【正文】 變換成直流電。S7200 系列 PLC 提供多種不同 I/O 點數(shù)的 CPU 模塊和數(shù)字量、模擬量 I/O 擴展模塊、熱電偶、熱電阻模塊、通信模塊等，使 PLC 的功能得到擴展。 PLC 常采用的編程語言有以下幾種：梯形圖語言、助記符語言、邏輯功能圖語言和高級語言。 運行過程中系統(tǒng)自行進行故障診斷。符合當前編程的技術和工程理念。 PLC 的軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件（又稱系統(tǒng)程序）和用戶軟件（又稱應用程序）組成。在小功率（ 1kW）整流電路中，常見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)。對全控型器件既要提供開通控制信號，又要提供關斷控制信號，以保證器件按要求可靠導通或關斷。 過電壓保護的第二種方法是采用電子電路進行保護。 整流變壓器的設 計 對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 晶閘管的保護電路，大致可以分為兩種情況：一種是在適當?shù)牡胤桨惭b保護器件，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。 采集過程中，由 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時序信號控制寫控制信號發(fā)生器產(chǎn)生存儲器寫信號，控制采集地址發(fā)生器產(chǎn)生的遞增的存儲器地址，將采集結(jié)果數(shù)據(jù)寫入由采集地址制定的存儲器單元中。 3 個基本時序為 NSH， OSH 和 ADC，其中 NSH和 OSH 分別為普通采樣時序和政教采樣時序， ADC 為 A/D 轉(zhuǎn)換控制時序。 用于 PLC 的輸入 /輸出模塊 PLC 輸入模塊 用來接收生產(chǎn)過程的各個參數(shù)。管理程序根據(jù)廣義指令提供的參數(shù)，如設備號、交換長度和主存起始地址等信息來編制通道程序，在通道程序的最后，用一條啟動輸入輸出指令來啟動通道開始工作。同時能根據(jù) CPU 的控制要求，對 I/O系統(tǒng)的工作進行控制與檢測。一般來講，不同的外部設備均有其獨立的設備控制器，設備控制器需要通過 I/O 接口與主機進行聯(lián)系。 一個典型的采集系統(tǒng)由 CPU，各種輔助電路組成。 通過電阻分壓，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。 測速發(fā)電機由永久磁鐵與感應線圈組成，用電樞獲取速度信號。三相分別用三個電流互感器，再經(jīng)過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)定性很關鍵，磁路中的剩磁對輸出有教大影響。測量精度一般為比差 177。 檢測部分 電流檢測部分 電流檢測部分是為了實現(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)板實際上就是把觸發(fā)板電路各元器件安裝在印刷線路板上，實現(xiàn)以較小的信號控制功率較大的設備。 圖 31 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 CPU 主機部分 CPU222 可單機工作，也可進行 I/O 和功能塊的擴展。 現(xiàn)在n sT ????? ?? 15 1，滿足簡化條件。根據(jù)所用測速發(fā)電機紋波情況，取 sTon ? ； （ 3） 轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)。 計算電流調(diào)節(jié)器的電路參數(shù) 按所用運算放大器，取 ?? KR 200 ，各電阻和電 容值計算如下： ????? KRKR ii ，取 ?K50 ； () FRC iii ?? 3 ???? ，取 F? ； () FRTC oioi ? 30 ??????，取 F? 。 系統(tǒng)參數(shù)計算 主電路參數(shù)計算 直流電動機： VUN 220? 、 AIN ? 、 min/1500 rnN ? ， )m in/( 1??? rVC e ，允許過載倍數(shù) λ=； 晶閘管裝置放大系數(shù)： 30?sK ； 回路總電阻 ： R=； 時間常數(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回路沒有設置控制方式，只要 PID塊有效，就可以執(zhí)行 PID 運算。 PID 模塊 PID 模塊的開發(fā)使 PLC 具有閉環(huán)控制功能，即一個具有 PID 控制能力的 PLC蘇州科技學院 天平學院 本科生畢業(yè)設計（論文） 10 可用于過程控制。 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，克服誤差的作用就應該是零。 對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)的參數(shù)的時候，便最適合用 PID 控制技術。 控制方法的確定 算法是對特定問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或多個操作。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，這種方法最好。電流環(huán)校正成典型 Ⅰ 型。二者之間實行嵌套連接，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(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。采用了精簡化的編程語言，編程出錯率大大降低。 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、直流電動機及轉(zhuǎn)速、電流檢測裝置組成，其中主電路中串入平波電抗器，以抑制電流脈動，消除因脈動電流引起的電機發(fā)熱以及產(chǎn)生的脈動轉(zhuǎn)矩對生產(chǎn)機械的不利影響。特別是晶閘管與 直流電動機拖動系統(tǒng)具有自動化程度高、控制性能好、起動轉(zhuǎn)矩大 、 易于實現(xiàn)無級調(diào)速等優(yōu)點而被廣泛應用。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機電樞供電，通過改變電樞回路中的電阻來實現(xiàn)調(diào)速。蘇州科技學院 天平學院 本科生畢業(yè)設計（論文） I 基于 PLC 的 直流電動機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 設計 摘 要 隨著電力電子技術、計算機技術、自動控制技術的迅速發(fā)展，可編程控制器（ PLC）的功能更加完善，應用更為廣泛，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、機修分廠的龍門創(chuàng)床那樣需要經(jīng)常正 、 反轉(zhuǎn)運行的調(diào)速系統(tǒng)，盡可能地縮短直流電動機的起動，制動過程的時間是提高生產(chǎn)率的一個重要因素。