基于PLC的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文doc

1、摘要現(xiàn)代科學(xué)是一個(gè)以自動(dòng)化設(shè)備控制系統(tǒng)為核心的工業(yè)科學(xué)。工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)測(cè)量、控制、優(yōu)化和決策，使企業(yè)實(shí)現(xiàn)“好、省、多、快”，提升企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此“國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃”已明確規(guī)定，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)是21世紀(jì)現(xiàn)代裝備制造業(yè)中最重要的科學(xué)工業(yè)技術(shù)之一，而PLC占據(jù)主導(dǎo)地位。PLC是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。本次基于CompactLogix風(fēng)動(dòng)模型控制器的設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容是對(duì)PLC進(jìn)

2、行了研究，通過搭建DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，通過對(duì)CompactLogix可編程邏輯控制器編程，控制PowerFlex變頻器來驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)模型，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)改變模型箱的壓強(qiáng)，從而使小球運(yùn)動(dòng)并懸浮于某一設(shè)定位置。通過模型中小球的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)來展現(xiàn)了抽象的運(yùn)動(dòng)控制，使得能夠更直觀的看到運(yùn)動(dòng)控制的功效。關(guān)鍵詞：CompactLogix、變頻控制、自動(dòng)化、風(fēng)機(jī)summaryModern science is a scientific industry as the core of automation equipment control system. Industrial automation technolog

3、y achieves measurement, control, optimization and decision for industrial producing process. And makes enterprises realize "good, province, much and fast", and improve enterprises market competitiveness. So the nation medium and long-term science technology development plan has definitely

4、stipulated that industrial automation is one of the most important scientific technology in Modern equipment manufacturing dustry in the 21st century, and PLC dominates at that.1 緒論 1.1 研究背景隨著世界的快速發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，越來越多的工業(yè)控制都采用自動(dòng)控制技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)快速、高效的生產(chǎn)。而以可編程邏輯控制器為核心的自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用工更為廣泛，其中包括鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通

5、運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)職業(yè)，運(yùn)用情況大致可概括為如下幾類：開關(guān)量的邏輯操控：這是PLC最基本、最廣泛的使用領(lǐng)域，它替代傳統(tǒng)的繼電器電路，完結(jié)邏輯操控、按次操控，既可用于單臺(tái)設(shè)備的操控，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝出產(chǎn)線、電鍍流水線等。模擬量操控：在工業(yè)出產(chǎn)進(jìn)程傍邊，有許多接連改變的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程操控器處置模擬量，必須完結(jié)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D變換及D/A變換。PLC廠家都出產(chǎn)配套的A/D和D/A變換模塊，使可編程操控器用于模擬量操控。 運(yùn)動(dòng)操控：PLC可以

6、用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的操控。從操控組織裝備來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊銜接方位傳感器和執(zhí)行組織，如今普通運(yùn)用專用的運(yùn)動(dòng)操控模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸方位操控模塊。世界上各首要PLC廠家的產(chǎn)物簡(jiǎn)直都有運(yùn)動(dòng)操控功用，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。進(jìn)程操控：進(jìn)程操控是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)操控。作為工業(yè)操控計(jì)算機(jī)，PLC能編制各式各樣的操控算法順序，完結(jié)閉環(huán)操控。PID調(diào)理是普通閉環(huán)操控系統(tǒng)中用得較多的調(diào)理辦法。大中型PLC都有PID模塊，當(dāng)前許多小型PLC也具有此功用模塊。PID處置普通是運(yùn)轉(zhuǎn)專用的PID子順序。進(jìn)程操控在冶金、化工、熱處置、鍋爐

7、操控等場(chǎng)合有十分廣泛的使用。數(shù)據(jù)處置：現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)變換、排序、查表、位操作等功用，可以完結(jié)數(shù)據(jù)的收集、剖析及處置。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比擬，完結(jié)必定的操控操作，也可以使用通訊功用傳送到另外智能設(shè)備，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處置普通用于大型操控系統(tǒng)，如無人操控的柔性制造系統(tǒng)；也可用于進(jìn)程操控系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型操控系統(tǒng)。通訊及聯(lián)網(wǎng)：PLC通訊含PLC間的通訊及PLC與其它智能設(shè)備間的通訊。跟著計(jì)算機(jī)操控的開展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)開展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通訊功用，紛繁推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近

8、出產(chǎn)的PLC都具有通訊接口，通訊十分便利。由此可知，可編程邏輯控制系統(tǒng)已滲透到工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域，不管是大型工業(yè)，還是中小型工業(yè)，都離不開此系統(tǒng)。1.2 風(fēng)動(dòng)控制系統(tǒng) 風(fēng)機(jī)是把機(jī)械能變?yōu)闅怏w的勢(shì)能和動(dòng)能的一種流體機(jī)械動(dòng)力設(shè)備。風(fēng)機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)水平，從20世紀(jì)50年代開始仿制階段，生產(chǎn)制造一般離心通風(fēng)機(jī)和軸流通風(fēng)機(jī)，60年代到70年代開始獨(dú)立設(shè)計(jì)和組織行業(yè)聯(lián)合設(shè)計(jì)，先后自行設(shè)計(jì)制造了大型通風(fēng)機(jī)，離心鼓風(fēng)機(jī)，羅茨鼓風(fēng)機(jī)及離心壓縮機(jī)。行業(yè)聯(lián)合設(shè)計(jì)了11個(gè)系列109個(gè)規(guī)格的離心通風(fēng)機(jī)，大部分已作為國家推廣的高效節(jié)能鏟平，至今仍在大量生產(chǎn)制造。80年代為引進(jìn)、吸收和創(chuàng)新階段，使我國風(fēng)機(jī)工業(yè)發(fā)生了深刻變化，引進(jìn)的

