基于PLC的交流異步電機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計

1、基于PLC的交流異步電機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計成 績： 姓 名： 任慧慧 班 級： 電氣11-4 學(xué) 號： 日 期： 2014年6月20日 PLC技能考核設(shè)計訓(xùn)練任務(wù)書學(xué)生姓名 專業(yè)年級 電氣11-4 學(xué)號 設(shè)計日期： 2014 年5月5日 至 2104 年6 月30 日設(shè)計題目：基于PLC的交流異步電機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計主要內(nèi)容：本次設(shè)計基于可編程控制器（PLC）硬件平臺的異步電動機綜合控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過可編程邏輯控制器（PLC）來控制變頻器，最終實現(xiàn)異步電動機轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。并通過HMI面板直觀的顯示出來。此設(shè)計是利用可編程邏輯控制器件PLC、觸摸屏、變頻器和電機機組等來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)

2、的控制。指導(dǎo)教師評語：指導(dǎo)教師簽字：目 錄一、緒論11.1 變頻器11.2 PLC11.3 觸摸屏及組態(tài)軟件進行介紹11.4 交流異步電機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)2二、系統(tǒng)硬件設(shè)計32.1 系統(tǒng)設(shè)計目的32.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖32.3 硬件選型42.3.1 52.3.2 變頻器52.3.3 電機機組62.3.4 觸摸屏Smart70072.4 硬件接線8三、系統(tǒng)軟件設(shè)計103.1 變頻器參數(shù)103.2 觸摸屏組態(tài)畫面103.3 編寫PLC程序143.3.1 PID參數(shù)選擇143.3.2閉環(huán)控制系統(tǒng)的程序及分析17四、系統(tǒng)調(diào)試20五、 基于PLC的直流電動機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)225.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的簡

3、介225.2 雙閉環(huán)系統(tǒng)的組成及工作原理225.2.1. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器235.2.2. 電流調(diào)節(jié)器23六、總結(jié)25一、緒論1.1 變頻器變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業(yè)自動化程度的不斷

4、提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。1.2 PLC可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。1.3 觸摸屏及組態(tài)軟件進行介紹觸摸屏（touch screen）又稱為“觸控屏”、“觸控面板”，是一種可接收觸頭等輸入訊號的感應(yīng)式液晶顯示裝置，當(dāng)接觸了屏幕上的圖形按鈕時，屏幕上的觸覺反饋系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先編程的程式驅(qū)動各種連結(jié)裝置，可用以取代機械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫面制造出生動的影音效

5、果。觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設(shè)備，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式。它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。主要應(yīng)用于公共信息的查詢、領(lǐng)導(dǎo)辦公、工業(yè)控制、軍事指揮、電子游戲、點歌點菜、多媒體教學(xué)、房地產(chǎn)預(yù)售等。 組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。在組態(tài)概念出現(xiàn)之前，要實現(xiàn)某一任務(wù)，都是通過編寫程序來實現(xiàn)的。編寫程序不但工作量大、周期長，而且輕易犯錯誤，不能保證工期。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，解決了這個問題。對于過去需要

6、幾個月的工作，通過組態(tài)幾天就可以完成。組態(tài)軟件具有流程畫面，過程數(shù)據(jù)記錄，趨勢曲線，報警窗口，生產(chǎn)報表等功能，已經(jīng)在多個領(lǐng)域被應(yīng)用。1.4 交流異步電機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)須隨之作相應(yīng)的變動，所有布線和控制柜極有可能重新設(shè)計，耗時且費力然而是利用存儲在機內(nèi)的程序?qū)崿F(xiàn)各種控制功能的。因此當(dāng)工藝過程改變時,只需修改程序即可，外部接線改動極小，其靈活性和通用性是繼電器控制電路無法比擬的。 第二，可靠性高，抗干擾能力強"繼電器控制系統(tǒng)中，由于器件的老化、脫焊、觸點的抖動以及觸點電弧等現(xiàn)象是不可避免的，大大降低了系統(tǒng)的可靠性。而在控制系統(tǒng)中，大量的開關(guān)動作是由無觸點的半導(dǎo)體電路來完成的，

