【文章內(nèi)容簡介】 ，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(jìn)而調(diào)節(jié)直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速。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)運行性能。 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。利用電流互感器從三相電源引出電流，將大電流轉(zhuǎn)換為小電流。經(jīng)二極管整流電路整流后變?yōu)橹绷?，送給EM235。EM235內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器分辨率為12位，輸入電流范圍為0~20mA，電壓范圍為0~10V。A/D轉(zhuǎn)換器將電流模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，傳送給CPU222。電流信號一般采用電流互感器或霍爾傳感器來測量。 電流互感器電流互感器就是初次級繞組通過鐵芯進(jìn)行電磁耦合，初次級電流比與匝比相同。用于測量4020kHZ的正弦波電流。測量精度一般為比差177。%，%，相位差15分。特點：不需電源，價格便宜，精度高；缺點：不能用于有直流分量場合（某些型號可以帶一定直流分量，但直流分量不反映到輸出），價格1030元。霍爾傳感器初級繞組繞在徑向開有缺口的環(huán)型（矩形等）鐵芯上，霍爾元件置于缺口中。當(dāng)初級繞組有電流流過時，霍爾元件檢測出鐵芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大?。╒=KBi，K霍爾元件靈敏度，B磁感應(yīng)強(qiáng)度，i霍爾元件的控制電流。）該瞬時電壓與初級繞組瞬時電流是線性關(guān)系。對該電壓（mV級）進(jìn)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。用于測量DC1kHz的各種波形電流。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。測量精度一般為177。1%，%，響應(yīng)速度10μS，跟蹤速度di/dt 50A/μS。特點：需提供177。12V電源，結(jié)構(gòu)簡單，可以測量各種波形電流；缺點：溫漂大，精度低一些。價格50100元。綜上，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中電流檢測的應(yīng)該選用的方法是用電流互感器作為電流反饋信號的檢測器。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： ()因此測量交流電流的大小同樣可以反應(yīng)直流整流電流的大小。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。主回路為三相全控橋，電流反饋信號整流也為三相橋式電路，因此電流反饋信號波形與主回路波形具有相同的重復(fù)頻率，無須很大的濾波環(huán)節(jié)來濾平反饋信號。 速度檢測部分速度檢測部分是為了實現(xiàn)速度環(huán)的閉環(huán)控制，由光柵傳感器和信號處理電路等組成，信號處理包括整形電路和放大電路等。轉(zhuǎn)速檢測的精度和快速性對整個控制系統(tǒng)的靜、動態(tài)指標(biāo)影響非常大。光柵盤刻線數(shù)為1024線，它產(chǎn)生的脈沖列頻率與電動機(jī)轉(zhuǎn)換成固定的比例關(guān)系。光柵傳感器將角位移轉(zhuǎn)換成電脈沖，由計數(shù)器統(tǒng)計脈沖的個數(shù)，每轉(zhuǎn)能檢測到的脈沖的多少將直接影響角位移的分辨精度。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。轉(zhuǎn)速信號的檢測可以用直流測速發(fā)電機(jī)和光電編碼器來測量。測速發(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。它具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單等特點，常用于高精度低速伺服系統(tǒng)，也可與永磁式直流電動機(jī)組成低速脈寬調(diào)速系統(tǒng)。直流測速發(fā)電機(jī)的輸出信號是與輸入軸的轉(zhuǎn)速成正比的直流電壓信號，信號幅度大，信號調(diào)理電路簡單。由于輸出電壓信號有波紋，一般需要配置濾波電路。 光電編碼器（增量式）主要由旋轉(zhuǎn)孔盤和光電器件組成。它具有體積小、使用方便、測量精度高等特點，常與直流電機(jī)配合使用構(gòu)成脈寬調(diào)速系統(tǒng)。增量式光電編碼器輸出的是與轉(zhuǎn)角成比例的增量脈沖信號，可以通過脈沖計數(shù)獲得角位置信號，也可以定時取樣脈沖數(shù)的增量實現(xiàn)角速度測量。因此，可以同時測量轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。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。因此，在該系統(tǒng)中選擇用光電編碼器來測量。 數(shù)據(jù)采集模塊模擬信號的采集方式主要有單點采集、有限數(shù)量采集以及連續(xù)采集等，其中有限數(shù)量采集以及連續(xù)采集既可用于恒定信號的采集也可用于變化信號的采集。但連續(xù)采集的特點是循環(huán)使用緩沖區(qū)，因此如果采集數(shù)據(jù)較多時，連續(xù)采集循環(huán)具有較大的優(yōu)勢。本設(shè)計采用了連續(xù)采集的方法。