【正文】 比如這次計算出的閉環(huán)反饋參數(shù)理論數(shù)值與實際。比如在調(diào)試的過程中，遇到問題往往是書本上的知識不能直接的解決的，只要在扎實的專業(yè)知識的前提下，我們才能把東西做好。 雖然我做的 變頻調(diào)速 閉環(huán)系統(tǒng) 并不難，但是在設 計的過程中我學到了書本上所沒有學到的東西。而在這次設計程序的過程中，我一開始時 走了很多彎路，這也是自己的知識不夠扎實的原因。 在這次課程 設計中我覺得最重要的就是要有自學能力，因為這次實訓中有部分知識我們之前還沒有接觸過， 比如模擬量的控制和調(diào)節(jié)， PID 參數(shù)指令的運用，因為在課堂上學習的大部分輸出開關量的控制，對模擬量的了解比較缺乏， 所以自己必須學會查找相關的資料。 在期間 通過與同學 們之間的 交流 和老師的指導 ，使自己學到了 不少 知識。 經(jīng)過多次參數(shù)設定比較后，當設 定 變頻器參數(shù) : 基頻 50 Hz,上限頻率 55 Hz,下限頻率 0. 2 Hz,上升時間、 下降時間 1 s 比例系數(shù) P為 10，積分時間 I為 ，微分時間 D為 時，系統(tǒng)能得到比較滿意的控制效果，最大超調(diào)只有兩度多，在系統(tǒng)穩(wěn)定后可以保持在177。這往往是由于現(xiàn)場的干擾，以及測速發(fā)電機的精度不高造成的。2,1 ??? 導出增量式 PID 算法，即 )]2()1(2)([)()]1()([) ????????? kekekekdkkiekekekpku （△ （ 44） 由此可見增量式只需要保持當前及前 2次共 3個時刻的誤差值 )2()1(),( ?? kekeke 和 即可，相對位置式的 PID 算法，由于 不是每次輸入都與整個過去狀態(tài)有關，計算式中用到過去誤差的累加值 參數(shù)調(diào)整 根據(jù)模擬量輸入模塊 AD 轉(zhuǎn)換關系 （圖 43） 計算反饋參數(shù)α + 2 0 4 7+ 2 0 0 0數(shù) 字 量 輸 出電 壓 輸 入10.235v1 0 V 2 0 0 0 2 0 4 8 1 0 V10.240V 圖 43 FX2n4AD 模擬量輸入模塊 AD 轉(zhuǎn)換關系 計算閉環(huán)反饋參數(shù) α vX 00 1010 00 ??? （ 45） 0 4 72 3 ?? （ 46） 0 0 01 1 2 01 1 2 0????y 如是閉環(huán)系統(tǒng)則反饋為 ?1 經(jīng)過實際實驗，在計算的基礎上進行幾次測試 ，實際測得的結(jié)果如表 41 所示 。 ?? ?????? kj ukekeTTdjeTiTkekpku 0 0)]}1()([)()({)( 0)1()()()( 0 uT kekeKdTjekikk pe kj ?????? ?? （ 43） 式中， 為采樣周期Tk pT dkdTikpki 。 3）整定微分環(huán)節(jié)環(huán)節(jié) 先置微分時間 TD=0，逐漸加大 TD，同時相應地改變比例系數(shù)和積分時間，反復試湊至獲得滿意的控制效果和 PID控制參數(shù)。 2）整定積分環(huán)節(jié) 先將步驟 1）中選擇的比例系數(shù)減小為原來的 50～ 80％，再將積分時間置一個較大值，觀測響應曲線。 PID 控制的結(jié)構框圖如圖 42 所示 。 采用微分控制器能夠增大系統(tǒng)的阻尼，從而改變了系統(tǒng)的穩(wěn)定度，微分控制器的缺點是會放大信號的噪聲，使系統(tǒng)抗高頻干擾能力降低。 PID 參數(shù)整定 比例系數(shù) Kp 的值的大小直接改變系數(shù)開環(huán)增益的值，增大 Kp 既能使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差減小，提高系統(tǒng)的控制精度，又可使系統(tǒng)的響應速度加快，但與此同時卻會導致系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，甚至使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。并且 TI 越大隨動性越好。 R / ( S )K p ( 1 + 1 / T i S ) K sK fN ( s ) 圖 41 控制系統(tǒng)等效方框圖 其中 : K P 是控制器比例系數(shù) , T I 是控制器積分時間常數(shù) , R ( S ) 是速度給定 , n( S) 是轉(zhuǎn)速輸出 , K S 是變頻器、 電機等在快變系統(tǒng)中等效的放大系數(shù) , K F 是測速機和隔離變換器等構成的等效反饋系數(shù)。 