【正文】 運(yùn)行過程中系統(tǒng)自行進(jìn)行故障診斷。 主程序設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)主程序采用順序查詢結(jié)構(gòu)，程序流程如圖 41 所示，初 始化模塊主要是在執(zhí)行功能程序前，對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)寄存器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器送數(shù)或清零，電流環(huán)及轉(zhuǎn)速環(huán)采樣時(shí)間判斷是利用 PLC 中的 1ms 定時(shí)器完成的。PLC 要從外部輸入電流反饋和轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)，輸出觸發(fā)脈沖信號(hào)，其余工作均在PLC 內(nèi)部完成，數(shù)字給定也是用軟件方法在 PLC 內(nèi)部設(shè)定。符合當(dāng)前編程的技術(shù)和工程理念。 PLC 常采用的編程語言有以下幾種：梯形圖語言、助記符語言、邏輯功能圖語言和高級(jí)語言。因此，PLC 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的工作將主要是用戶軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)軟件由 PLC 生產(chǎn)廠家提供，并固化在EPROM 中，不能由用戶直接存取，不需要用戶干預(yù)。 PLC 的軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件（又稱系統(tǒng)程序）和用戶軟件（又稱應(yīng)用程序）組成。S7200 系列 PLC 提供多種不同 I/O 點(diǎn)數(shù)的 CPU 模塊和數(shù)字量、模擬量 I/O 擴(kuò)展模塊、熱電偶、熱電阻模塊、通信模塊等，使 PLC 的功能得到擴(kuò)展。 S7 系列 PLC 包括 S7200、 S7300 以及 S7400。 濾波電路用于濾去輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩側(cè)并聯(lián)電容器；或在電路輸出端與負(fù)載見串聯(lián)電感 L，以及由電容、電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路。在小功率（ 1kW）整流電路中，常見的集中整流電路有單向半波、全波、橋式和倍壓整流電路。 整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。 穩(wěn)壓電源 穩(wěn)壓電源輸出穩(wěn)定的 177。的移相脈沖，可以方便地構(gòu)成全控橋式觸發(fā)器電路。 可控硅移相 觸發(fā)器 KC04 電路適用于單相、三相全控橋式供電裝置中，作可控硅的雙路脈沖移相觸發(fā)。 隨著工業(yè)自動(dòng)化、集成化的不斷發(fā)展，現(xiàn)在市場中已有多種型號(hào)的六脈沖觸發(fā)集成電路，并得到了廣泛的應(yīng)用。為此可以采用兩種辦法：一種是使每個(gè)觸發(fā)脈沖寬度大于 60176。一般采用光隔離和磁隔離。對(duì)全控型器件既要提供開通控制信號(hào)，又要提供關(guān)斷控制信號(hào)，以保證器件按要求可靠導(dǎo)通或關(guān)斷。另外，對(duì)電力電子器件或整個(gè)裝置的一些保護(hù)措施也往往就近設(shè)在驅(qū)動(dòng)電路中，或者通過驅(qū)動(dòng)電路來實(shí)現(xiàn)，這使得驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)更為重要。 晶體管驅(qū)動(dòng)、觸發(fā)電路的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)電路原理 電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是電力電子裝置的重要環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)裝置的性能有很大的影響。 在每相的 SCR 橋上接有阻容吸收電路和快熔，用來降低 SCR 電壓變化率和電流變化率。 過電壓保護(hù)的第二種方法是采用電子電路進(jìn)行保護(hù)。同時(shí)，設(shè)備自身運(yùn)行中以及非正常運(yùn)行中也有過電壓出現(xiàn)。 對(duì)于第二類過流，即整流橋負(fù)載外電路發(fā)生短路而引起的過電流，則應(yīng)當(dāng)采用電子電路進(jìn)行保護(hù)。 晶 閘管的過流保護(hù) 晶閘管設(shè)備產(chǎn)生過電流的原因可以分為兩類：一類是由于整流電路內(nèi)部原因；另一類則是整流橋負(fù)載外電路發(fā)生短路而引起的過電流，另外，如整流變壓器中心點(diǎn)接蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 地，當(dāng)逆變負(fù)載回路接觸大地時(shí)，也會(huì)發(fā)生整流橋相對(duì)地短路。 