電力電子與電力傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)、S7-300 PLC實(shí)驗(yàn)

1、綜合實(shí)訓(xùn)講義電力電子與運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào) 信電學(xué)院2012.10實(shí)驗(yàn)一 邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)了解、熟悉邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的原理和組成。(2)掌握各控制單元的原理、作用及調(diào)試方法。 (3)掌握邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試步驟和方法。(4)了解邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。2 預(yù)習(xí)要求(1)閱讀電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)教材中有關(guān)邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)容，熟悉系統(tǒng)原理圖和邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的工作原理。(2)掌握邏輯控制器的工作原理及其在系統(tǒng)中的作用。3 實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號(hào) 型 號(hào)備 注1DJK01 電源控制屏該控制屏包含

2、“三相電源輸出”等幾個(gè)模塊。2DJK02 晶閘管主電路 3DJK02-1三相晶閘管觸發(fā)電路該掛件包含“觸發(fā)電路”、“正反橋功放”等幾個(gè)模塊。4DJK04 電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn) I該掛件包含“給定”、“調(diào)節(jié)器I”、“調(diào)節(jié)器II”、“轉(zhuǎn)速變換”、“反號(hào)器”、“電流反饋與過(guò)流保護(hù)”等幾個(gè)模塊。5DJK04-1電機(jī)調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)II該掛件包含“轉(zhuǎn)矩極性檢測(cè)”、“零電平檢測(cè)”和“邏輯控制”等幾個(gè)模塊。6DJK08可調(diào)電阻、電容箱7DD03-3電機(jī)導(dǎo)軌、光碼盤測(cè)速系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表8DJ13-1 直流發(fā)電機(jī)9DJ15 直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)10D42三相可調(diào)電阻11慢掃描示波器自備12萬(wàn)用表自備4 實(shí)驗(yàn)線路及原理在此之前

3、的晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕靡唤M晶閘管對(duì)電動(dòng)機(jī)供電，只適用于不可逆運(yùn)行。而在某些場(chǎng)合中，既要求電動(dòng)機(jī)能正轉(zhuǎn)，同時(shí)也能反轉(zhuǎn)，并要求在減速時(shí)產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，加快制動(dòng)時(shí)間。要改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向有以下方法，一是改變電動(dòng)機(jī)電樞電流的方向，二是改變勵(lì)磁電流的方向。由于電樞回路的電感量比勵(lì)磁回路的要小，使得電樞回路有較小的時(shí)間常數(shù)。可滿足某些設(shè)備對(duì)頻繁起動(dòng)，快速制動(dòng)的要求 。本實(shí)驗(yàn)的主回路由正橋及反橋反向并聯(lián)組成，并通過(guò)邏輯控制來(lái)控制正橋和反橋的工作與關(guān)閉，并保證在同一時(shí)刻只有一組橋路工作,另一組橋路不工作，這樣就沒有環(huán)流產(chǎn)生。由于沒有環(huán)流,主回路不需要再設(shè)置平衡電抗器，但為了限制整流電

4、壓幅值的脈動(dòng)和盡量使整流電流連續(xù)，仍然保留了平波電抗器。該控制系統(tǒng)主要由“速度調(diào)節(jié)器”、“電流調(diào)節(jié)器”、“反號(hào)器”、“轉(zhuǎn)矩極性鑒別”、“零電平檢測(cè)”、“邏輯控制”、“轉(zhuǎn)速變換”等環(huán)節(jié)組成。正向啟動(dòng)時(shí)，給定電壓Ug為正電壓，“邏輯控制”的輸出端Ulf為“0”態(tài)，Ulr為“1”態(tài)，即正橋觸發(fā)脈沖開通，反橋觸發(fā)脈沖封鎖，主回路“正橋三相全控整流”工作，電機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)Ug反向，整流裝置進(jìn)入本橋逆變狀態(tài)，而Ulf、Ulr不變，當(dāng)主回路電流減小并過(guò)零后，Ulf、Ulr 輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換，Ulf為“1”態(tài)， Ulr為“0”態(tài)，即進(jìn)入它橋制動(dòng)狀態(tài)，使電機(jī)降速至設(shè)定的轉(zhuǎn)速后再切換成反向電動(dòng)運(yùn)行;當(dāng)Ug=0時(shí)，則電

5、機(jī)停轉(zhuǎn)。反向運(yùn)行時(shí)，Ulf為“1”態(tài)，Ulr為“0”態(tài)，主電路“反橋三相全控整流”工作。圖1 邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖“邏輯控制”的輸出取決于電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，正向運(yùn)轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)制動(dòng)本橋逆變及反轉(zhuǎn)制動(dòng)它橋逆變狀態(tài)，Ulf為“0”態(tài)，Ulr為“1”態(tài)，保證了正橋工作，反橋封鎖；反向運(yùn)轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)制動(dòng)本橋逆變，正轉(zhuǎn)制動(dòng)它橋逆變階段，則Ulf為“1”態(tài)，Ulr為“0”態(tài)，正橋被封鎖，反橋觸發(fā)工作。由于“邏輯控制”的作用，在邏輯無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)中保證了任何情況下兩整流橋不會(huì)同時(shí)觸發(fā)，一組觸發(fā)工作時(shí)，另一組被封鎖，因此系統(tǒng)工作過(guò)程中既無(wú)直流環(huán)流也無(wú)脈動(dòng)環(huán)流。在本實(shí)驗(yàn)中DJK04上的“調(diào)節(jié)器I”做為“速度調(diào)節(jié)

6、器”使用，“調(diào)節(jié)器II”做為“電流調(diào)節(jié)器”使用；若使用DD03-4不銹鋼電機(jī)導(dǎo)軌、渦流測(cè)功機(jī)及光碼盤測(cè)速系統(tǒng)和D55-4智能電機(jī)特性測(cè)試及控制系統(tǒng)兩者來(lái)完成電機(jī)加載請(qǐng)?jiān)斠姼戒浵嚓P(guān)內(nèi)容。5 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1)機(jī)械特性n =f(Id)的測(cè)定當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行后，改變給定電壓，測(cè)出并記錄當(dāng)n分別為1200rpm、800rpm時(shí)的正、反轉(zhuǎn)機(jī)械特性n=f(Id)，方法與雙閉環(huán)實(shí)驗(yàn)相同。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將發(fā)電機(jī)的負(fù)載R逐漸增加（減小電阻R的阻值），使電動(dòng)機(jī)負(fù)載從輕載增加到直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的額定負(fù)載Id =1A。記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：正轉(zhuǎn)：n（rpm）1200Id（A）n（rpm）800Id（A）反轉(zhuǎn)：N（rpm）1200Id（A）n

