【正文】 點用到中斷程序與中斷指令、高速計數(shù)器指令和高速脈沖輸出指令以及PID指令，高速脈沖輸出指令已在第四章詳細(xì)介紹，所以下面重點介紹中斷指令和高速計數(shù)器指令和PID指令。本次設(shè)計所使用的PLC型號為：SIMATICS7200CPU224，整個PLC模塊及數(shù)字量輸入/輸出界面如下圖51所示，1為CPU模塊，型號為CUP224 AC/DC/RLY 2141BD23OXBO， CPU模塊有14個數(shù)字量輸入點（～,～）和10個數(shù)字量輸出點（～,～）,輸入點分成兩組，1M、2M是每組輸入點內(nèi)部電路的公共端，輸出點分成三組，1L、2L、3L是每組輸出點內(nèi)部電路的公共端，該模塊還有8個輸入設(shè)備，～，～，模塊右邊打開的蓋子中間的黃色選擇開關(guān)為PLC的狀態(tài)開關(guān)，向上合時PLC為RUN狀態(tài)，向下合時PLC為STOP狀態(tài)，狀態(tài)開關(guān)下面的有兩個可調(diào)節(jié)的旋鈕0和1，分別為PLC的模擬電位器0和模擬電位器1，對應(yīng)PLC內(nèi)部存儲器SMB28和SMB29；輸入點分成兩組，3M、4M是每組輸入點內(nèi)部電路的公共端，輸出點分成兩組，1L、2L是每組輸出點內(nèi)部電路的公共端；M端口為PLC內(nèi)部接地端；L+為PLC輸出DC 24V電源隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)展了許多新的電機(jī)控制方法，其中PWM(脈寬調(diào)制)是最常用的一種調(diào)速方法，本次設(shè)計也是采用PWM實現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。因為PLC的輸出電壓是DC24V，與電動機(jī)的額定電壓相等，所以可以直接控制電動機(jī)的起停，本次設(shè)計使用的S7200PLC有一個高速脈沖輸出指令，脈沖寬度的改變是通過S7200PLC自帶的模擬電位器來實現(xiàn)的。設(shè)計中，設(shè)置PWM波的周期和脈寬的增量單位為微秒（us），為了增大可調(diào)范圍，設(shè)周期值為最大值65535us（），對于PWM波的寬度（即占空比）的調(diào)節(jié)（即對電動機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)）是通過特殊存儲器的SMW28來實現(xiàn)的，SMW28中的數(shù)字分別對應(yīng)于模擬電位器0和模擬電位器1動觸點的位置，在STOP/RUN方式下，每次掃描時更新該值。這種周期時間保持常數(shù)，變化脈沖寬度的PWM操作稱為PWM的同步更新，波形特性的變化發(fā)生在周期邊沿，這樣可為每一個PWM波提供平滑過渡。（一）測速軟件主程序流程圖 圖67 測速軟件主程序流程圖（二）測速軟件子程序中斷程序流程圖圖68 測速軟件子程序中斷程序流程圖，選用PLC內(nèi)部編號為0的高速計算器HSC0，使它工作在0模式下，設(shè)置它的計數(shù)方向為增計數(shù)，并且允許更新它的計數(shù)方向和當(dāng)前值，設(shè)置高速計數(shù)器每20ms執(zhí)行一次中斷程序（），讀出高速計數(shù)器的數(shù)值后將其置0，并且把每次所讀的數(shù)據(jù)累加起來放入VD0中，在中斷程序中執(zhí)行到規(guī)定次數(shù)24次時，乘以一個修正系數(shù)12，根據(jù)M法測速原理就得到了電動機(jī)的轉(zhuǎn)速值，把這個值放入一個字存儲單元VW20中，等待掃描顯示。測速軟件主程序編寫Network 1 //調(diào)用高速計數(shù)器初始化子程序LD CALL SBR3 //調(diào)用高速計數(shù)器初始化設(shè)置的子程序2高速計數(shù)器初始化子程序 Network 1LD //MOVD +0, VD0 //將用于記錄累加數(shù)據(jù)的中間變量VB8置0MOVB 0, VB8 //將記錄累加數(shù)據(jù)次數(shù)的中間變量VB8置0HDEF 0, 0 //選用高速計數(shù)器HSC0，工作模式為0MOVB 16DC, SMB37 //設(shè)置高速計數(shù)器HSC0的控制字節(jié) //更新當(dāng)前值、預(yù)置值、記數(shù)方向 //采用加記數(shù)MOVD +0, SMD38 //設(shè)置HSC0初始值寄存器SMD38為0MOVD 16FFFF, SMD42 //設(shè)置HSC0的預(yù)置值為最大值MOVB 50, SMB34 //設(shè)定定時中斷事件的時間為50ms ATCH INT0, 10 //將定時中斷事件與中斷處理 程序INT_0建立關(guān)聯(lián) //允許全局中斷HSC 0 //對HSC0編程 中斷程序的編寫Network 1 //啟用高速脈沖計數(shù)器LD //中斷處理程序每隔70ms掃描刷新一次+D HC0, VD0 //將HC0的記數(shù)當(dāng)前值與累加數(shù)據(jù)累加INCB VB8 //采用整數(shù)遞增指令，記錄累加次數(shù)MOVD +0, SMD38 //清HC0的當(dāng)前值MOVB 16CC, SMB37 //重新設(shè)置HC0控制字節(jié) //允許更新當(dāng)前值和計數(shù)方向HSC 0 //執(zhí)行HSC指令Network 2 //把高速計數(shù)器中的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速并輸出LDB= VB8, 25 //累加次數(shù)=25時，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)2程序*D 16, VD4 //將脈沖數(shù)計數(shù)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速送入VW10DTI VD4, VW10MOVW VW10, VW20 IBCD VW20 //將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成BCD碼存入VW20 MOVB 0, VB8 //累加次數(shù)VB8清0，便于下次數(shù)據(jù)的累加MOVD +0, VD0 //將用于累加數(shù)據(jù)的中間變量VD0置0 目前常用的顯示元件大多為LED，設(shè)計用的電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為2700r/min，所以用四個LED組成一個四位顯示電路來顯示電動機(jī)的轉(zhuǎn)速?；魻杺鞲衅靼央姍C(jī)轉(zhuǎn)速以脈沖的形式送給PLC高速計數(shù)器，經(jīng)過計算轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速，放入PLC字存儲器VW20（16位）中。根據(jù)硬件電路設(shè)計要求，需要8個輸出信號，4個用于74LS48譯碼器的輸入端，另外4個用于數(shù)碼顯示管的4個選通位（高電平有效）。本設(shè)計所用PLC的數(shù)字量輸出模塊的輸出端口有8個（即QB2：～），這樣可以根據(jù)實際控制情況，把VW20中的16位分成4個四位的數(shù)，從高到低依次送入數(shù)碼管的最高位、次高位、次低位、最低位（即依次作為轉(zhuǎn)速顯示的千位、百位、十位、個位的數(shù)值），、作為74LS48的輸入，～，即把1610放入一個字節(jié)存儲單元后，與VW20中的最低四位通過“或”指令放到一起組成一個新8位數(shù)從QB2中輸出，這樣只要VW20中的數(shù)被掃描后，與它同步變化的選通位就會控制該位的數(shù)的顯示了，VW20中的其它3個四位數(shù)從低到高分別與16161680組成新的8位數(shù)從QB2中輸出，這樣就能實現(xiàn)不同位的數(shù)由相應(yīng)的選通位來控制了。本次設(shè)計的掃描程序是實時掃描顯示的。一個循環(huán)掃描顯示周期為45ms，轉(zhuǎn)速值從低位到高位依次掃描顯示，每一位的時間間隔為10ms，程序的循環(huán)掃描顯示是由兩個定時器來控制實現(xiàn)的，一個控制停止掃描，把各存儲單元的清零，5ms后，另一個定時器啟動，開始下一次掃描。7 結(jié)論(一)轉(zhuǎn)速、精確度、占空比的分析本次設(shè)計所用電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為2700r/min，由于實際條件的限制，實驗中不能給電機(jī)加固定的負(fù)載，所以只能測出空載轉(zhuǎn)速。由于電動機(jī)存在“電樞反應(yīng)” ，所以在正、反轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)速值不一樣。