果數(shù)據(jù)寫(xiě)入由采集地址制定的存儲(chǔ)器單元中。 3 個(gè)基本時(shí)序?yàn)?NSH， OSH 和 ADC，其中 NSH和 OSH 分別為普通采樣時(shí)序和政教采樣時(shí)序， ADC 為 A/D 轉(zhuǎn)換控制時(shí)序。 用于 PLC 的輸入 /輸出模塊 PLC 輸入模塊 用來(lái)接收生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)參數(shù)。管理程序根據(jù)廣義指令提供的參數(shù)，如設(shè)備號(hào)、交換長(zhǎng)度和主存起始地址等信息來(lái)編制通道程序，在通道程序的最后，用一條啟動(dòng)輸入輸出指令來(lái)啟動(dòng)通道開(kāi)始工作。同時(shí)能根據(jù) CPU 的控制要求，對(duì) I/O系統(tǒng)的工作進(jìn)行控制與檢測(cè)。一般來(lái)講，不同的外部設(shè)備均有其獨(dú)立的設(shè)備控制器，設(shè)備控制器需要通過(guò) I/O 接口與主機(jī)進(jìn)行聯(lián)系。 一個(gè)典型的采集系統(tǒng)由 CPU，各種輔助電路組成。 通過(guò)電阻分壓，接入 A/D轉(zhuǎn)換器 ,再接入 PLC，有的 PLC自帶 A/D轉(zhuǎn)換器，就不用外接了，使用 PLC時(shí)配用旋轉(zhuǎn)編碼器的效果更好，精度更高，成本也是最低的。 測(cè)速發(fā)電機(jī)由永久磁鐵與感應(yīng)線(xiàn)圈組成，用電樞獲取速度信號(hào)。三相分別用三個(gè)電流互感器，再經(jīng)過(guò)橋式整流及濾波后輸出直流電壓 Ui。由于輸出電壓與控制電流成正比，恒流源的穩(wěn)定性很關(guān)鍵，磁路中的剩磁對(duì)輸出有教大影響。測(cè)量精度一般為比差 177。 檢測(cè)部分 電流檢測(cè)部分 電流檢測(cè)部分是為了實(shí)現(xiàn)電流環(huán)的閉環(huán)控制，由電流互感器、二極管整流電路和 A/D 轉(zhuǎn)換電路組成。晶閘管觸發(fā)板實(shí)際上就是把觸發(fā)板電路各元器件安裝在印刷線(xiàn)路板上，實(shí)現(xiàn)以較小的信號(hào)控制功率較大的設(shè)備。 圖 31 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 CPU 主機(jī)部分 CPU222 可單機(jī)工作，也可進(jìn)行 I/O 和功能塊的擴(kuò)展。 現(xiàn)在n sT ????? ?? 15 1，滿(mǎn)足簡(jiǎn)化條件。根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取 sTon ? ； （ 3） 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)。 計(jì)算電流調(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 ii ，取 ?K50 ； () FRC iii ?? 3 ???? ，取 F? ； () FRTC oioi ? 30 ??????，取 F? 。 系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算 主電路參數(shù)計(jì)算 直流電動(dòng)機(jī)： VUN 220? 、 AIN ? 、 min/1500 rnN ? ， )m in/( 1??? rVC e ，允許過(guò)載倍數(shù) λ=； 晶閘管裝置放大系數(shù)： 30?sK ； 回路總電阻 ： R=； 時(shí)間常數(shù) ： sTl ? ， sTm ? ； 電流反饋系數(shù) ： AVIU Nim / * ?????； 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) ： )min/(150010 1* ????? rVnU Nnm?。 控制方式 S7–200的 PID回路沒(méi)有設(shè)置控制方式，只要 PID塊有效，就可以執(zhí)行 PID 運(yùn)算。 PID 模塊 PID 模塊的開(kāi)發(fā)使 PLC 具有閉環(huán)控制功能，即一個(gè)具有 PID 控制能力的 PLC蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 可用于過(guò)程控制。 首先整定比例部分。解決的辦法是使克服誤差的作用的變化要有 些 ―超前 ‖，即在誤差接近零時(shí)，克服誤差的作用就應(yīng)該是零。 對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱(chēng)這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱(chēng)有差系統(tǒng)。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象﹐或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)的參數(shù)的時(shí)候，便最適合用 PID 控制技術(shù)。 控制方法的確定 算法是對(duì)特定問(wèn)題求解步驟的一種描述，它是指令的有限序列，其中每一條指令表示一個(gè)或多個(gè)操作。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)，這種方法最好。電流環(huán)校正成典型 Ⅰ 型。二者之間實(shí)行嵌套連接，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器 UPE。采用了精簡(jiǎn)化的編程語(yǔ)言，編程出錯(cuò)率大大降低。 