【正文】 時(shí)，轉(zhuǎn)速n隨電樞電壓的降低而降低，但機(jī)械特性的斜率保持不變；改變電阻只能有級(jí)調(diào)速；弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓調(diào)速方案，在基速以上作小范圍的升速。如果用戶要求在負(fù)載一定的條件下，電機(jī)以最短的時(shí)間起動(dòng)，即以最大的等加速度起動(dòng)，可把積分環(huán)節(jié)去掉，模塊所留出的2個(gè)端口作為電流環(huán)和速度環(huán)的輸出限幅，調(diào)節(jié)電流的輸出限幅，改變電機(jī)的最大起動(dòng)電流，獲得理想的過(guò)度過(guò)程。采用雙PI調(diào)節(jié)器，動(dòng)靜態(tài)性能好，抗擾性能佳。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)如圖21所示。之所以選擇用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制思想，是因?yàn)镻LC有較高的易操作性，它具有編程簡(jiǎn)單，操作方便，維修容易等特點(diǎn)。它通常采用三相全控橋式整流電路對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行供電，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬元件，如晶體管、各種線性運(yùn)算電路等，在一定程度上滿足了生產(chǎn)要求。但因直流電動(dòng)機(jī)具有寬廣的調(diào)速范圍，平滑的調(diào)速特性，較高的過(guò)載能力和較大的起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此被廣泛地應(yīng)用于調(diào)速性能要求較高的場(chǎng)合。關(guān)鍵詞 可編程控制器；直流電動(dòng)機(jī)；雙閉環(huán)；控制Based on PLC dc motor double closedloop speed regulation system designAbstractAlong with the rapid development of the power electronic technology, puter technology and the automatic control technology, the programmable controller’s (PLC) function more perfect and more extensive application based on PLC control system, gradually bee the mainstream of the industrial control system.In this paper introduces the dc motor based on PLC double closedloop speed regulation system, according to the dc speed control theory and the theory of automatic control system, this paper introduces the PLC control of double closedloop speed regulation system position, working principle and the dynamic performance. This system of dc motor double closedloop speed regulation system of the digital transformation, make current loop and speed loop controller by PLC system are discussed to realize. With Siemens S7200 PLC and the CPU222 both extension module to realize dc motor double closed loop speed regulation system. Application of PLC PID mands to realize dc motor speed closedloop control. This system is easy to expand, easy to expand all kinds of I/O modules and function modules.Keywords PLC；Direct current machine；Double closedloop；Controls目 錄第1章 緒論 1 直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介 1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 1 PLC在電機(jī)調(diào)速中的應(yīng)用 2第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及算法模型確定 4 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 4 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)常用控制方法介紹 5 控制方法的確定 6 PID控制的結(jié)構(gòu) 7 PID參數(shù)的調(diào)整 9 PID模塊 9 系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算 11 主電路參數(shù)計(jì)算 11 電流環(huán)節(jié)（ACR）的設(shè)計(jì) 11 轉(zhuǎn)速環(huán)（ASR）的設(shè)計(jì) 13 按轉(zhuǎn)速環(huán)(ASR)退飽和重新計(jì)算超調(diào)量 14第3章 硬件設(shè)計(jì) 16 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 16 CPU主機(jī)部分 16 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分 16 檢測(cè)部分 17 電流檢測(cè)部分 17 速度檢測(cè)部分 18 數(shù)據(jù)采集模塊 19 PLC輸入/輸出端口 20 用于PLC的輸入/輸出模塊 22 采集時(shí)序控制電路 23 正交采用 23 模塊量混合模塊EM235 24 晶閘管—電動(dòng)機(jī)電路設(shè)計(jì) 24 整流變壓器的設(shè)計(jì) 24 晶閘管的保護(hù) 24 晶體管驅(qū)動(dòng)、觸發(fā)電路的設(shè)計(jì) 25 驅(qū)動(dòng)電路原理 25 觸發(fā)電路原理 26 穩(wěn)壓電源 26第4章 軟件設(shè)計(jì) 27 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)方案 27 主程序設(shè)計(jì) 27 速度初始化子程序 28 轉(zhuǎn)速檢測(cè)子程序 30 電流檢測(cè)子程序 30 PID控制子程序 31 電流環(huán)及轉(zhuǎn)速換子程序 32結(jié) 論 34致 謝 36參 考 文 獻(xiàn) 37附錄A 譯文 38基于PLC直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 38附錄B 外文原文 52附錄C 程序清單 70第1章 緒論 直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。本文介紹了基于PLC的直流電機(jī)雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，根據(jù)直流調(diào)速理論及自動(dòng)控制系統(tǒng)的理論，介紹了PLC控制的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成、工作原理和動(dòng)態(tài)性能。這種方法簡(jiǎn)單易行，設(shè)備制造方便，價(jià)格低廉。直流調(diào)速系統(tǒng)具有調(diào)速性能優(yōu)良、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用。雙閉環(huán)系統(tǒng)在突加給定信號(hào)的過(guò)渡過(guò)程中表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在穩(wěn)定和接近穩(wěn)定運(yùn)行中表現(xiàn)為無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)，發(fā)揮了轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用，獲得了良好的靜、動(dòng)態(tài)品質(zhì)。本文首先詳細(xì)的介紹了大功率直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理，分析了調(diào)速系統(tǒng)的基本組成以及基本調(diào)速方法；然后系統(tǒng)地論述了現(xiàn)代PLC控制技術(shù)，介紹了PLC控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法；接著本文以經(jīng)濟(jì)性好、可靠性高的大功率晶閘管為調(diào)速系統(tǒng)可控整流電源，根據(jù)現(xiàn)代控制理論，采用轉(zhuǎn)速—電流雙閉環(huán)調(diào)速方法對(duì)大功率直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路、轉(zhuǎn)速控制電路以及信號(hào)檢測(cè)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合現(xiàn)代PLC控制技術(shù)對(duì)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行控制。