整流變壓器的設(shè) 計(jì) 對(duì)于三相橋式整流電路，變壓器副邊相電壓： 0 )2 2 (U 2 ???? () 副邊有效電流： AI ??? () 變壓器額定視在功率 ： VAIUS 3 2 4 01010833 22 ??????? ? () 晶閘管的保護(hù) 晶閘管的保護(hù)電路，大致可以分為兩種情況：一種是在適當(dāng)?shù)牡胤桨惭b保護(hù)器件，例如， R—C 阻容吸收回路、限流電感 、快速熔斷器、壓敏電阻或硒堆等。當(dāng)晶閘管的陽極和陰極之間 成 正向電壓并且門極加觸發(fā)信號(hào)晶閘管導(dǎo)通，并且去掉門極的觸發(fā)信號(hào)晶閘管依然維持導(dǎo)通。 晶閘管 — 電動(dòng)機(jī)電路設(shè)計(jì) 晶閘管 — 電動(dòng)機(jī)電路中，采用三相橋式全控整流電路。其電壓、電流的量程是開關(guān) SW SW2 到 SW6 設(shè)定。 模塊量混合模塊 EM235 EM235 具有 4 路模擬量輸入和 1 路模擬量輸出。 A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖由 SHC2 同步。 正交采用 定時(shí)器產(chǎn)生了兩個(gè)采樣基本時(shí)序 NSH 和 OSH，其中 OSH 比 NSH 延遲 1/4 個(gè)采樣周期。在采集工作結(jié)束時(shí)，工作程序控制定時(shí)器產(chǎn)生 SH END，使 G 為 0，采集過程結(jié)束。 采集過程中，由 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)序信號(hào)控制寫控制信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生存儲(chǔ)器寫信號(hào)，控制采集地址發(fā)生器產(chǎn)生的遞增的存儲(chǔ)器地址，將采集結(jié)果數(shù)據(jù)寫入由采集地址制定的存儲(chǔ)器單元中。 ADC 信號(hào)與采集時(shí)序進(jìn)行同步，經(jīng)整形后產(chǎn)生 A/D 轉(zhuǎn)換的自動(dòng)脈沖 A/D START。 采集工程開始時(shí)，工作程序產(chǎn)生的 SH START 使 G 變?yōu)?0， NSH 按采集要求整形產(chǎn)生普通采樣時(shí)序 SHC1。 設(shè)備開始工作時(shí)，工作程序在初始化階段對(duì)定時(shí)器進(jìn)行設(shè)置， 3 個(gè)基本時(shí)序就已經(jīng)產(chǎn)生，它們?yōu)橹芷谛缘拿}沖信號(hào)；采集基本時(shí)序周期等于采樣周期，按正交采樣的需要， OSH 比 NSH 遲后 1/4 個(gè)采樣周期。 3 個(gè)基本時(shí)序?yàn)?NSH， OSH 和 ADC，其中 NSH和 OSH 分別為普通采樣時(shí)序和政教采樣時(shí)序， ADC 為 A/D 轉(zhuǎn)換控制時(shí)序。 4 路信號(hào) V0~V3在采集控制信號(hào) SHC1和 SHC2的控制下進(jìn)行同時(shí)采樣，并在采樣保持后由 A/D 轉(zhuǎn)換器分時(shí)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，同時(shí)保存在存儲(chǔ)器中。下面詳細(xì)介紹。（執(zhí)行結(jié)果 輸出） PLC 的輸入 /輸出模塊的特點(diǎn) ： ① 有良好的抗干擾的能力 ； ② 能滿足工業(yè)現(xiàn)場各類信號(hào)的匹配要求。 用于 PLC 的輸入 /輸出模塊 PLC 輸入模塊 用來接收生產(chǎn)過程的各個(gè)參數(shù)。如果是正常結(jié)束，管理程序進(jìn)行必要的登記等工作；如果是故障、錯(cuò)誤等異常情況，則進(jìn)行例外情況處理。通道程序結(jié)束后向 CPU 發(fā)出中斷請(qǐng)求。 通道被啟動(dòng)后， CPU 就可以退出操作系統(tǒng)的管理程序，返回到用戶程序中繼續(xù)蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 執(zhí)行原來的程序，而通道開始傳輸數(shù)據(jù)。管理程序根據(jù)廣義指令提供的參數(shù)，如設(shè)備號(hào)、交換長度和主存起始地址等信息來編制通道程序，在通道程序的最后，用一條啟動(dòng)輸入輸出指令來啟動(dòng)通道開始工作。當(dāng)用戶程序執(zhí)行到要求進(jìn)行輸入輸出操作的訪管指令時(shí)，產(chǎn)生自愿訪管中斷請(qǐng)求。 （ 1） 啟動(dòng)通道 在用戶程序中使用訪管指令進(jìn)入管理程 序，由 CPU 通過管理程序組織一個(gè)通道程序，并啟動(dòng)通道。而接口部件的質(zhì)量好壞，也將直接影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。