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

1、基于PLC的交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成 績(jī)： 姓 名： 任慧慧 班 級(jí)： 電氣11-4 學(xué) 號(hào)： 日 期： 2014年6月20日 PLC技能考核設(shè)計(jì)訓(xùn)練任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名 專(zhuān)業(yè)年級(jí) 電氣11-4 學(xué)號(hào) 設(shè)計(jì)日期： 2014 年5月5日 至 2104 年6 月30 日設(shè)計(jì)題目：基于PLC的交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：本次設(shè)計(jì)基于可編程控制器（PLC）硬件平臺(tái)的異步電動(dòng)機(jī)綜合控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)可編程邏輯控制器（PLC）來(lái)控制變頻器，最終實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。并通過(guò)HMI面板直觀的顯示出來(lái)。此設(shè)計(jì)是利用可編程邏輯控制器件PLC、觸摸屏、變頻器和電機(jī)機(jī)組等來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)

2、的控制。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：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(jìn)行介紹11.4 交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)2二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)32.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)機(jī)組62.3.4 觸摸屏Smart70072.4 硬件接線8三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)103.1 變頻器參數(shù)103.2 觸摸屏組態(tài)畫(huà)面103.3 編寫(xiě)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(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)225.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的簡(jiǎn)

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(guò)改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)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(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。變頻器靠?jī)?nèi)部IGBT的開(kāi)斷來(lái)調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來(lái)提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動(dòng)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(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。1.3 觸摸屏及組態(tài)軟件進(jìn)行介紹觸摸屏（touch screen）又稱(chēng)為“觸控屏”、“觸控面板”，是一種可接收觸頭等輸入訊號(hào)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(shí)，屏幕上的觸覺(jué)反饋系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先編程的程式驅(qū)動(dòng)各種連結(jié)裝置，可用以取代機(jī)械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫(huà)面制造出生動(dòng)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(jiǎn)單、方便、自然的一種人機(jī)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(xún)、領(lǐng)導(dǎo)辦公、工業(yè)控制、軍事指揮、電子游戲、點(diǎn)歌點(diǎn)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(guò)程控制的專(zhuān)用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)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(dòng)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(shí)現(xiàn)某一任務(wù)，都是通過(guò)編寫(xiě)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。編寫(xiě)程序不但工作量大、周期長(zhǎng)，而且輕易犯錯(cuò)誤，不能保證工期。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，解決了這個(gè)問(wèn)題。對(duì)于過(guò)去需要

6、幾個(gè)月的工作，通過(guò)組態(tài)幾天就可以完成。組態(tài)軟件具有流程畫(huà)面，過(guò)程數(shù)據(jù)記錄，趨勢(shì)曲線，報(bào)警窗口，生產(chǎn)報(bào)表等功能，已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域被應(yīng)用。1.4 交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)須隨之作相應(yīng)的變動(dòng)，所有布線和控制柜極有可能重新設(shè)計(jì)，耗時(shí)且費(fèi)力然而是利用存儲(chǔ)在機(jī)內(nèi)的程序?qū)崿F(xiàn)各種控制功能的。因此當(dāng)工藝過(guò)程改變時(shí),只需修改程序即可，外部接線改動(dòng)極小，其靈活性和通用性是繼電器控制電路無(wú)法比擬的。 第二，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)"繼電器控制系統(tǒng)中，由于器件的老化、脫焊、觸點(diǎn)的抖動(dòng)以及觸點(diǎn)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(kāi)關(guān)動(dòng)作是由無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成的，

