【正文】 同時(shí)在這次的 設(shè)計(jì)過程中 ，我明白了做任何事情要踏踏實(shí)實(shí)，打好基礎(chǔ)，只有踏踏 實(shí)實(shí)的，才能有更好的發(fā)展。在設(shè)計(jì)過程中，我收獲了很多， 當(dāng)然也遇到了一些挫折，有時(shí)自己的想法沒法用設(shè)計(jì)表示出來，當(dāng)然還有像自己做出來的東西不能滿足設(shè) 計(jì)的要求等， 在此要感謝我的指導(dǎo)老師 付曉輝老師 對(duì)我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。前期主要是準(zhǔn)備工作，英文資料的翻譯，資料的查找，對(duì)課題的分析，設(shè)計(jì) PLC變頻器 交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的電氣接線圖， PLC 輸入、輸出地址表。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，起初認(rèn)為硬件接線看起來很簡(jiǎn)單，但是到軟件部分才發(fā)現(xiàn)，工作量是巨大的，這無疑是一個(gè)挑戰(zhàn)。 結(jié)束語 經(jīng)過半年的努力，畢業(yè)設(shè) 計(jì)終于接近尾聲。 調(diào)節(jié)時(shí)間為轉(zhuǎn)速進(jìn)入并一直保持在誤差帶內(nèi)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，為 11s。 圖 13 PID控制系統(tǒng)響應(yīng)曲線 加上負(fù)載，轉(zhuǎn)速減低，系統(tǒng)調(diào)節(jié)一段時(shí)間進(jìn)入穩(wěn)態(tài)；去掉負(fù)載轉(zhuǎn)速陡然升高，系統(tǒng)調(diào) 節(jié)一段時(shí)間進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。 CV為變頻器輸出頻率，定標(biāo)為最大 50Hz， 最小 0Hz。頁面如圖 12所示： 圖 12 PID模塊 在 Tuning中能完成對(duì)參數(shù) Kp,Ki,Kd設(shè)定。 + r(t) e(t) Δ u c(t) PID 增量算法 步進(jìn)電機(jī) 被控對(duì)象 圖 12 增量型控制示意圖 + r (t) e(t) u c(t) PID 位置算法 調(diào)節(jié)閥 被控對(duì)象 圖 11 位置型控制示意圖 圖 11 PLC 程序設(shè)計(jì) PLC程序應(yīng)包括以下控制： （ 1） 當(dāng)按下正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕 SB1 時(shí)， PLC的 ON，允許電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。 增量式控制算法的優(yōu)點(diǎn)是誤動(dòng)作小，便于實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換。 PID控制算法 所謂增量式 PID是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量Δ (k)。將式 (9)代入式 (7)， 可以得到離散的 PID表達(dá)式為 : 0( ) { ( ) ( ) [ ( ) ( 1 ) }1k DpjTTu k K e k e j e k e k?? ? ? ? ?? （ 10） 式中 : k— 采樣序列號(hào) ； u(k)— 第 k次采樣時(shí)刻的計(jì)算機(jī)輸出值 ； e(k)— 第 k次采樣時(shí)刻輸入的偏差值 ； e(k1)— 第 k1次采樣時(shí)刻輸入的偏差值； Ki— 積分系數(shù)， Ki＝ KpT/Ti； Kd— 微分系數(shù) , Kd＝ KpTd/T。 圖 6和圖 圖 圖 圖 10 為理想情況和實(shí)際情況下常遇到的 PID控制的階躍響應(yīng)曲線 圖 6 理想響應(yīng)曲線 圖 7 無超調(diào)量 圖 8超調(diào)量偏大 圖 9積分時(shí)間太長(zhǎng) 圖 10 超調(diào) 量偏大積分時(shí)間偏小 數(shù)字式 PID 控制算法 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，使用的是數(shù)字 PID控制器，數(shù)字 PID 控制算法通常又分為位置式 PID控制算法和增量式 PID控制算法。 2)穩(wěn)態(tài)誤差 穩(wěn)態(tài)誤差由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、輸入作用類型決定。 一個(gè)好的控制系統(tǒng)應(yīng)該有盡可能小的超調(diào)和盡可能短的調(diào)節(jié)時(shí)間，且超調(diào)量與調(diào)節(jié)時(shí)間在很多情況下是矛盾的：小的超調(diào)量要求系統(tǒng)有大的阻尼系數(shù)，而阻尼系數(shù)過大又會(huì)使響應(yīng)速度下降。 調(diào)節(jié)時(shí)間、單位階躍響應(yīng) h(t)與穩(wěn)態(tài)值 h(∞ )之間的偏差達(dá)到規(guī)定的允許范圍（177。 也可取其遞推算法 。 相應(yīng)的傳遞函數(shù)為： ssTTTTKsTsTKsG idiipdip1s)11()( ??????? （ 2） 若 4 1iT? ?則式 (2）還可以寫成 ? ?? ?1211() PiT s T sKGs Ts??? （ 3） 式中 1 141 2 1 di iTTT T?????????，2 141 2 1 di iTTT T?????????。積分控制往系統(tǒng)中加入了零極點(diǎn)，可以提高系統(tǒng)的型別（控制系統(tǒng)型別即為開環(huán)傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)的重?cái)?shù)，它表爭(zhēng)了系統(tǒng)跟隨輸入信號(hào)的能力），消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度，但會(huì)使系統(tǒng)的震蕩加劇，超調(diào)增大 ，動(dòng)態(tài)性能降低，故一般不單獨(dú)使用，而是與PD控制相結(jié)合。該控制為主要控制部分。 2程序高效率設(shè)計(jì) 在程序設(shè)計(jì)時(shí) 注意程序的效率，應(yīng)能夠充分發(fā)揮系統(tǒng)的功能。