9、先進(jìn)技術(shù)得到了消化，形成了一定的生產(chǎn)能力。進(jìn)入90年代實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化零的突破。風(fēng)機(jī)分類可以按氣體流動(dòng)的方向，分為離心式、軸流式、斜流式（混流式）和橫流式等類型。而按照用途劃分可以分為：軸流風(fēng)機(jī)、混流風(fēng)機(jī)、屋頂風(fēng)機(jī)、空調(diào)風(fēng)機(jī)等。 而以風(fēng)機(jī)為主體的風(fēng)動(dòng)模型，則是一種通過改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能，從而改變氣體的勢(shì)能的系統(tǒng)，以達(dá)到對(duì)控制對(duì)象實(shí)現(xiàn)控制的目的。以風(fēng)機(jī)為主體的風(fēng)動(dòng)設(shè)備廣泛應(yīng)用于工廠、礦井、隧道、冷卻塔、車輛、船舶和建筑物的通風(fēng)、排塵和冷卻；鍋爐和工業(yè)爐窯的通風(fēng)和引風(fēng)；空氣調(diào)節(jié)設(shè)備和家用電器設(shè)備中的冷卻和通風(fēng)；谷物的烘干和選送；風(fēng)洞風(fēng)源和氣墊船的充氣和推進(jìn)等。1.3 PLC特點(diǎn)及其在工業(yè)中的應(yīng)用 隨

10、著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)邏輯開始進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域?？删幊绦蚩刂破髯鳛橥ㄓ霉I(yè)控制計(jì)算機(jī)，是存儲(chǔ)邏輯在工業(yè)應(yīng)用的代表性成果。近30年來，可編程序控制器不斷發(fā)展更新，功能日益強(qiáng)大，已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的三大支柱之一。1.3.1 特點(diǎn)PLC是以繼電-接觸器控制為基礎(chǔ)，融入了計(jì)算機(jī)技術(shù)，以適應(yīng)工業(yè)環(huán)境下使用為背景研制開發(fā)的新一代工業(yè)控制器，因而它具有如下的特點(diǎn)：(1) 編程方便、接線簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的控制要求PLC可用與繼電器控制線路相似的梯形圖語言表達(dá)控制過程，程序表達(dá)簡(jiǎn)單、直觀，通過編程器把程序?qū)懭氪鎯?chǔ)器中，方便用戶維修程序；PLC為用戶提供了豐富的指令，容易實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的控制要求。由于有

11、相應(yīng)的I/O接口，只需要進(jìn)行輸入/輸出信號(hào)線的連接，不需要考慮控制過程，因而接線簡(jiǎn)單。(2) 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)工業(yè)控制可靠性最為重要，PLC專為工業(yè)環(huán)境使用而設(shè)計(jì)，在硬件上，采用了電磁屏蔽、濾波、光電隔離等一系列抗干擾措施；在軟件上，采取了故障檢測(cè)、信息保護(hù)和恢復(fù)、設(shè)置警戒時(shí)鐘、加強(qiáng)對(duì)程序的檢查和校驗(yàn)、對(duì)程序和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備等措施，進(jìn)一步提高其可靠性和抗干擾能力。使其可以直接安裝于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。(3) 通用性好、應(yīng)用靈活PLC產(chǎn)品均已系列化，型號(hào)多，品種齊全，還有各種功能模塊，用戶可以根據(jù)控制要求方便地選用適合的模塊，做硬件結(jié)構(gòu)上的組合和擴(kuò)展，以滿足各種控制系統(tǒng)的要求。(

12、4) 功能強(qiáng)PLC除了能完成邏輯控制，計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算等功能外，還可以實(shí)現(xiàn)模擬量控制、順序控制、位置控制、高速計(jì)數(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信等功能，合理配置PLC，還可實(shí)現(xiàn)多機(jī)“群控”系統(tǒng)和一臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)多臺(tái)PLC進(jìn)行集中管理分散控制的“分布式控制”系統(tǒng)。(5) 控制系統(tǒng)工程周期短設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便。PLC采用軟件編程序方式實(shí)現(xiàn)控制功能的表達(dá)，即使是非常復(fù)雜的控制，也可用方便的指令實(shí)現(xiàn)。編寫的程序可以初步模擬調(diào)試好后，才用于現(xiàn)場(chǎng)。制作工程的過程中，編程序和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝可同時(shí)進(jìn)行，大大縮短了工程周期，提高了工作效率。(6) 維護(hù)、維修方便PLC有完善的自診斷功能，能檢測(cè)出自身的故障，能對(duì)其內(nèi)部工作狀態(tài)、通信

13、狀態(tài)、異常狀態(tài)和I/O狀態(tài)進(jìn)行顯示，工作人員可通過這些顯示查出故障，迅速處理。PLC接線少，更換元件方便。1.3.2 PLC在工業(yè)中的應(yīng)用PLC是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。在當(dāng)今的工業(yè)界，只要涉及控制的地方，都離不開PLC這個(gè)核心大腦，它在工業(yè)中的應(yīng)用大概可以分為兩個(gè)領(lǐng)域：其一為單機(jī)控制為主的一切設(shè)備自動(dòng)化領(lǐng)域，比如：包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、紡織機(jī)械、注塑機(jī)械、自動(dòng)焊接設(shè)備、隧道盾構(gòu)設(shè)備、水處理設(shè)備、切