7、加之在硬件和軟件方面都采取了強(qiáng)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(chǎng)穩(wěn)定地工作。 PLC在硬件方面采取電磁屏蔽、光電隔離、多級(jí)濾波等措施在軟件方面采取警戒時(shí)鐘、故障診斷、自動(dòng)恢復(fù)等措施,并利用后備電池對(duì)程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù),因此被稱(chēng)為“專(zhuān)為適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)”。 第三，編程簡(jiǎn)單，使用方便。PLC采用面向過(guò)程，面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”編程方式、直觀易懂、主要采用梯形圖和語(yǔ)句表編寫(xiě)程序，使得廣大電氣技術(shù)人員更容易接納和理解。同時(shí)設(shè)計(jì)人員也可根據(jù)自己的喜好和實(shí)際應(yīng)用的要求選擇其他編程語(yǔ)言。標(biāo)準(zhǔn)是編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)，除了梯形圖、語(yǔ)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(yǔ)言的表達(dá)方式。一個(gè)程序的不同部分可用任何一種語(yǔ)言來(lái)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(qiáng)大，可擴(kuò)展。的主要功能包括開(kāi)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(kuò)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(shí)變動(dòng)特殊功能單元的種類(lèi)和個(gè)數(shù)，再相應(yīng)修改用戶程序就可以達(dá)到變換和增加控制功能的目的。二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的對(duì)于控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制電壓直接控制電機(jī)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(duì)系統(tǒng)速度擾動(dòng)幾乎不記。在許多工業(yè)場(chǎng)合，需要電機(jī)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(jì)就是基于PLC的變頻器實(shí)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(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)主要由四個(gè)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(jī)機(jī)組。通過(guò)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(jī)機(jī)組進(jìn)行變頻調(diào)速；通過(guò)電機(jī)機(jī)組上的編碼器將電機(jī)實(shí)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(shí)現(xiàn)異步電機(jī)的無(wú)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(hào)+PLC（PID）變頻調(diào)速系統(tǒng)PID控制器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)過(guò)程控制中不可替代的主要技術(shù)之一。PID控制分為三個(gè)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(shí)間；但是過(guò)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(wú)差度。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至消除誤差。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)Ti，Ti越小，積分作用就越強(qiáng)；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(dòng)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(hào)的變化率，具有預(yù)見(jiàn)性，能預(yù)見(jiàn)偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒(méi)形成之前，已被積分作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。在微分時(shí)間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)和調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，因此過(guò)強(qiáng)的微分調(diào)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。變頻調(diào)速原理：異步電機(jī)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(duì)數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率，f為電源的頻率。可見(jiàn)，改變電源頻率就可以改變同步轉(zhuǎn)速和電機(jī)轉(zhuǎn)速。 頻率的下降會(huì)導(dǎo)致磁通的增加，造

12、成磁路飽和，勵(lì)磁電流增加，功率因數(shù)下降，鐵心和線圈過(guò)熱。顯然這是不允許的。為此，要在降頻的同時(shí)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(chǎng)合，為了保持在調(diào)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)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(lái)實(shí)現(xiàn)，故稱(chēng)為可變頻率可變電壓調(diào)速，簡(jiǎn)稱(chēng)變頻調(diào)速。實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的裝置稱(chēng)為變頻器。變頻器一般由整流器、濾波器、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)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(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)主要由四個(gè)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(jī)機(jī)組。通過(guò)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(jī)機(jī)組進(jìn)

13、行變頻調(diào)速；通過(guò)電機(jī)機(jī)組上的編碼器將電機(jī)實(shí)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(shí)現(xiàn)異步電機(jī)的無(wú)靜差調(diào)速。表1：系統(tǒng)硬件組成如下：序號(hào)設(shè)備廠家型號(hào)功能說(shuō)明1PLC西門(mén)子CPU224XP+EM235采集、處理數(shù)據(jù)2觸摸屏西門(mén)子Smart700數(shù)據(jù)監(jiān)控3變頻器西門(mén)子MM420拖動(dòng)異步電機(jī)變頻調(diào)速4電機(jī)機(jī)組天 煌異步電機(jī)+直流電機(jī)被控對(duì)象2.3.1 選用西門(mén)子公司生產(chǎn)的CPU224XP系列，為采集電機(jī)轉(zhuǎn)速并對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，外擴(kuò)一個(gè)EM235模塊（4AI/1AO）。在使用EM235模塊時(shí)，需根據(jù)所采集模擬量的實(shí)際信號(hào)用右下角的6個(gè)DIP開(kāi)關(guān)對(duì)EM235模塊進(jìn)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(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)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(shí)時(shí)特性、強(qiáng)勁的通訊能力、豐富的擴(kuò)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(guò)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(jī)的實(shí)際需要來(lái)提供其所需