7、（rpm）800Id（A）2)閉環(huán)控制特性n=f(Ug)的測(cè)定從正轉(zhuǎn)開始逐步增加正給定電壓，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)n（rpm）Ug（V）從反轉(zhuǎn)開始逐步增加負(fù)給定電壓，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)n（rpm）Ug（V）6 思考題(1)邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)對(duì)邏輯控制有何要求?(2)思考邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)中“推”環(huán)節(jié)的組成原理和作用如何? 7 實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，畫出正、反轉(zhuǎn)閉環(huán)控制特性曲線n =f(Ug)。 (2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，畫出兩種轉(zhuǎn)速時(shí)的正、反轉(zhuǎn)閉環(huán)機(jī)械特性n =f(Id)，并計(jì)算靜差率。 (3)分析調(diào)節(jié)器I、調(diào)節(jié)器II參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的影響。(4)分析電機(jī)從正轉(zhuǎn)切換到反轉(zhuǎn)過(guò)程中，電機(jī)經(jīng)歷的工作狀

8、態(tài)，系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換情況。8 注意事項(xiàng)(1) 電機(jī)啟動(dòng)前，應(yīng)先加上電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁，才能使電機(jī)啟動(dòng)。在啟動(dòng)前必須將移相控制電壓調(diào)到零，使整流輸出電壓為零，這時(shí)才可以逐漸加大給定電壓，不能在開環(huán)或速度閉環(huán)時(shí)突加給定，否則會(huì)引起過(guò)大的啟動(dòng)電流，使過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，告警，跳閘。(2)在連接反饋信號(hào)時(shí)，給定信號(hào)的極性必須與反饋信號(hào)的極性相反，確保為負(fù)反饋，否則會(huì)造成失控。 (3)直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流不要超過(guò)額定值使用，轉(zhuǎn)速也不要超過(guò)1.2倍的額定值。以免影響電機(jī)的使用壽命，或發(fā)生意外。(4)在記錄動(dòng)態(tài)波形時(shí)，可先用雙蹤慢掃描示波器觀察波形，以便找出系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性較為理想的調(diào)節(jié)器參數(shù)，再用數(shù)字儲(chǔ)存式示波器記錄動(dòng)態(tài)波形

9、。(5)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)保證“邏輯控制”工作邏輯正確后才能使系統(tǒng)正反向切換運(yùn)行。(6)DJK04、DJK04-1與DJK02-1不共地，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)須短接DJK04、DJK04-1與DJK02-1的地。實(shí)驗(yàn)二 SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT特性實(shí)驗(yàn)1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌握各種電力電子器件的工作特性。(2)掌握各器件對(duì)觸發(fā)信號(hào)的要求。2 預(yù)習(xí)要求閱讀電力電子技術(shù)教材中有關(guān)電力電子器件的章節(jié)。3 實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件序號(hào)型號(hào)備注1DJK01 電源控制屏該控制屏包含“三相電源輸出”等幾個(gè)模塊。2DJK06 給定及實(shí)驗(yàn)器件該掛件包含“二極管”等幾個(gè)模塊。3DJK07 新器件特性實(shí)驗(yàn)4DJK09 單

10、相調(diào)壓與可調(diào)負(fù)載5萬(wàn)用表自備4 實(shí)驗(yàn)線路及原理將電力電子器件(包括SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT五種)和負(fù)載電阻R串聯(lián)后接至直流電源的兩端，由DJK06上的給定為新器件提供觸發(fā)電壓信號(hào)，給定電壓從零開始調(diào)節(jié)，直至器件觸發(fā)導(dǎo)通，從而可測(cè)得在上述過(guò)程中器件的V/A特性；圖中的電阻R用DJK09 上的可調(diào)電阻負(fù)載，將兩個(gè)90的電阻接成串聯(lián)形式，最大可通過(guò)電流為1.3A；直流電壓和電流表可從DJK01電源控制屏上獲得，五種電力電子器件均在DJK07掛箱上；直流電源從電源控制屏的輸出接DJK09上的單相調(diào)壓器，然后調(diào)壓器輸出接DJK09上整流及濾波電路，從而得到一個(gè)輸出可以由調(diào)壓器調(diào)節(jié)的

11、直流電壓源。實(shí)驗(yàn)線路的具體接線如下圖所示：圖2 新器件特性實(shí)驗(yàn)原理圖5 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)晶閘管（SCR）特性實(shí)驗(yàn)。(2)可關(guān)斷晶閘管（GTO）特性實(shí)驗(yàn)。(3)功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）特性實(shí)驗(yàn)。(4)大功率晶體管（GTR）特性實(shí)驗(yàn)。(5)絕緣雙極性晶體管（IGBT）特性實(shí)驗(yàn)。6 實(shí)驗(yàn)方法(1)按圖2接線，首先將晶閘管（SCR）接入主電路，在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，將DJK06上的給定電位器RP1沿逆時(shí)針旋到底，S1撥到“正給定”側(cè)，S2撥到“給定”側(cè)，單相調(diào)壓器逆時(shí)針調(diào)到底，DJK09上的可調(diào)電阻調(diào)到阻值為最大的位置；打開DJK06的電源開關(guān)，按下控制屏上的“啟動(dòng)”按鈕，然后緩慢調(diào)節(jié)調(diào)壓器，同時(shí)監(jiān)視電壓表

12、的讀數(shù)，當(dāng)直流電壓升到40V時(shí)，停止調(diào)節(jié)單相調(diào)壓器(在以后的其他實(shí)驗(yàn)中，均不用調(diào)節(jié))；調(diào)節(jié)給定電位器RP1，逐步增加給定電壓，監(jiān)視電壓表、電流表的讀數(shù)，當(dāng)電壓表指示接近零（表示管子完全導(dǎo)通），停止調(diào)節(jié)，記錄給定電壓Ug調(diào)節(jié)過(guò)程中回路電流Id以及器件的管壓降Uv。UgIdUv(2)按下控制屏的“停止”按鈕，將晶閘管換成可關(guān)斷晶閘管（GTO），重復(fù)上述步驟，并記錄數(shù)據(jù)。UgIdUv(3)按下控制屏的“停止”按鈕，換成功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET），重復(fù)上述步驟，并記錄數(shù)據(jù)。UgIdUv(4)按下控制屏的“停止”按鈕，換成大功率晶體管（GTR），重復(fù)上述步驟，并記錄數(shù)據(jù)。UgIdUv(5)按下控制屏的

