【正文】 1?? 。 轉(zhuǎn)速環(huán)（ ASR）的設(shè)計 確定時間常數(shù) （ 1）電流環(huán)等效時間常數(shù)為 sT i ?? ； （ 2）轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù) onT 。按小時間常數(shù)近似處理，取 sTTT onin 0 1 7 3 ??? ?? 。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選用 PI 型，其傳遞函數(shù)為： ? ?ssKW nnnA SR ?? 1s ??。 計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的電路參數(shù) 按所用運(yùn)算放大器，取 ?? KR 200 ，各電阻和電容值計算如下： ????? KRKR nn 8 ，取 ?K280 ； () FRC nnn ?? 3 ???? ，取 F? ； () FRTC oion ? 30 ?????? ，取 F?2 。 （ 1）校驗電流環(huán)傳遞函數(shù)的近似條件是否滿足n T??51? 。 （ 2）校驗小時間常數(shù)的近似處理是否滿足條件ion TT ?? 2 131? 。 （ 3）校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量。 按轉(zhuǎn)速環(huán) (ASR)退飽和重新計算超調(diào)量 當(dāng) h=5 時， %%m ax ??kbCC ；而 m in/ rC RIneNN ????? ，因此， 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 ? ? %10% 01 73 %%% *ma x ??????????????????? ?? ?mnNbn TTnnZCC ??能滿足設(shè)計要求。從概略圖可知，本系統(tǒng)基本由四部分組成，分別是PLC CPU 主機(jī)部分、電機(jī)驅(qū)動部分、電流檢測部分和速度檢測部分，下面分別加以說明。通過擴(kuò)展口用扁平數(shù)據(jù)線將 CPU222 與模擬量擴(kuò)展塊 EM235 連接，實現(xiàn)模擬量的輸入和輸出。 CPU222 應(yīng)用 220V 交流電源， EM235 電源由 CPU222 提供。 D/A 轉(zhuǎn)換器分辨率為 12 位，是完全可以滿足輸出控制要求的。 直流電動機(jī)為 15kw， 220V， 1500r/min。晶閘管觸發(fā)板選擇 SXZL 型三相整流觸發(fā)板，其采用高性能移相觸發(fā)電路 TC787，是集同步信號檢測及脈沖變壓器輸出單元于一體，具有恒壓或恒流輸出功能的三相整流系統(tǒng)的觸發(fā)控制單元。晶閘管觸發(fā)板具有同步信號檢測功能，三相電壓經(jīng)變壓器輸入晶閘管觸發(fā)板。 三相全控橋式整流電路由三對串聯(lián)的晶閘管組成，將三相交 流電變換成直流電，供給直流電動機(jī)。電路中的電抗器是為了濾除晶閘管橋式電路的高次諧波干擾，改善電機(jī)運(yùn)行性能。利用電流互感器從三相電源引出電流，將大電流轉(zhuǎn)換為小電流。 EM235 內(nèi)部的 A/D 轉(zhuǎn)換器分辨率為 12 位，輸入電流范圍為 0~20mA，電壓范圍為 0~10V。 電流信號一般采用電流互感器或霍爾傳感器來測量。用于測量 4020kHZ的正弦波電流。%，比差非線性度 %，相位差 15分。 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 霍爾傳感器 初級繞組繞在徑向開有缺口的環(huán) 型（矩形等）鐵芯上，霍爾元件置于缺口中。）該瞬時電壓與初級繞組瞬時電流是線性關(guān)系。用于測量 DC1kHz 的各種波形電流。測量精度一般為 177。特點(diǎn) ： 需提供 177。 價格 50100 元。 在三相橋式整流電路中，交流側(cè)的電流與直流整流電路之間的關(guān)系如下： ? () 因此測量交流電流的大小同樣可以反應(yīng)直流整流電流的大小。