【正文】 本文設(shè)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。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。 簡單地說，驅(qū)動電路的基本任務(wù)，就是將信息電子電路傳來的信號按照其控制目標(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，可以使其開通或關(guān)斷的信號。當(dāng)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(guān)斷 。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。然后 CPU 返回到用戶程序繼續(xù)執(zhí)行。接口部件的功能就是進行外設(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。 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。 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。用于測量 DC1kHz 的各種波形電流。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。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。 轉(zhuǎn)速環(huán)（ ASR）的設(shè)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 。 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。首先把微分時間 D 設(shè)置為 0，在上述基礎(chǔ)上逐漸增加微分時間，同時相應(yīng)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。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。當(dāng)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(xué)模型時，控制理論的其它設(shè)計技術(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) 驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。 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(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。 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(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。 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(zhǔn)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(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)。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。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。 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。二者之間實行嵌套連接，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。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。即當(dāng)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(shù)。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(yīng)該是零。 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(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 可用于過程控制。 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?。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)。 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。 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。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，磁路中的剩磁對輸出有教大影響。 測速發(fā)電機由永久磁鐵與感應(yīng)線圈組成，用電樞獲取速度信號。 一個典型的采集系統(tǒng)由 CPU，各種輔助電路組成。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。 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)。 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。 整流變壓器的設(shè) 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(dāng)?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。對全控型器件既要提供開通控制信號，又要提供關(guān)斷控制信號，以保證器件按要求可靠導(dǎo)通或關(guān)斷。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。符合當(dāng)前編程的技術(shù)和工程理念。 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。 整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。另外，對電力電子器件或整個裝置的一些保護措施也往往就近設(shè)在驅(qū)動電路中，或者通過驅(qū)動電路來實現(xiàn)，這使得驅(qū)動電路的設(shè)計更為重要。當(dāng)晶閘管的陽極和陰極之間 成 正向電壓并且門極加觸發(fā)信號晶閘管導(dǎo)通，并且去掉門極的觸發(fā)信號晶閘管依然維持導(dǎo)通。 ADC 信號與采集時序進行同步，經(jīng)整形后產(chǎn)生 A/D 轉(zhuǎn)換的自動脈沖 A/D START。如果是正常結(jié)束，管理程序進行必要的登記等工作；如果是故障、錯誤等異常情況，則進行例外情況處理。 CPU 中的二進制數(shù)據(jù)是并行傳輸?shù)?，并且有?biāo)準(zhǔn)的電位要求，而外 圍設(shè)備因其種類的不同，其數(shù)據(jù)的傳輸方式有串行的，有并行的，還有串并行的。其中讀取數(shù)據(jù)部分放在一個 循環(huán)中 ， 設(shè)置和終止 任務(wù)放在循環(huán)的外面，這樣就避免了在同一個任務(wù)中重復(fù)設(shè)置占用內(nèi)存 ； 在前面板上設(shè)置合適的采樣通道、采樣率、采樣點數(shù)以及輸入 范圍 的最大值最小值 。整形電路使脈沖信號升沿符合輸入采樣要求，放大電路使脈沖信號電平符合 PLC 高速計數(shù)輸入電平的要求，高電平不低于 15V。對該電壓（ mV 級）進行放大輸出，就是跟蹤輸出型直檢式霍爾電流傳感器，也可以轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。晶閘管觸發(fā)板控制 6 只晶閘管觸發(fā)脈沖的移相，改變每周期內(nèi)晶閘管的導(dǎo)通時間，從而調(diào)節(jié)輸出直流電壓的平均值，進而調(diào)節(jié)直流電動機轉(zhuǎn)速。 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 第 3章 硬件設(shè)計 系統(tǒng) 總體結(jié)構(gòu) 圖 31 為控制系統(tǒng) 總體結(jié)構(gòu)圖 ，表示了系統(tǒng)的基本組成電路和各部分之間的主要關(guān)系，箭頭表示信息的流向。 現(xiàn)在ciois sTT ????? ? 131131，滿足近似條件。 PID指令對回路表中的值進行下列動作，以保證當(dāng)使能位正跳變出現(xiàn)時，從手動方式無擾動切換到自動方式： 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 置給定值 （ SPn)過程變量 （ PVn） 置過量變量前值 （ PVn1） 過程變量現(xiàn)值 （ PVn） 置積分項前值 （ MX） 輸出值 （ Mn） PID使能位的默認(rèn)值是 1，在 CPU啟動或從 STOP方式轉(zhuǎn)到 RUN方式時建立。 如果在上述調(diào)整過程中對 系統(tǒng)的動態(tài)過程反復(fù)調(diào)整還不能得到滿意的結(jié)果，則可以加入微分環(huán)節(jié)。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。 PID 控制器問世至今已有近 60 年的歷史了，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制主要和可靠的技術(shù)工具。如果用戶要求在負載一定的條件下，電機以最短的時間起動，即以最大的等加速度起動，可把積分環(huán)節(jié)去掉，模塊所留出的 2個端口作為電流環(huán)和速度環(huán)的輸出限幅，調(diào)節(jié)電流的輸出限幅，改變電機的最大起動電流，獲得理想的過度過程。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)如圖 21 所示。它通常采用三相全控橋式整流電路對電動機進行供電，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬元件，如晶體管、各種線性運算電路等，在一定程度上滿足了生產(chǎn)要求。 關(guān)鍵詞 可編程控制器；直流電動機；雙閉環(huán)；控制 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） II Based on PLC dc motor double closedloop speed regulation system design Abstract Along 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 l