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)由給定電壓、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、三相集成觸發(fā)器、三相全控橋、直流電動(dòng)機(jī)及轉(zhuǎn)速、電流檢測(cè)裝置組成，其中主電路中串入平波電抗器，以抑制電流脈動(dòng)，消除因脈動(dòng)電流引起的電機(jī)發(fā)熱以及產(chǎn)生的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的不利影響。特別是晶閘管與 直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、控制性能好、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大 、 易于實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。最初的直流調(diào)速系統(tǒng)是采用 恒定的直流電壓向直流電動(dòng)機(jī)電樞供電，通過(guò)改變電樞回路中的電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 基于 PLC 的 直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 摘 要 隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程控制器（ PLC）的功能更加完善，應(yīng)用更為廣泛，基于 PLC 的控制系統(tǒng)漸漸成為工業(yè)控制系統(tǒng)的主流。比如軋鋼分廠的可逆軋鋼機(jī)、機(jī)修分廠的龍門(mén)創(chuàng)床那樣需要經(jīng)常正 、 反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，盡可能地縮短直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，制動(dòng)過(guò)程的時(shí)間是提高生產(chǎn)率的一個(gè)重要因素。在工業(yè)生產(chǎn)中，需要高性能速度控制的電力拖動(dòng)場(chǎng)合，直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)揮著極為重要的作用，高精度金屬切削機(jī)床，大型起重設(shè)備、軋鋼機(jī)、 礦井卷?yè)P(yáng)、城市電車(chē)等領(lǐng)域都廣泛采用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。 由于調(diào)速系統(tǒng)的主要被控量是轉(zhuǎn)速 ,， 故把轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成的 環(huán)作為外環(huán) , 以保證電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確跟隨給定電壓 , 把由電流負(fù)反饋組成的環(huán)作為內(nèi)環(huán) , 把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE，這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。除上述優(yōu)點(diǎn)外， PLC具有超強(qiáng)的穩(wěn)定性和長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作的能力，因而， PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制化專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)的控制裝置，具有比通用計(jì)算機(jī)控制更簡(jiǎn)單的編程語(yǔ)言和更可靠的硬件。 圖 21 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)框圖 為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速 和電流兩種負(fù)反饋分別作用，可在系統(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。速度調(diào)節(jié)及抗負(fù)載和電網(wǎng)擾動(dòng)，可獲得良好的動(dòng)靜態(tài)效果。 調(diào)速方式的選擇 直流電動(dòng)機(jī)電樞回路的電壓平衡方程為 RIU a??E () 電樞反電勢(shì)為 nCE ?? e () 由此得到轉(zhuǎn)速特性方程如下 nCRIUn ??? ea /)( () 由轉(zhuǎn)速特征方程可以看出，調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有如下 3 種： （ 1） 調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速 改變電樞電壓主要是從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速向下變蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。所以本次設(shè)計(jì)采用調(diào)壓調(diào)速。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它設(shè)計(jì)技術(shù)難以使用，系統(tǒng)的控制器結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng) 驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。 積分（ I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。