【正文】 所學(xué)到的東西是這次畢 業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。 最關(guān)鍵的是 培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力和動(dòng)手能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)查閱有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。 畢設(shè)過(guò)程中 ，從分析開(kāi)始，再進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后到作品實(shí)現(xiàn)，每一步都讓我將理論學(xué)習(xí)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去。 PLC梯形圖。 本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是基于 PLC與變頻器的交流電機(jī)調(diào)速控制，主要完成電機(jī)在自動(dòng)運(yùn)行、單速運(yùn)行、調(diào)整維護(hù)三種狀態(tài)下的工作。最終，經(jīng)過(guò)逐步學(xué)習(xí)，鉆研，終于取得了成功。在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，遇到了不少的難點(diǎn)，查閱了很多資料，書(shū)籍。在這半年的時(shí)間里，從起初的迷茫 到現(xiàn)在的嫻熟。 所以 PID 控制能良好，不過(guò)因?yàn)榧尤肓朔e分環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的響應(yīng)速度和抗干擾能力還有待改進(jìn)。 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差沒(méi)有超過(guò) 20轉(zhuǎn)。 上升時(shí)間為轉(zhuǎn)速第一次達(dá)到 1000r/min所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，為 7s。說(shuō)明系統(tǒng)的抗干擾能力比較強(qiáng) ，反應(yīng)慢，精度高。最后選用 Kp=， Ki=， Kd=，給定值為 1000r/min的實(shí)時(shí)控制曲線如圖 13所示。 系統(tǒng)控制變量（ CV）是頻率，可以將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送給 I/O輸出通道，改變變頻器的頻率。 PV為反饋轉(zhuǎn)速， 定標(biāo)為最大 1500r/min，最小 0r/min。 在 Configuration中回路更新時(shí)間選擇 。 運(yùn)行頻率 1 0 0 0 1 5 1 0 0 1 0 10 1 0 0 1 1 20 1 0 1 0 0 30 1 0 1 0 1 40 1 0 1 1 0 50 1 0 1 1 1 45 1 1 0 0 0 35 1 1 0 0 1 25 1 1 0 1 0 15 1 1 0 1 1 10 1 1 1 0 0 20 1 1 1 0 1 30 1 1 1 1 0 40 1 1 1 1 1 50 0 0 0 0 0 0 表 4 具體程序分析見(jiàn)附錄 27 第五章 ：系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析 使用仿真軟件調(diào)用 PID模塊。 （ 2） PLC輸出接口狀態(tài)，變頻器輸出頻率，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化如表 4所示。所以在選擇時(shí)不可一概而論。當(dāng)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可以保持原值，比較容易通過(guò)加權(quán)處理獲得比較好的控制效果。根據(jù)遞推原理可得 : ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?2111 10 ???????? ??? kekeKjeKkKku dKjIpe （ 11） 用式 (10)減去式 (11),可得： ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?21211 ??????????? kekekeKkKkekeKkuku DIep （ 12） 式 (12)稱為增量式 PID控制算法。增量式 PID控制系 統(tǒng)框圖如圖 12所示。而且如果執(zhí)行器 (計(jì)算機(jī) )出現(xiàn)故障，則會(huì)引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的大幅度變化，而這種情況在生產(chǎn)場(chǎng)合不允許的，因而產(chǎn) 生了增量式 PID控制算法。 