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。為使系統(tǒng)在階躍擾動(dòng)時(shí)無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差，并具有較好的抗擾性能，速度環(huán)設(shè)計(jì)成典型Ⅱ型系統(tǒng)。Ia變化遇到的時(shí)間常數(shù)較小，能快速響應(yīng)，但是需要大容量可調(diào)直流電源。算法分析的任務(wù)是對(duì)設(shè)計(jì)出的每一個(gè)具體的算法，利用數(shù)學(xué)工具，討論各種復(fù)雜度，以探討某種具體算法適用于哪類問(wèn)題，或某類問(wèn)題宜采用哪種算法。 PID控制包含比例、積分、微分三部分，實(shí)際中也有PI和PD控制器。 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，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)。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。首先整定比例部分。 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可用于過(guò)程控制?？刂品绞絊7–200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。 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)：、允許過(guò)載倍數(shù)λ=；晶閘管裝置放大系數(shù)：；回路總電阻：R=；時(shí)間常數(shù)：，；電流反饋系數(shù)：；轉(zhuǎn)速反饋系數(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，各電阻和電容值計(jì)算如下： ，取； ()，??； () ，取。根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取；（3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)。現(xiàn)在，滿足簡(jiǎn)化條件。PLC(西門子S7—200)A/DD/A整流運(yùn)行燈故障燈EM235晶閘管觸發(fā)板晶閘管板式電路直流電動(dòng)機(jī)處理圖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。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路板上，實(shí)現(xiàn)以較小的信號(hào)控制功率較大的設(shè)備。 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。測(cè)量精度一般為比差177。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。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。測(cè)速發(fā)電機(jī)由永久磁鐵與感應(yīng)線圈組成，用電樞獲取速度信號(hào)。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。一個(gè)典型的采集系統(tǒng)由CPU，各種輔助電路組成。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。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)。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。 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)。3個(gè)基本時(shí)序?yàn)镹SH，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。采集過(guò)程中，由A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)序信號(hào)控制寫控制信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生存儲(chǔ)器寫信號(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)寫入由采集地址制定的存儲(chǔ)器單元中。 模塊量混合模塊EM235EM235具有4路模擬量輸入和1路模擬量輸出。 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： ()副邊有效電流： ()變壓器額定視在功率： () 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。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)。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?？煽毓枰葡嘤|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)。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。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(yīng)用程序）組成。符合當(dāng)前編程的技術(shù)和工程理念。當(dāng)M8000接通后，D3中的數(shù)據(jù)即從D1逐漸地變到最終值D2，所需時(shí)間為“n”個(gè)掃描周期。檢測(cè)速度的功能指令梯形圖見(jiàn)圖44。PID調(diào)節(jié)器由比例調(diào)節(jié)器（P），積分調(diào)節(jié)器（I）和微分調(diào)節(jié)器（D）構(gòu)成，它通過(guò)對(duì)偏差值的比例、積分和微分運(yùn)算后，用計(jì)算所得的控制量來(lái)控制被控對(duì)象，如圖46為PID控制系統(tǒng)框圖，圖47為PID控制算法的流程圖。 在轉(zhuǎn)速環(huán)中，由于轉(zhuǎn)速采樣周期為10ms，電流采樣周期為2ms，電流環(huán)子程序執(zhí)行5次，轉(zhuǎn)速環(huán)執(zhí)行1次。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)了轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并能熟練地掌握轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇和計(jì)算，在設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上更加認(rèn)識(shí)到直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用廣泛。另外，他對(duì)待問(wèn)題的嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)也給我留下了深刻的印象。為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下最快地起動(dòng)，關(guān)鍵是要獲得一段能使電流保持最大值的恒流過(guò)程，同時(shí)在最好起動(dòng)結(jié)束后，要保持速度恒定。VUtASRACRGT晶閘管電動(dòng)機(jī)TG晶閘管Un*Ut*UnIUctnn圖1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上看雙閉環(huán)系統(tǒng)是一個(gè)以電流調(diào)節(jié)環(huán)作為內(nèi)環(huán)，以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)作為外環(huán)的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。同樣基于穩(wěn)態(tài)無(wú)靜態(tài)的要求，為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，并使調(diào)速系統(tǒng)有較好的抗十?dāng)_能力，故速度環(huán)校正成典型Ⅱ型系統(tǒng)。二者共同構(gòu)成串級(jí)控制系統(tǒng),通過(guò)PWM 脈寬調(diào)節(jié)器,產(chǎn)生方波脈沖控制信號(hào)，經(jīng)放大驅(qū)動(dòng)電路，去控制H型開(kāi)關(guān)放大器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。直至超調(diào)后，速度環(huán)才真正發(fā)揮作用，使轉(zhuǎn)速漸趨穩(wěn)定。在這個(gè)階段中，速度環(huán)一直是飽和的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不起調(diào)節(jié)作用，相當(dāng)于開(kāi)環(huán)狀態(tài),系統(tǒng)在電流環(huán)的作用下表現(xiàn)為恒電流調(diào)節(jié)，即電流Id保持恒值Idm ，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,快速升速。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。f、通信模塊如以太網(wǎng)、RS48ProfibusDP通訊模塊等。 用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。 PLC內(nèi)部運(yùn)作方式雖然PLC所使用之階梯圖程式中往往使用到許多繼電器、計(jì)時(shí)器與計(jì)數(shù)器等名稱，但PLC內(nèi)部并非實(shí)體上