調(diào)用函數(shù)子模塊中的創(chuàng)建任務(wù)、創(chuàng)建通道、時鐘控制、讀取數(shù)據(jù)及終止任務(wù)等函數(shù)。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。在進(jìn)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(jìn)行低通濾波。一個典型的采集系統(tǒng)由CPU，各種輔助電路組成。需要8片A/D才能實現(xiàn)對32路信號進(jìn)行同時采集，可以將32路信號分為8組，每組4路信號并分配一個獨立的模板， 32路信號需要8個采集模板。采集電路結(jié)構(gòu)如圖32所示。采集電路數(shù)據(jù)存儲器寫控制信號寫控制信號寫控制信號采集時序電路地址發(fā)生器模擬信號圖32 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集圖在以上采集電路結(jié)構(gòu)中，32路信號由8個采集模板的采集電路同時進(jìn)行采集。采集時序電路為個模板提供相同的采集控制信號，根據(jù)采集控制時序，地址發(fā)生器產(chǎn)生遞增的存儲器地址，寫信號發(fā)生器對應(yīng)于采集控制時序產(chǎn)生存儲器寫信號，采集電路產(chǎn)生的結(jié)果數(shù)據(jù)在寫信號控制下寫入地址發(fā)生器產(chǎn)生的地址對應(yīng)的存儲器單元中。采集數(shù)據(jù)存儲器位于各采集模板上。 PLC輸入/輸出端口I/O系統(tǒng)的功能與組成接口是兩個系統(tǒng)或兩個部件之間的相交接部分，可以是兩種硬件設(shè)備之間的連接電路，也可以是兩個軟件之間共同的邏輯邊界。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。一般來講，不同的外部設(shè)備均有其獨立的設(shè)備控制器，設(shè)備控制器需要通過I/O接口與主機(jī)進(jìn)行聯(lián)系。（1）I/O系統(tǒng)的基本功能① 為信息的傳輸操作選擇設(shè)備；② 在選定的輸入輸出設(shè)備和計算機(jī)主機(jī)（CPU或內(nèi)存）之間交換信息。（2）I/O系統(tǒng)的組成 由I/O系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能，I/O系統(tǒng)也包括了硬件及其相應(yīng)的軟件。各種外圍設(shè)備不能與計算機(jī)主機(jī)直接聯(lián)系，必須通過I/O系統(tǒng)聯(lián)接。輸入/輸出接口：用來完成外圍設(shè)備與CPU交換信息時在速度、代碼形式上的相互匹配。在CPU中，數(shù)據(jù)的傳送速度是納秒級的，而外圍設(shè)備的速度則是毫秒級的，最快是微秒級的，兩者相差懸殊。CPU中的二進(jìn)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。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。同時能根據(jù)CPU的控制要求，對I/O系統(tǒng)的工作進(jìn)行控制與檢測。接口部件是計算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，不同的輸入輸出方式，不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，都影響接口部件的組成。而接口部件的質(zhì)量好壞，也將直接影響計算機(jī)系統(tǒng)的性能。通道的工作過程通道的工作過程可分為啟動通道、數(shù)據(jù)傳輸、通道程序結(jié)束三個部分。（1）啟動通道在用戶程序中使用訪管指令進(jìn)入管理程序，由CPU通過管理程序組織一個通道程序，并啟動通道。廣義指令由一條訪管指令和若干個參數(shù)組成，訪管指令的地址碼部分實際上是這條訪管指令要調(diào)用的管理程序入口地址。當(dāng)用戶程序執(zhí)行到要求進(jìn)行輸入輸出操作的訪管指令時，產(chǎn)生自愿訪管中斷請求。CPU響應(yīng)這個中斷請求后，轉(zhuǎn)入管理程序入口。管理程序根據(jù)廣義指令提供的參數(shù)，如設(shè)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。（2）數(shù)據(jù)傳輸通道處理機(jī)執(zhí)行CPU為它組織的通道程序，完成指定的數(shù)據(jù)輸入輸出工作。通道被啟動后，CPU就可以退出操作系統(tǒng)的管理程序，返回到用戶程序中繼續(xù)執(zhí)行原來的程序，而通道開始傳輸數(shù)據(jù)。（3）通程序結(jié)束當(dāng)通道處理機(jī)執(zhí)行完通道程序的最后一條通道指令“斷開通道指令”時，通道的數(shù)據(jù)傳輸工作就全部結(jié)束了。通道程序結(jié)束后向CPU發(fā)出中斷請求。CPU響應(yīng)這個中斷請求后，第二次進(jìn)入操作系統(tǒng)，調(diào)用管理程序?qū)斎胼敵鲋袛噙M(jìn)行處理。如果是正常結(jié)束，管理程序進(jìn)行必要的登記等工作；如果是故障、錯誤等異常情況，則進(jìn)行例外情況處理。然后CPU返回到用戶程序繼續(xù)執(zhí)行。 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)。PLC輸出模塊用來送出可編程控制器運算后得到的信息，并通過機(jī)外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場的各類控制。（執(zhí)行結(jié)果輸出）PLC的輸入/輸出模塊的特點：①有良好的抗干擾的能力；②能滿足工業(yè)現(xiàn)場各類信號的匹配要求。