15、要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)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(duì)它進(jìn)行快速調(diào)試。圖2 西門(mén)子MM420變頻器2.3.3 電機(jī)機(jī)組選用浙江天煌公司生產(chǎn)的電機(jī)機(jī)組，由一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)和一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)同軸相連。為相將實(shí)際轉(zhuǎn)速顯示并輸出給PLC，該機(jī)組中還加了轉(zhuǎn)速編碼器單元DD03-3。該機(jī)組中，異步電動(dòng)機(jī)由MM420變頻器供電，進(jìn)行變頻運(yùn)行，同時(shí)拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，01K可變電阻作為直流發(fā)電機(jī)的負(fù)載。鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、工作可靠；不能人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。 直流電機(jī)：直流電機(jī)分為直流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)兩大類(lèi)。本設(shè)計(jì)用直流發(fā)電機(jī)，外接電阻，相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載，另端接碼盤(pán)

16、測(cè)速。碼盤(pán)：碼盤(pán)分為絕對(duì)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(duì)應(yīng)的數(shù)字碼；后者利用計(jì)算系統(tǒng)將旋轉(zhuǎn)碼盤(pán)產(chǎn)生的脈沖增量針對(duì)某個(gè)基準(zhǔn)數(shù)進(jìn)行加減以求得角位移。常用的碼盤(pán)是接觸編碼器和光學(xué)編碼器。接觸編碼器是絕對(duì)式編碼器中的一種，它由編碼盤(pán)、電刷和電路組成。編碼盤(pán)按二進(jìn)制碼制成，與旋轉(zhuǎn)軸固定在一起。碼盤(pán)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(gè)公共電源上。 6個(gè)電刷沿一個(gè)固定的徑向安裝，分別與6條碼道接觸。每個(gè)電刷與一單根導(dǎo)線相連，輸出6個(gè)電信號(hào),其電平由碼盤(pán)的位置控制。當(dāng)電刷與導(dǎo)電區(qū)接觸時(shí)，輸出為“1”電平；與不導(dǎo)電區(qū)接觸時(shí)，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(pán)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(pán)，其分辨率為1/1024，采用多個(gè)碼盤(pán)和裝上內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)可達(dá)1/105。 另一種絕對(duì)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(pán)、光學(xué)系統(tǒng)及電路4部分組成。碼盤(pán)是在不透明的基底上按二進(jìn)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(guò)碼盤(pán)由光電元件轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。圖3 電機(jī)機(jī)組實(shí)物圖2.3.4 觸摸屏選用西門(mén)子公司生產(chǎn)的Smart700系列觸摸屏。Smart700為中低端觸摸屏，但性?xún)r(jià)比較高。適用于單機(jī)場(chǎng)合，可以實(shí)現(xiàn)與S7-200的簡(jiǎn)單無(wú)縫連接。其屏幕大

18、小為7寸，顯示類(lèi)型為L(zhǎng)CD，分辨率為800*480，256色亮度可調(diào)，直流24V供電，帶 一個(gè)RS485通信接口，最大通訊速率為187.5kbps?？梢灾С峙c第三方PLC通信，如三菱FN系列，歐姆龍CP1系列等。可支持最多500個(gè)變量，50個(gè)畫(huà)面，200個(gè)報(bào)警，32個(gè)報(bào)警等級(jí)，5個(gè)配方，支持趨勢(shì)視圖、報(bào)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(jī)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(jī)機(jī)組為異步電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)同軸相連，對(duì)于鼠籠式異

19、步電動(dòng)機(jī)，定子繞組為型接法，需將A-Z、B-X、C-Y分別短接；對(duì)于繞線式異步電動(dòng)機(jī)，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(lì)直流發(fā)電機(jī)由實(shí)驗(yàn)臺(tái)DC220V電源進(jìn)行勵(lì)磁，電樞繞組串接實(shí)驗(yàn)臺(tái)0-1000歐可變電阻。三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 變頻器參數(shù)選用西門(mén)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(duì)它進(jìn)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(hào)變頻器參數(shù)出廠值設(shè)定值功能說(shuō)明1P000312用戶訪問(wèn)級(jí)別2P0304230220電動(dòng)機(jī)的額定電壓( 220V )3P03053.250.5電動(dòng)機(jī)的額定電流( 0.5A )4P