同時(shí)必須考慮到程序的可重復(fù)性使用。交叉引用表并不下載到PLC，程序編譯成功后才能看到交叉引用表的內(nèi)容。 ⑤ 狀態(tài)表 狀態(tài)表用來觀察程序執(zhí)行時(shí)指定的內(nèi)部變量的狀態(tài)，狀態(tài)表并不下載到 PLC，僅僅是監(jiān)控用戶程序運(yùn)行情況的一種工具。數(shù)據(jù)被編譯并下載到 PLC。使得 PLC編程更加方便、快捷。 ，電動(dòng)參數(shù)設(shè)置完 成后，設(shè) P0010為 0，變頻器當(dāng)前處于準(zhǔn)備狀態(tài)，可正常運(yùn)行。變頻器數(shù)字輸入“ 16”端子設(shè)為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行 MICROMASTER 440 具有缺省的工廠設(shè)置參數(shù)，它是給數(shù)量眾多的可變速控制系統(tǒng)供電的理想變頻傳動(dòng)裝置。 本變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT)作為功率輸出器件。 變頻器主要是由主電路、控制電路組成： (1)主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變 器”。 （ 2） 我們知道，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式位： n＝ 60f(1－ s)/p (1) 式中 n——— 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速； f——— 異步電動(dòng)機(jī)的頻率； s——— 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率； p——— 電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁場(chǎng)中受到電磁力作用，電磁力對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)軸上帶機(jī)械負(fù)載時(shí)，便向外輸出機(jī)械能。是具有較強(qiáng)控制能力的控制器。 16K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空 間。該型號(hào)的 PLC指令豐富、功能強(qiáng)大，其占有率在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)正處于上升趨勢(shì)。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時(shí)間對(duì)整個(gè)運(yùn)行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。在此期間， CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。 2)用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。 1）輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備 。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。 、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC 的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)法。 ，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。 PLC 有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。例如三菱公司生產(chǎn)的 F系列PLC平均無故障時(shí)間高達(dá) 30萬小時(shí)。由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障。 可編程控制器（ PLC）廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制。 ” 可以預(yù)期，隨著我國(guó) 現(xiàn)代化進(jìn)程 的深入， PLC在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地。為與個(gè)人計(jì)算機(jī)（ PC）相區(qū)別，現(xiàn)在仍然沿用可編程邏輯控制 器這個(gè)老名字。傳輸速率為 ~12Mbps。 其中DP是一種高速低成本通訊，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式 I/O的通訊。 ⑸ 通過 LCD操作裝置，可提高操作性能。 MM440變頻器的特點(diǎn)如下： ⑴ 包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。其功能較強(qiáng)，使用靈活，但其價(jià)格相對(duì)較貴。因此，它具有抑制干擾的能力，對(duì)元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。 S7200CN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。這種方式的主要特征更是：在速度設(shè)定值的全范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩上升時(shí)間大約為 15ms，速度設(shè)定范圍大于 1： 100；對(duì)于閉環(huán)控制而言，轉(zhuǎn)速上升時(shí)間不大于 60ms。工作模式可 采用軟件功能選擇。 無速度傳感器的矢量控制。這樣的控制方法叫做磁鏈跟蹤控制。其主要任務(wù)是完成對(duì)逆變器的開關(guān)控制，對(duì)整流器的電壓控制，以及完成各種保護(hù)功能。逆變器的結(jié)構(gòu)形式是利用 6個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件組成的三相橋式逆變器電路。無論電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)還是發(fā)電狀態(tài)，起始功率因數(shù)總不會(huì)等于 1。 整 流 器 平 波 電 路 逆 變 器M控 制 電 路 圖 3變頻器簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖 ⑴ 整流器。 