【文章內(nèi)容簡介】 設(shè)計 本設(shè)計用的是三相鼠籠異步電機，其額定電壓為 380V。三相鼠籠異步電 機的運行方式有星型和三角型，具體接線方法如圖 25所示：本設(shè)計使用的是星型接法。 基于 PID 的交流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計（偏軟） 6 圖 25三相鼠籠異步電機星、三角接法 測速計是一個傳感器，將速度轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)的電量 —— 電壓，能夠?qū)崟r顯示電機轉(zhuǎn)速。將鼠籠電機與測速計同軸連接，即可測量電機轉(zhuǎn)速。 I/O 地址分配表 本實驗有用外部來控制電機的運行，所以就用到 I/O 地址 . 如下表 26 表 26 I/O地址分配表 輸入部分 輸出部分 名稱 地址 名稱 地址 啟動 模擬量 D/A 210 停止 中間繼電器 模擬量 A/D 200 硬件接線圖 以 PLC 為控制器、變頻器為執(zhí)行器、 測速計為測量裝置的硬件圖如 27 圖 27硬件接線圖 基于 PID 的交流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計（偏軟） 7 第 3 章 PLC 的軟件設(shè)計 軟件參數(shù)設(shè)計 由于本設(shè)計事先已經(jīng)測得鼠籠電機在星型連接的情況下最高轉(zhuǎn)速可到達1440r/min，這個轉(zhuǎn)速經(jīng)過測速儀轉(zhuǎn)換后得到的電壓是 ，而轉(zhuǎn)速為 0是其相對測量轉(zhuǎn)換電壓為 0,故輸入電壓的量程選用 0~10V；輸出也選 0~10V的電壓量程。 CX— Programmer 具體個項參數(shù)的設(shè)置修改如下 ：如圖 31 圖 所以輸入占用的 AD 0CH 信道地址 200CH；選用 12020 的分辨率。輸出使用DA0CH 信道地址 210CH， 運算控制的設(shè)計 用戶根據(jù)實際需要設(shè)定一個設(shè)定值 —— 即電機轉(zhuǎn)速，它與經(jīng)過模擬量輸入單元的濾波、轉(zhuǎn)換，與測量儀器 —— 即轉(zhuǎn)速儀，得到的測量值進行比較，得出偏差，偏差經(jīng)過 PLC 的 PID 指令環(huán)節(jié)的比例積分單元進行調(diào)節(jié)，經(jīng)過模擬量輸出單元的轉(zhuǎn)換，將結(jié)果輸出，輸出到執(zhí)行器 —— 即變頻器，同時也將結(jié)果送到微分環(huán)節(jié)做超前調(diào)節(jié)，變頻器輸出對應(yīng)的頻率信號，送到電機，表現(xiàn)出相應(yīng) 的轉(zhuǎn)速，再與設(shè)定值相比較，得到偏差，再進行調(diào)節(jié)如此循環(huán)，直到最終得到與設(shè)定值相差無幾的轉(zhuǎn)速。本設(shè)計運算思路圖如下 32： 基于 PID 的交流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計（偏軟） 8 ? ?? ? ? ??? /1//11 TiTia ??? 目 標 值 濾 波 ? ?)/*1( //* ?? ?TdTdKp ?)//( ?TikpKp ?設(shè) 定 值測 量 值++比 例 + 積 分 要 素操 作 量 圖 32 設(shè)計思路圖 其中 :Kp 比例常數(shù) :Ti 積分時間 :Td 微分時間 :? 2PID 參數(shù) :? 取樣周期 :? 不完全微分系數(shù) 編程 CP1H 模擬量輸入 /輸出單元 （ 1） A/D、 D/A 功能： A/D 是模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，通常簡稱為：模數(shù)轉(zhuǎn)換。 A/D 的作用是把連續(xù)的信號（如：聲音信號，正弦電流信號等）變成離散的信號，方法就是：取樣，量化，編碼。 公式： A/D 數(shù)值 =F* ? ?? ?0/ AAs m ? (2) 其中 F為分辨率， s為測速儀的測量值， Am為設(shè)置量程的最大值， A0為設(shè)置量程的最 小值。 D/A 是數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換 ,通常稱為：數(shù)模轉(zhuǎn)換。 D/A轉(zhuǎn)換是將數(shù)字離散信號轉(zhuǎn)變成為模擬連續(xù)信號。 公式： D/A數(shù)值 =? ? ? ?AAOMFS ?? (3) 其中 F 為分辨率， S 為輸入 D/A 通道的數(shù)值， Am為設(shè)置量程的最大值， A0為設(shè)置量程的最小值。 編程的操作流程 注：由于 PID 在進行運算時，它的測量值與設(shè)定值的量必須為同一個量。所以，必須要對測量值與設(shè)定值的量統(tǒng)一。本編程中用的是轉(zhuǎn)速作為統(tǒng)一量。 ①對于輸入 的處理 在軟件編程前，先要做量程的轉(zhuǎn)換。