7、加之在硬件和軟件方面都采取了強有力的措施，使產(chǎn)品具有極高的可靠性和抗干擾能力可以直接安裝在工業(yè)現(xiàn)場穩(wěn)定地工作。 PLC在硬件方面采取電磁屏蔽、光電隔離、多級濾波等措施在軟件方面采取警戒時鐘、故障診斷、自動恢復(fù)等措施,并利用后備電池對程序和數(shù)據(jù)進行保護,因此被稱為“專為適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計的計算機”。 第三，編程簡單，使用方便。PLC采用面向過程，面向問題的“自然語言”編程方式、直觀易懂、主要采用梯形圖和語句表編寫程序，使得廣大電氣技術(shù)人員更容易接納和理解。同時設(shè)計人員也可根據(jù)自己的喜好和實際應(yīng)用的要求選擇其他編程語言。標準是編程語言的標準，除了梯形圖、語句表之外，還存在

8、順序流程圖!結(jié)構(gòu)化文本和功能塊圖三種編程語言的表達方式。一個程序的不同部分可用任何一種語言來描述，支持復(fù)雜的順序操作功能處理以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 第四，功能強大，可擴展。的主要功能包括開關(guān)量的邏輯控制、模擬量控制部分還具備控制或模糊控制功能、數(shù)字量智能控制、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、通信、聯(lián)網(wǎng)及集散控制等功能。 PLC的功能擴展也極為方便，硬件配置相當(dāng)靈活，根據(jù)控制要求的改變，可以隨時變動特殊功能單元的種類和個數(shù)，再相應(yīng)修改用戶程序就可以達到變換和增加控制功能的目的。二、系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1 系統(tǒng)設(shè)計目的對于控制電機轉(zhuǎn)速，開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制電壓直接控制電機觸發(fā)電路。但系統(tǒng)靜特性差，在轉(zhuǎn)矩

9、變化的情況下轉(zhuǎn)速變化很大。閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但是調(diào)速性能好，系統(tǒng)特性曲線較硬，轉(zhuǎn)矩變化對系統(tǒng)速度擾動幾乎不記。在許多工業(yè)場合，需要電機轉(zhuǎn)速能夠很好地跟隨給定轉(zhuǎn)速，因此采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。本次設(shè)計就是基于PLC的變頻器實現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。2.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖基于PLC的交流異步電機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)主要由四個部分構(gòu)成，即可編程邏輯控制器件PLC、觸摸屏、變頻器和電機機組。通過觸摸屏給PLC發(fā)出相關(guān)指令，PLC控制變頻器，變頻器控制電機機組進行變頻調(diào)速；通過電機機組上的編碼器將電機實際轉(zhuǎn)速反饋給PLC，經(jīng)PID調(diào)節(jié)后輸出給變頻器，從而實現(xiàn)異步電機的無靜差調(diào)速。閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖：圖1 閉

10、環(huán)控制的結(jié)構(gòu)控制圖-速度給定速度反饋信號+PLC（PID）變頻調(diào)速系統(tǒng)PID控制器以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)過程控制中不可替代的主要技術(shù)之一。PID控制分為三個環(huán)節(jié)，分別是比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)。比例調(diào)節(jié)作用是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用以減小偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)時間；但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分調(diào)節(jié)作用是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。因為有誤差，積分調(diào)節(jié)就進行，直至消除誤差。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)Ti，Ti越小，積分作用就越強；反之積分作用就越弱。加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)

11、的動態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。PI調(diào)節(jié)器是最常用的調(diào)節(jié)器。微分調(diào)節(jié)作用反應(yīng)系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒形成之前，已被積分作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。在微分時間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)和調(diào)節(jié)時間。微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強的微分調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)抗干擾不利。變頻調(diào)速原理：異步電機的轉(zhuǎn)速n可以表示為：v式中，n2為同步轉(zhuǎn)速，n1為轉(zhuǎn)差損失的轉(zhuǎn)速，p為磁極對數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率，f為電源的頻率?？梢?，改變電源頻率就可以改變同步轉(zhuǎn)速和電機轉(zhuǎn)速。 頻率的下降會導(dǎo)致磁通的增加，造

12、成磁路飽和，勵磁電流增加，功率因數(shù)下降，鐵心和線圈過熱。顯然這是不允許的。為此，要在降頻的同時還要降壓。這就要求頻率與電壓協(xié)調(diào)控制。此外，在許多場合，為了保持在調(diào)速時，電動機產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩不變，亦需要維持磁通不變，這亦由頻率和電壓協(xié)調(diào)控制來實現(xiàn)，故稱為可變頻率可變電壓調(diào)速，簡稱變頻調(diào)速。實現(xiàn)變頻調(diào)速的裝置稱為變頻器。變頻器一般由整流器、濾波器、驅(qū)動電路、保護電路以及控制器（MCUDSP）等部分組成。2.3 硬件選型基于PLC的交流異步電機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)主要由四個部分構(gòu)成，即可編程邏輯控制器件PLC、觸摸屏、變頻器和電機機組。通過觸摸屏給PLC發(fā)出相關(guān)指令，PLC控制變頻器，變頻器控制電機機組進