14、割、多軸磨床、冶金行業(yè)的輥壓、連鑄機(jī)械.太多了，這些設(shè)備的所有動(dòng)作，加工都需要靠依據(jù)工藝設(shè)定在PLC內(nèi)的程序來指導(dǎo)執(zhí)行和完成，就如人的大腦。其二為過程控制為主的流程自動(dòng)化行業(yè)，比如污水處理、自來水處理、樓宇控制、火電主控、輔控、水電主控、輔控、冶金行業(yè)、太陽能、水泥、石油、石化、鐵路交通.也太多了。這些行業(yè)所有設(shè)備的連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行，總存在許多的監(jiān)控點(diǎn)和大量的實(shí)時(shí)參數(shù)，而要監(jiān)視、控制、和采集這些流程參數(shù)和相關(guān)的工藝設(shè)備，也必須依靠PLC這個(gè)大腦來完成，當(dāng)然傳統(tǒng)叫法也有DCS，盡管設(shè)計(jì)之初的理念不一樣，但現(xiàn)技術(shù)路線已逐漸融合。目前生產(chǎn)PLC的廠家較多。但能配套生產(chǎn)，大、中、小、微型均能生產(chǎn)的不算太多

15、。在中國市場(chǎng)占有較大份額的公司有：德國西門子：它有SS系列的產(chǎn)品。有SS95U、100U、115U、135U及 155U。135U、155U為大型機(jī)，控制點(diǎn)數(shù)可達(dá)6000多點(diǎn)，模擬量可達(dá)300多路。最近還推出S7系列機(jī)，有S7-200（小型）、S7-300（中型）及S7-400機(jī)（大型），性能比S5大有提高。 日本三菱公司：FX1S系列：三菱PLC是一種集成型小型單元式PLC。且具有完整的性能和通訊功能等擴(kuò)展性。如果考慮安裝空間和成本是一種理想的選擇。FX1N系列：是三菱電機(jī)推出的功能強(qiáng)大的普及型PLC。具有擴(kuò)展輸入輸出，模擬量控制和通訊、鏈接功能等擴(kuò)展性。是一款廣泛應(yīng)用于一般的順序控制三菱P

16、LC。而A系列使用三菱專用順控芯片（MSP），速度/指令可媲美大型三菱PLC，程序容量由8K步至124K步，有多種特殊模塊可選擇，包括網(wǎng)絡(luò)，定位控制，高速計(jì)數(shù)，溫度控制等。美國羅克韋爾公司：大型的PLC包括1756 GuardLogix 、1756 ControlLogix 、softlogix等，可適應(yīng)最嚴(yán)苛的應(yīng)用項(xiàng)目需求。它們提供模塊化架構(gòu)以及各種 I/O 和網(wǎng)絡(luò)選項(xiàng) 。而小型的控制系統(tǒng)包括Compactlogix、1768緊湊型Guardlogix、SLC500等產(chǎn)品，充分展示了在小型控制系統(tǒng)中所應(yīng)用的靈活性和方便性。 2 系統(tǒng)介紹2.1 系統(tǒng)選型2.1.1 可編程控制器基于PLC具有功

17、能強(qiáng)大、可靠性高以及抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，故本次設(shè)計(jì)采用的是以PLC為核心的系統(tǒng)。按PLC的I/O點(diǎn)數(shù)的多少，可分為大型、中型和小型三類。小型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)在256以內(nèi)，單核CPU，處理器為8位或16位，用戶存儲(chǔ)器容量再4K字以下；中型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)在256至2048之間，雙核CPU，用戶存儲(chǔ)器容量大約在28K；大型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)則大于2048點(diǎn)，處理器為16或32位，用戶存儲(chǔ)器容量為816K。小型控制器針對(duì)于小型的設(shè)備，具有經(jīng)濟(jì)型強(qiáng)、費(fèi)用低應(yīng)用靈活等優(yōu)勢(shì)，根據(jù)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求以及程序容量、I/O點(diǎn)數(shù)、通信功能和定位功能等的考慮，此次基于中小型風(fēng)動(dòng)模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，所選擇的是小型

18、可編程控制器。全世界PLC生產(chǎn)廠家約200家，生產(chǎn)300多種產(chǎn)品。國內(nèi)PLC市場(chǎng)仍以國外產(chǎn)品為主，如Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE等的產(chǎn)品。羅克韋爾CompactLogix提供了一個(gè)從單機(jī)到分布式應(yīng)用系統(tǒng)的Logix解決方案。其中1769控制器不僅具有增強(qiáng)的處理性能，還內(nèi)置有可進(jìn)行實(shí)時(shí) I/O控制的100Mbps EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)接口，與包括1769 I/O模塊在內(nèi)的多種I/O模塊在內(nèi)的多種I/O模塊一起實(shí)現(xiàn)分布式I/O擴(kuò)展。CompactLogix為中小型應(yīng)用系統(tǒng)提供了一個(gè)高效的控制解決方案。它可以取代現(xiàn)在普遍應(yīng)用的傳統(tǒng)PLC和多回路控制器。同時(shí)，C

19、ompactlogix采用與Controllogix一脈相承的Logix多功能控制引擎，用戶開發(fā)閱讀和修改控制程序非常方便。Compactlogix及其增強(qiáng)的、高密度的IO，能夠幫助廣泛的工業(yè)應(yīng)用中越來越多的最終用戶和機(jī)器制造商，構(gòu)筑穩(wěn)定可靠，便于使用于高性能控制平臺(tái)。每個(gè)I/O站最多可達(dá)30個(gè)模塊，用戶能有足夠的接線盒操作空間。因此，此次設(shè)計(jì)所選擇的的是美國羅克韋爾公司生產(chǎn)的小型CompactLogix。2.1.2 PowerFlex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(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。