10 ANI Y006 ” 11 OUT Y004 12 MPP 13 LDI M2 14 OR Y006 18 LD M1 “ M1選擇接通，則跳入開環(huán)控制子 19 CJ P1 程序 。 圖 34 PLC 的梯形圖編程 指令表語句與部分 語句 說明 0 LD M0 1 OUT Y000 2 LD Y000 “ M0 接通， Y0輸出，系統(tǒng)電源接通 3 OUT M10 且 M10輸出 ” 4 LD M3 5 AND Y000 6 MPS 7 LD M2 “ M3 接通，電機啟動，當 M2 為接通 8 OR Y004 狀態(tài)時， Y4 輸出，電機正轉(zhuǎn) 。 M2為電機的 正 /反轉(zhuǎn) 控制開關，為 1時選擇正傳，為 0 選擇反轉(zhuǎn)。 ① Ts＞掃描周期 ② [S3]的首地址元件是放置采樣時間 Ts取值范圍 1~3276ms 20ms ③ [S3]+1 為動作方向 ACT Bit 0 為正動作 1 為逆動作 D102：輸入濾波參數(shù)α，取值為 0~ K70 D103: 比例增益 Kp，取值范圍： ~ （自動移位） K5 D104: 積分時間 Ti，取值范圍： 0~ K2 越短則調(diào)整越快，系統(tǒng)越不穩(wěn)定 D107~D109 不可使用 [S3]+22 D122 輸出變化量報警設定值（增側(cè)） D123 輸出變化量報警設定值（減側(cè)） [S3]+24 報警輸出 X 0P I D D 0 D 1 D 1 0 0 D 1 5 0給 定 反 饋2 5 個 單 位結(jié) 果S 3 圖 33 FX2n 的 PID 指令 程序 設計 程序的梯形圖編程 以下程序中， M0 為 系統(tǒng)的 電源開關，為 1時輸出 Y0 接通，為變頻器接通電源，為 0 時輸出 Y0 斷開。 PID 指令可以再在定時中斷，子程序，步進梯形指令區(qū)和轉(zhuǎn)移指令中使用，但是在執(zhí)行 PID 指令之前應使用脈沖執(zhí)行的 MOV 指令將 [S3]+7 清零。 [S3]+7~[S3]+19被 PID 指令占用， [S3]+20~[S3]+23 用于 輸入，輸出變化量增加，減少的報警設定值。如果使用有斷電保持功能的數(shù)據(jù)寄存器，不需要重復寫入，如果目標操作數(shù) [D]有斷電保持功能，應使用初始化脈沖 M8002d 的常開觸點將它復位。 如圖 33所示。 [S1]， [S2]分別用來存放給定值 SV 和當前測量到的反饋值 PV， [S3]~[S3]+6 用來存放控制參數(shù)的值，運算結(jié)果 MV 存放在[D]中。 中斷程序： 調(diào)用 PID 指令進行運算以及數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換。 圖 32 GOT 基于 PLC 的變頻調(diào)速的界面設計 FX2N 的 PID 功能指令 故在編寫程序的時候 可以分為三部分：主程序、中斷程序和子程序。 設計 開關 按鈕 窗口， 使 電源總開關軟元件為 M0， 開關控制整個系統(tǒng)的電源的接入和 切斷，編輯 開閉環(huán)軟元件為 M1， 控制系統(tǒng)的開環(huán) /閉環(huán)狀態(tài)，設計 變頻器啟動開關軟元件為 M3， 控制變頻器是否接通，設計 電機正反轉(zhuǎn) 的軟元件 選擇為 M2，控制電機的正 /反轉(zhuǎn)狀態(tài)， 放置數(shù)值輸入窗口，轉(zhuǎn)速設定軟元件為 D200，用于轉(zhuǎn)速的輸入，同時放置 數(shù)值顯示窗口，設定為軟元件 D10，用于實時將測速發(fā)電機反饋回的數(shù)據(jù)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換將其顯示 。 為了執(zhí)行 GOT 的各種功能，首先在 GT Designer 上通過粘貼一些開關圖形，指示燈圖形，數(shù)值顯示等被稱為對象的框圖來創(chuàng)建屏幕；然后通過設置 PLC CPU 中的元件（位，字）規(guī)定屏幕中的這些對象的動作；最后通過 RS232C 電纜或 PC 卡（存儲卡）將創(chuàng)建的監(jiān)視屏幕數(shù)據(jù)傳送到 GOT。 