我們常稱式 (10)為位置式 PID控制算法。為了書(shū)寫(xiě)方便，將e(kT)簡(jiǎn)化表示成 e(k)等，即省去 T。 PID控制算法 由于計(jì)算機(jī)控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量，故對(duì)式 (7)中的積分和微分項(xiàng)不能直接使用，需要進(jìn)行離散化處理。需要注意的是：積分級(jí)數(shù)太多和開(kāi)環(huán)放大系數(shù)過(guò)大都會(huì)造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，因此，要合理選擇。定義 ? ?l im ( ) l im ( ) ( )ss tte e t R t C t? ? ? ?? ? ?為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。 在 PID控制中，加入微分項(xiàng)就是為了增大系統(tǒng)的阻尼，同時(shí)由于微分控制是一種超前控制，因此，會(huì)加快響應(yīng)速度。不同的系統(tǒng)對(duì)兩個(gè)指標(biāo)的要求有所不同。調(diào)節(jié)時(shí)間描述系統(tǒng)響應(yīng)的快慢。 2％或177。超調(diào)量反映的是系統(tǒng)的振蕩性 。 ? ? ? ?1 1 1 22n n n P n n i n d n n nv v v K e e K e K e e e? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? （ 5） 式中， PK ， IK ， DK 的選取一般取決于經(jīng)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)整。 數(shù)字 PID 的實(shí)現(xiàn)需要式 (1) 進(jìn) 行 離 散 化 ， 取 采 樣 周 期 為 T ，改寫(xiě)式 (3) ，得)()1( 10 1 ??? ? ???????? ?? nndn oj jinpnj nndjinpn eeKeKeKT eeTTedTeKv （ 4） 式中， i P iK K T T? ， d P dK K T T? 為控制器輸出的控制量，式中（ 4）即為數(shù)字 PID 控制器的直接算法。 由式（ 3）可見(jiàn)， PID控制器向原系統(tǒng)增加了一個(gè) 零極點(diǎn)，從而使系統(tǒng)從 0型提高到 1型，還提供兩個(gè)負(fù)實(shí)零點(diǎn)，同時(shí)提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。 PK 為比例控制增益； IT 為積分時(shí)間常數(shù)； DT 為微分時(shí)間常數(shù)。 PID的復(fù)合控制：綜合以上幾種控制規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)同時(shí)獲得很好的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。 I 積分控制：積分是一種累加作用，它記錄了系統(tǒng)變化的歷史，因此，積分控制反映的是控制中歷史對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)的作用。 D 微分控制：微分控制器對(duì)輸入信號(hào)取微分或差分，微分反映的是系統(tǒng)的變化率 ，因此微分控制是一種超前預(yù)測(cè)性調(diào)節(jié)，可以預(yù)測(cè)系統(tǒng)的變化，增大系統(tǒng)的阻尼，提高相角裕度起到改善系統(tǒng)性能的作用。 P比例控制：比例控制器在控制輸入信號(hào) e(t)變化時(shí)，只改變信號(hào)的幅值而不改變信號(hào)的相位，采用比例控制可以提高系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益。在編 程設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮 PLC掃描周期對(duì)程序執(zhí)行速度的影響，能夠在本周期完成的任務(wù)不要拖到下一周期執(zhí)行?？紤]調(diào)速系統(tǒng)在故障時(shí)的變更措施。在算法組織上應(yīng)充分考慮到速度鏈的變更、負(fù)荷分配位置 /點(diǎn)數(shù)的變化應(yīng)該做到可移植性良好。在編程時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題： 1程序結(jié)構(gòu)化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮到不同變頻器的特點(diǎn)。在交叉引用表中雙擊某操作數(shù)，可以顯示出包含該操作數(shù) 的那一部分程序。