主回路為三相全控橋，電流反饋信號整流也為三相橋式電路，因此電流反饋信號波形與主回路波形具有相同的重復(fù)頻率，無須很大的濾波環(huán)節(jié)來濾平反饋信號。轉(zhuǎn)速檢測的精度和快速性對整個控制系統(tǒng)的靜、動態(tài)指標(biāo)影響非常大。光柵傳感器將角位移轉(zhuǎn)換成電脈沖，由計數(shù)器統(tǒng)計脈沖的個數(shù)，每轉(zhuǎn) 能檢測到的脈沖的多少將直接影響角位移的分辨精度。 轉(zhuǎn)速信號的檢測可以用直流測速發(fā)電機(jī)和光電編碼器來測量。它具有靈敏蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 度高、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，常用于高精度低速伺服系統(tǒng)，也可與永磁式直流電動機(jī)組成低速脈寬調(diào)速系統(tǒng)。由于輸出電壓信號有波紋，一般需要配置 濾波電路。它具有體積小、使用方便、測量精度高等特點(diǎn)，常與直流電機(jī)配合使用構(gòu)成脈寬調(diào)速系統(tǒng)。因此，可以同時測量轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。因此，在該系統(tǒng)中選擇用光電編碼器來測量 。但連續(xù)采集的特點(diǎn)是循環(huán)使用緩沖區(qū)，因此如果采集數(shù)據(jù)較多時，連續(xù)采集循環(huán)具有較大的優(yōu)勢。 調(diào)用函數(shù)子模塊中的創(chuàng)建任務(wù)、創(chuàng)建通道、時鐘控制、讀取數(shù)據(jù)及終止任務(wù)等函數(shù)。 在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時經(jīng)常會疊加有高頻的噪聲信號，這時就需要進(jìn)行低通濾波。需要 8 片 A/D 才能實現(xiàn)對32 路信號進(jìn)行同時采集，可以將 32 路信號分為 8 組，每組 4 路信號并分配一個獨(dú)立的模板， 32 路信號需要 8 個采集模板。 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 圖 32 系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采 集圖 在以上采集電路結(jié)構(gòu)中， 32 路信號由 8 個采集模板的采集電路同時進(jìn)行采集。采集數(shù)據(jù)存儲器位于各采集模板上 。 I/O 接口通常是指主機(jī)與外部設(shè)備之間設(shè)置的硬件電路及其相應(yīng)的軟件控制。 （ 1） I/O 系統(tǒng)的基本功能 ① 為信息的傳輸操作選擇設(shè)備； 采集 電路 數(shù)據(jù) 存儲器 寫控制信號 寫 控制信號 寫控制信號 采集時序 電路 地址 發(fā)生器 模擬信號 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 ② 在選定的輸入輸出設(shè)備和計算機(jī)主機(jī)（ CPU 或 內(nèi) 存）之間交換信息。各種外圍設(shè)備不能與計算機(jī)主機(jī)直接聯(lián)系，必須通過 I/O 系統(tǒng)聯(lián)接。在 CPU 中，數(shù)據(jù)的傳送速度是納秒級的，而外圍設(shè)備的速度則是毫秒級的，最快是微秒級的，兩者相差懸殊。接口部件的功能就是進(jìn)行外設(shè)與 CPU 之間的信息轉(zhuǎn)換，使其形式上能互相適應(yīng)，速度上能互相匹配。 接口部件是計算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，不同的輸入輸出方式，不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，都影響接口部件的組成。 通道的工作過程 通道的工作過程可分為啟動通道、數(shù)據(jù)傳輸、通道程序結(jié)束三個部分 。 廣義指令由一條訪管指令和若干個參數(shù)組成，訪管指令的地址碼部分實際上是這條訪管指令要調(diào)用的管理程序入口地址。 