20、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(jī)的實(shí)際需要來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，如過流、過壓、過載保護(hù)等等。變頻器常見的頻率給定方式主要有：操作器鍵盤給定、接點(diǎn)信號(hào)給定、模擬信號(hào)給定、脈沖信號(hào)給定和通訊方式給定等。這些頻率給定方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，須按照實(shí)際所需進(jìn)行選擇設(shè)置，同時(shí)也可以根據(jù)功能需要選擇不同頻率給定方式之間的疊加和切換。變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開

21、關(guān)方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等PowerFlex 系列低壓變頻器由羅克韋爾公司生產(chǎn)，可提供各種各樣的控制模式，幾乎可以滿足任何電機(jī)控制要求。通過組合運(yùn)用用途廣泛的各項(xiàng)功能、選項(xiàng)和封裝，可幫助滿足安全性要求并簡(jiǎn)化編程和配置，因此 PowerFlex 系列變頻器是一種可滿足各方面應(yīng)用需求的完美解決方案。根據(jù)此次設(shè)計(jì)所需要的設(shè)備、控制方式和容量選擇，我們選用的是PowerFlex 系

22、列中的PowerFlex 70變頻器，這種變頻器具有安裝簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、設(shè)計(jì)方便以及通信靈活等優(yōu)點(diǎn)，能最大程度地滿足設(shè)計(jì)的需要。2.1.3 風(fēng)機(jī)選型風(fēng)機(jī)是把機(jī)械能變?yōu)闅怏w的勢(shì)能和動(dòng)能的一種流體機(jī)械動(dòng)力設(shè)備，廣泛用于工廠、礦井、隧道、冷卻塔、車輛、船舶和建筑物的通風(fēng)、排塵和冷卻；鍋爐和工業(yè)爐窯的通風(fēng)和引風(fēng)；空氣調(diào)節(jié)設(shè)備和家用電器設(shè)備中的冷卻和通風(fēng)；谷物的烘干和選送；風(fēng)洞風(fēng)源和氣墊船的充氣和推進(jìn)等。 風(fēng)機(jī)的工作原理與透平壓縮機(jī)基本相同，只是由于氣體流速較低，壓力變化不大，一般不需要考慮氣體比容的變化，即把氣體作為不可壓縮流體處理。按氣體流動(dòng)的方向，風(fēng)機(jī)可分為離心式、軸流式、斜流式（混流式）和橫流式

23、等類型。離心風(fēng)機(jī)的氣流軸向進(jìn)入風(fēng)機(jī)的葉輪后主要沿徑向流動(dòng)，這類風(fēng)機(jī)根據(jù)離心作用的原理制成，產(chǎn)品包括離心通風(fēng)機(jī)、離心鼓風(fēng)機(jī)和離心壓縮機(jī)；而軸流風(fēng)機(jī)則是氣流軸向進(jìn)入風(fēng)機(jī)的葉輪，近似地在圓柱形表面上沿軸線方向流動(dòng)。這類風(fēng)機(jī)包括軸流通風(fēng)機(jī)、軸流鼓風(fēng)機(jī)和軸流壓縮機(jī)。本次設(shè)計(jì)中，所選擇的的風(fēng)機(jī)是離心式風(fēng)機(jī)。離心式風(fēng)機(jī)的抽風(fēng)效果很好，非常適合用在管道抽風(fēng)或者送風(fēng)，實(shí)用性強(qiáng)，而且堅(jiān)固耐用、維護(hù)方便，特別適用于這次設(shè)計(jì)。2.2 各設(shè)備的結(jié)構(gòu)及原理2.2.1 CompactLogix控制器CompactLogix實(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，所以它與計(jì)算機(jī)的組成十分相似。跟其他所有類型的可編程控制器一樣，Compa

24、ctLogix的硬件組成可分為六部分，分別為：中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器單元、輸入/輸出單元、電源部分、接口單元、外部設(shè)備。中央處理單元是可編程控制器的核心組成部分，由大規(guī)?；虺笠?guī)模的集成電路微處理芯片組成，是系統(tǒng)的控制中樞。其主要功能是接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)、檢查電源、存儲(chǔ)器和I/O等以及在投入運(yùn)行時(shí)對(duì)指令進(jìn)行解釋、傳送、運(yùn)算和更新等。PLC的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來存放由生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并存于ROM中，用戶不能直接更改。而用戶存儲(chǔ)器則包括用戶程序存儲(chǔ)器和用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩個(gè)部分。用戶程序存儲(chǔ)器用來存放用戶所編寫的各種用戶程序。而用戶數(shù)據(jù)存

25、儲(chǔ)器則是用來存放用戶程序中所使用器件的ON/OFF狀態(tài)和數(shù)值、數(shù)據(jù)等。輸入/輸出單元是PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或其他外部設(shè)備之間的連接部件。其輸入模塊把狀態(tài)或信息讀入中央處理單元，通過用戶程序的處理和運(yùn)算，把結(jié)果通過輸出模塊輸出給執(zhí)行單元。輸入單元可接收開關(guān)量輸入信號(hào)和模擬量輸入信號(hào)。電源部分一般使用220V的交流電源。其一方面為中央處理器、存儲(chǔ)器等電路提供直流電源，使得PLC能正常工作；另一方面則為外部輸入元件提供24V直流電源。接口單元包括擴(kuò)展接口、編程器接口、存儲(chǔ)器接口和通信接口。擴(kuò)展接口是用于擴(kuò)展輸入輸出單元，使PLC的控制規(guī)模配置得更加靈活。編程器接口是連接編程器的，PLC本體通常不帶編程器