其原因是由于存在有較大慣性的組件（環(huán)節(jié)）和（或）有滯后的組件，使力圖克服誤差的作用其變化總是落后于誤差的變化。 在湊試時(shí)，可參考以上參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制過(guò)程的影響趨勢(shì)，對(duì)參數(shù)調(diào)整實(shí)行先比例、后積分，再微分的整定步驟。首先把微分時(shí)間 D 設(shè)置為 0，在上述基礎(chǔ)上逐漸增加微分時(shí)間，同時(shí)相應(yīng)的改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，逐步湊試，直至得到滿(mǎn)意的調(diào)節(jié)效果。基于此，衍生出多種改進(jìn)的PID 算法，提高系統(tǒng)的性能。 CPU進(jìn)入 RUN方式后首次使 PID塊有效，沒(méi)有檢測(cè)到使能位的正跳變，那么就沒(méi)有無(wú)擾動(dòng)切換的動(dòng)作。 電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇 電流調(diào)節(jié)器選用 PI 型，其傳遞函數(shù)為： ? ?ssKsW iiiA C R ?? 1?? () 選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù) ACR 超前時(shí)間常數(shù)： sTli ??? ； 電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：因?yàn)橐?%5?i? ，故應(yīng)取 ??iITK ，因此 ?? ??? sTK iI () 于是， ACR 的比例系數(shù)為 ?????? siIi KRKK ??。 轉(zhuǎn)速環(huán)（ ASR）的設(shè)計(jì) 確定時(shí)間常數(shù) （ 1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為 sT i ?? ； （ 2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù) onT 。 （ 1）校驗(yàn)電流環(huán)傳遞函數(shù)的近似條件是否滿(mǎn)足n T??51? 。從概略圖可知，本系統(tǒng)基本由四部分組成，分別是PLC CPU 主機(jī)部分、電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分、電流檢測(cè)部分和速度檢測(cè)部分，下面分別加以說(shuō)明。 直流電動(dòng)機(jī)為 15kw， 220V， 1500r/min。電路中的電抗器是為了濾除晶閘管橋式電路的高次諧波干擾，改善電機(jī)運(yùn)行性能。用于測(cè)量 4020kHZ的正弦波電流。用于測(cè)量 DC1kHz 的各種波形電流。 在三相橋式整流電路中，交流側(cè)的電流與直流整流電路之間的關(guān)系如下： ? () 因此測(cè)量交流電流的大小同樣可以反應(yīng)直流整流電流的大小。 轉(zhuǎn)速信號(hào)的檢測(cè)可以用直流測(cè)速發(fā)電機(jī)和光電編碼器來(lái)測(cè)量。因此，可以同時(shí)測(cè)量轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。 在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)經(jīng)常會(huì)疊加有高頻的噪聲信號(hào)，這時(shí)就需要進(jìn)行低通濾波。 I/O 接口通常是指主機(jī)與外部設(shè)備之間設(shè)置的硬件電路及其相應(yīng)的軟件控制。接口部件的功能就是進(jìn)行外設(shè)與 CPU 之間的信息轉(zhuǎn)換，使其形式上能互相適應(yīng)，速度上能互相匹配。 CPU 響應(yīng)這個(gè)中斷請(qǐng)求后，轉(zhuǎn)入管理程序入口。然后 CPU 返回到用戶(hù)程序繼續(xù)執(zhí)行。 采集時(shí)序控制電路產(chǎn)生采集過(guò)程中所需的各種控制時(shí)序信號(hào)，采集所需的基本時(shí)序由定時(shí)器 INTEL8253 產(chǎn)生。非正交方式采集時(shí)， ADC 由正常采樣時(shí)序 NSH 啟動(dòng)并同步，采樣控制時(shí)序 SHC1S 和 SHC2 完全一樣。這就是保證了在延遲和非延遲兩路信號(hào)采樣保持完成以后，才開(kāi)始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。當(dāng)晶閘管的陽(yáng)極和陰極之間承受反向電壓并且門(mén)極不管加不加觸發(fā)信號(hào)晶閘管關(guān)斷 。 過(guò)電壓保護(hù)的第一種方法是并接 R—C 阻容吸收回路，以及用壓敏電阻或硒堆等非線(xiàn)性元件加以抑制。 簡(jiǎn)單地說(shuō)，驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)，就是將信息電子電路傳來(lái)的信號(hào)按照其控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開(kāi)通或關(guān)斷的信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用的是 KC 系列的三相全控橋式整流電路的集成觸發(fā)器 KC04 作為三相整流電路的觸發(fā)電路。完成這一任務(wù)主要是靠二極管的單向?qū)ㄗ饔?，因此二極管是組成整流電路的關(guān) 鍵元件。 CPU 模塊和擴(kuò)展模塊用扁平電纜連接。 本文設(shè)計(jì)采用了模塊化的方式，將主程序根據(jù)功能分成了各個(gè)子程序，使條理更清 晰，也便于程序的書(shū)寫(xiě)與調(diào)試