同時(shí)能根據(jù) CPU 的控制要求，對(duì) I/O系統(tǒng)的工作進(jìn)行控制與檢測。 CPU 中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)是并行傳輸?shù)?，并且有?biāo)準(zhǔn)的電位要求，而外 圍設(shè)備因其種類的不同，其數(shù)據(jù)的傳輸方式有串行的，有并行的，還有串并行的。 輸入 /輸出接口：用來完成外圍設(shè)備與 CPU 交換信息時(shí)在速度、代碼形式上的相互匹配。 （ 2） I/O 系統(tǒng)的組成 由 I/O 系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能， I/O 系統(tǒng)也包括了硬件及其相應(yīng)的軟件。一般來講，不同的外部設(shè)備均有其獨(dú)立的設(shè)備控制器，設(shè)備控制器需要通過 I/O 接口與主機(jī)進(jìn)行聯(lián)系。 PLC 輸入 /輸出 端口 I/O 系統(tǒng)的功能與組成 接口是兩個(gè)系統(tǒng)或兩個(gè)部件之間的相交接部分，可以是兩種硬件設(shè)備之間的連接電路，也可以是兩個(gè)軟件之間共同的邏輯邊界。采集時(shí)序電路為個(gè)模板提供相同的采集控制信號(hào)，根據(jù)采集控制時(shí)序，地址發(fā)生器產(chǎn)生遞增的存儲(chǔ) 器地址，寫信號(hào)發(fā)生器對(duì)應(yīng)于采集控制時(shí)序產(chǎn)生存儲(chǔ)器寫信號(hào)，采集電路產(chǎn)生的結(jié)果數(shù)據(jù)在寫信號(hào)控制下寫入地址發(fā)生 器產(chǎn)生的地址對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器單元中。采集電路結(jié)構(gòu)如圖 32 所示。 一個(gè)典型的采集系統(tǒng)由 CPU，各種輔助電路組成。其中讀取數(shù)據(jù)部分放在一個(gè) 循環(huán)中 ， 設(shè)置和終止 任務(wù)放在循環(huán)的外面，這樣就避免了在同一個(gè)任務(wù)中重復(fù)設(shè)置占用內(nèi)存 ； 在前面板上設(shè)置合適的采樣通道、采樣率、采樣點(diǎn)數(shù)以及輸入 范圍 的最大值最小值 。本設(shè)計(jì)采用了連續(xù)采集的方法。 數(shù)據(jù)采 集模塊 模擬信號(hào)的采集方式主要有單點(diǎn)采集、有限數(shù)量采集以及連續(xù)采集等，其中有限數(shù)量采集以及連續(xù)采集既可用于恒定信號(hào)的采集也可用于變化信號(hào)的采集。 通過電阻分壓，接入 A/D轉(zhuǎn)換器 ,再接入 PLC，有的 PLC自帶 A/D轉(zhuǎn)換器，就不用外接了，使用 PLC時(shí)配用旋轉(zhuǎn)編碼器的效果更好，精度更高，成本也是最低的。增量式光電編碼器輸出的是與轉(zhuǎn)角成比例的增量脈沖信號(hào)，可以通過脈沖計(jì)數(shù)獲得角位置信號(hào)，也可以定時(shí)取樣脈沖數(shù)的增量實(shí)現(xiàn)角速度測量。 光電編碼器（增量式）主要由旋轉(zhuǎn)孔盤和光電器件組成。直流測速發(fā)電機(jī)的輸出信號(hào)是與輸入軸的轉(zhuǎn)速成正比的直流電壓信號(hào)，信號(hào)幅度大，信號(hào)調(diào)理電路簡單。 測速發(fā)電機(jī)由永久磁鐵與感應(yīng)線圈組成，用電樞獲取速度信號(hào)。整形電路使脈沖信號(hào)升沿符合輸入采樣要求，放大電路使脈沖信號(hào)電平符合 PLC 高速計(jì)數(shù)輸入電平的要求，高電平不低于 15V。光柵盤刻線數(shù)為 1024 線，它產(chǎn)生的脈沖列頻率與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成固定的比例關(guān)系。 速度檢測部分 速度檢測部分是為了實(shí)現(xiàn)速度環(huán)的閉環(huán)控制，由光柵傳感器和信號(hào)處理電路等組成，信號(hào)處理包括整形電路和放大電路等。三相分別用三個(gè)電流互感器，再經(jīng)過橋式整流及濾波后輸出直流電壓 Ui。 綜上，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中電流檢測的應(yīng)該選用的方法是用電流互感器作為電流反饋信號(hào)的檢測器。12V 電源，結(jié)構(gòu)簡單，可以測量各種波形電流 ； 缺點(diǎn)：溫漂大，精度低一些 。1%，非線性度 %，響應(yīng)速度 10μS，跟蹤速度 di/dt 50A/μS。由于輸出電壓與控制電流成正比，恒流源的穩(wěn)定性很關(guān)鍵，磁路中的剩磁對(duì)輸出有教大影響。對(duì)該電壓（ mV 級(jí)）進(jìn)行放大輸出，就是跟蹤輸出型直檢式霍爾電流傳感器，也可以轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。