26、。故可以利用此接口連接各種形式的編程裝置。PLC的外部設(shè)備主要有編程器、文本顯示器、操作面板、打印機(jī)等。CompactLogix的工作原理也與普通的計(jì)算機(jī)類似，屬于串行工作方式，CPU是以分時(shí)操作方式來處理各項(xiàng)任務(wù)的，計(jì)算機(jī)在每一瞬間只能做一件事，所以程序的執(zhí)行是按程序順序依次完成相應(yīng)的各電器的動(dòng)作。由于運(yùn)算速度極高，各電器的動(dòng)作幾乎是同時(shí)完成的，但實(shí)際的響應(yīng)是有滯后的。PLC的工作方式是按幾種輸入、集中輸出、不斷地周期循環(huán)掃描方式進(jìn)行工作的。CPU從第一條指令執(zhí)行開始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序終止，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。CompactLogix系統(tǒng)工作的全過程可用圖

27、1所示的運(yùn)行框圖來表示。 圖1 PLC運(yùn)行框圖其工作過程整體可以分為三部分。第一部分是上電處理，即對(duì)PLC進(jìn)行一次初始化；第二部分是掃描過程，對(duì)用戶程序進(jìn)行逐條地掃描處理和運(yùn)算，然后存至輸出單元；第三部分則為出錯(cuò)處理，PLC每掃描一次就會(huì)執(zhí)行一次自診斷檢查，確定自身的動(dòng)作是否正常。當(dāng)CompactLogix系統(tǒng)處于正常運(yùn)行時(shí)， 它將不斷地重復(fù)掃描過程。若不考慮遠(yuǎn)程I/O特殊模塊和其他通信服務(wù)，掃描過程可簡(jiǎn)單地概括為“輸入采樣”、“程序執(zhí)行”和“輸出刷新”三個(gè)階段。如下圖2所示：圖2 PLC掃描過程在輸入采樣階段，PLC以掃描方式按順序把所有輸入端子的輸入信號(hào)狀態(tài)（ON/OFF）寫入到輸入映像寄

28、存器中寄存。如在程序執(zhí)行階段，輸入端子的信號(hào)狀態(tài)發(fā)生變化，輸入寄存器中的內(nèi)容不變，要等到下一個(gè)工作周期的輸入采樣階段到來時(shí)，新的信號(hào)才會(huì)被讀入輸入映像寄存器中。在程序執(zhí)行階段，CPU中的用戶程序被從頭至尾順序掃描，每掃描到一條指令時(shí)，按指令要求從輸入映像寄存器中和元素映像寄存器中分別讀出輸入狀態(tài)和其它元素的狀態(tài)，做各種運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果存到元素映像寄存器中，當(dāng)程序執(zhí)行完成后，PLC要對(duì)執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行輸出處理，即為下一階段的輸出刷新階段。輸出刷新階段即是把元素映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)存到輸出鎖存電路中，由輸出鎖存電路通過輸出端子去驅(qū)動(dòng)PLC的外部設(shè)備。2.2.2 PowerFlex 70變

29、頻器PowerFlex 70 變頻器是具有優(yōu)良性能的交- 直- 交電流源型變頻器，融合了先進(jìn)的技術(shù)，可將具有固定頻率和幅值的三相交流電源系統(tǒng)，進(jìn)行功率變換后，產(chǎn)生可調(diào)頻率且電流隨負(fù)載而定的交流系統(tǒng)，在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)速。調(diào)速過程先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無功功率。而且它很容易實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。電機(jī)可以正反方向以電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)方式運(yùn)行，

30、當(dāng)電機(jī)以發(fā)電機(jī)工作方式時(shí)，能量可回饋電網(wǎng)，再生制動(dòng)PowerFlex70 可以設(shè)定做電壓/頻率模式或無速度傳感矢量控制以滿足各種不同的應(yīng)用要求。交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式為： n60 f(1s)/p (1)式中 n異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；f異步電動(dòng)機(jī)的頻率；s電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；p電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。由式(1)可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在050Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。PowerFlex 70 變頻器，是通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，來控制電機(jī)速度的，通過計(jì)算和測(cè)量電機(jī)速

31、度，并按要求調(diào)整轉(zhuǎn)矩，使被測(cè)速度等于速度命令。羅克韋爾系列的控制方式，是直接矢量控制。兩種控制算法中，定子電流被分解為可以獨(dú)立控制的磁通分量和正交轉(zhuǎn)矩分量，矢量控制的目的，就是獲得與直流電動(dòng)機(jī)相似的性能，可以快速改變轉(zhuǎn)矩而不影響磁通。PWM控制方式的無輸入變壓器的電流型變頻器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖3所示：圖3 PowerFlex 70的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖電路結(jié)構(gòu)為交直交型，功率器件采用對(duì)稱門極換流晶閘管，對(duì)于6 kV 電壓等級(jí)的變頻器，每個(gè)橋臂采用3 只SGCT 串聯(lián)，具有IGBT 的全部優(yōu)點(diǎn)，而且還能夠阻斷雙方向的電壓，減少器件數(shù)量，驅(qū)動(dòng)和吸收電路進(jìn)一步簡(jiǎn)化，而且性能更好。變頻器通常采用交直交三電

32、平式電壓源型變頻器，頻器的功率部件包括整流器、直流母線及逆變器。羅克韋爾變頻器的控制，由數(shù)字控制系統(tǒng)組成，與功率無關(guān)。一方面，系統(tǒng)數(shù)字控制的矢量轉(zhuǎn)換技術(shù)轉(zhuǎn)矩和勵(lì)磁分量分別進(jìn)行單獨(dú)控制，另一方面用常用的標(biāo)準(zhǔn)硬件和軟件實(shí)現(xiàn)開、閉環(huán)控制。此種調(diào)速控制方案，是將高壓通過降壓變壓器降低，這樣可以采用交流變頻器，然后，將變頻器的輸出電壓再提高，以滿足交流電動(dòng)機(jī)的電壓要求。高低高變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖4：圖4 高低高變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖2.2.3 離心式風(fēng)機(jī)離心式風(fēng)機(jī)一般由四個(gè)基本機(jī)件組成：集流器、葉輪、機(jī)殼和傳動(dòng)部件。如圖5所示：圖5 離心式風(fēng)機(jī)構(gòu)造示意圖集流器也被稱為喇叭口，是通風(fēng)機(jī)的入口，它的作用是在