13、“停止”按鈕，換成絕緣雙極性晶體管（IGBT），重復(fù)上述步驟，并記錄數(shù)據(jù)。UgIdUv7 實(shí)驗(yàn)報(bào)告根據(jù)得到的數(shù)據(jù)，繪出（3）和（5）的轉(zhuǎn)移特性。8 思考題1）各種器件對(duì)觸發(fā)脈沖要求的異同點(diǎn)？2）各種器件是否能夠關(guān)斷，如果能，關(guān)斷的條件是什么？9 注意事項(xiàng)(1)為保證功率器件在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中避免功率擊穿，應(yīng)保證管子的功率損耗(即功率器件的管壓降與器件流過(guò)的電流乘積)小于8W。(2)為使GTR特性實(shí)驗(yàn)更典型，其電流控制在0.4A以下。實(shí)驗(yàn)三 SPWM和SVPWM調(diào)制方法仿真研究1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）學(xué)習(xí)使用MATLAB軟件進(jìn)行電力電子變流控制系統(tǒng)仿真；（2）理解正弦脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)的原理；（3）理

14、解電壓空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)(SVPWM)的基本原理；2 實(shí)驗(yàn)器材計(jì)算機(jī)；MATLAB仿真軟件。3 實(shí)驗(yàn)原理（1）正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)（SPWM）原理SPWM是最常用的一種調(diào)制方法，SPWM信號(hào)是通過(guò)用三角載波信號(hào)和正弦信號(hào)相比較的方法產(chǎn)生，當(dāng)改變正弦參考信號(hào)的幅值時(shí)，脈寬隨之改變，從而改變了主回路輸出電壓的大小。當(dāng)改變正弦參考信號(hào)的頻率時(shí)，輸出電壓的頻率即隨之改變。SPWM調(diào)制方式的特點(diǎn)是半個(gè)周期內(nèi)脈沖中心線等距、脈沖等幅，調(diào)節(jié)脈沖的寬度，使各脈沖面積之和與正弦波下的面積成正比例，因此，其調(diào)制波形接近于正弦波。在實(shí)際運(yùn)用中對(duì)于三相逆變器，是由一個(gè)三相正弦波發(fā)生器產(chǎn)生三相參考信號(hào)，與一個(gè)公用的三角

15、載波信號(hào)相比較，而產(chǎn)生三相調(diào)制波。如圖1所示。圖1 正弦波脈寬調(diào)制法（2）電壓空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)（SVPWM）原理SPWM常用于變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，經(jīng)典的SPWM控制主要目的是使變頻器的輸出電壓盡量接近正弦波，并未關(guān)注輸出的電流波形。而矢量控制的最終目的是得到圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這樣就要求變頻器輸出的電流波形接近正弦波。鎖定得到圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)這一目標(biāo)，SVPWM控制技術(shù)利用逆變器各橋臂開關(guān)控制信號(hào)的不同組合，使逆變器的輸出電壓空間矢量的運(yùn)行軌跡盡可能接近圓形。SVPWM是從電動(dòng)機(jī)的角度出發(fā)，著眼于使電機(jī)獲得幅值恒定的圓形磁場(chǎng)。圖2所示為PWM逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及等效開關(guān)模型。 逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 等效

16、開關(guān)模型圖2 PWM逆變器電路電壓源型逆變器常采用導(dǎo)通型。用分別標(biāo)記三個(gè)橋臂的狀態(tài)，規(guī)定當(dāng)上橋臂器件導(dǎo)通時(shí)橋臂狀態(tài)為1，下橋臂導(dǎo)通時(shí)橋臂狀態(tài)為0，當(dāng)3個(gè)橋臂的功率開關(guān)管變化時(shí)，就會(huì)得到種開關(guān)模式，每種開關(guān)模式對(duì)應(yīng)一個(gè)電壓矢量，矢量的幅值為；有兩種開關(guān)模式對(duì)應(yīng)的電壓矢量幅值為零，稱為零矢量。例如：在某一時(shí)刻，設(shè)V1，V2，V3管處于開通狀態(tài)，即，設(shè)為三相對(duì)稱負(fù)載，各開關(guān)管的開通電阻均相等，則逆變器的等效電路為：圖3 時(shí)逆變器的等效電路圖這樣，很容易就能得到該瞬時(shí)時(shí)刻的相電壓： (1)將其在靜止坐標(biāo)系中表示出來(lái)，如圖4所示：圖4電壓矢量圖其中，U是合成的電壓矢量，在兩相靜止坐標(biāo)系（坐標(biāo)系）下，利用

17、相電壓合成電壓矢量的表達(dá)式： (2)其中，為三相靜止坐標(biāo)系向兩相靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的變換系數(shù)，變換分為基于等功率的坐標(biāo)變換和基于等量的坐標(biāo)變換，這里選擇等量的坐標(biāo)變換，則，式(2)即為： (3)將式(1)的具體數(shù)值代入上式，則有： (4)這樣就得到了開關(guān)狀態(tài)下的電壓矢量，按照同樣的方法分析另外7種開關(guān)狀態(tài)，可以分別得到每種開關(guān)狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的電壓矢量，總結(jié)為表1所示。表1 逆變器的不同開關(guān)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的空間矢量表相電壓矢量表達(dá)式矢量標(biāo)號(hào)A相B相C相00000000010100111001011101110000觀察上表可知，三相VSR逆變器在不同的開關(guān)組合時(shí)的交流側(cè)電壓可用一個(gè)模為的空間電壓矢量在復(fù)平面上