當(dāng)初級(jí)繞組有電流流過時(shí)，霍爾元件檢測出鐵芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 的大?。?V=KBi，K 霍爾元件靈敏度， B 磁感應(yīng)強(qiáng)度， i 霍爾元件的控制電流。特點(diǎn) ： 不需電源，價(jià)格便宜，精度高 ； 缺點(diǎn)：不能用于有直流分量場合（某些型號(hào)可以帶一定直流分量，但直流分量不反映到輸出），價(jià)格 1030元 。測量精度一般為比差 177。 電流互感器 電流互感器就是初次級(jí)繞組通過鐵芯進(jìn)行電磁耦合，初次級(jí)電流比與匝比相同。 A/D 轉(zhuǎn)換器將電流模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，傳送給 CPU222。經(jīng)二極管整流電路整流后變?yōu)橹绷?，送給 EM235。 檢測部分 電流檢測部分 電流檢測部分是為了實(shí)現(xiàn)電流環(huán)的閉環(huán)控制，由電流互感器、二極管整流電路和 A/D 轉(zhuǎn)換電路組成。晶閘管觸發(fā)板控制 6 只晶閘管觸發(fā)脈沖的移相，改變每周期內(nèi)晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，從而調(diào)節(jié)輸出直流電壓的平均值，進(jìn)而調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。經(jīng)過處理后組 成 6 個(gè)狀態(tài)：001101100110010011， ―1‖表示觸發(fā)對(duì)應(yīng)的晶閘管， ―0‖表示不觸發(fā)。為了使主電路的三相全控橋的各相觸發(fā)脈沖與晶閘管陽極電壓保持嚴(yán)格的相位關(guān)系，控制系統(tǒng)要設(shè)置專門的同步電路。晶閘管觸發(fā)板實(shí)際上就是把觸發(fā)板電路各元器件安裝在印刷線路板上，實(shí)現(xiàn)以較小的信號(hào)控制功率較大的設(shè)備。 D/A 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，輸出 0~10V 模擬電壓給晶閘管觸發(fā)板的電壓輸入端。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分 CPU222 將速度值傳送給模擬量擴(kuò)展模塊 EM235 的緩沖器內(nèi)，再傳送到中間寄 PLC ( 西門子S7—200) A/D D/A 整流 運(yùn)行燈 故障燈 EM235 晶閘管 觸發(fā)板 晶閘管 板式電路 直流電動(dòng)機(jī) 處理 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 存器，經(jīng)光電隔離后進(jìn)入 D/A 轉(zhuǎn)換器。進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，每個(gè)擴(kuò)展模塊的組態(tài)地址編號(hào)取決于各模塊的類型 和該模塊在擴(kuò)展鏈中所處的位置。 圖 31 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 CPU 主機(jī)部分 CPU222 可單機(jī)工作，也可進(jìn)行 I/O 和功能塊的擴(kuò)展。 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第 3章 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 總體結(jié)構(gòu) 圖 31 為控制系統(tǒng) 總體結(jié)構(gòu)圖 ，表示了系統(tǒng)的基本組成電路和各部分之間的主要關(guān)系，箭頭表示信息的流向。 當(dāng) h=5 時(shí)， %?i? ，不能滿足設(shè)計(jì)要求，實(shí)際上這是按線性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階躍給定時(shí)， ASR 飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按 ASR 退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。 現(xiàn)在ion sTT ?????? ?? 36 1312 131，滿足近似條件。 現(xiàn)在n sT ????? ?? 15 1，滿足簡化條件。 () 校驗(yàn)近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率 11 ?????? sKK nNN ??? 。 () 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù) 按跟隨和抗繞性能都較好的原則取 h=5，則 ASR 超前時(shí)間常數(shù)： shT nn 0 8 6