20、03070.750.1電動(dòng)機(jī)的額定功率( 100W )5P031050.0050.00電動(dòng)機(jī)的額定頻率( 50Hz )6P031101420電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的最小頻率( 0Hz )10P10825050.00電動(dòng)機(jī)的最大頻率( 50Hz )11P11201010斜坡上升時(shí)間( 10S )12P11211010斜坡下降時(shí)間( 10S )3.2 觸摸屏組態(tài)畫(huà)面基于PLC的交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(guò)PC/PPI電纜相連；(2)打開(kāi)Wincc Flexible 2008 sp2軟件，雙擊“項(xiàng)目視圖”中的“連接”，雙擊“名稱(chēng)”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(xiàng)中，Smart700波特率為“187500bps”，地址為“1”；“網(wǎng)絡(luò)”選項(xiàng)中，配置文為“PPI”，其余不變；“PLC設(shè)備”選項(xiàng)中，地址為“2”。(3)雙擊“項(xiàng)目視圖”中的“變量”，雙擊“名稱(chēng)”下一行的任一空白區(qū)域，出現(xiàn)如下所示界面。按實(shí)際需要建立相應(yīng)變量，注意選擇相應(yīng)“數(shù)據(jù)類(lèi)型”和“地址”。(4)雙擊“項(xiàng)目視圖”中的“畫(huà)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(duì)象，將其放在左側(cè)界面相應(yīng)位置處。右擊該對(duì)象，可在界面下方顯示該對(duì)象相應(yīng)屬性。觸摸屏程序編好并編譯無(wú)誤后，左擊菜單欄中“項(xiàng)目”“傳送”“傳輸”，出現(xiàn)如下界面。根據(jù)電腦與Smart700實(shí)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(xiě)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(diǎn)擊“Transfer”后，才可在Wincc Flexible 2008 sp2中點(diǎn)擊“傳送”，此時(shí)，若配置無(wú)誤，則可將程序下載到Smart700中，傳送過(guò)程需要一段時(shí)間，Smart700界面中

23、會(huì)顯示傳送進(jìn)度。3.3 編寫(xiě)PLC程序3.3.1 PID參數(shù)選擇基于PLC的交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)需采用PID環(huán)節(jié)對(duì)轉(zhuǎn)速實(shí)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(guò)功能指令調(diào)用。左鍵單擊“指令”“浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算”“PID指令”。該方法需用戶根據(jù)表3所示“PID回路表”對(duì)PID相關(guān)參數(shù)及地址進(jìn)行設(shè)定。其中“過(guò)程變量當(dāng)前值PVn”為編碼器輸出的實(shí)際轉(zhuǎn)速，“給定值”為Smart700給出的“給定轉(zhuǎn)速”?！拜敵鲋怠睘镻LC經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算后輸出給變頻器的值，增益Kc、采樣時(shí)間Ts、積分時(shí)間Ti、微分時(shí)間Td為自己設(shè)定的參數(shù)，