18、表示出來(lái)，這樣就會(huì)得到8條空間矢量，如圖5所示。顯然觸發(fā)電路每給逆變器發(fā)一組觸發(fā)脈沖，就會(huì)在逆變器的交流側(cè)得到一個(gè)電壓矢量。SVPWM控制的最終目標(biāo)是獲得圓形的旋轉(zhuǎn)電壓矢量軌跡，在僅靠這8個(gè)電壓矢量而不采取任何其它辦法的情況下，就只能夠得到軌跡為正六邊形的旋轉(zhuǎn)電壓矢量。這與我們所追求的圓形旋轉(zhuǎn)電壓矢量相差甚遠(yuǎn)，必須引入多個(gè)中間矢量以逼近圓形的電壓矢量軌跡，可以通過(guò)6個(gè)非零電壓矢量和2個(gè)零電壓矢量來(lái)合成我們所需要的中間矢量。雖然在同一時(shí)刻不可能存在兩種開關(guān)狀態(tài)，即不可能有兩個(gè)電壓矢量存在，但是若逆變器功率管的開關(guān)頻率比其輸出電壓的頻率高的多（100倍），每個(gè)電壓矢量作用的時(shí)間極短，則就可以用基本

19、的電壓矢量來(lái)合成中間電壓矢量，以逼近圓形的電壓矢量軌跡。圖5 電壓矢量的空間分布與扇區(qū)分配4 預(yù)習(xí)要求（1）學(xué)習(xí)MATLAB軟件中Simulink仿真平臺(tái)在電力電子仿真領(lǐng)域的使用方法。（2）掌握SPWM調(diào)制方式與SVPWM調(diào)制方式的原理。5 思考題（1）SVPWM與SPWM相比有何優(yōu)點(diǎn)？（2）SVPWM調(diào)制方式的開關(guān)頻率的選取對(duì)該調(diào)制方法有什么影響？6 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容首先在MATLAB軟件中Simulink環(huán)境下搭建SPWM模塊，然后利用三相逆變器開環(huán)控制對(duì)SPWM模塊進(jìn)行驗(yàn)證，逆變器輸出采用阻感負(fù)載。仿真電路逆變器主回路如圖6所示。SPWM模塊需學(xué)生獨(dú)立搭建。圖6 基于SPWM的逆變電路系統(tǒng)開環(huán)仿

20、真模型在完成SPWM調(diào)制方式模塊的搭建后，搭建SVPWM模塊，然后進(jìn)行仿真驗(yàn)證。仿真模型如圖7所示，SVPWM模塊需學(xué)生獨(dú)立搭建。圖7 基于SVPWM的逆變電路系統(tǒng)開環(huán)仿真模型7 實(shí)驗(yàn)報(bào)告（1）簡(jiǎn)要說(shuō)明自己所搭建的調(diào)制模塊各部分功能；（2）根據(jù)仿真結(jié)果，給出逆變器交流側(cè)相電壓uAN波形；（3）根據(jù)仿真結(jié)果，給出電阻負(fù)載端電壓ur波形；（4）根據(jù)仿真結(jié)果，給出逆變器交流側(cè)相電流i波形以及反映ur與相電流i之間相位關(guān)系的波形；8 注意事項(xiàng)要以理解SPWM以及SVPWM兩種調(diào)制方式的原理為前提，搭建相應(yīng)的仿真模塊。MATLAB所提供的Simulink是基于框圖的仿真平臺(tái)，其不斷擴(kuò)展的、內(nèi)容豐富的模塊

21、庫(kù)，為電力電子系統(tǒng)的仿真提供了極大便利。仿真過(guò)程可能用到的模塊的名稱如下表2所示。元件模塊在的器件庫(kù)中的位置可根據(jù)元件名，通過(guò)搜索功能找到。表2 器件說(shuō)明元件備注直流電壓源通過(guò)屬性設(shè)置電壓值電阻、電感、電容可根據(jù)其屬性設(shè)置，選擇使用電感，或電阻，或電容，或任意串聯(lián)組合方式。電壓表利用示波器觀察電氣信號(hào)的波形，必須經(jīng)電壓表或電流表測(cè)量后才能觀察，示波器不能直接連接到電氣級(jí)回路中。電流表三相IGBT整流橋通過(guò)其屬性設(shè)置，選擇使用IGBT功率器件并設(shè)置其他基本參數(shù)SVPWM搭建推薦參考文獻(xiàn)：張健，賈曉霞，牛維等基于SVPWM變頻器的Matlab仿真及硬件實(shí)現(xiàn)電氣傳動(dòng)自動(dòng)化佘艷基于MATLAB/SIM

22、ULINK實(shí)現(xiàn)SVPWM算法仿真科教文匯(中旬刊)附 SVPWM的仿真實(shí)現(xiàn)1 SVPWM的基本原理SPWM常用于變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，經(jīng)典的SPWM控制主要目的是使變頻器的輸出電壓盡量接近正弦波，并未關(guān)注輸出的電流波形。而矢量控制的最終目的是得到圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這樣就要求變頻器輸出的電流波形接近正弦波。鎖定得到圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)這一目標(biāo)，SVPWM控制技術(shù)利用逆變器各橋臂開關(guān)控制信號(hào)的不同組合，使逆變器的輸出電壓空間矢量的運(yùn)行軌跡盡可能接近圓形。SVPWM是從電動(dòng)機(jī)的角度出發(fā)，著眼于使電機(jī)獲得幅值恒定的圓形磁場(chǎng)。圖1所示為PWM逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及等效開關(guān)模型。 逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 等效開關(guān)模型圖1 PW

23、M逆變器電路電壓源型逆變器常采用導(dǎo)通型。用分別標(biāo)記三個(gè)橋臂的狀態(tài)，規(guī)定當(dāng)上橋臂器件導(dǎo)通時(shí)橋臂狀態(tài)為1，下橋臂導(dǎo)通時(shí)橋臂狀態(tài)為0，當(dāng)3個(gè)橋臂的功率開關(guān)管變化時(shí)，就會(huì)得到種開關(guān)模式，每種開關(guān)模式對(duì)應(yīng)一個(gè)電壓矢量，矢量的幅值為；有兩種開關(guān)模式對(duì)應(yīng)的電壓矢量幅值為零，稱為零矢量。例如：在某一時(shí)刻，設(shè)V1，V2，V3管處于開通狀態(tài)，即，設(shè)為三相對(duì)稱負(fù)載，各開關(guān)管的開通電阻均相等，則逆變器的等效電路為：圖2 時(shí)逆變器的等效電路圖這樣，很容易就能得到該瞬時(shí)時(shí)刻的相電壓： (1)將其在靜止坐標(biāo)系中表示出來(lái)，如圖3所示：圖3 電壓矢量圖其中，U是合成的電壓矢量，在兩相靜止坐標(biāo)系（坐標(biāo)系）下，利用相電壓合成電壓矢