13、行變頻調(diào)速；通過電機機組上的編碼器將電機實際轉(zhuǎn)速反饋給PLC，經(jīng)PID調(diào)節(jié)后輸出給變頻器，從而實現(xiàn)異步電機的無靜差調(diào)速。表1：系統(tǒng)硬件組成如下：序號設(shè)備廠家型號功能說明1PLC西門子CPU224XP+EM235采集、處理數(shù)據(jù)2觸摸屏西門子Smart700數(shù)據(jù)監(jiān)控3變頻器西門子MM420拖動異步電機變頻調(diào)速4電機機組天 煌異步電機+直流電機被控對象2.3.1 選用西門子公司生產(chǎn)的CPU224XP系列，為采集電機轉(zhuǎn)速并對電機轉(zhuǎn)速進行控制，外擴一個EM235模塊（4AI/1AO）。在使用EM235模塊時，需根據(jù)所采集模擬量的實際信號用右下角的6個DIP開關(guān)對EM235模塊進行配置。S7-200 是一

14、種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面：極高的可靠性、極豐富的指令集、易于掌握、便捷的操作、豐富的內(nèi)置集成功能、實時特性、強勁的通訊能力、豐富的擴展模塊。2.3.2 變頻器變頻器MM420：變頻器的工作原理是把市電（380V 、50Hz）通過整流器變成平滑直流，然后利用半導(dǎo)體器件（GTO、GTR或IGBT）組成的三相逆變器，將直流電變成可變電壓和可變頻率的交流電。根據(jù)電機的實際需要來提供其所需

15、要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調(diào)速的目的。如果變頻器參數(shù)為出廠初始參數(shù)，則需要對它進行快速調(diào)試。圖2 西門子MM420變頻器2.3.3 電機機組選用浙江天煌公司生產(chǎn)的電機機組，由一臺異步電動機和一臺直流發(fā)電機同軸相連。為相將實際轉(zhuǎn)速顯示并輸出給PLC，該機組中還加了轉(zhuǎn)速編碼器單元DD03-3。該機組中，異步電動機由MM420變頻器供電，進行變頻運行，同時拖動直流發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，01K可變電阻作為直流發(fā)電機的負載。鼠籠式異步電動機：結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機的機械特性。 直流電機：直流電機分為直流電動機和直流發(fā)電機兩大類。本設(shè)計用直流發(fā)電機，外接電阻，相當(dāng)于電動機負載，另端接碼盤

16、測速。碼盤：碼盤分為絕對式編碼器和增量編碼器兩種，前者能直接給出與角位置相對應(yīng)的數(shù)字碼；后者利用計算系統(tǒng)將旋轉(zhuǎn)碼盤產(chǎn)生的脈沖增量針對某個基準數(shù)進行加減以求得角位移。常用的碼盤是接觸編碼器和光學(xué)編碼器。接觸編碼器是絕對式編碼器中的一種，它由編碼盤、電刷和電路組成。編碼盤按二進制碼制成，與旋轉(zhuǎn)軸固定在一起。碼盤上有6條碼道，每條碼道上有許多扇形導(dǎo)電區(qū)和不導(dǎo)電區(qū)，全部導(dǎo)電區(qū)連在一起接到一個公共電源上。 6個電刷沿一個固定的徑向安裝，分別與6條碼道接觸。每個電刷與一單根導(dǎo)線相連，輸出6個電信號,其電平由碼盤的位置控制。當(dāng)電刷與導(dǎo)電區(qū)接觸時，輸出為“1”電平；與不導(dǎo)電區(qū)接觸時，輸出為“0”電平。隨著轉(zhuǎn)角