變頻調(diào)速原理 變頻器可以分為四個(gè)部分，如圖 3所示。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)是相 對(duì)的，假如磁極不動(dòng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，則導(dǎo)條中同樣也能感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)來。一般電動(dòng)機(jī)主要由兩部分組成：固定部分稱為定子，旋轉(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子。用戶可根據(jù)自己的需要最大限度的合理使用有限的資源實(shí)現(xiàn)盡可能復(fù)雜的控制特性。因此 S7200系列具有極高的性能 /價(jià)格比。 變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖 2所示。 按下電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)按鈕，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行在 5Hz所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速：延時(shí) 10s后，電動(dòng)機(jī)升速運(yùn)行在10Hz對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，再延時(shí) 10s后，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)升速運(yùn)行在 20Hz對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速：以后每隔 10s，則速度按圖 1依次變化，一個(gè)運(yùn)行周期完后會(huì)自動(dòng)重新運(yùn)行。 控制目的 通過 S7200PLC給 MM400變頻器多段位電信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī) 15段速運(yùn)行。 ，制動(dòng)和調(diào)速：對(duì)電機(jī)做起動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，可以根據(jù)變頻器的使用手冊(cè)，設(shè)置起動(dòng)模式，也可以通過編程自己設(shè)定起動(dòng)模式，包括起動(dòng)時(shí)間和加速度變換規(guī)律。本論文的選題不論是從理論上還是從實(shí)踐上都有十分重要的意義。目前在中、低壓交流傳動(dòng)中，變頻器的使 用越來越多，而我國(guó)在研究矢量控制系統(tǒng)所需的各種硬件條件已經(jīng)具備，如已出現(xiàn)的智能化功率器件（ IPM），其電壓等級(jí)、開關(guān)頻率都有很大的提高；數(shù)字化控制元件也已出現(xiàn)單指令周期 10ns 的高速數(shù)字信號(hào)處理器（ DSP）和幾乎能完成一個(gè)系統(tǒng)功能的專用集成電路。國(guó)家在 十一五 規(guī)劃中指出：堅(jiān)持開發(fā)節(jié)約并 重、節(jié)約優(yōu)先，按照減量化、再利用、資源化的原則，大力推進(jìn)節(jié)能節(jié)水節(jié)地節(jié)材，加強(qiáng)資源綜合利用，完善再生資源回收利用體系，全面推行清潔生產(chǎn)，形成低投入、低消耗、低排放和高效率的節(jié)約型增長(zhǎng)方式。自從 70 年代矢量控制技術(shù)發(fā)展以來，從理論上解決了交流調(diào)速系統(tǒng)在靜、動(dòng)態(tài)性能上與直流傳動(dòng)相媲美的問題 [4]。根據(jù)有關(guān)計(jì)算統(tǒng)計(jì)，由于風(fēng)機(jī)、水泵對(duì) 調(diào)速范圍和動(dòng)態(tài)性能的要求都不高，只需要一般的調(diào)速性能就已足夠，那么換成交流調(diào)速系統(tǒng)以后，每臺(tái)風(fēng)機(jī)、水泵平均約可節(jié)能 20%，這種節(jié)能效果是非?？捎^的。此后，交流調(diào)速系統(tǒng)主要沿用下述三個(gè)方向發(fā)展和應(yīng)用。 20 世紀(jì) 70年代后，隨著大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，交流調(diào)速系統(tǒng)逐步具備了寬的調(diào)速范圍、高的穩(wěn)速范圍、高的穩(wěn) 速精度、快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及在四象限作可逆運(yùn)行等良好的技術(shù)性能，并且它的調(diào)速性能與可靠性不斷完善，價(jià)格不斷降低，特別是變頻調(diào)速節(jié)電效果明顯，而且易于實(shí)現(xiàn)過程自動(dòng)化，在調(diào)速性能方面可以與直流電力拖動(dòng)媲美 [2]。在現(xiàn)在的在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，最為常見的是由 PLC控制變頻器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。s industrial automation control systems, the most mon is controlled by PLC inverter realize speed regulation control motors. The method mainly through the procedures to control the frequency conversion motor, so as to realize the automatic control. In this paper, the study by AC motor speed control system using PLC to control the frequency converter speed control,programmable logic controller and give fullplay to the high reliability， flexibility,versatility， scalability， etc,through the PLC switches to control the volume of input and output modul