【正文】 所學到的東西是這次畢業(yè)設計的最大收獲和財富，使我終身受益。 最關鍵的是 培養(yǎng)了我獨立工作的能力和動手能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。在設計過程中，我通過查閱有關資料，與同學交流經驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。 畢設過程中 ，從分析開始，再進行設計，最后到作品實現(xiàn)，每一步都讓我將理論學習的知識應用到實踐中去。 PLC梯形圖。 本次的畢業(yè)設計是基于 PLC與變頻器的交流電機調速控制，主要完成電機在自 動運行、單速運行、調整維護三種狀態(tài)下的工作。最終，經過逐步學習，鉆研，終于取得了成功。在學習的過程中，遇到了不少的難點，查閱了很多資料，書籍。在這半年的時間里，從起初的迷茫到現(xiàn)在的嫻熟。 所以 PID 控制能良好，不過因為加入了積分環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的響應速度和抗干擾能力還有待改進。 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差沒有超過 20轉。 上升時間為轉速第一次達到 1000r/min所對應的時間，為 7s。說明系統(tǒng)的抗干擾能力比較強，反應慢，精度高。最后選用 Kp=， Ki=， Kd=，給定值為 1000r/min的實時控制曲線如圖 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為反饋轉速， 定標為最大 1500r/min，最小 0r/min。 在 Configuration中回路更新時間選擇 。 運行頻率 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 具體程序分析見附錄 第五章 ：系統(tǒng)實驗及數(shù)據(jù)分析 使用仿真軟件調用 PID模塊。 （ 2） PLC輸出接口狀態(tài)，變頻器輸出頻率，電動機轉速變化如表 4所示。所以在選擇時不可一概而論。當計算機出現(xiàn)故障時，可以保持原值，比較容易通過加權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 (計算機 )出現(xiàn)故障，則會引起執(zhí)行機構位置的大 幅度變化，而這種情況在生產場合不允許的，因而產生了增量式 PID控制算法。 我們常稱式 (10)為位置式 PID控制算法。為了書寫方便，將e(kT)簡化表示成 e(k)等，即省去 T。 PID控制算法 由于計算機控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量，故對式 (7)中的積分和微分項不能直接使用，需要進行離散化處理。需要注意的是：積分級數(shù)太多和開環(huán)放大系數(shù)過大都會造成系統(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，加入微分項就是為了增大系統(tǒng)的阻尼，同時由于微分控制是一種超前控制，因此，會加快響應速度。不同的系統(tǒng)對兩個 指標的要求有所不同。調節(jié)時間描述系統(tǒng)響應的快慢。 2％或177。超調量反映的是系統(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驗以及實驗現(xiàn)場的調整。 數(shù)字 PID 的實現(xiàn)需要式 (1) 進 行 離 散 化 ， 取 采 樣 周 期 為 T ，改寫式 (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， PID控制器向原系統(tǒng)增加了一個零極點，從而使系統(tǒng)從 0型提高到 1型，還提供兩個負實零點，同時提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能。 PK 為比例控制增益； IT 為積分時間常數(shù)； DT 為微分時間常數(shù)。 PID的復合控制：綜合以上幾種控制規(guī)律的優(yōu)點，使系統(tǒng)同時獲得很好的動態(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當前系統(tǒng)的作用。 D 微分控制：微分控制器對 輸入信號取微分或差分，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測性調節(jié)，可以預測系統(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 e(t)變化時，只改變信號的幅值而不改變信號的相位，采用比例控制可以提高系統(tǒng)的開環(huán)增益。在編程設計時充分考慮 PLC掃描周期對程序執(zhí)行速度的影響，能夠在本周期完成的任務不要拖到下一周期執(zhí)行?？紤]調速系統(tǒng)在故障時的變更措施。在算法組織上應充分考慮到速度鏈的變更、負荷分配位置 /點數(shù)的變化應該做到可移植性良好。在編程時，應注意以下幾個問題： 1程序結構化標準設計 程序設計時應充分考慮到不同變頻器的特點。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。在運行模式下編譯程序時，可以查看程序當前正在使用的跳變觸點的編號。 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)在哪一個程序塊的哪一個網絡中出現(xiàn)，以及使用它們的指令助記符。程序編譯下載到 PLC時，所有符號地址被轉換為絕對地址，符號表中的信息不 會下載到 PLC。 ③ 系統(tǒng)塊 系統(tǒng)塊用來設置系統(tǒng)的參數(shù)，例如存儲器的斷電保持范圍密碼 STOP 模式時 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) (變量存儲器的初始值 )和注釋組成。 ⑵ 項目的組成 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。 設置 MM440的 15段固定頻率控制參數(shù)，如表 3所示 出廠值 設置值 說明 P0003 1 3 設用戶訪問級為專家 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 /停止 P0004 1 10 設定值通道 P1000 2 3 選擇固定頻率設定值 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 圖 5 第四章 ：系統(tǒng)軟件設計 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 PLC編程、調試、監(jiān)控。 P0003設為 1，訪問級為標準級； P0010設為 1，快速調試； P0100設為 0，功率以 KW表示，頻率為 50Hz； P0304設為 230，電動機額定電壓； P0305設為 1，電動機額定電流； P0307設為 ，電動機額定功率； P0310設為 50，電動機額定頻率； P0311設為 1460，電動機額定轉速； P3900設為 1，結進入“運行準備就緒”。按下變頻器操作面板上的“ P”鍵，變頻器開始復位到工廠默認值。停止控制端，可由 P0705參數(shù)設置。 MM440變頻器特點 1）、主要特性 易于安裝 易于調試 牢固的 EMC設計 可由 IT電源供電 對控制信號的響應是快速和可重復的 參數(shù)設置的范圍很廣，確保它可對廣泛的應用對象進行配置 電纜連接簡便 具有多個繼電器輸 具有多個模擬量輸出 (0~20mA) 6個帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換可 NPN/PNP接線 1 2個模擬輸入： ? ADC1： 0~10V， 0~20mA和 10至 +10V ? ADC2： 0~10V， 0~20mA 1 2個模擬輸入可以作為第 7和第 8個數(shù)字輸入 1 BICO技術 1模塊化設計，配置非常靈活 1開關頻率高 (傳動變頻器可到 16kHz)，因而電動機運行的噪音低 1內部 RS485接口 (端口 ) 1詳細的變頻器狀態(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)，用于改善動態(tài)響應和電動機的控制特性 ? 多點 V/f特性 自動再啟動 捕捉再啟動 滑差補償 快速電流限制 (FCL)動能，適用于自由 脫扣運行 電機停機抱閘 內置直流制動 復合制動功能改善了制動特性 內置制動單元 (框架尺寸 A至 F)用于電阻制動 (動力制動 ) 1給定值輸入，通過： ? 模擬輸入 ? 通訊接口 ? 點動 (JOG)功能 ? 電動電位計 ? 固定頻率 1斜坡函數(shù)發(fā)生器 ? 有平滑功能 ? 無平滑功能 1工藝調節(jié)器 (PID) 1參數(shù)組轉換 ? 傳動數(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直流母線電壓調節(jié)器 1動能緩沖 1定位控制的斜坡下降 3）、保護特性 過電壓 /欠電壓保護 變頻器過 熱保護 接地故障保護 短路保護 I2t電動機過熱保護 PTC/KTY84電動機保護 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.，電動機運行，對應電動機運行按鈕 SB1； I0.，電動機停止，對應電動機停止按鈕 SB2； Q0.，固定頻率設置，接 MM40數(shù)字輸入端子“ 5” Q0.，固定頻率設置，接 MM40數(shù)字輸入端子“ 6” Q0.，固定頻率設置，接 MM40數(shù)字輸入端子“ 7” Q0.，固定頻率設置，接 MM40數(shù)字輸入端子“ 8” *Q0， 電動機運行 /停止控制，按 MM440數(shù)字輸入端子“ 16” 變頻器設置 MM440變頻器數(shù)字輸入“ 5”，“ 6”，“ 7”，“ 8”端子通過 P0701,P0702,P0703,P0704參數(shù)設定為 15段固定頻率控制端，每一段的頻率分別由 P1001~P1015參數(shù)設置。由于 MICROMASTER 440具有全面而完善的控制功能，在設置相關參數(shù)以后，它也可用于更高級的電動機控制系統(tǒng)。全面而完善的保護功能為變頻器和電動機提供了良好的保護。因此，它們具有很高的運行可靠性和功能的多樣性。本系列有多種型號，額定功率范圍從 120W到 200kW(恒定轉矩 (CT)控制方式 )，或者可達 250kW(可變轉矩 (VT)控制方 )，供用戶選用。 (2)控制電路是給異步電動機供電（電壓、頻率可調）的主電路提供控制信號的回路，它有頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”，將運算電路的控制信號進行放大的“驅動電路” 以及逆變器和電動機的“保護電路”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、直流儲能和緩沖無功功率。 由式 (1)可知，轉速 n 與頻率 f 成正比，只要改變頻率 f 即可改變電動機的轉速，當頻 率 f在 0～ 50Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節(jié)范圍非常寬。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分