24、“積分項(xiàng)前值MX”和“過(guò)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(lèi)型描述過(guò)程變量當(dāng)前值雙字，實(shí)數(shù)過(guò)程變量，給定值雙字，實(shí)數(shù)給定值，輸出值雙字，實(shí)數(shù)輸出值，增益雙字，實(shí)數(shù)比例常數(shù)，正、負(fù)采樣時(shí)間雙字，實(shí)數(shù)單位為，正數(shù)積分時(shí)間雙字，實(shí)數(shù)單位為分鐘，正數(shù)微分時(shí)間雙字，實(shí)數(shù)單位為分鐘，正數(shù)積分項(xiàng)前值雙字，實(shí)數(shù)積分項(xiàng)前值過(guò)程變量前值雙字，實(shí)數(shù)最近一次變量值(2)通過(guò)PID向?qū)д{(diào)用。1、指定回路號(hào)碼：指定配置哪一個(gè)回路。如果項(xiàng)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(gè)現(xiàn)有配置或建立一個(gè)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€(gè)參數(shù)。指定回路給定(SP)應(yīng)當(dāng)如何標(biāo)定。為“范圍低限”和“范圍高限”選擇任何實(shí)數(shù)；指定下列回路參數(shù)：比例增益、采樣時(shí)間、積分時(shí)間、微分時(shí)間。3、 回路輸入和輸出選項(xiàng)：回路過(guò)程變量（PV）是您為向?qū)傻淖映绦蛑付ǖ囊粋€(gè)參數(shù)。指定回路過(guò)程變量（PV）應(yīng)當(dāng)如何標(biāo)定?？梢赃x擇：?jiǎn)螛O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(duì)應(yīng)于過(guò)程變量(PV)的下限，環(huán)路設(shè)定值的上限必須對(duì)應(yīng)于過(guò)程變量的上限，以便PID算法能正確按比例縮放。本次設(shè)計(jì)計(jì)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(xiàng)4、為計(jì)算指定存儲(chǔ)區(qū)：PID 指令使用 V 存儲(chǔ)區(qū)中的一個(gè) 36 個(gè)字節(jié)的參數(shù)表，存儲(chǔ)用于控制回路操作的參數(shù)。PID計(jì)算還要求一個(gè)“暫存區(qū)”，用于存儲(chǔ)臨時(shí)結(jié)果。需要指定該計(jì)算區(qū)開(kāi)始的V存儲(chǔ)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(xiàng)目中包含一個(gè)激活PID配置，已經(jīng)建立的中斷程序名被設(shè)為只讀。因?yàn)轫?xiàng)目中的所有配置共享一個(gè)公用中斷程序，項(xiàng)目中增加的任何新配置不得改變公用中斷程序的名稱(chēng)。向?qū)槌跏蓟映绦蚝椭袛喑绦蛑付四J(rèn)名稱(chēng)?？梢跃庉嬆J(rèn)名稱(chēng)。6、生成代碼該屏幕顯示PID向?qū)傻腜OU列表，并對(duì)如何把它們集成進(jìn)用戶程序作出簡(jiǎn)要說(shuō)明。7

27、、經(jīng)過(guò)以上PID向?qū)渲?，點(diǎn)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?xiàng)目的一部分。要在程序中使能該配置，每次掃描周期時(shí)，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(dòng)PID中斷“PID_EXE”程序。根據(jù)PID采樣時(shí)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(jì)是對(duì)轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速，通過(guò)對(duì)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(shí)間I為0.02，系統(tǒng)能夠得到相對(duì)滿意的調(diào)試結(jié)果，穩(wěn)定后能保持在以?xún)?nèi)。啟動(dòng)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(dòng)機(jī)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定無(wú)靜差，消除負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)對(duì)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影響，并用電流截止負(fù)反饋限制電樞電流的沖擊，避免出現(xiàn)過(guò)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(dòng)態(tài)過(guò)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(shí)現(xiàn)無(wú)靜差。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用最廣的電氣傳動(dòng)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(jiǎn)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(fù)反饋組成的環(huán)作為外環(huán), 以保證電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確跟隨給定電壓, 把由電流負(fù)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(dòng)機(jī)及轉(zhuǎn)速、電流檢測(cè)裝置組成，其中主電路中串入平波電抗器，以抑制電流脈動(dòng)，消除因脈動(dòng)電流引起的電機(jī)發(fā)熱以及產(chǎn)生的脈

30、動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的不利影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)在突加給定信號(hào)的過(guò)渡過(guò)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(yùn)行中表現(xiàn)為無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)，發(fā)揮了轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用，獲得了良好的靜、動(dòng)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(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差。 （2）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。 （3）其輸出限幅值決定電機(jī)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前面必須有一個(gè)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(dòng)作用

31、點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動(dòng)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(hào)，其物理意義是直流電機(jī)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(guò)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(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。（3）在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過(guò)程。（4）當(dāng)電機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。這個(gè)作用對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來(lái)說(shuō)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