之前已經(jīng)說明了，轉(zhuǎn)速儀所測得的轉(zhuǎn)速范圍是 0~1440r/min，對應(yīng)的電壓信號為 0~，而我們設(shè)置 PLC 的模擬量的輸入單元量程是 0~10V，故而必須要把相應(yīng)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為 0~10V 對應(yīng)的電壓，即我們設(shè)置輸入量程時應(yīng)該 1920r/min。其統(tǒng)一的公式為： ? ?2112 /* kkll ? (4) 基于 PID 的交流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計（偏軟） 9 其中 2l 為設(shè)置轉(zhuǎn)速量程， 1l 為實際轉(zhuǎn)速量程， 1k 為實際電信號量程， k 2為設(shè)置電信號量程。 本設(shè)計中我們使用的是 12020的分辨率，測速儀的數(shù)值在輸送給模擬量通道后，模擬量通道（本實驗是 200）里顯示的數(shù)值已經(jīng)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量即 A/D轉(zhuǎn)換，所以我們還要把相應(yīng)的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的轉(zhuǎn)速量。對應(yīng)的公式為： 測量的轉(zhuǎn)速 = ? ?FSl ??2 (5) 其中 F為分辨率， S 為模擬通道 200的數(shù)值， 2l 為輸入的量程范圍。 （ 1） 啟動停止控制 圖 331 啟動停止控制圖 作為開始按鈕， 作為停止按鈕。 （ 2） 輸入信號的采集 圖 332 輸入信號采集圖 由于在實際轉(zhuǎn)換過程中涉及到小數(shù)的情況，所以不能簡簡單單的用二進制數(shù)的四則運算，要用到浮點數(shù)，這樣才能保證計算的精確。下圖也是如此。 （ 3）輸入的處理 基于 PID 的交流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計（偏軟） 10 圖 333 輸入處理圖 如當 200 通道的數(shù)值為 6000 時，經(jīng) 9601 2 0 0 06 0 0 01 9 2 0 ??? 此時 D8中的數(shù)值為 ，這就是測得的速度的值。 （ 4） PID 的處理 圖 334 PID的處理圖 由于 PID 中的處理數(shù)據(jù)為二進制，所以要將浮點數(shù)變?yōu)槎M制。 （ 5）對于輸出的處理 由于經(jīng)過 PID 之后得到的數(shù)字量是經(jīng) PID 輸出量程的轉(zhuǎn)換值，而要將該數(shù)值轉(zhuǎn)換為模擬量輸出通道的輸入值，就要進行必要的轉(zhuǎn)換。由于第六通道的設(shè)置可知，得到數(shù)字量的范圍為 0~213，故而轉(zhuǎn)換的公式 為： 模擬量輸出通道的數(shù)值 =（ PID 輸出 /213） *F 其中 F是分辨率 方法和輸入通道一樣，具體操作如下：如圖 335 基于 PID 的交流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計（偏軟） 11 圖 335 PID輸出處理圖 如 P D100中為 PID 的輸出值，先將其轉(zhuǎn)換為浮點數(shù)后進行數(shù)學運算。 ? ? 1 0 81 2 0 0 021 0 0 13 DD ??? ,這時 108D 中的數(shù)值就是 PLC送給 D/A模塊的數(shù)字量。 最后將 FIX（浮點到十六位 BIN）轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)（即 D110）送給 210信道（ D/A首信道）就完成了。 （ 6）觸摸屏程序的處理 基于 PID 的交流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計（偏軟） 12 圖 336 觸摸屏控制圖 本段程序是用觸摸屏對 PID 的參數(shù)的設(shè)置，由于觸摸屏中的數(shù)據(jù)設(shè)置為 BCD碼，而 PID 中為二進制數(shù)，所以要轉(zhuǎn)換數(shù)字。若不用觸摸屏，則設(shè)置的程序如下圖： 圖 337 程序控制圖 PID通道的設(shè)置 本實驗中 PID 通道的設(shè)置數(shù)制為十六進制。需要設(shè)置的通道為 C～ C+8。 基于 PID 的交流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計（偏軟） 13 首通道 C 是設(shè)定值信道，該信道內(nèi)僅僅就是為了設(shè)置用戶希望達到的目標值，本設(shè)計中即是對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。 第一通道 C+1是設(shè)定比例參數(shù)，第二通道 C+2為積分參數(shù)，第三通道 C+3為微分參數(shù)，第四通道 C+4為取樣時間。 對于濾波 系數(shù)，本實驗用其最大值， 163。此外，當設(shè)定值 =測得值時輸出為 0%；同時在輸入條件上升及每個取樣周期都將 P、 I、 D 的值反映到運算中；比例動作的方向為反方向，故而第五通道 C+5設(shè)置值為 1632。 在