33、損失較小的情況下，將氣體均勻地導(dǎo)入葉輪。葉輪是通風(fēng)機(jī)的主要部件，它的尺寸和幾何形狀對(duì)通風(fēng)機(jī)的性能有著很大的影響，離心式通風(fēng)機(jī)的葉輪由前蓋、后蓋、葉片和輪轂組成，一般采用焊接和鉚接加工。機(jī)殼為包圍在葉輪外面的外殼，其作用在于收集從葉輪甩出的氣流，并將高速氣流的速度降低，使其靜壓力增加，以此來克服外界的阻力，將氣流送出。傳動(dòng)部件用來連接電機(jī)和風(fēng)機(jī)，傳遞力矩。離心式風(fēng)機(jī)的工作原理與透平壓縮機(jī)基本相同，只是由于氣體流速較低，壓力變 化不大，一般不需要考慮氣體比容的變化，即把氣體作為不可壓縮流體處理。離心式風(fēng)機(jī)是根據(jù)動(dòng)能轉(zhuǎn)換為勢(shì)能的原理，利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪將氣體加速，然后減速、改變流向，使動(dòng)能轉(zhuǎn)換成勢(shì)能

34、（壓力）。在單級(jí)離心式風(fēng)機(jī)中，氣體從軸向進(jìn)入葉輪，氣體流經(jīng)葉輪時(shí)改變成徑向，然后進(jìn)入擴(kuò)壓器。在擴(kuò)壓器中，氣體改變了流動(dòng)方向造成減速，這種減速作用將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓力能。壓力增高主要發(fā)生在葉輪中，其次發(fā)生在擴(kuò)壓過程。在多級(jí)離心式風(fēng)機(jī)中，用回流器使氣流進(jìn)入下一葉輪，產(chǎn)生更高壓力。 3 系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)目的隨著現(xiàn)代生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)越來越多地被應(yīng)用到工業(yè)中的各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域，并逐漸向復(fù)雜的系統(tǒng)控制和高級(jí)的智能控制發(fā)展，并廣泛地應(yīng)用到國防、科學(xué)研究和經(jīng)濟(jì)等各個(gè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的自動(dòng)化，例如大型企業(yè)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、全國鐵路自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)、國家電力網(wǎng)自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)、空中交通管制系統(tǒng)、

35、城市交通控制系統(tǒng)、自動(dòng)化指揮系統(tǒng)、國民經(jīng)濟(jì)管理系統(tǒng)等。自動(dòng)化的應(yīng)用正從工程領(lǐng)域向非工程領(lǐng)域擴(kuò)展，如醫(yī)療自動(dòng)化、人口控制、經(jīng)濟(jì)管理自動(dòng)化等。自動(dòng)化控制系統(tǒng)正在逐步地代替人類勞動(dòng)力，在更大程度上模仿人的智能，并已在工業(yè)生產(chǎn)、海洋開發(fā)和宇宙探測(cè)等領(lǐng)域得到應(yīng)用，專家系統(tǒng)在醫(yī)療診斷、地質(zhì)勘探等方面取得顯著效果。工廠自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化和農(nóng)業(yè)自動(dòng)化將成為新技術(shù)革命的重要內(nèi)容，并得到迅速發(fā)展。本次基于CompactLogix的風(fēng)動(dòng)模型控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，就是旨在學(xué)習(xí)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和思路，以及所用到的各個(gè)自動(dòng)化控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理和使用方法。本次設(shè)計(jì)用到的自動(dòng)控制設(shè)備主要有：CompactLogi

36、x處理器、PowerFlex變頻器、風(fēng)機(jī)等。在設(shè)計(jì)過程中，著重詳細(xì)學(xué)習(xí)CompactLogix處理器的基本結(jié)構(gòu)及其程序的編寫，以及PowerFlex變頻器參數(shù)的意義及設(shè)定，DeviceNet的原理、控制方法、所用到的各種自動(dòng)化控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理和使用方法。3.2 系統(tǒng)分析3.2.1 CompactLogix處理器與PowerFlex70變頻器的組合應(yīng)用CompactLogix系統(tǒng)是一種數(shù)字運(yùn)算與操作的控制裝置，它作為傳統(tǒng)繼電器的替代產(chǎn)品， 廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。當(dāng)利用變頻器構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制時(shí)，很多情況下是采用PLC 和變頻器相配合使用，例如吹灰系統(tǒng)。PLC 可提供控制信號(hào)和指

37、令的通斷信號(hào)。開關(guān)指令信號(hào)輸入。變頻器的輸入信號(hào)中包括對(duì)運(yùn)行與停止、正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)等運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行操作的開關(guān)型指令信號(hào)。變頻器通常利用繼電器接點(diǎn)或具有繼電器接點(diǎn)開關(guān)特性的元器件與CompactLogix相連，得到運(yùn)行狀態(tài)指令。在使用繼電器接點(diǎn)時(shí)，常常因?yàn)榻佑|不良而帶來誤動(dòng)作。使用晶體管進(jìn)行連接時(shí)，則需考慮晶體管本身的電壓、電流容量等因素，保證系統(tǒng)的可靠性。在設(shè)計(jì)變頻器的輸入信號(hào)電路時(shí)還應(yīng)該注意，當(dāng)輸入信號(hào)電路連接不當(dāng)時(shí)有時(shí)也會(huì)造成變頻器的誤動(dòng)作。例如，當(dāng)輸入開關(guān)信號(hào)進(jìn)入變頻器時(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)生外部電源和變頻器控制電源（DC24V）之間的串?dāng)_。正確的連接是利用PLC電源，將外部晶體管的集電極經(jīng)過二極