計算機(jī)輸入輸出系統(tǒng)（I/O系統(tǒng)）的功能是完成計算機(jī)系統(tǒng)與外部世界的聯(lián)系，它與計算機(jī)主機(jī)的速度、處理能力、實用性、兼容性等各項性能都有十分密切的關(guān)系如圖33。下面詳細(xì)介紹。程 序輸 入 設(shè) 備計算機(jī)數(shù)字控制設(shè)備輸 出 設(shè) 備可編程控制器主軸控制單元主軸電機(jī)機(jī) 床進(jìn)給電機(jī)位 置檢測器主軸控制單元圖33 系統(tǒng)輸入輸出框圖 采集時序控制電路在每個獨立采集模板的采集電路中，包含一個AD684和AD7821，可以同時采集4路信號。4路信號V0~V3在采集控制信號SHC1和SHC2的控制下進(jìn)行同時采樣，并在采樣保持后由A/D轉(zhuǎn)換器分時轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，同時保存在存儲器中。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。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。定時器時鐘使用控制時鐘CLK，頻率為5MHz；G門控制信號用于控制采集過程的開始和結(jié)束。設(shè)備開始工作時，工作程序在初始化階段對定時器進(jìn)行設(shè)置，3個基本時序就已經(jīng)產(chǎn)生，它們?yōu)橹芷谛缘拿}沖信號；采集基本時序周期等于采樣周期，按正交采樣的需要，OSH比NSH遲后1/4個采樣周期。此時G為1，采樣時序信號未產(chǎn)生。采集工程開始時，工作程序產(chǎn)生的SH START使G變?yōu)?，NSH按采集要求整形產(chǎn)生普通采樣時序SHC1。同時根據(jù)采集方式設(shè)置產(chǎn)生SHC2。ADC信號與采集時序進(jìn)行同步，經(jīng)整形后產(chǎn)生A/D轉(zhuǎn)換的自動脈沖A/D START。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。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。采集電路提供了一個采集狀態(tài)口，工作程序可讀取狀態(tài)口了解采集過程的當(dāng)前狀態(tài)。在采集工作結(jié)束時，工作程序控制定時器產(chǎn)生SH END，使G為0，采集過程結(jié)束。同時對32路信號采集，則采樣時間較短，在實際工作中，如需增加采樣時間，則可采用接續(xù)采集的方式，也就是由幾個通道來采集一路信號。 正交采用定時器產(chǎn)生了兩個采樣基本時序NSH和OSH，其中OSH比NSH延遲1/4個采樣周期。在正交采樣時，對NSH整形產(chǎn)生SHC1，對OSH整形產(chǎn)生SHC2，SHC2比SHC1延遲1/4個采樣周期，在前面模板采集電路結(jié)構(gòu)中，正交采樣時，將兩路信號合并作為一路正交信號，這樣，最多可正交采樣16路信號。A/D轉(zhuǎn)換啟動脈沖由SHC2同步。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(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。 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。它的輸入信號可以是不同量程的電壓或電流。其電壓、電流的量程是開關(guān)SWSW2到SW6設(shè)定。EM235有1路模擬量輸出，其輸出可以是電壓也可以是電流。 晶閘管—電動機(jī)電路設(shè)計晶閘管—電動機(jī)電路中，采用三相橋式全控整流電路。來自體統(tǒng)母線的三相交流電經(jīng)斷路器通過整流變壓器向晶閘管供電，為了減少高次諧波對電網(wǎng)的不良影響，變壓器采用△/Y接法，整流主電路采用三相全橋式整流電路。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。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 。 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： ()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。再一種則是采用電子保護(hù)電路，檢測設(shè)備的輸出電壓或輸入電流，當(dāng)輸出電壓或輸入電流超過允許值時，借助整流觸發(fā)控制系統(tǒng)使整流橋短時內(nèi)工作于有源逆變工作狀態(tài)，從而抑制過電壓或過電流的數(shù)值。晶閘管的過流保護(hù)晶閘管設(shè)備產(chǎn)生過電流的原因可以分為兩類：一類是由于整流電路內(nèi)部原因；另一類則是整流橋負(fù)載外電路發(fā)生短路而引起的過電流，另外，如整流變壓器中心點接地，當(dāng)逆變負(fù)載回路接觸大地時，也會發(fā)生整流橋相對地短路。對于第一類過流，即整流橋內(nèi)部原因引起的過流，以及逆變器負(fù)載回路接地時，可以采用第一種保護(hù)措施，最常見的就是接入快速熔短器的方式。對于第二類過流，即整流橋負(fù)載外電路發(fā)生短路而引起的過電流，則應(yīng)當(dāng)采用電子電路進(jìn)行保護(hù)。晶閘管的過壓保護(hù)晶閘管設(shè)備在運行過程中，會受到由交流供電電網(wǎng)進(jìn)入的操作過電壓和雷擊過電壓的侵襲。同時，設(shè)備自身運行中以及非正常運行中也有過電壓出現(xiàn)。 過電壓保護(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性元件加以抑制。過電壓保護(hù)的第二種方法是采用電子電路進(jìn)行保護(hù)。晶閘管元