【正文】 加給定電壓Un*后，經過兩個調節(jié)器的跟隨作用，Uc、Ud0、Id都跟著上升，但是在Id沒有達到負載電流Idl以前，電動機還不能轉動。當Id≥Idl后，電動機開始起動。由于機電慣性的作用，轉速不會很快增長，因而轉速調節(jié)器ASR的輸入偏差電壓ΔUn=Un*Un的數值仍較大，其輸出電壓保持限幅值Uim*，強迫電樞電流Id迅速上升。直到Id≈Idm，Ui≈Uim*，電流調節(jié)器很快就壓制了Id的增長，標志著這一階段結束。在這一階段中，ASR很快進入并保持飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和。第Ⅱ階段（t1～t2）是恒流升速階段，是起動過程中的主要階段。在這一階段中，ASR始終是飽和的，轉速環(huán)相當于開環(huán)，系統成為在恒值電流給定Uim*下的電流調節(jié)系統，基本上保持電流Id恒定，因而系統的加速度恒定，轉速呈線性增長。與此同時，電動機的反電動勢E也按線性增長，對電流調節(jié)系統來說，E是一個線性漸增的擾動量。為了克服這個擾動，Ud0和Uc也必須基本上按線性增長，才能保證Id恒定。當ACR采用PI調節(jié)器時，要使其輸出量按線性增長，其輸入偏差電壓ΔUi=Uim*Ui必須維持一定得恒值，也就是說，Id應略低于Idm。第Ⅲ階段（t2以后）是轉速調節(jié)階段。當轉速上升到給定值n*=n0時，轉速調節(jié)器ASR的輸入偏差減小到零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值Uim*，所以電動機仍在加速，是轉速超調。轉速超調后，ASR輸入偏差電壓變負，使它開始退出飽和狀態(tài)，Ui*和Id很快下降。但是，只要Id仍大于負載電流Idl，轉速就繼續(xù)上升。直到Id=Idl時，轉矩Te=TL，則dn/dt=0，轉速n才到達峰值（t=t3時）。此后，電動機開始在負載的阻力下減速，與此相應，在t3～t4時間內，IdIdl，直到穩(wěn)定。綜上所述，雙閉環(huán)直流調速系統的啟動過程有飽和非線性控制、轉速超調和準時間最優(yōu)控制三個特點。第 3 章 現代PLC控制技術 PLC的組成和分類 從結構上分，PLC分為固定式和組合式(模塊式)兩種。固定式PLC包括CPU板、I/0板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、地板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 PLC系統的4個主要的部分說明如下[16][17]: (CPU)。它是系統的大腦，不斷的采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統的輸出，包括三個子部分: (1)微處理器。它是進行數學和邏輯操作的計算中心。 (2)存儲器。CPU中數據和信息存儲和獲取的地方，保存著系統軟件和用戶程序。 (3)電源供應。將交流電(AC)轉化為直流電(DC)。在這個過程中，電源供應對直流電進行濾波和調節(jié)，以確保計算機正常運行。 。編程器/監(jiān)視器是用來同PLC電路進行通信的設備。手持終端、工業(yè)終端和PC都可以作為編程器/監(jiān)視器。在手持終端，通過小鍵盤來進行輸入，顯示設備通常是液晶顯示器(LCD)。對于工業(yè)終端或PC，需要更復雜的打字型鍵盤和CRT顯示器。 。輸入模塊有一些輸入端子，由傳感器通過這些端子來激活執(zhí)行繼電器、電磁線圈、各種靜態(tài)開關設備、電機和顯示屏。