38、管接到PLC。當(dāng)PowerFlex變頻器和CompactLogix系統(tǒng)的電壓信號(hào)范圍不同時(shí)， 如變頻器的輸入信號(hào)為010V，而PLC 的輸出電壓信號(hào)范圍為05V時(shí)，或PLC的一側(cè)的輸出信號(hào)電壓范圍為010V而變頻器的輸入電壓信號(hào)范圍為05V時(shí)，由于變頻器和晶體管的允許電壓、電流等因素的限制，需用串聯(lián)的方式接入限流電阻及分壓方式，以保證進(jìn)行開閉時(shí)不超過PLC和變頻器相應(yīng)的容量。此外，在連線時(shí)還應(yīng)注意將布線分開，保證主電路一側(cè)的噪音不傳到控制電路。通常變頻器也通過接線端子向外部輸出相應(yīng)的監(jiān)測(cè)模擬信號(hào)。電信號(hào)的范圍通常為010V電壓信號(hào)或420mA電流信號(hào)。無論哪種情況，都應(yīng)注意：PLC一側(cè)的輸入阻

39、抗的大小要保證電路中電壓和電流不超過電路的允許值，以保證系統(tǒng)的可靠性和減少誤差。要實(shí)現(xiàn)PLC 對(duì)變頻器的通信控制，必須對(duì)PLC 進(jìn)行編程，通過程序?qū)崿F(xiàn)PLC 對(duì)變頻器的各種運(yùn)行控制和數(shù)據(jù)的傳送。PLC應(yīng)首先完成FX2N-485BD 通信適配器的初始化、控制命令字的組合、代碼轉(zhuǎn)換和變頻器應(yīng)答數(shù)據(jù)的處理工作。通信規(guī)格在變頻器的初始化中設(shè)定，如果沒有進(jìn)行設(shè)定或有一個(gè)錯(cuò)誤的設(shè)定，數(shù)據(jù)將不能進(jìn)行通信，且每次參數(shù)設(shè)定后，需復(fù)位變頻器，確保參數(shù)的設(shè)定生效。設(shè)定好參數(shù)后將按照通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。需要設(shè)定的參數(shù)值有：站號(hào)，設(shè)定變頻器為0；通信速率，設(shè)定為9600bps;停止位長、數(shù)據(jù)位長，設(shè)定停止位為2 位，

40、數(shù)據(jù)位為7 位；奇偶校驗(yàn)有無，設(shè)定為偶校驗(yàn)；通信再試次數(shù)，設(shè)定為即使發(fā)生通信錯(cuò)誤，變頻器也不停止；通信校驗(yàn)時(shí)間間隔，設(shè)定為通信校驗(yàn)終止；等待時(shí)間，設(shè)定為用通信數(shù)據(jù)設(shè)定；CRLF 有無選擇，設(shè)定為選擇無CRLF。3.2.2 PowerFlex70變頻器驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)用PowerFlex70變頻器驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)內(nèi)的電機(jī)運(yùn)行時(shí)，使用帶勵(lì)起動(dòng)的方式。在變頻器向電機(jī)定子輸出電壓之前，先由勵(lì)磁裝置向電機(jī)的勵(lì)磁繞組通以一定的勵(lì)磁電流，然后變頻器再向同步電機(jī)的電樞繞組輸出適當(dāng)?shù)碾妷海饎?dòng)電機(jī)。在電機(jī)起動(dòng)之初，電樞電壓矢量與轉(zhuǎn)子磁極位置之間的夾角是任意的，必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)恼竭^程將這一夾角控制到一定的范圍之內(nèi)，然后電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)

41、定的同步運(yùn)行狀態(tài)。因此，起動(dòng)整步問題是變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的關(guān)鍵問題。       變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)整步過程主要分為以下幾個(gè)步驟：(1)勵(lì)磁裝置投勵(lì)。勵(lì)磁系統(tǒng)向電機(jī)的勵(lì)磁繞組通以一定的勵(lì)磁電流，在同步電機(jī)轉(zhuǎn)子上建立一定的磁場(chǎng)。(2)變頻器向電機(jī)的電樞繞組施加一定的直流電壓，產(chǎn)生一定的定子電流。此時(shí)，在電機(jī)上產(chǎn)生一定的定子電流，并在定子上建立較強(qiáng)的磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子在定、轉(zhuǎn)子間電磁力的作用下開始轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子磁極逐漸向定子磁極的異性端靠近。此時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向可能與電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)向相同，也可能相反。(3)變頻器按照電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向

42、，緩慢旋轉(zhuǎn)其施加在電樞繞組上的電壓矢量。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)和定子磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子磁極將在某一時(shí)刻掠過定子的異性磁極，或者轉(zhuǎn)子磁極加速追上旋轉(zhuǎn)的定子磁極。此時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極被較強(qiáng)的定子磁極可靠吸引，二者間的角度經(jīng)過少量有阻尼的震蕩后，逐漸趨于一個(gè)較小的常量。至此，電機(jī)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，整步過程完成。變頻器按照預(yù)先設(shè)定的加速度和v/f曲線(即磁通給定)，調(diào)節(jié)輸出電壓，逐漸加速到給定頻率。此時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)子角逐漸拉大到某一常值，然后電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極在定子磁場(chǎng)的吸引下逐漸加速至期望轉(zhuǎn)速，電機(jī)起動(dòng)過程完成。在電機(jī)的起動(dòng)整步過程中，定、轉(zhuǎn)子磁勢(shì)大小的選擇和各步驟間的切換是控制的關(guān)鍵問題。如果選擇過低的定子磁場(chǎng)，則