17、的不同，輸出相應(yīng)的碼。編碼器的精度取決于碼盤本身的精度，分辨率則取決于碼道的數(shù)目。10條碼道的碼盤，其分辨率為1/1024，采用多個碼盤和裝上內(nèi)部傳動機構(gòu)時可達1/105。 另一種絕對式編碼器是光學(xué)編碼器，是依照光學(xué)和光電原理制成的器件。它由光源、碼盤、光學(xué)系統(tǒng)及電路4部分組成。碼盤是在不透明的基底上按二進制碼制成透明區(qū)圖案，相當(dāng)于接觸編碼器的導(dǎo)電區(qū)和不導(dǎo)電區(qū)。光線通過碼盤由光電元件轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號。圖3 電機機組實物圖2.3.4 觸摸屏選用西門子公司生產(chǎn)的Smart700系列觸摸屏。Smart700為中低端觸摸屏，但性價比較高。適用于單機場合，可以實現(xiàn)與S7-200的簡單無縫連接。其屏幕大

18、小為7寸，顯示類型為LCD，分辨率為800*480，256色亮度可調(diào)，直流24V供電，帶 一個RS485通信接口，最大通訊速率為187.5kbps。可以支持與第三方PLC通信，如三菱FN系列，歐姆龍CP1系列等?？芍С肿疃?00個變量，50個畫面，200個報警，32個報警等級，5個配方，支持趨勢視圖、報警消息及斷電保持。 其組態(tài)基于軟件Wincc Flexible 2008 sp2。圖4 Smart700觸摸屏與PLC及電腦通訊步驟2.4 硬件接線基于PLC的交流異步電機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)硬件接線圖如圖5所示。圖5 系統(tǒng)硬件接線圖備注：(1)電機機組為異步電動機和直流發(fā)電機同軸相連，對于鼠籠式異

19、步電動機，定子繞組為型接法，需將A-Z、B-X、C-Y分別短接；對于繞線式異步電動機，需將轉(zhuǎn)子繞組短接，定子繞組為Y型接法，需將X-Y-Z短接。(2)他勵直流發(fā)電機由實驗臺DC220V電源進行勵磁，電樞繞組串接實驗臺0-1000歐可變電阻。三、系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 變頻器參數(shù)選用西門子公司生產(chǎn)的MM420型變頻器，如果變頻器參數(shù)為出廠初始參數(shù)，則需對它進行快速調(diào)試，相關(guān)參數(shù)表如表2所示。表2： MM420基本調(diào)試參數(shù)表序號變頻器參數(shù)出廠值設(shè)定值功能說明1P000312用戶訪問級別2P0304230220電動機的額定電壓( 220V )3P03053.250.5電動機的額定電流( 0.5A )4P

20、03070.750.1電動機的額定功率( 100W )5P031050.0050.00電動機的額定頻率( 50Hz )6P031101420電動機的額定轉(zhuǎn)速( 1420 r/min )7P070021或2選擇命令源（由BOP/端子排輸入）8P100021或2用BOP/端子排輸入控制頻率的升降9P108000電動機的最小頻率( 0Hz )10P10825050.00電動機的最大頻率( 50Hz )11P11201010斜坡上升時間( 10S )12P11211010斜坡下降時間( 10S )3.2 觸摸屏組態(tài)畫面基于PLC的交流異步電機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計的觸摸屏組態(tài)界面如下圖所示。圖6 觸摸屏

21、組態(tài)界面(1)將Smart700通過PC/PPI電纜相連；(2)打開Wincc Flexible 2008 sp2軟件，雙擊“項目視圖”中的“連接”，雙擊“名稱”下一行的任一空白區(qū)域，出現(xiàn)如下所示界面。 “HMI設(shè)備”選項中，Smart700波特率為“187500bps”，地址為“1”；“網(wǎng)絡(luò)”選項中，配置文為“PPI”，其余不變；“PLC設(shè)備”選項中，地址為“2”。(3)雙擊“項目視圖”中的“變量”，雙擊“名稱”下一行的任一空白區(qū)域，出現(xiàn)如下所示界面。按實際需要建立相應(yīng)變量，注意選擇相應(yīng)“數(shù)據(jù)類型”和“地址”。(4)雙擊“項目視圖”中的“畫面1”，出現(xiàn)如下所示界面。界面右側(cè)為“工具視圖”，左

22、鍵拖住對象，將其放在左側(cè)界面相應(yīng)位置處。右擊該對象，可在界面下方顯示該對象相應(yīng)屬性。觸摸屏程序編好并編譯無誤后，左擊菜單欄中“項目”“傳送”“傳輸”，出現(xiàn)如下界面。根據(jù)電腦與Smart700實際連接電纜，選擇模式為“RS232/PPI多主站電纜”，端口選擇“COM1”、波特率選擇“115200bps”。注意，在將Wincc編寫的程序傳送到觸摸屏Smart700之前，必須將Smart700設(shè)置為如下界面：點擊“Transfer”后，才可在Wincc Flexible 2008 sp2中點擊“傳送”，此時，若配置無誤，則可將程序下載到Smart700中，傳送過程需要一段時間，Smart700界面中