如果需要，可以增加能將I/0模塊進行遠距離連接的電子系統。PLC控制的實際系統可以距CPU及其I/0模塊幾百米之遠。 PLC的工作原理 用戶程序的執(zhí)行取決于PLC是處于停止模式還是運行模式。當PLC處于運行模式時，CPU執(zhí)行程序。當PLC處于停LL模式時，CPU不執(zhí)行程序。 當PLC處于運行模式時，PLC周而復始的執(zhí)行一系列任務。任務循環(huán)執(zhí)行一次稱為一個掃描周期。在一個掃描周期中，PLC將執(zhí)行部分或全部下列操作[16][17]。（1）讀輸入 :在件個掃描周期開始，CPU會讀取數字量輸入，并將這些值寫入過程映像輸入寄存器。 :除非使能模擬量濾波，否則PLC在掃描周期中不會刷新模擬量輸入值。使能了模擬量濾波功能后，PLC會在每一個周期刷新模擬量，執(zhí)行濾波功能并且在內部存儲濾波值。當程序中訪問模擬量輸入時使用濾波值。 如果沒有使能模擬量輸入濾波，則當程序訪問模擬量輸入時，PLC都會直接從擴展模塊讀取模擬值。 模擬量濾波可以得到穩(wěn)定的信號。在模擬量輸入信號隨時間變化緩慢時使用模擬量輸入濾波，如果信號變化很快，不應該選用模擬量濾波。 不要對在模擬量字中傳遞數字信息或報警指示的模塊使用模擬量濾波。對于RTD, TC和ASI主站模塊，不能使用模擬量濾波。（2）執(zhí)行邏輯控制程序 在掃描周期的執(zhí)行程序階段，CPU從頭至尾執(zhí)行應用程序，在程序或中斷服務中，直接I/O指令允許用戶對I/O點直接進行存取。 如果在程序中使用了中斷，與中斷事件相關的中斷服務作為程序的一部分被儲存。中斷程序并不作為正常掃描周期的一部分來執(zhí)行，而是當中斷事件發(fā)生時才執(zhí)行。（3）處理通訊請求 在掃描周期的處理階段，CPU處理從通訊端口或者智能I/O模塊接收到的任何信息。（4）執(zhí)行CPU自診斷 在掃描周期的處理階段，PLC檢測CPU的操作和擴展模塊的狀態(tài)是否正常。（5）寫輸出 在每個掃描周期的結尾，CPU把存儲在輸出映像寄存器中的數據寫到數字輸出點。模擬量輸出直接刷新，與掃描周期無關。 PLC電機控制系統設計的基本內容和步驟PLC電機控制系統設計的一般流程如圖31所示。 圖 31 PLC的設計流程圖 PLC的硬件設計的一般步驟 [2][17][6] 選擇PLC機型應從性能結構、I/O點數、存儲容量以及特殊功能等方面來綜合衡量。一般來說，機型選擇的基本原則應是在功能滿足要求的情況下，保證可靠、維護使用方面以及最佳的性能價格比。 要估算PLC電機控制系統所需要的I/O點數。采用晶閘管整流裝置對直流電機供電的直流調速系統，可編程的輸入除了考慮主令控制信號外，還需要考慮合閘信號、傳動裝置綜合故障信號、抱閘信號、風機故障信號等。I/O點數是衡量PLC規(guī)模大小的重要指標。因此首先要根據系統的控制規(guī)模，確保有足夠的I/O點數，并考慮有10%15%的I/O點數作為余量，以備后用。 除了I/O點數之外，還要考慮I/O模塊的工作電壓以及外部接線方式。對于輸入模塊主要考慮兩點，一是根據現場輸入信號與PLC輸入模塊距離的遠近來選擇工作電壓；二是高密度的輸入模塊，能允許同時接通的點數，一般不得超過總輸入點數的60%.輸出模塊有繼電器、晶體管和晶閘管三種工作方式，其中繼電器輸出模塊最便宜，在輸出變化不快、開關要求不頻繁的場合，應優(yōu)先選用。 用戶應用程序占用多少內存與許多因素有關，如I/O點數、控制要求、運算處理、程序結構等。