43、定子磁極無法在第一次經(jīng)過轉(zhuǎn)子的異性磁極時(shí)，將其可靠吸牢，此后轉(zhuǎn)子經(jīng)過同性磁極間斥力的反向加速作用，在下一次經(jīng)過定子磁極時(shí)，二者將具有更大的相對(duì)速度，定子磁場(chǎng)更加無法有效牽引轉(zhuǎn)子磁極，最終將導(dǎo)致起動(dòng)整步失敗。選擇過大的定子磁場(chǎng)可能導(dǎo)致電機(jī)的定子鐵心飽和，進(jìn)一步導(dǎo)致變頻器輸出過電流，電機(jī)起動(dòng)失敗。3.3 設(shè)計(jì)方案本次基于CompactLogix處理器控制系統(tǒng)的基本模型是，計(jì)算機(jī)通過以太網(wǎng)或者串口連接到可編程序邏輯控制器，軟件編程環(huán)境為RSLogix 5000，通過對(duì)PLC的編程，成功搭建DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)PowerFlex 70變頻器的控制，從而驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)模型，再通過風(fēng)機(jī)模型的轉(zhuǎn)速等的改

44、變，控制模型箱中的壓強(qiáng)，從而控制小球的運(yùn)動(dòng)和懸浮位置。小球模型接有位移、光電等傳感器，并與CompactLogix處理器的DeviceNet網(wǎng)絡(luò)相連，通過反饋信息，可以隨時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，控制小球的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)及懸浮位置，這樣根據(jù)小球的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)就可以反映出運(yùn)動(dòng)控制的效果和原理。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是搭建DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，通過對(duì)CompactLogix可編程邏輯控制器編程，控制PowerFlex變頻器來驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)模型，通過模型中小球的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)來展現(xiàn)了抽象的運(yùn)動(dòng)控制，使得能夠更直觀的看到運(yùn)動(dòng)控制的功效。在實(shí)現(xiàn)過程中，通過對(duì)RSLogix 5000軟件對(duì)CompactLogix編程，通過DeviceNet控

45、制變頻器，從而驅(qū)動(dòng)風(fēng)動(dòng)模型運(yùn)行，使小球懸浮于某一指定位置。光電傳感器等檢測(cè)信息結(jié)果將反饋給設(shè)備網(wǎng)，對(duì)其控制過程進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到更精確的控制結(jié)果。系統(tǒng)方案的結(jié)構(gòu)示意圖如下： DeviceNet圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4 風(fēng)動(dòng)模型控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 編程環(huán)境RSLogix 50004.1.1 RSLogix 5000軟件簡(jiǎn)介CompactLogix系統(tǒng)專用的編程軟件是RSLogix 5000，它是功能十分強(qiáng)大的編程軟件，不僅僅用來對(duì)控制器進(jìn)行常規(guī)的編程，更多的用于組態(tài)和監(jiān)控，所有的對(duì)外交換的信息，不管是I/O刷心信息，還是對(duì)外設(shè)備的通信信息，統(tǒng)統(tǒng)要經(jīng)過編程軟甲的組態(tài)或編程，更重要的是它面對(duì)系統(tǒng)的

46、監(jiān)視功能和診斷功能，所有它屬下模塊的工作狀態(tài)全在它的監(jiān)視之下，其診斷結(jié)果將明了告知問題的所在，可正確迅速地查找原因，這是傳統(tǒng)控制器編程軟件不能企及的。RSLogix 5000的主要功能有：(1)編程方便快捷 自由格式操作的梯形圖編輯器，可以同時(shí)修改多個(gè)邏輯梯級(jí)，也可以通過點(diǎn)擊界面或者ASCII輸入提示梯級(jí)的指令，并可以配合文字注釋說明。(2)指令集豐富 包括梯形圖、功能塊、語句結(jié)構(gòu)以及用戶自定義指令集，通過幫助文件，可對(duì)指令參數(shù)的輸入有詳細(xì)的解釋，并配有實(shí)例。(3)尋址方便準(zhǔn)確 易于使用且直觀的操作數(shù)尋址方式，控制器中使用的I/O地址和各個(gè)數(shù)據(jù)庫的標(biāo)簽數(shù)據(jù)，均可瀏覽獲取，不必?fù)?dān)心會(huì)有鍵入地址的錯(cuò)誤出現(xiàn)。(4)具有診斷監(jiān)控能力 面對(duì)系統(tǒng)的診斷監(jiān)控，不但包括控制器的狀態(tài)顯示、程序校驗(yàn)功能和數(shù)據(jù)監(jiān)控功能，更重要的是能夠?qū)λ鶎俚哪K狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和診斷。(5)內(nèi)嵌網(wǎng)絡(luò)組態(tài)信息 在本地I/O組態(tài)中如果含有通信模塊，通信模塊的組態(tài)頁面將內(nèi)嵌一個(gè)RSNetWork的組態(tài)軟件，將網(wǎng)絡(luò)信息與項(xiàng)目捆綁在一起，在項(xiàng)目下載時(shí)不必?fù)?dān)心網(wǎng)絡(luò)信息丟失。(6)拖放編輯和導(dǎo)航功能 可以快速地從一個(gè)數(shù)據(jù)文件把數(shù)據(jù)元素移動(dòng)到另一個(gè)數(shù)據(jù)文件；從一個(gè)子例程或項(xiàng)目中把梯級(jí)移動(dòng)到另一