23、會顯示傳送進度。3.3 編寫PLC程序3.3.1 PID參數(shù)選擇基于PLC的交流異步電機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)需采用PID環(huán)節(jié)對轉(zhuǎn)速實現(xiàn)閉環(huán)控制。PLC200的編程軟件Step7-Micro/Win中支持8條PID回路。PID的調(diào)用有兩種方法。(1)通過功能指令調(diào)用。左鍵單擊“指令”“浮點數(shù)計算”“PID指令”。該方法需用戶根據(jù)表3所示“PID回路表”對PID相關(guān)參數(shù)及地址進行設(shè)定。其中“過程變量當(dāng)前值PVn”為編碼器輸出的實際轉(zhuǎn)速，“給定值”為Smart700給出的“給定轉(zhuǎn)速”。“輸出值”為PLC經(jīng)過PID運算后輸出給變頻器的值，增益Kc、采樣時間Ts、積分時間Ti、微分時間Td為自己設(shè)定的參數(shù)，

24、“積分項前值MX”和“過程變量前值PVn-1”不需設(shè)置。表3：PID回路表參數(shù)地址偏移量數(shù)據(jù)格式類型描述過程變量當(dāng)前值雙字，實數(shù)過程變量，給定值雙字，實數(shù)給定值，輸出值雙字，實數(shù)輸出值，增益雙字，實數(shù)比例常數(shù)，正、負采樣時間雙字，實數(shù)單位為，正數(shù)積分時間雙字，實數(shù)單位為分鐘，正數(shù)微分時間雙字，實數(shù)單位為分鐘，正數(shù)積分項前值雙字，實數(shù)積分項前值過程變量前值雙字，實數(shù)最近一次變量值(2)通過PID向?qū)д{(diào)用。1、指定回路號碼：指定配置哪一個回路。如果項目包含使用 STEP 7 Micro/WIN 3.2 版建立的現(xiàn)有配置，必須在繼續(xù)執(zhí)行步驟1之前選擇編輯其中一個現(xiàn)有配置或建立一個新配置。2、設(shè)置回路

25、參數(shù)：回路給定是為向?qū)傻淖映绦蛱峁┑囊粋€參數(shù)。指定回路給定(SP)應(yīng)當(dāng)如何標定。為“范圍低限”和“范圍高限”選擇任何實數(shù)；指定下列回路參數(shù)：比例增益、采樣時間、積分時間、微分時間。3、 回路輸入和輸出選項：回路過程變量（PV）是您為向?qū)傻淖映绦蛑付ǖ囊粋€參數(shù)。指定回路過程變量（PV）應(yīng)當(dāng)如何標定?？梢赃x擇：單極性(0至32000)、雙極性(-32000至32000)、20%偏移量(6400至32000，不可變更)。在環(huán)路設(shè)定值(SP)的下限必須對應(yīng)于過程變量(PV)的下限，環(huán)路設(shè)定值的上限必須對應(yīng)于過程變量的上限，以便PID算法能正確按比例縮放。本次設(shè)計計算的上限值為23040。圖7

26、回路參數(shù)圖8 回路輸入和輸出選項4、為計算指定存儲區(qū)：PID 指令使用 V 存儲區(qū)中的一個 36 個字節(jié)的參數(shù)表，存儲用于控制回路操作的參數(shù)。PID計算還要求一個“暫存區(qū)”，用于存儲臨時結(jié)果。需要指定該計算區(qū)開始的V存儲區(qū)字節(jié)地址。一般選擇建議地址就行。5、指定初始化子程序和中斷程序：如果項目中包含一個激活PID配置，已經(jīng)建立的中斷程序名被設(shè)為只讀。因為項目中的所有配置共享一個公用中斷程序，項目中增加的任何新配置不得改變公用中斷程序的名稱。向?qū)槌跏蓟映绦蚝椭袛喑绦蛑付四J名稱?？梢跃庉嬆J名稱。6、生成代碼該屏幕顯示PID向?qū)傻腜OU列表，并對如何把它們集成進用戶程序作出簡要說明。7