24、量的表達(dá)式： (2)其中，為三相靜止坐標(biāo)系向兩相靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的變換系數(shù)，變換分為基于等功率的坐標(biāo)變換和基于等量的坐標(biāo)變換，這里選擇等量的坐標(biāo)變換，則，式(2)即為： (3)將式(1)的具體數(shù)值代入上式，則有： (4)這樣就得到了開關(guān)狀態(tài)下的電壓矢量，按照同樣的方法分析另外7種開關(guān)狀態(tài)，可以分別得到每種開關(guān)狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的電壓矢量，總結(jié)為表1所示。表1 逆變器的不同開關(guān)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的空間矢量表相電壓矢量表達(dá)式矢量標(biāo)號(hào)A相B相C相00000000010100111001011101110000觀察上表可知，三相VSR逆變器在不同的開關(guān)組合時(shí)的交流側(cè)電壓可用一個(gè)模為的空間電壓矢量在復(fù)平面上表示出來(lái)，這樣就

25、會(huì)得到8條空間矢量，如圖4所示。圖4 電壓矢量的空間分布與扇區(qū)分配顯然觸發(fā)電路每給逆變器發(fā)一組觸發(fā)脈沖，就會(huì)在逆變器的交流側(cè)得到一個(gè)電壓矢量。SVPWM控制的最終目標(biāo)是獲得圓形的旋轉(zhuǎn)電壓矢量軌跡，在僅靠這8個(gè)電壓矢量而不采取任何其它辦法的情況下，就只能夠得到軌跡為正六邊形的旋轉(zhuǎn)電壓矢量。這與我們所追求的圓形旋轉(zhuǎn)電壓矢量相差甚遠(yuǎn)，必須引入多個(gè)中間矢量以逼近圓形的電壓矢量軌跡，可以通過(guò)6個(gè)非零電壓矢量和2個(gè)零電壓矢量來(lái)合成我們所需要的中間矢量。雖然在同一時(shí)刻不可能存在兩種開關(guān)狀態(tài)，即不可能有兩個(gè)電壓矢量存在，但是若逆變器功率管的開關(guān)頻率比其輸出電壓的頻率高的多（100倍），每個(gè)電壓矢量作用的時(shí)間極

26、短，則就可以用基本的電壓矢量來(lái)合成中間電壓矢量，以逼近圓形的電壓矢量軌跡。2 SVPWM仿真模塊的搭建上一節(jié)介紹了SVPWM控制技術(shù)的基本原理，本節(jié)的主要內(nèi)容是介紹如何在Matlab/Simulink具體的實(shí)現(xiàn)這種技術(shù)。通過(guò)本節(jié)，要構(gòu)建出一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)這種SVPWM控制算法的模塊，該模塊的輸入端為控制器發(fā)出的控制信號(hào)（），輸出端應(yīng)為6路觸發(fā)脈沖。該模塊主要包括以下子模塊：n 扇區(qū)選擇（Sector Selector）子模塊；n 時(shí)間計(jì)算（Time Calculating）子模塊；n 時(shí)間配合（Time Matching）子模塊；n 觸發(fā)脈沖產(chǎn)生（Pulses Genetator）子模塊；2.1扇

27、區(qū)的選擇采用追蹤電壓型SVPWM控制技術(shù)的PWM整流器，其追蹤的電壓指令就是控制器發(fā)出的電壓指令，分別是兩相靜止坐標(biāo)系下軸分量，它們均是時(shí)變的交流量，且相位相差。分別為電壓指令在三相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的分量。所謂追蹤電壓型的SVPWM，就是利用8個(gè)基本的電壓矢量去追蹤給定電壓矢量。六個(gè)長(zhǎng)度不為零的矢量將一個(gè)周期分成了6個(gè)扇區(qū)，為了減少管子的開關(guān)次數(shù)以及增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，合成目標(biāo)矢量采用其所在扇區(qū)最近兩個(gè)基本矢量和兩個(gè)零矢量共同合成。如圖4所示，例如當(dāng)電壓矢量指令出現(xiàn)在第扇區(qū)時(shí)，應(yīng)當(dāng)用、來(lái)合成中間電壓矢量以追蹤電壓指令。表2 基矢量選擇表指令電壓所在扇區(qū)選取的基電壓矢量、但是，我們還必須知道，以上僅是

28、在已知指令電壓矢量所在扇區(qū)下所進(jìn)行的討論，那么如何確定電壓指令矢量所在的扇區(qū)？從圖4可以看出，的正負(fù)可以決定矢量上半部分的三個(gè)扇區(qū)或者下半部分的三個(gè)扇區(qū)，剩下的任務(wù)就是判斷在三個(gè)扇區(qū)中的哪一個(gè)，以區(qū)分、為例，考慮臨界情況如下頁(yè)圖5所示：圖5 臨界扇區(qū)的判斷由圖（a）所示： (1)由圖（b）所示： (2)式中為扇區(qū)，為方便起見，令： (3)則可得到第扇區(qū)的判別條件為： (4)同理，其它各個(gè)扇區(qū)都可以通過(guò)這種方法列出判別條件，最后可得到參考電壓與電壓指令所在關(guān)系如下表所示：表3 扇區(qū)判斷表000111011001101010123456表中大于零時(shí)取1，小于零時(shí)取0，為扇區(qū)號(hào)。該算法可以很容易地判

29、斷電壓指令所在扇區(qū)，且算法中部存在除法，因而不會(huì)有截?cái)嗾`差。由于在判斷扇區(qū)過(guò)程中要用到電壓指令在兩相靜止坐標(biāo)系下軸分量，而給定為三相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的指令電壓矢量，所以控制信號(hào)要先經(jīng)過(guò)從三項(xiàng)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到亮相靜止坐標(biāo)系的變換。其變換關(guān)系矩陣為： （5）MATLAB仿真模型為：圖6 3/2變換模塊最終生成的3/2變換模塊為：圖7 最終生成的3/2變換模塊在MATLAB/Simulink環(huán)境下用來(lái)實(shí)現(xiàn)扇區(qū)的模塊如下頁(yè)圖8所示。圖中，Ref1、Ref2、Ref3是三個(gè)選通開關(guān)，當(dāng)中間的輸入信號(hào)大于零時(shí)，輸出為1，小于零時(shí)輸出為0。模塊的總輸出信號(hào)是按照Ref3、Ref2、Ref1的順序排列得到的二進(jìn)制數(shù)值