因此，在程序設計之前，只能對用戶的存儲容量進行大致估算。 除了開關信號外，工業(yè)控制中還要對溫度、壓力、流量等過程變量以及運動控制變量進行檢測和控制。在這些專用場合，輸入和輸出容量己經不是關鍵參數，更重要的是考慮它們的控制功能。模擬量輸入/輸出模塊、溫度模塊等專用功能模塊已經非常普及，這些模塊具有A/D和D/A變換功能，可以適合現場控制的需要。 PLC軟件設計的一般步驟 軟件設計就是編寫滿足生產要求的梯形圖或助記符程序，設計應按以下原則和步驟進行[2]。 明確生產工業(yè)要求，分析各輸入、輸出與各種操作之間的邏輯關系確定需要檢測的量和控制方法的基礎上，可根據系統中各設備的操作內容和操作順序，畫出系統控制的流程圖，用于清楚的表明動作的順序和條件。流程圖是編程的主要依據，要盡可能詳細。 編制應用程序就是根據設計的程序流程圖逐條地編寫控制程序，這是整個程序設計工作的核心部分。梯形圖仍是目前最普遍使用的編程語言。目前編程軟件大多可在梯形圖和助記符之前相互切換，這樣對設計者來說比較方便。在編寫過程中，可以借鑒現成的標準程序，但必須弄懂這些程序段，否則將會給后續(xù)工作帶來困難和損失。 設計中用到的模塊（1） 模擬量輸入模塊FX2N4AD[6][15]FX2N4AD是FX2N系列PLC的模擬量輸入模塊，有CH1~CH4四個通道，每個通道都可進行AD轉換，分辯率為12位，采集信號電壓為10V~+10V，分辯率5mV。電流輸入為4~20mA或20~20mA，分辯率20uA。 FX2N4AD內部有32個16位的緩沖寄存器(BMF用于與主機交換數據。 FX2N4AD占用FX2N擴展總線的8個點， 耗電為5V，30mA。1. BFM內部含義0 通道初始化，缺省值為H0000；1~4 存放通道1~4的采樣值，用于求平均值；5~8 存放四個通道的平均輸入采樣值；9~12 每個輸入通道當前值存放；13~14 保留；15 用于選擇AD轉換速度：0為正常速度，15ms；如為1，則選擇高速，6ms；16~19 保留；20 復位到缺省值預設，缺省值為0；21 禁止調整偏移量、增益值，缺省值為0；22 偏移、增益調整：G4O4G3O3G2O2G1O1；23 偏移值，缺省值為0；24 增益值，缺省值為5000；25~28 保留；29 錯誤狀態(tài)；30 識別碼：K2010；31 不能使用；2. BFM說明 1）0，1~4，20~24中的數據可通過TO指令改寫，其它的BFM內的數據可以使用PLC的FROM指令讀寫。 2）在BFM0中寫入十六進制4位數字H進行A/D模塊通道初始化，最低位數字控制CH1，最高位控制CH4。 3）=0時設定輸入范圍為10~10V，=1時，設定輸入范圍為4m A~20mA,=2時，設定輸入范圍為20~20mA，=3時關斷通道。例如BFM0=H3310則說明CH1設定輸入范圍為10V~+10V，CH2設定輸入范圍為4~20mA，CHCH4兩通道關閉。 4）BFM30為緩沖器確認碼，可用FROM指令讀出特殊功能塊的認別號。FX2N4AD單元的標識碼為K2010。（2） 模擬量輸出模塊FX2N2DA[6][15]FX2N2DA模塊將12位數字信號轉換為模擬量電壓或電流輸出。它有2個模擬量輸出通道，3種量程：DC 0~10V、0~5V和4~20mA,D/A轉換時間為4ms/通道。FX2N2DA模塊共有32個緩沖存儲器，但是只使用了下面兩個：BFM 16的低8位用于寫入輸出數據的當前值，高8位保留。BFM 17的b0位從“1”變?yōu)椤?”時，通道2的D/A轉換開始；b1位從“1”變?yōu)椤?”時，通道1的D/A轉換開始；b2位從“1”