正轉(zhuǎn)時，電動機(jī)空載最高轉(zhuǎn)速為3216 r/min，反轉(zhuǎn)時為3600 r/min。表61列出了空載時顯示電路的轉(zhuǎn)速值與手持?jǐn)?shù)字轉(zhuǎn)速表所測轉(zhuǎn)速值的比較，并且計算出了此測速軟件的精確度。表61 顯示電路轉(zhuǎn)速值與手持?jǐn)?shù)字轉(zhuǎn)速表測速值的比較顯示電路轉(zhuǎn)速值（r/min）手持?jǐn)?shù)字轉(zhuǎn)速表測速（r/min）電壓值（V）精確度（%）占空比正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)3216360032243580203104342431033417307234082950339029923280301532892768291227502880254426602510267120002240187020701744200014401900占空比計算：正反轉(zhuǎn)的電壓平均值除以24。由表61可以看出，在額定轉(zhuǎn)速以上，測速的精確度比較高，低于額定值后，隨著轉(zhuǎn)速的降低，測速的精確度就會明顯降低。因為調(diào)速的過程中，隨著PWM脈寬（即占空比）的逐漸的調(diào)小，轉(zhuǎn)速的誤差就會逐漸增大，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于1000r/min時，加之霍爾傳感器的誤差大，轉(zhuǎn)速將很快降為0，這也驗證了M法測速原理只能用于高速度測量，而不適用于低速測量。M法測速的分辨率為：根據(jù)表61所測轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，可以繪出調(diào)速系統(tǒng)n隨u變化的曲線，如圖611所示。從圖中可以看出，只要加在電動機(jī)電樞兩端的電壓改變了，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速就會改變，這也是直流電動機(jī)常用的一種調(diào)速方法—調(diào)電壓調(diào)速。直流電動機(jī)PWM調(diào)速，從本質(zhì)上講就是調(diào)電壓調(diào)速，通過改變PWM脈沖信號的脈沖寬度（即調(diào)節(jié)占空比），來改變達(dá)林頓管的通斷時間，從而來改變加在電動機(jī)兩端的電壓值。圖611 調(diào)速系統(tǒng)n隨u變化曲線（二）霍爾傳感器輸出脈沖頻率的分析由M法測速原理可知，霍爾傳感器輸出脈沖頻率為：f1=M1/Tc，表62給出了在所測轉(zhuǎn)速下對應(yīng)的傳感器輸出脈沖的頻率表62 霍爾傳感器輸出脈沖頻率顯示電路轉(zhuǎn)速值（r/min）高速計數(shù)器脈沖數(shù)(M1)傳感器輸出脈沖頻率（Hz）誤差率δmax（%）正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)3216360060367518031043424582642307234085766392992328056161516427682912519546254426604774991332000224037542010011217442000327375100由表62可以看出，隨著轉(zhuǎn)速的降低，霍爾傳感器輸出的脈沖頻率也降低；誤差率與Tc時間內(nèi)所測取的脈沖個數(shù)M1成反比，即轉(zhuǎn)速越低，M1越小，誤差率越大。本次論文中所編寫的控制系統(tǒng)的三大部分程序完成了最初的設(shè)計控制任務(wù)，并配合硬件電路，用所編程序?qū)崿F(xiàn)了S7200 PLC控制直流電機(jī)（DC 24V/100W）的PWM調(diào)速、轉(zhuǎn)速檢測與顯示的實際操作控制。該系統(tǒng)由于采用PLC代替了傳統(tǒng)的繼電器，減少了維修量且運行更安全可靠；運行程序存在于PLC中，可隨時通過計算機(jī)對其進(jìn)行修改；PWM波的頻率輸出范圍寬，占空比和輸出脈沖寬度可以編程調(diào)整，靈活易懂，并且具有硬件啟、?？刂乒δ?，所以使用簡單方便，性能可靠，可滿足一般的變頻調(diào)速系統(tǒng)要求，特別適合小型工業(yè)環(huán)境下的設(shè)備控制，具有一定的實用性。