基于plc交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-21 15:48 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)過程控制中不可替代的主要技術(shù)之一。PID控制分為三個(gè)環(huán)節(jié)，分別是比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)。 比例調(diào)節(jié)作用是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用以減小偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)時(shí)間；但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 積分調(diào)節(jié)作用是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至消除誤差。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)Ti，Ti越小，積分作用就越強(qiáng)；反之積分作用就越弱。加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。PI調(diào)節(jié)器是最常用的調(diào)節(jié)器。 微分調(diào)節(jié)作用反應(yīng)系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒形成之前，已被積分作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。在微分時(shí)間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)和調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，因此過強(qiáng)的微分調(diào)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。 變頻調(diào)速原理：異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速n可以表示為 式中，n2為同步轉(zhuǎn)速，Δn1為轉(zhuǎn)差損失的轉(zhuǎn)速，p為磁極對(duì)數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率，f為電源的頻率?？梢?，改變電源頻率就可以改變同步轉(zhuǎn)速和電機(jī)轉(zhuǎn)速。頻率的下降會(huì)導(dǎo)致磁通的增加，造成磁路飽和，勵(lì)磁電流增加，功率因數(shù)下降，鐵心和線圈過熱。顯然這是不允許的。為此，要在降頻的同時(shí)還要降壓。這就要求頻率與電壓協(xié)調(diào)控制。此外，在許多場(chǎng)合，為了保持在調(diào)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩不變，亦需要維持磁通不變，這亦由頻率和電壓協(xié)調(diào)控制來實(shí)現(xiàn)，故稱為可變頻率可變電壓調(diào)速，簡(jiǎn)稱變頻調(diào)速。實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的裝置稱為變頻器。變頻器一般由整流器、濾波器、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路以及控制器（MCU／DSP）等部分組成。 硬件選型 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的硬件組成：觸摸屏：西門子Smart 700，為觸屏中的中低端產(chǎn)品，但性價(jià)比較高。適用于單機(jī)場(chǎng)合，可以實(shí)現(xiàn)與S7200的簡(jiǎn)單無縫連接。其屏幕大小為7寸，顯示類型為L(zhǎng)CD,分辨率為800*480，256色亮度可調(diào)，直流24V供電，帶一個(gè)RS485通信接口?？梢灾С峙c第三方PLC通信，如三菱FN系列，歐姆龍CP1系列等?？芍С肿疃?00個(gè)變量，50個(gè)畫面，200個(gè)報(bào)警，32個(gè)報(bào)警等級(jí)，5個(gè)配方，支持趨勢(shì)視圖、報(bào)警消息及斷電保持。其組態(tài)基于軟件WinCC flexible。圖23 西門子Smart 700PLC：S7200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7200系列具有極高的性能/價(jià)格比。S7200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：極高的可靠性、極豐富的指令集、易于掌握、便捷的操作、豐富的內(nèi)置集成功能、實(shí)時(shí)特性、強(qiáng)勁的通訊能力、豐富的擴(kuò)展模塊。變頻器MM420：變頻器的工作原理是把市電（380V 、50Hz）通過整流器變成平滑直流，然后利用半導(dǎo)體器件（GTO、GTR或IGBT）組成的三相逆變器，將直流電變成可變電壓和可變頻率的交流電。根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的。如果變頻器參數(shù)為出廠初始參數(shù)，則需要對(duì)它進(jìn)行快速調(diào)試。圖24 變頻器 MM420電機(jī)機(jī)組：鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、工作可靠；不能人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。直流電機(jī)：直流電機(jī)分為直流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)兩大類。本設(shè)計(jì)用直流發(fā)電機(jī)，外接電阻，相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載，另端接碼盤測(cè)速。碼盤：碼盤分為絕對(duì)式編碼器和增量編碼器兩種，前者能直接給出與角位置相對(duì)應(yīng)的數(shù)字碼；后者利用計(jì)算系統(tǒng)將旋轉(zhuǎn)碼盤產(chǎn)生的脈沖增量針對(duì)某個(gè)基準(zhǔn)數(shù)進(jìn)行加減以求得角位移。常用的碼盤是接觸編碼器和光學(xué)編碼器。接觸編碼器是絕對(duì)式編碼器中的一種，它由編碼盤、電刷和電路組成。編碼盤按二進(jìn)制碼制成，與旋轉(zhuǎn)軸固定在一起。碼盤上有6條碼道，每條碼道上有許多扇形導(dǎo)電區(qū)和不導(dǎo)電區(qū)，全部導(dǎo)電區(qū)連在一起接到一個(gè)公共電源上。 6個(gè)電刷沿一個(gè)固定的徑向安裝，分別與6條碼道接觸。每個(gè)電刷與一單根導(dǎo)線相連，輸出6個(gè)電信號(hào),其電平由碼盤的位置控制。當(dāng)電刷與導(dǎo)電區(qū)接觸時(shí)，輸出為“1”電平；與不導(dǎo)電區(qū)接觸時(shí)，輸出為“0”電平。隨著轉(zhuǎn)角的不同，輸出相應(yīng)的碼。編碼器的精度取決于碼盤本身的精度，分辨率則取決于碼道的數(shù)目。10條碼道的碼盤，其分辨率為1/1024，采用多個(gè)碼盤和裝上內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)可達(dá)1/105。 另一種絕對(duì)式編碼器是光學(xué)編碼器，是依照光學(xué)和光電原理制成的器件。它由光源、碼盤、光學(xué)系統(tǒng)及電路4部分組成。碼盤是在不透明的基底上按二進(jìn)制碼制成
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