在運(yùn)行模式下編譯程序時(shí)，可以查看程序當(dāng)前正在使用的跳變觸點(diǎn)的編號(hào)。 ⑥ 交叉引用表 交叉引用表列舉出程序中使用的各操作數(shù)在哪一個(gè)程序塊的哪一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)，以及使用它們的指令助記符。程序編譯下載到 PLC時(shí)，所有符號(hào)地址被轉(zhuǎn)換為絕對(duì)地址，符號(hào)表中的信息不會(huì)下載到 PLC。 ③ 系統(tǒng)塊 系統(tǒng)塊用來(lái)設(shè)置系統(tǒng)的參數(shù)，例如存儲(chǔ)器的斷電保持范圍密碼 STOP 模式時(shí) PLC 的輸出狀態(tài)模擬量與數(shù)字量輸入濾波值脈沖捕捉位等，系統(tǒng)模塊中的信息需要下載到 PLC。 ② 數(shù) 據(jù)塊 數(shù)據(jù)塊由數(shù)據(jù) (變量存儲(chǔ)器的初始值 )和注釋組成。 ⑵ 項(xiàng)目的組成 ① 程序塊 程序塊由可執(zhí)行的代碼和注釋組成，可執(zhí)行的代碼由主程序 (OB1)、可選的子程序和中斷程序組成。 19 設(shè)置 MM440的 15段固定頻率控制參數(shù)，如表 3所示 出廠值 設(shè)置值 說(shuō)明 P0003 1 3 設(shè)用戶訪問(wèn)級(jí)為專家 P0004 1 7 命令和數(shù)字 I/O P0700 2 2 命令源選擇“由端子排輸入” P0701 1 17 選擇固定頻率 P0702 12 17 選擇固定頻率 P0703 9 17 選擇固定頻率 P0704 15 17 選擇固定頻率 P0705 15 1 啟動(dòng) /停止 P0004 1 10 設(shè)定值通道 P1000 2 3 選擇固定頻率設(shè)定值 P1001 0 5 選擇固定頻率 1 P1002 5 10 選擇固定頻率 2 P1003 10 20 選擇固定頻率 3 P1004 15 30 選擇固定頻率 4 P1005 20 40 選擇固定頻率 5 P1006 25 50 選擇固定頻率 6 P1007 30 45 選擇固定頻率 7 P1008 35 35 選擇固定頻率 8 P1009 40 25 選擇固定頻率 9 P1010 45 15 選擇固定頻率 10 P1011 50 10 選擇固定頻率 11 P1012 55 20 選擇固定頻率 12 P1013 60 30 選擇固定頻率 13 P1014 65 40 選擇固定頻率 14 P1015 65 50 選擇固定頻 率 15 表 3 20 圖 5 21 第四章 ：系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 編程軟件的介紹 ⑴ 本系統(tǒng)采用的編程軟件是 STEP7 MicroWIN,該編程軟件可以方便的在 Windows環(huán)境下對(duì) PLC編程、調(diào)試、監(jiān)控。 P0003設(shè)為 1，訪問(wèn)級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)級(jí)； P0010設(shè)為 1，快速調(diào)試； P0100設(shè)為 0，功率以 KW表示，頻率為 50Hz； P0304設(shè)為 230，電動(dòng)機(jī)額定電壓； P0305設(shè)為 1，電動(dòng)機(jī)額定電流； P0307設(shè)為 ，電動(dòng)機(jī)額定功率； P0310設(shè)為 50，電動(dòng)機(jī)額定頻率； P0311設(shè)為 1460，電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速； P3900設(shè)為 1，結(jié)進(jìn)入“運(yùn)行準(zhǔn)備就緒”。按下變頻器操作面板上的“ P”鍵，變頻器開(kāi)始復(fù)位到工廠默認(rèn)值。停止控制端，可由 P0705參數(shù)設(shè)置。 MM440變頻器特點(diǎn) 1）、主要特性 易于安裝 易于調(diào)試 牢固的 EMC設(shè)計(jì) 可由 IT電源供電 對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)是快速和可重復(fù)的 參數(shù)設(shè)置的范圍很廣，確保它可對(duì)廣泛的應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行配置 電纜連接簡(jiǎn)便 具有多個(gè)繼電器輸 具有多個(gè)模擬量輸出 (0~20mA) 6個(gè)帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換可 NPN/PNP接線 1 2個(gè)模擬輸入： ? ADC1： 0~10V， 0~20mA和 10至 +10V ? ADC2： 0~10V， 0~20mA 1 2個(gè)模擬輸入可以作為第 7和第 8個(gè)數(shù)字輸入 1 BICO技術(shù) 1模塊化設(shè)計(jì)，配置非常靈活 1開(kāi)關(guān)頻率高 (傳動(dòng)變頻器可到 16kHz)，因而電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪音低 1內(nèi)部 RS485接口 (端口 ) 1詳細(xì)的變頻器狀態(tài)信息和完整的信息功能 2）、性能特性 矢量控制 ? 