GOT 及其設計軟件 GTdesigner2 介紹 GOT（ Graphic Operation Terminal人機介面）是電子操作面板，在其監(jiān)視屏幕上可進行開關操作、指示燈、數(shù)據(jù)顯示、信息顯示和其他一些在原有由操作面板執(zhí)行的操作。將控制程序由上位機下載到可編程控制器后，通過觸摸屏控制可編程控制器的程序運行，在觸摸屏中改變設定，通過控制今兒改變變頻器的頻率，從而實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的控制。 閉環(huán)控制就是將速度信號反饋給 PLC，再通過與給定量比較，輸出給 PID 控制部分，從而調(diào)節(jié)速度使其能達到設定要求。 例如： 設采樣周期為 100ms 即是每隔 100ms 采集脈沖一次，光電開關每轉(zhuǎn)發(fā)出 8 個脈沖，那么就可以得到速度為 )( ???? mn （ 22） 其中 m? 為采樣周期內(nèi)接受到的脈沖數(shù)。 速 度采集： FX2N32MR 具有高速脈沖采集功能，采集頻率可以達到 30KHz，共有 6 個高速計數(shù)器（ HSC0~HSC5）工作模式有 12 種。 速度反饋設計 構成閉環(huán)系統(tǒng)就要把速度信息反饋給輸入。 (7) 預置工作尚未結(jié)束，則按【 ESC】鍵，返回至本功能組的起始位置，重復第（ 2）步以后的流程。 (5) 按【↑】，【↓】鍵，將數(shù)據(jù)碼調(diào)整為“ ” 。 變頻器 有 兩種工作模式 如果所用的變頻器剛剛出廠的變頻器，則需對它進行快速調(diào)試，試驗中用到的變頻器都已經(jīng)完成了快速調(diào)試 要實現(xiàn)快速預置，首先按下【 MENU】鍵多次，直至切換到快速編程模式（ LCD顯示屏左上方顯示 QUICK）為止 (1) 按下【 DATA/ENTER】 鍵，立即切換到快速編程模式下的第一個功能碼“ A102” . (2) 按【↑】，【↓】鍵，找到所需修改的功能碼 “ C102” . (3) 按【 DATA/ENTER】 鍵，讀出該功能碼中的原油數(shù)據(jù)碼“ ” 。 綠紅F O U T輸 出 頻 率監(jiān) 視F R E F頻 率 參 考設 定 / 監(jiān) 視A C C加 速 時 間D E C減 速 時 間V M A X最 大 電 壓F M A X最 大 頻 率T H R電 機 額 定 電流M O D E工 作 模 式 選擇P R G M常 數(shù) / 數(shù) 值F B A S最 大 電 壓 輸出 頻 率F / R正 / 反 轉(zhuǎn) 運行 命 令I O U T輸 出 電 流監(jiān) 視 圖 28 變頻器 VS mini BOP 控制面板 變頻器的快速設置 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 變頻調(diào)速是通過改變電機定子繞組供電的頻率來達到調(diào)速的目的。當電機在基頻以上轉(zhuǎn)動時 ,為恒功率區(qū) ,其輸出為電壓不變頻率變化的交流信號 , 控制三相交流異步電動機的轉(zhuǎn)速 ,并且 U、 V、 W 的相序任意調(diào)換兩相 , 則電機的轉(zhuǎn)動方向改變一次。另外，為了確保通用變頻器長期可靠的運行，變頻器的地線的連接也是非常重要的。所選用的通用變頻器 應是既滿足生產(chǎn)工藝要求，又要在技術經(jīng)濟指標上合理。編程器用于程序的輸入，運行監(jiān)視和故障分析等。 擴展單元和擴展模塊都無CPU，必須與基本單元一起使用。 小型可編程控制器的選型 FX2N32MR 型 小型可編程控制器 是三菱電機小型 PLC 的強功能機， FX2n系列 PLC 由基本單元，擴展單元，擴展模塊，特殊功能模塊和編程器等構成。 最后一臺為測速發(fā)電機 , 額定值為 DC 110 V、 200 mW、轉(zhuǎn)速 2 200 r / min。 在系統(tǒng)中作為可變負載用。 控制對象 本次設計的 被控對象是一臺實驗室用鼠籠式三相交流異步電動機。 PLC 及有關設備應是集成的、標準的， 按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用 PLC 應是在相關工業(yè)領域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)， PLC 的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應與裝置規(guī)模和控制要求相適應。 擴展模擬量輸入模塊接線圖 (如圖 23 所示） 4 A D