在工業(yè)生產(chǎn)中，需要高性能速度控制的電力拖動場合，直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)揮著極為重要的作用，高精度金屬切削機床，大型起重設備、軋鋼機、 礦井卷揚、城市電車等領域都廣泛采用直流電動機拖動。 由于調(diào)速系統(tǒng)的主要被控量是轉(zhuǎn)速 ,， 故把轉(zhuǎn)速負反饋組成的 環(huán)作為外環(huán) , 以保證電動機的轉(zhuǎn)速準確跟隨給定電壓 , 把由電流負反饋組成的環(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)點外， PLC具有超強的穩(wěn)定性和長時間連續(xù)工作的能力，因而， PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制化專業(yè)設計的控制裝置，具有比通用計算機控制更簡單的編程語言和更可靠的硬件。 圖 21 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)框圖 為實現(xiàn)轉(zhuǎn)速 和電流兩種負反饋分別作用，可在系統(tǒng)中設置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋。速度調(diào)節(jié)及抗負載和電網(wǎng)擾動，可獲得良好的動靜態(tài)效果。 調(diào)速方式的選擇 直流電動機電樞回路的電壓平衡方程為 RIU a??E () 電樞反電勢為 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)直流電動機的調(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，從電動機額定轉(zhuǎn)速向下變蘇州科技學院 天平學院 本科生畢業(yè)設計（論文） 6 速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。所以本次設計采用調(diào)壓調(diào)速。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，控制理論的其它設計技術難以使用，系統(tǒng)的控制器結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng) 驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應用 PID 控制技術最為方便。 積分（ I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。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，可參考以上參數(shù)對系統(tǒng)控制過程的影響趨勢，對參數(shù)調(diào)整實行先比例、后積分，再微分的整定步驟。首先把微分時間 D 設置為 0，在上述基礎上逐漸增加微分時間，同時相應的改變比例系數(shù)和積分時間，逐步湊試，直至得到滿意的調(diào)節(jié)效果?；诖耍苌龆喾N改進的PID 算法，提高系統(tǒng)的性能。 CPU進入 RUN方式后首次使 PID塊有效，沒有檢測到使能位的正跳變，那么就沒有無擾動切換的動作。 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 超前時間常數(shù)： sTli ??? ； 電流環(huán)開環(huán)增益：因為要求 %5?i? ，故應取 ??iITK ，因此 ?? ??? sTK iI () 于是， ACR 的比例系數(shù)為 ?????? siIi KRKK ??。 轉(zhuǎn)速環(huán)（ ASR）的設計 確定時間常數(shù) （ 1）電流環(huán)等效時間常數(shù)為 sT i ?? ； （ 2）轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù) onT 。 （ 1）校驗電流環(huán)傳遞函數(shù)的近似條件是否滿足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 主機部分、電機驅(qū)動部分、電流檢測部分和速度檢測部分，下面分別加以說明。 直流電動機為 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，改善電機運行性能。用于測量 4020kHZ的正弦波電流。用于測量 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系如下： ? () 因此測量交流電流的大小同樣可以反應直流整流電流的大小。 轉(zhuǎn)速信號的檢測可以用直流測速發(fā)電機和光電編碼器來測量。因此，可以同時測量轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。 在進行數(shù)據(jù)采集時經(jīng)常會疊加有高頻的噪聲信號，這時就需要進行低通濾波。 I/O 接口通常是指主機與外部設備之間設置的硬件電路及其相應的軟件控制。接口部件的功能就是進行外設與 CPU 之間的信息轉(zhuǎn)換，使其形式上能互相適應，速度上能互相匹配。 CPU 響應這個中斷請求后，轉(zhuǎn)入管理程序入口。然后 CPU 返回到用戶程序繼續(xù)執(zhí)行。 采集時序控制電路產(chǎn)生采集過程中所需的各種控制時序信號，采集所需的基本時序由定時器 INTEL8253 產(chǎn)生。非正交方式采集時， ADC 由正常采樣時序 NSH 啟動并同步，采樣控制時序 SHC1S 和 SHC2 完全一樣。這就是保證了在延遲和非延遲兩路信號采樣保持完成以后，才開始進行 A/D 轉(zhuǎn)換。當晶閘管的陽極和陰極之間承受反向電壓并且門極不管加不加觸發(fā)信號晶閘管關斷 。 過電壓保護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性元件加以抑制。 簡單地說，驅(qū)動電路的基本任務，就是將信息電子電路傳來的信號按照其控制目標的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關斷的信號。本設計采用的是 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。完成這一任務主要是靠二極管的單向?qū)ㄗ饔茫虼硕O管是組成整流電路的關 鍵元件。 CPU 模塊和擴展模塊用扁平電纜連接。 本文設計采用了模塊化的方式，將主程序根據(jù)功能分成了各個子程序，使條理更清 晰，也便于程序的書寫與調(diào)試