CPU 響應(yīng)這個中斷請求后，轉(zhuǎn)入管理程序入口。 （ 2） 數(shù)據(jù)傳輸 通道處理機(jī)執(zhí)行 CPU 為它組織的通道程序，完成指定的數(shù)據(jù)輸入輸出工作。 （ 3） 通 程序結(jié)束 當(dāng)通道處理機(jī)執(zhí)行完通道程序的最后一條通道指令 “ 斷開通道指令 ” 時，通道的數(shù)據(jù)傳輸工作就全部結(jié)束了。 CPU 響應(yīng)這個中斷請求后，第二次進(jìn)入操作系統(tǒng)，調(diào)用管理程序?qū)斎胼敵鲋袛噙M(jìn)行處理。然后 CPU 返回到用戶程序繼續(xù)執(zhí)行。 PLC 輸出模塊用來送出可編程控制器運(yùn)算后得到 的信息，并通過機(jī)外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場的各類控制。 計算機(jī)輸入輸出系統(tǒng)（ I/O 系統(tǒng)）的功能是完成計算機(jī)系統(tǒng)與外部世界的聯(lián)系 ，它與計算機(jī)主機(jī)的速度、處理能力、實用性、兼容性等各項性能都有十分密切的關(guān)系如圖 33。 圖 33 系統(tǒng)輸入輸出框圖 程 序 輸 入 設(shè) 備 計算機(jī) 數(shù)字控 制設(shè)備 輸 出 設(shè) 備 可編程控制器 主軸控制單元 主軸電機(jī) 機(jī) 床 進(jìn)給電機(jī) 位 置 檢測器 主軸控制單元 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 采集時序控制電路 在每個獨(dú)立采集模板的采集電路中 ，包含一個 AD684 和 AD7821，可以同時采集 4 路信號。 采集時序控制電路產(chǎn)生采集過程中所需的各種控制時序信號，采集所需的基本時序由定時器 INTEL8253 產(chǎn)生。定時器時鐘使用控制時鐘 CLK，頻率為 5MHz； G 門控制信號用于控制采集過程的開始和結(jié)束。此時 G 為 1，采樣時序信號未產(chǎn)生。同時根據(jù)采集方式設(shè)置產(chǎn)生 SHC2。非正交方式采集時， ADC 由正常采樣時序 NSH 啟動并同步，采樣控制時序 SHC1S 和 SHC2 完全一樣。 采集電路提供了一個采集狀態(tài)口，工作程序可讀取狀態(tài)口了解采集過程的當(dāng)前狀態(tài)。同時對 32 路信號采集，則采樣時間較短，在實際工作中，如需增加采樣時間，則可采用接續(xù)采集的方式，也就是由幾個通道來采集一路信號。在正交采樣時，對 NSH 整形產(chǎn)生 SHC1，對 OSH 整形產(chǎn)生 SHC2， SHC2比 SHC1 延遲 1/4 個采樣周期，在前面模板采集電路結(jié)構(gòu)中，正交采樣時，將兩路蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 信號合并作為一路正交信號，這樣，最多可正交采樣 16 路信號。這就是保證了在延遲和非延遲兩路信號采樣保持完成以后，才開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。它的輸入信號可以是不同量程的電壓或電流。 EM235 有 1路模擬量輸出，其輸出可以是電壓也可以是電流。 來自體統(tǒng)母線的三相交流電經(jīng)斷路器通過整流變壓器向晶閘管供電，為了減少高次諧波對電網(wǎng)的不良影響，變壓器采用 △ /Y 接法，整流主電路采用三相全橋式整流電路。當(dāng)晶閘管的陽極和陰極之間承受反向電壓并且門極不管加不加觸發(fā)信號晶閘管關(guān)斷 。再一種則是采用電子保護(hù)電路，檢測設(shè)備的輸出電壓或輸入電流，當(dāng)輸出電壓或輸入電流超過允許值時，借助整流觸發(fā)控制系統(tǒng)使整流橋短時內(nèi)工作于有源逆變工作狀態(tài)，從而抑制過電壓或過電流的數(shù)值。 對于第一類過流，即整流橋內(nèi)部原因引起的過流，以及逆變器負(fù)載回路接地時，可以 采用第一種保護(hù)措施，最常見的就是接入快速熔短器的方式。 晶 閘管的過壓保護(hù) 晶閘管設(shè)備在運(yùn)行過程中，會受到由交流供電電網(wǎng)進(jìn)入的操作過電壓和雷擊過電壓的侵襲。 