30、，并非實(shí)際中的扇區(qū)值，但是卻與實(shí)際扇區(qū)間存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，如表2所示。當(dāng)然，也可以通過(guò)多路選通開關(guān)實(shí)現(xiàn)到的轉(zhuǎn)換，但在實(shí)際中沒有轉(zhuǎn)換的必要，因?yàn)槲覀冏罱K想得到的只是電壓指令所在的空間位置，與各空間位置的編號(hào)沒有關(guān)系。換言之，也可以按照所在的位置安排扇區(qū)的編號(hào)，但出于習(xí)慣做法，各扇區(qū)仍按照?qǐng)D4進(jìn)行分配。圖8 扇區(qū)選擇的Matlab/Simulink實(shí)現(xiàn)最終生成的扇區(qū)選擇子模塊如下：圖9 扇區(qū)選擇子模塊當(dāng)輸入為圖10所示的三項(xiàng)正弦信號(hào)時(shí)，輸出波形為扇區(qū)序號(hào)波形，如圖11所示。圖10 輸入控制信號(hào)圖11 山區(qū)選擇輸出信號(hào)2.2 時(shí)間計(jì)算在判定了指令電壓矢量所在的扇區(qū)和所需要的基電壓矢量后，接著計(jì)算兩

31、空間矢量的作用時(shí)間，仍以圖5所示號(hào)扇區(qū)為例。設(shè)在一個(gè)開關(guān)周期（）內(nèi)，分別為、和零矢量的作用時(shí)間，則由圖4.4知： (6)將代入上式，并結(jié)合，得： (7) (8)這樣就得到了電壓指令在第扇區(qū)時(shí)，用來(lái)追蹤電壓指令的各基電壓矢量作用的時(shí)間，同樣的方法用于分析在其它扇區(qū)時(shí)的情況，可得在各個(gè)扇區(qū)的作用時(shí)間如下表所示：表3 扇區(qū)判斷表000111011001101010123456表4 各個(gè)扇區(qū)中對(duì)應(yīng)關(guān)系表-ZZX-X-YYXY-YZ-Z-X其中XYZ的值為： (9)圖12 XYZ計(jì)算的Matlab/Simulink實(shí)現(xiàn)圖13 計(jì)算的Matlab/Simulink實(shí)現(xiàn)需要指出的是，在計(jì)算時(shí)有可能出現(xiàn)的情況

32、，因此，還必須進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)化: (10)即要對(duì)上述計(jì)算出來(lái)的電壓矢量的作用時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，具體方法如式10所示，實(shí)現(xiàn)的模型如下：圖14 標(biāo)準(zhǔn)化的Matlab/Simulink實(shí)現(xiàn)圖15 計(jì)算子模塊時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)化后輸出波形如圖16所示。圖16 T1波形2.3 矢量合成方法研究與時(shí)間匹配用基電壓矢量合成中間電壓矢量追蹤指令電壓矢量，雖然在功率開關(guān)管的開關(guān)頻率遠(yuǎn)大于輸出電壓頻率時(shí)可近似認(rèn)為它們同時(shí)存在，但是這畢竟是一種近似而實(shí)際中又不可能出現(xiàn)的情況，因此，有必要仔細(xì)研究基矢量的合成問題。仍以電壓指令在第扇區(qū)時(shí)為例來(lái)說(shuō)明常用的矢量合成方法。圖14給出了三種常用的矢量合成方法：?jiǎn)稳切畏ǎ瑢⒘闶噶浚?、）均勻地?/p>

33、布在指令電壓矢量的起、終點(diǎn)上，然后依次由、按三角形方法合成。該方法的特點(diǎn)是：PWM諧波分量主要集中在開關(guān)頻率及上，在頻率處諧波幅值較大。雙三角形法，將零矢量（、）均勻地分布在指令電壓矢量的起、終點(diǎn)上，但兩空間矢量在中點(diǎn)相交而形成兩個(gè)三角形，這種方法的開關(guān)函數(shù)波形對(duì)稱。PWM諧波分量仍主要分布在開關(guān)頻率的整數(shù)倍附近,諧波幅值比方法a）有所降低。改進(jìn)的雙三角形法，這種方法與b）相似, 不同的是在矢量的中點(diǎn)處插入了零矢量，這樣做的好處在于在頻率處的諧波幅值明顯降低。圖17 三種常用的矢量合成方法比較上述的三種方法，雖然法（c）開關(guān)頻率較高且算法較復(fù)雜，但現(xiàn)代的IPM模塊以及TI的DSP芯片完全能夠滿

34、足要求，為了達(dá)到最佳的輸出電壓波形，本文采用該種方法。下面將詳細(xì)介紹此法的合成過(guò)程。記分別為開關(guān)周期、作用的時(shí)間，為了敘述的方便，引入：圖18 一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)基矢量變化圖開關(guān)狀態(tài)()的變換過(guò)程為：000-100-110-111-110-100-000顯然，每次變化只有一個(gè)功率開關(guān)管的狀態(tài)發(fā)生變化，這樣可以有效的減少開關(guān)損耗，且輸出電壓的諧波含量是上述三種方法中最少的。用同樣的方法去分析指令電壓出現(xiàn)在其它扇區(qū)時(shí)的情況，得到下表：表5 開關(guān)狀態(tài)表所在扇區(qū)所需非零矢量開關(guān)狀態(tài)（）的變換過(guò)程橋臂變化過(guò)程3、000-100-110-111-110-100-000a-b-c1、000-010-110-11

35、1-110-010-000b-a-c5、000-010-011-111-011-010-000b-c-a4、000-001-011-111-011-001-000c-b-a6、000-001-101-111-101-001-000c-a-b2、000-100-101-111-101-100-000a-c-b從上表可以看出，開關(guān)狀態(tài)每次都從(000)開始，又以(000)結(jié)束，且每次狀態(tài)的切換只有一個(gè)開關(guān)管發(fā)生變化。圖19 時(shí)間配合的Matlab/Simulink實(shí)現(xiàn)圖中，提供的是扇區(qū)信息，用來(lái)選擇追蹤指令電壓矢量的基電壓矢量，三個(gè)輸出是三個(gè)橋臂功率開關(guān)管狀態(tài)發(fā)生變換的時(shí)間，在該時(shí)間點(diǎn)上，相應(yīng)的功

