【正文】 基于PLC的直流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 設(shè)計任務(wù) 設(shè)計一基于PLC的控制電路為電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)、主電路為直流脈寬調(diào)速的可逆直流調(diào)速系統(tǒng)。 3）=0時設(shè)定輸入范圍為10~10V，=1時，設(shè)定輸入范圍為4m A~20mA,=2時，設(shè)定輸入范圍為20~20mA，=3時關(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，這樣對設(shè)計者來說比較方便。 除了開關(guān)信號外，工業(yè)控制中還要對溫度、壓力、流量等過程變量以及運動控制變量進行檢測和控制。 要估算PLC電機控制系統(tǒng)所需要的I/O點數(shù)。中斷程序并不作為正常掃描周期的一部分來執(zhí)行，而是當中斷事件發(fā)生時才執(zhí)行。當程序中訪問模擬量輸入時使用濾波值。當PLC處于運行模式時，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。它是進行數(shù)學和邏輯操作的計算中心。直到Id=Idl時，轉(zhuǎn)矩Te=TL，則dn/dt=0，轉(zhuǎn)速n才到達峰值（t=t3時）。在這一階段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(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，現(xiàn)＞。（3）電流環(huán)小時間常數(shù)。4）當電動機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，應(yīng)該在系統(tǒng)中設(shè)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，二者之間實行嵌套（或串級）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。直流電動機全電壓啟動時，如果沒有限流措施，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，這不僅對電動機不利，對過載能力低的電力電子器件來說也不利。脈寬調(diào)制變換器直流電動機調(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)，PWM在很多方面有較大優(yōu)越性[1][3]：（1）主電路線路簡單，需用的功率器件少。低速平穩(wěn)性好，可達到很寬的調(diào)速范圍。因此其平均電壓Ud計算公式為：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α=0時，Ud=Us，電動機反行，且速度最大；當α=1時，Ud=Us，電動機正行，且速度最大。組內(nèi)兩器件VTl，VT4同時導(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)動信號規(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Uc0時，輸入端合成電壓被降低，正的寬度減小，鋸齒波過零時間后移，經(jīng)倒相，得到正半波比負半波寬的輸出信號（圖27c）。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轉(zhuǎn)換成為與之成比例的方波電壓信號，以便對電力晶體管進行控制，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%）所需的最小時間定義為調(diào)節(jié)時間。對于不同變化方式的給定信號，其輸出響應(yīng)不一樣。例如，調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時調(diào)速范圍和靜差率，位置隨動系統(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）地或者平滑（無級）地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。由于Φ=F(If),當改變勵磁電流If時，可以改變磁通量Φ的大小，從而達到改變磁通調(diào)速的目的。 論文的主要內(nèi)容本文是設(shè)計一個基于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械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。4. 易學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC作為通用工業(yè)控制計算機，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功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。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/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行性能上還是在可靠性上都具有明顯的優(yōu)勢，60年代成了晶閘管的時代，這種靜止式變流裝置供電的直流調(diào)速系統(tǒng)稱為晶閘管電動機調(diào)速系統(tǒng)（簡稱VM系統(tǒng)）。 直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展史概述電機調(diào)速的發(fā)展與電力電子技術(shù)的發(fā)展是不可分離的，電機調(diào)速和電力電子技術(shù)相互結(jié)合，相互促進，實現(xiàn)了現(xiàn)代的電氣傳動控制：一弱點檢測、判斷并發(fā)出控制信息，用強電來執(zhí)行控制的使命。同時，PLC 控制的直流電動機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)字化控制[13][14]。為了解決這些矛盾，人們開始采用水銀整流器和閘流管等靜止變流裝置來代替旋轉(zhuǎn)變流機組，形成所謂的離子傳動控制系統(tǒng)。由于 PLC人機聯(lián)系處理模擬能力和網(wǎng)絡(luò)方面功能的進步，擠占了一部分DCS的市場（過程控制）并逐漸壟斷了污水處理等行業(yè)，但是由于工業(yè)PC（IPC）的出現(xiàn)，特別是近年來現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，IPC和FCS也擠占了一部分PLC市場，所以近年來PLC增長速度總的說是漸緩。