過電壓保護(hù)的第一種方法是并接 R—C 阻容吸收回路，以及用壓敏電阻或硒堆等非線性元件加以抑制。 晶閘管元件承受的正反向峰值電壓通常按變壓器副邊線電壓的 2 倍選取 VU PR )( ?????? () 式中 , 為考慮到電網(wǎng)電壓波動等因素添加的系數(shù)。阻容吸收電路中的電阻和電容按經(jīng)驗取 R=50Ω， C=。采用性能良好的驅(qū)動電路，可使電力電子 器件工作在較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時間，減小開關(guān)損耗，對裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。 簡單地說，驅(qū)動電路的基本任務(wù)，就是將信息電子電路傳來的信號按照其控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號。 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 驅(qū)動電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔 離環(huán)節(jié)。 觸發(fā)電路原理 三相整流電路中必須對兩組中應(yīng)導(dǎo)通的一對晶閘管同時給觸發(fā)脈沖。稱寬脈沖觸發(fā)；另一種是在觸發(fā)某一號晶閘管的同時給前一號晶閘管補(bǔ)發(fā)一個脈沖，相當(dāng)于用兩個窄脈沖等效代替一個寬脈沖，稱為雙脈沖觸發(fā)。本設(shè)計采用的是 KC 系列的三相全控橋式整流電路的集成觸發(fā)器 KC04 作為三相整流電路的觸發(fā)電路。 KC04 器件輸出兩路相差 l80176。該電路具有輸出負(fù)載能力大、移相性能好、正負(fù)半周脈沖相位均衡性好、移相范圍寬、對同步電壓要求低、有脈沖列調(diào)制輸出端等功能和特點(diǎn)。15V 直流電源向所有需要直流電源的各控制單元供電，它由整流、濾波、穩(wěn)壓三個部分組成。完成這一任務(wù)主要是靠二極管的單向?qū)ㄗ饔?，因此二極管是組成整流電路的關(guān) 鍵元件。本設(shè)計采用橋式整流電路，其主要特點(diǎn)如下：輸出電壓高，紋波電壓小，管子所承受的最大反向電壓較低，電源變壓器充分利用效率高。 蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 第 4章 軟件設(shè)計 系統(tǒng)程序設(shè)計方案 西門子公司的 PLC 產(chǎn)品有 SIMATIC S M7 和 C7 等幾大系列，其中的 S7 系列是傳統(tǒng)意義的 PLC 產(chǎn) 品。 S7200 系列屬于整體式小型 PLC，這種 PLC 將 CPU 模塊、 I/O 模塊和電源裝在一個箱形機(jī)殼內(nèi)，用于代替繼電器的簡單控制場合，也可用于復(fù)雜的自動化系統(tǒng)。 CPU 模塊和擴(kuò)展模塊用扁平電纜連接。系統(tǒng)軟件包括監(jiān)控程序、編譯程序、診 斷程序等，主要用于管理全機(jī)，將程序語言翻譯成機(jī)器語言，診斷機(jī)器故障。用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場控制的需要，用 PLC 的程序語言編制的應(yīng)用程序，用來實現(xiàn)各種控制要求。 PLC 用戶軟件的設(shè)計要基于產(chǎn)品提供的某一編程語言。 本文設(shè)計采用了模塊化的方式，將主程序根據(jù)功能分成了各個子程序，使條理更清 晰，也便于程序的書寫與調(diào)試。 前面已經(jīng)討論了轉(zhuǎn)速給定、轉(zhuǎn)速反饋、電流反饋電壓與 PLC 的輸入聯(lián)接問題。經(jīng)分析，系統(tǒng)程序由主程序、電流環(huán)子程序及轉(zhuǎn)速環(huán)子程序等組成。電流環(huán)的輸出 Uk 送至數(shù)字蘇州科技學(xué)院 天平學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 觸發(fā)器獲得移相控制角 α去觸發(fā)晶閘管