36、率管的狀態(tài)發(fā)生變化，以便使基電壓矢量發(fā)生變化。圖20 時(shí)間配合子模塊Ta輸出波形為：圖21 Ta輸出波形4.2.4 觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生這一子模塊具體實(shí)現(xiàn)的方法如圖22所示：圖22 觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的Matlab/Simulink實(shí)現(xiàn)其中，是分別用來(lái)控制各橋臂開關(guān)管狀態(tài)的時(shí)間信號(hào)，它們與三角波比較，以便決定各開關(guān)管的狀態(tài)，仍然以指令電壓出現(xiàn)在第扇區(qū)為例來(lái)說(shuō)明變化的過(guò)程： 圖23 功率開關(guān)管變換圖將其封裝為子模塊如下圖：圖24 觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路的封裝子系統(tǒng)輸出的6路觸發(fā)脈沖到逆變器用于控制輸出的電壓波形。單路輸出觸發(fā)脈沖經(jīng)低通濾波器后輸出地馬鞍波如圖25所示。圖25 單路脈沖經(jīng)低通濾波輸出波形3 仿真結(jié)果

37、驗(yàn)證利用三相逆變器開環(huán)控制對(duì)SPWM模塊進(jìn)行驗(yàn)證，逆變器輸出采用阻感負(fù)載。仿真模型如圖26所示。圖26 基于SVPWM的逆變電路系統(tǒng)開環(huán)仿真模型經(jīng)過(guò)仿真，逆變器交流側(cè)出口電壓波形如下所示：圖27 逆變器交流側(cè)電壓波形電阻負(fù)載端電壓及電流波形如下圖所示。圖28 電阻負(fù)載端電壓和相電流波形綜合實(shí)訓(xùn)講義S7-300 可編程序控制器原理與應(yīng)用信電學(xué)院2011.6目 錄第一章SIMATIC S7-300 PLC 基礎(chǔ)與實(shí)訓(xùn)平臺(tái)21.1基礎(chǔ)知識(shí)21.1.1 S7-300 PLC概述21.1.2 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)簡(jiǎn)介41.2實(shí)驗(yàn)7第二章STEP7 編程環(huán)境82.1 STEP7 編程環(huán)境簡(jiǎn)介82.1.1 STEP7特

38、性簡(jiǎn)介82.1.2 STEP7環(huán)境簡(jiǎn)介82.2 實(shí)驗(yàn)9第三章LAD語(yǔ)言基礎(chǔ)與編程練習(xí)193.1 LAD語(yǔ)言基礎(chǔ)簡(jiǎn)介193.1實(shí)驗(yàn)25第四章WinCC flexible 2008 基礎(chǔ)及TP177B344.1 WinCC flexible 介紹344.2 實(shí)驗(yàn)39第五章MM440變頻器基礎(chǔ)及TP177B監(jiān)控575.1 MM440 介紹575.2 實(shí)驗(yàn)59第六章 實(shí)訓(xùn)練習(xí)766.1小車手動(dòng)運(yùn)行控制766.2小車自動(dòng)運(yùn)行控制776.3 小車綜合運(yùn)行控制78第一章SIMATIC S7-300 PLC 基礎(chǔ)與實(shí)訓(xùn)平臺(tái)1.1基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1 S7-300 PLC概述1. 西門子PLC 的分類S7 系列：

39、S7-200 是針對(duì)低性能要求的小型PLC。S7-300 是模塊式中小型PLC，最多可以擴(kuò)展32 個(gè)模塊。S7-400 是大型PLC，可以擴(kuò)展300 多個(gè)模塊。S7-300/400 可以組成MPI、PROFIBUS 和工業(yè)以太網(wǎng)等。M7-300/400：采用與S7-300/400 相同的結(jié)構(gòu)，它可以作為CPU或功能模塊使用。具有AT 兼容計(jì)算機(jī)的功能，可以用C，C或CFC 等語(yǔ)言來(lái)編程。C7 由S7-300 PLC，HMI（人機(jī)接口）操作面板、I/O、通信和過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)組成。WinAC 基于Windows 和標(biāo)準(zhǔn)的接口(ActiveX，OPC)，提供軟件PLC 或插槽PLC。2. S7-300

40、 PLC簡(jiǎn)介S7-300 是模塊化中小型 PLC 系統(tǒng)， 它能滿足中等性能要求的應(yīng)用。模塊化，無(wú)排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)分布， 易于用戶掌握等特點(diǎn)使得 S7-300 成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的解決方案。多種的性能遞增的 CPU 和豐富的且?guī)в性S多方便功能的 I/O 擴(kuò)展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的模塊。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并且愈加復(fù)雜時(shí)，可隨時(shí)使用附加模塊對(duì) PLC進(jìn)行擴(kuò)展。圖1-1 S7-300 通過(guò)導(dǎo)軌和背部總線連接器連接3. S7-300組成部件S7-300屬于模塊式PLC，結(jié)構(gòu)圖如圖1-2所示，組成如下：圖1-2 S7-300基本結(jié)構(gòu)圖（1）中央處理單元

41、(CPU)各種 CPU 有各種不同的性能，例如，有的 CPU 上集成有輸入/輸出點(diǎn)，有的 CPU 上集成有 PROFIBUS-DP 通訊接口等。（2）信號(hào)模塊 (SM)用于數(shù)字量和模擬量輸入/輸出。數(shù)字量模塊從4 號(hào)槽開始，每個(gè)槽位分配4 個(gè)字節(jié)的地址，32 個(gè)I/O 點(diǎn)。模擬量模塊一個(gè)通道占一個(gè)字地址。從IB256 開始，給每一個(gè)模擬量模塊分配8 個(gè)字。（3） 通訊處理器 (CP)用于PLC之間，PLC和計(jì)算機(jī)與其他智能設(shè)備之間的通信，它可以減輕CPU處理通信的負(fù)擔(dān)（4）功能模塊 (FM)*計(jì)數(shù)器模塊*位置控制與位置檢測(cè)模塊*閉環(huán)控制模塊*稱重模塊（5）電源模塊 (PS)電源模塊將120/2