27、、經(jīng)過以上PID向?qū)渲?，點擊“完成”，S7-200指令向?qū)橹付ǖ呐渲蒙沙绦虼a和數(shù)據(jù)塊代碼。由向?qū)Ы⒌淖映绦蚝椭袛喑绦虺蔀轫椖康囊徊糠?。要在程序中使能該配置，每次掃描周期時，使用SM0.0從主程序塊調(diào)用該子程序。該代碼配置PID0。該子程序初始化PID控制邏輯使用的變量，并啟動PID中斷“PID_EXE”程序。根據(jù)PID采樣時間循環(huán)調(diào)用PID中斷程序。3.3.2閉環(huán)控制系統(tǒng)的程序及分析四、系統(tǒng)調(diào)試本次設(shè)計是對轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速，通過對P、I參數(shù)的調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。當(dāng)設(shè)定比例系數(shù)P為8，積分時間I為0.02，系統(tǒng)能夠得到相對滿意的調(diào)試結(jié)果，穩(wěn)定后能保持在以內(nèi)。啟動后，系統(tǒng)可以很快

28、的穩(wěn)定在給定轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)控制效果如下：圖9 控制效果圖五、 基于PLC的直流電動機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)系統(tǒng)用PID調(diào)節(jié)器實現(xiàn)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定無靜差，消除負載轉(zhuǎn)矩擾動對穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影響，并用電流截止負反饋限制電樞電流的沖擊，避免出現(xiàn)過電流現(xiàn)象，但是轉(zhuǎn)速單閉環(huán)并不能充分按照理想要求控制電流的動態(tài)過程。所以為了更好的使系統(tǒng)穩(wěn)定，在轉(zhuǎn)速閉環(huán)的基礎(chǔ)上引入了電流閉環(huán)，構(gòu)成雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。如果采用PI調(diào)節(jié)器，可實現(xiàn)無靜差。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣的電氣傳動裝置之一。-IdLUd0Un+-+-UiACR1/RTl s+1RTmsU*iUcKs Tss+1Id1Ce+Eb T0is+11 T0is+1AS

29、R1 T0ns+1a T0ns+1U*nn圖10 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖5.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的簡介由于調(diào)速系統(tǒng)的主要被控量是轉(zhuǎn)速,，故把轉(zhuǎn)速負反饋組成的環(huán)作為外環(huán), 以保證電動機的轉(zhuǎn)速準確跟隨給定電壓, 把由電流負反饋組成的環(huán)作為內(nèi)環(huán), 把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE，這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。5.2 雙閉環(huán)系統(tǒng)的組成及工作原理直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)由給定電壓、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、三相集成觸發(fā)器、三相全控橋、直流電動機及轉(zhuǎn)速、電流檢測裝置組成，其中主電路中串入平波電抗器，以抑制電流脈動，消除因脈動電流引起的電機發(fā)熱以及產(chǎn)生的脈

30、動轉(zhuǎn)矩對生產(chǎn)機械的不利影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)在突加給定信號的過渡過程中表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在穩(wěn)定和接近穩(wěn)定運行中表現(xiàn)為無靜差調(diào)速系統(tǒng)，發(fā)揮了轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器的作用，獲得了良好的靜、動態(tài)品質(zhì)。5.2.1. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器1.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速 n 很快地跟隨給定電 壓變化，穩(wěn)態(tài)時可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用調(diào)節(jié)器，則可實現(xiàn)無靜差。 （2）對負載變化起抗擾作用。 （3）其輸出限幅值決定電機允許的最大電流。 2.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的選擇和輸出限幅值（1）典型系統(tǒng)的選擇 為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負載擾動作用點前面必須有一個積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器中，現(xiàn)在在擾動作用

31、點后面已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計成典型型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時也能滿足動態(tài)抗擾性能好的要求。（2）輸出限幅值 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出為電流環(huán)的給定信號，其物理意義是直流電機允許的最大電流。通常設(shè)置為（）倍的額定電流值。 5.2.2. 電流調(diào)節(jié)器 1.電流調(diào)節(jié)器的作用 （1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。（2）對電網(wǎng)電壓的波動起及時抗擾的作用。（3）在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電機允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程。（4）當(dāng)電機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復(fù)正常。這個作用對系統(tǒng)的可靠運行來說是十分重要的。2. 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇和輸出限幅值（1）典型系統(tǒng)的選擇：穩(wěn)態(tài)要求：希望電