無(wú)傳感器矢量控制 (SLVC) ? 帶編碼器的矢量控制 (VC) V/f控制 ? 磁通電流控制 (FCC)，用于改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)和電動(dòng)機(jī)的控制特性 ? 多點(diǎn) V/f特性 自動(dòng)再啟動(dòng) 捕捉再啟動(dòng) 滑差補(bǔ)償 快速電流限制 (FCL)動(dòng)能，適用于自由脫扣運(yùn)行 電機(jī)停機(jī)抱閘 16 內(nèi)置直流制動(dòng) 復(fù)合制動(dòng)功能改善了制動(dòng)特性 內(nèi)置制動(dòng)單元 (框架尺寸 A至 F)用于電阻制動(dòng) (動(dòng)力制動(dòng) ) 1給定值輸入，通過(guò)： ? 模擬輸入 ? 通訊接口 ? 點(diǎn)動(dòng) (JOG)功能 ? 電動(dòng)電位計(jì) ? 固定頻率 1斜坡函數(shù)發(fā)生器 ? 有平滑功能 ? 無(wú)平滑功能 1工藝調(diào)節(jié)器 (PID) 1參數(shù)組轉(zhuǎn)換 ? 傳動(dòng)數(shù)據(jù)組 (DDS) ? 命令數(shù)據(jù)組和給定值源 (CDS) 1自由功能塊 1直流母線電壓調(diào)節(jié)器 1動(dòng)能緩沖 1定位控制的斜坡下降 3）、保護(hù)特性 過(guò)電壓 /欠電壓保護(hù) 變頻器過(guò)熱保護(hù) 接地故障保護(hù) 短路保護(hù) I2t電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù) PTC/KTY84電動(dòng)機(jī)保護(hù) 17 MM440變頻器的控制端子 表 2 MM440變頻器的控制端子 PLC 的 I/O 分配 I0.，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行按鈕 SB1； I0.，電動(dòng)機(jī)停止，對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)停止按鈕 SB2； Q0.，固定頻率設(shè)置，接 MM40數(shù)字輸入端子“ 5” 18 Q0.，固定頻率設(shè)置，接 MM40數(shù)字輸入端子“ 6” Q0.，固定頻率設(shè)置，接 MM40數(shù)字輸入端子“ 7” Q0.，固定頻率設(shè)置，接 MM40數(shù)字輸入端子“ 8” *Q0，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行 /停止控制，按 MM440數(shù)字輸入端子 “ 16” 變頻器設(shè)置 MM440變頻器數(shù)字輸入“ 5”，“ 6”，“ 7”，“ 8”端子通過(guò) P0701,P0702,P0703,P0704參數(shù)設(shè)定為 15段固定頻率控制端，每一段的頻率分別由 P1001~P1015參數(shù)設(shè)置。由于 MICROMASTER 440具有全面而完善的控制功能，在設(shè)置相關(guān)參數(shù)以后，它也可用于更高級(jí)的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動(dòng)機(jī)提供了良好的保護(hù)。因此，它們具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。本系列有多種型號(hào)，額定功率范圍從 120W到 200kW(恒定轉(zhuǎn)矩 (CT)控制方式 )，或者可達(dá) 250kW(可變轉(zhuǎn)矩 (VT)控制方 )，供用戶選用。 (2)控制電路是給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓 、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，它有頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的“驅(qū)動(dòng)電路” 15 以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”組成。 整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為 IGBT 三相橋式逆變器，且輸出為 PWM 波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。 由式 (1)可知，轉(zhuǎn)速 n 與頻率 f 成正比，只要改變頻率