42、30 伏交流電壓轉(zhuǎn)換為24V 直流電壓，為S7-300的CPU、I/O口、傳感器和執(zhí)行器供電。輸出電流有2A、5A 或10A 3 種。電源模塊安裝在DIN 導(dǎo)軌上的插槽1。（6）接口模塊 (IM)多機(jī)架的S7300如圖1.4所示，IM用于多機(jī)架配置時(shí)連接主機(jī)架(CR) 和擴(kuò)展機(jī)架 (ER)。 S7-300通過(guò)分布式的主機(jī)架 (CR) 和 3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架 (ER)，可以操作多達(dá)32個(gè)模塊。運(yùn)行時(shí)無(wú)需風(fēng)扇。（7）導(dǎo)軌（固定各個(gè)模塊）4. S7-300通訊SIMATIC S7-300 具有多種不同的通訊接口：*多種通訊處理器用來(lái)連接 AS-I接口、PROFIBUS 和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)* 通訊處理器用

43、來(lái)連接點(diǎn)到點(diǎn)的通訊系統(tǒng)*多點(diǎn)接口 (MPI) 集成在 CPU中，用于同時(shí)連接編程器、PC機(jī)、人機(jī)界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7 等自動(dòng)化控制系統(tǒng)。1.1.2 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)簡(jiǎn)介單個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要包括電源部分、可編程控制器部分、輸入輸出部分、I/O轉(zhuǎn)換口、人機(jī)界面、控制網(wǎng)絡(luò)部分、上位機(jī)、變頻器、被控對(duì)象等。上位機(jī)中安裝有相應(yīng)的工控軟件，以便實(shí)現(xiàn)編程、管理、通信、組網(wǎng)以及監(jiān)控等。電源部分實(shí)行單個(gè)自動(dòng)化單元獨(dú)立開關(guān)和總閘開關(guān)方式，在此不作介紹。1 PLC控制器部分PLC在選型時(shí)注意到了讓學(xué)生盡可能多的接觸S7家族系列PLC，所以涵蓋了S7-200、S7-300，型號(hào)分別為S7-200-CPU2

44、24、S7-300-CPU315。2 輸入輸出部分實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)工程實(shí)例模擬時(shí)用到的輸入輸出點(diǎn)數(shù)不多，平臺(tái)選用輸入輸出并存在一塊模塊上的輸入輸出模塊各一塊。數(shù)字量輸入輸出部分選用SM323， 訂貨號(hào)為6ES7323-1BL00-0AA0,規(guī)格為DI16/DO16x24V/0.5A；模擬量輸入輸出部分選用SM334，訂貨號(hào)為6ES7 334-0CE01-0AA0規(guī)格為AI4/AO2x8/8Bit。3人機(jī)交互部分人機(jī)界面HMI（Human Machine Interface）是技術(shù)人員與工業(yè)控制系統(tǒng)交互的設(shè)備。過(guò)程可視化、操作員對(duì)過(guò)程的控制、顯示報(bào)警、輸出過(guò)程值和報(bào)警記錄均是由人機(jī)界面完成的。SI

45、MTIC HMI 可以和SIMATIC S7完全集成，為SIMATIC S7提供有好的過(guò)程控制和監(jiān)視。SIMTIC HMI可以直接連接到PPI、MPI、PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)。SIMTICHMI主要有文本顯示器（TEX Display，TD）、操作員面板（Operator Panel，OP）、觸摸屏（Touch Panel，TP），本平臺(tái)中的HMI主要是觸摸屏，觸摸屏是人機(jī)界面的發(fā)展方向，選用型號(hào)為TP177，自帶DP模塊和PN模塊，支持位圖、圖標(biāo)、棒圖和背景畫面。 4 上位機(jī)的硬件配置及軟件配置基于適應(yīng)工控軟件對(duì)于計(jì)算機(jī)硬件的要求，上位機(jī)選用較新型的聯(lián)想商用PC機(jī)，并且操作系統(tǒng)選用Wi

46、n7。上位機(jī)裝有CP5611通信卡，可以通過(guò)多種方式將上位機(jī)連接到PLC控制系統(tǒng)中。上位機(jī)安裝西門子軟件有STEP7編程軟件、STEP 7 MicroWIN、SIMATIC WinCC flexible 2008、WinCC 6.2，其中SIMATIC Manage可以打開上述所有的西門子軟件。5 變頻器變頻器是重要的工業(yè)控制器件，試驗(yàn)中對(duì)調(diào)速要求不高，平臺(tái)選用西門子通用型MM440變頻器。這種型號(hào)的變頻器可較好的實(shí)現(xiàn)三相交流電機(jī)的控制，它有很多可選構(gòu)件，平臺(tái)訂購(gòu)的是基本操作面板BOP和PROFIBUS模塊。 MM440涉及到較多參數(shù)，參數(shù)設(shè)置若混亂會(huì)造成控制實(shí)現(xiàn)不了甚至事故，在進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)前

47、，安排專門的參數(shù)和控制字學(xué)習(xí)課程。 6 控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建試驗(yàn)臺(tái)的控制網(wǎng)絡(luò)由一層是PROFIBUS總線，連接了大部分的自動(dòng)化單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控及控制；一層工業(yè)以太網(wǎng)，負(fù)責(zé)生產(chǎn)管理以及與外網(wǎng)通信。西門子的PLC和其他部件在添加相應(yīng)通信模塊后可以支持ASI、MPI、PPI、自由通信、PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)通信。圖1-3 平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)圖（1） PROFIBUS部分PROFIBUS支持在單元級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及較高級(jí)別系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，分為PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS以及PROFIBUS-PA三部分。PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）特別適合控制器與現(xiàn)場(chǎng)級(jí)分布式I/O的相互通信。PROFIBUS網(wǎng)路區(qū)分主設(shè)備和從設(shè)備。主設(shè)備主要負(fù)責(zé)管理總線上的數(shù)據(jù)通信。從設(shè)備是簡(jiǎn)單的I/O設(shè)備，例如執(zhí)行器、傳感器、變送器等，從設(shè)備只能確認(rèn)收到的消息，或者在請(qǐng)求時(shí)向主站發(fā)送消息。主站（如S7-300、S7-400）可讀取配置文件獲取 I/O 從站的類型和站號(hào)，并初始化網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)上的從站器件與配置文件相匹配。平臺(tái)PROFIBUS網(wǎng)路中S7-300為主站，TP、S7-200、MM440為從站。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中選用的PLC CPU315、TP、MM440集成了PROFIBUS接口，這樣可以方