基于plc与变频器模拟量方式的闭环调速

基于plc与变频器模拟量方式的闭环调速内容摘要：

一般来说 CPU 的位数越高，档次越高，运算速度越快，指令功能越强。 现在常用的可编程控制器多为 8 位或 16 位机，一般中型的 PLC 有 2 个CPU，字处理器和位处理器。 存储器是可编程控制器存放系统程序，用户程序及运算数据的单元。 和一般计算机一样，可编程控制器的存储器只有只读存储器（ ROM）和随机读写存储器（ RAM）只读存储器是用来保持那些需永久保存，即使机器掉电也后也保存程序即数据的存储器。 一般分为掩膜只读 存储器和可编程电改写只读存储器。 只读存储器用来存放系统程序。 随即读写存储器的特点是写入与擦除都很容易，但在掉电情况下存储器的数据就会丢失，一般用来存放用户与系统运行中产生的临时数据，为了能使用户程序及某些运算数据在可编程控制器脱离外界电源后也能保持，在实际使用中都为一些重要的随机读写存储器配备电池或电容等掉电保持装置。 输入输出接口是可编程控制器和工业控制现场个类信号连接的部分。 编程器 显示器 编程接口 CPU 中央处理器 存储器 RAM ROM 开关量I/O 模拟量 I/O 通讯等接口 控制 对象 学士学位论文 致谢 （ 1）模拟量输入电路框图 （ 2）模拟量的输出原理图 可编程控制器的电源包括为可编程控制器个工作单元供电的开关电源即为掉电保护电路供电后备电源。 现场装置 现场装置 滤波电平转换 滤波电平转换 多路转换开关 A/D 锁存器 光电隔离 总线逻辑 数据总线 数据锁存地址译码 总线 光电隔离 D/A 多路转换开关 采样保持 采样保持 U0 I0 UO IO 学士学位论文 致谢 2． 2 A/D 转换器、 D/A 转换器的作用与原理 A/D 转换器的作用是将模拟量转换成数字量。 在 A/D 转换过程中，输入的是时间上、幅值上都是连续的模拟量，而输出的则是时间上，幅值上均离散的数字量，因此，要把模拟量转换成数字时需经采样、保持、量化、编码四个步骤 ： A/D 转换原理框图 D/A 转换器的作用是将数字量转换成模拟量。 D/A 转换器实际上是一个由运算放大器构成的模拟加法器，基准电压经不同的权位二进制数控制的电子开关和相应电阻网络后做为各个不同比例的输入电压由运放相加，作为模拟量的输出。 采样 模拟量 保持 量化 编码 数字量 学士学位论文 致谢 A/D、 D/A 在工业控制系统中的作用 变频器的工作原理及其组成结构 变频器是指可以用于改变电源频率，同时也能改变电源电压的电能转换的装置。 它是由电力电子器件（例如整流模块、 IGBT）、电子器件（集成电路、开关电源、电阻、电容器等）和微处理器等组成。 变频器使用时串联接在输 出端（ R、 S、 T）和电动机输出端（ U、 V、 W）之间，通常变频器的功率范围为 （大于此功率值建议选用中压电动机及中压变频器）。 交流电动机调速控制 变频器的最早形式是用旋转发电机组作为可变频率的电源，供给交流发电机。 随着电力半导体器件的发展，静止式的变频电源以成为了变频器的主要形式。 控制对象 检测 对象 A/D转换 数字 系统 D/A转换 执行机构 学士学位论文 致谢 2． 4 触摸屏的作用与工作原理 触摸屏人机界面是在操作人员和机器设备之间双向沟通的桥梁，用户可以自由的组合文字，按钮，图形，数字等来处理或监控管理及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕。 随着机械设备的飞速发展，以往 的操作界面需要由熟练的操作人员才能操作，而且操作困难，无法提高工作效率。 但是使用人机界面能够明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变得简单生动，并且可以减少操作上的失误，即使是新手也可以很轻松的操作整个机器设备。 使用人机界面还可以使机器的配线标准化，简单化，同时也能减少 PLC控制所需的 I/O点数，降低生产成本同时由面板控制的小型化及高性能，相对提高了整套设备的附加价值。 为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。 工作时，我们必须首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指 触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。 触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给 CPU，它同时能接收 CPU发来的命令并加以执行。 2． 5 PID 的的作用 PID控制器由比例单元（ P）、积分单元（ I）和微分单元（ D）组成。 比例（ P）调节作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少 偏差。 比例作用大，可以加 快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的 不稳定。 学士学位论文 致谢 积分（ I）调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。 因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。 积分作用的强弱取决与积分时间常数 Ti， Ti越小，积分作用就越强。 反之 Ti大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。 积分作用常与另两种调节规律结合，组成 PI调节器或 PID调节器。 微分（ D）调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超 前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。 因此，可以改善系统的动态性能。 在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。 微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的加微分调节，对系统抗干扰不利。 此外，微分反应的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为零。 微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组成 PD或 PID控制器。 学士学位论文 致谢 第三章总体组合电路的设计 3． 1 总体结构设计图 本次设计的工作过程，首先用 将计算机里的一个数字量传送到 PLC中， PLC 在传送到 D/A 转换器中，经过 转换， D/A 转换器输出模拟量到变频器中（输出 05V 的电压），通过变频器控制电动机工作。 工作后，本学校的实验室电动机上接有传感检测器将速度的模拟量输送到 A/D 转换器中，经过转换，输出数字量传到 PLC 中，在 PLC 中经 PID 调节，使其更准确，构成一个闭环负反馈控制系统。 通过触摸屏对系统进行监控。 D/A 转换器 变频器 A/D转换器 P L C 电动机 计算机 触 摸屏 学士学位论文 致谢 总体设计流程图 3． 2 设计器件的选用 在本次设计主要以三菱型号的器件为主： PLC我们选用三菱的 FX2N—— 48MR FX2N 系列可编程控制器 : 控制规模： 16~256 点 内置 8K 容量的 EEPROM 存储器 ,最大可以扩展到 16K CPU 运算处理速度 ~ 在 FX2N 系列右侧可连接输入输出扩展模块和特殊功 能模块 基本单元内置 2 轴独立最高 100kHz定位功能 (晶体管 输出型） 变频器我们选用 三菱变频器 S500 系列 简单易用型 三菱变频器 S500系列 简单易用型 功率范围 :。