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 6. 體積小，重量輕，能耗低 以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。從直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能來講，具有一定得意義。 可得，當分別改變UN、ΦN和Rad時，可以得到不同的轉(zhuǎn)速!，從而實現(xiàn)對速度的調(diào)節(jié)。 各種生產(chǎn)機械對調(diào)速系統(tǒng)提出了不同的轉(zhuǎn)速控制要求，歸納起來有以下三個方面[1][3]： （1）調(diào)速。 穩(wěn)態(tài)性能指標運動控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行時的性能指標稱為穩(wěn)態(tài)指標，又稱靜態(tài)指標。 （1）跟隨性能指標 在給定信號（或稱參考輸入信號）R（t）的作用下，系統(tǒng)輸出量C（t）的變化情況用跟隨性能指標來描述。5%或177。 PWM直流調(diào)速系統(tǒng) 直流電動機的PWM控制原理制調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡稱PWM變換器。這種鋸齒波發(fā)生器線性度好，調(diào)整簡便，在工程中應(yīng)用廣泛，其震蕩頻率為[4] (21)式中，為電位器RP的分壓系數(shù)。當Uc0時，使輸入端合成電壓為正的寬度增大，即鋸齒波過零的時間提前，經(jīng)比較器倒相后，在輸出端得到正半波比負半波窄的調(diào)制輸出電壓（圖27b）。15腳（V+）：是UAA4002輸出級電源輸入端，經(jīng)一外接電阻接到正電源VCC；7腳：最小導(dǎo)通時間整定值。11腳:退飽和保護闡值整定端。 圖 29 H 型雙極性可逆PWM變換器 H型PWM變換器的開關(guān)器件分為VT1， VT4和VT2， VT3兩組進行通、斷控制。電樞電流id沿回路3(經(jīng)VT2和VT3)流通，電動機兩端電壓UAB = +US 圖 210 正向電動運行時電壓、電流波形 圖 211 反向電動運行時電壓、電流波形 雙極式控制方式是指在一個PWM周期里，電機電樞的電壓極性呈正負變化。低速時由于每個電力電子器件的驅(qū)動脈沖仍較寬而有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。對單級式變換器有 (29)對雙極式有 (210)兩式中 雙閉環(huán)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)一般地, 靜態(tài)性能較好的調(diào)速系統(tǒng)都采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制方案, 脈寬調(diào)速系統(tǒng)也不例外。轉(zhuǎn)速降落整是由負載引起的轉(zhuǎn)速偏差，因此，閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)該減少轉(zhuǎn)速降落[1][3][7]。但是這種作用只應(yīng)在上述的啟動和堵轉(zhuǎn)時存在，在正常運行是取消，讓電流自由地隨著負載增減，這種當電流大到一定程度時才出現(xiàn)的電流負反饋，叫做電流截止負反饋，簡稱截流反饋。3）在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電動機允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程。脈寬調(diào)制器和PWM變換器的放大系數(shù)為 于是可得脈寬調(diào)制器和PWM變換器的傳遞函數(shù)為 （2）電流濾波時間常數(shù)取。2．ASR結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)穩(wěn)態(tài)無靜差及其他動態(tài)指標要求，按典2型系統(tǒng)設(shè)計轉(zhuǎn)速環(huán)，ASR選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 3．選擇ASR參數(shù)取，則 則 4．校驗近似條件 （1） 要求，現(xiàn)＞。第Ⅱ階段是恒流升速階段。第Ⅱ階段（t1～t2）是恒流升速階段，是起動過程中的主要階段。但是，只要Id仍大于負載電流Idl，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。它是系統(tǒng)的大腦，不斷的采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出，包括三個子部分: (1)微處理器。編程器/監(jiān)視器是用來同PLC電路進行通信的設(shè)備。 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行模式。使能了模擬量濾波功能后，PLC會在每一個周期刷新模擬量，執(zhí)行濾波功能并且在內(nèi)部存儲濾波值。 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存。一般來說，機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、維護使用方面以及最佳的性能價格比。因此，在程序設(shè)計之前，只能對用戶的存儲容量進行大致估算。梯形圖仍是目前最普遍使用的編程語言。 2）在BFM0中寫入十六進制4位數(shù)字H進行A/D模塊通道初始化，最低位數(shù)字控制CH1，最高位控制CH4。BFM 17的b0位從“1”變?yōu)椤?”時，通道2的D/A轉(zhuǎn)換開始；b1位從“1”變?yōu)椤?”時，通道1的D/A轉(zhuǎn)換開始；b2位從“1”變?yōu)椤?”時，D/A轉(zhuǎn)換的低8位數(shù)據(jù)被鎖存，其余各位沒有意義?？赡孀儞Q器又有雙極式，單極式和受限單極式等多種。另外，當脈寬調(diào)速系統(tǒng)的電動機減速或停車時，貯存在電動機和負載轉(zhuǎn)動部分的動能將這里選4000，電壓按大于2倍電壓選擇。這種系列的PLC的環(huán)境溫度、抗沖擊、抗噪聲等均滿足要求。通過電流互感器檢測到與電樞電流成正比的整流變壓器副邊交流電流，再經(jīng)整流后得到電流反饋電壓值，通過模擬量輸入單元送給PLC。觸點代表邏輯輸入條件，線圈代表邏輯輸出結(jié)果，功能塊用來表示定時器、計數(shù)器或者數(shù)學運算等指令。本論文是在**的精心指導(dǎo)下完成的，在課題的研究過程中，給與我悉心的關(guān)懷，給我提出許多寶貴的指導(dǎo)性意見，少走了些彎路，我受益