基于步進(jìn)電機(jī)PLC觸摸屏的水輪機(jī)調(diào)速器的電控設(shè)計設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書一、畢業(yè)設(shè)計(論文)題目： 基于步進(jìn)電機(jī)、PLC、觸摸屏的水輪機(jī)調(diào)速器的電控設(shè)計二、畢業(yè)設(shè)計(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計技術(shù)要求： 步進(jìn)控制型可編程水輪機(jī)調(diào)速器的電氣部分是以可編程控制器PLC為硬件核心，軟件采用全模塊化結(jié)幕顯示，具有良好的全中文圖形人機(jī)界面；電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換部件采用步進(jìn)電機(jī)，配以滾珠螺旋自動復(fù)中裝置連式結(jié)構(gòu)，以步進(jìn)驅(qū)動裝置的機(jī)械位移直接控制主配壓閥。PLC測量水輪發(fā)電機(jī)組的頻率信號偏差，并按一定的（PID或PI）轉(zhuǎn)換成位置控制的數(shù)字電信號；電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換部件將該數(shù)字信號線性地轉(zhuǎn)化為機(jī)械位移量，再直接控制由器和主配壓閥組成的二級液壓放大，通過主接力器控制

2、水輪機(jī)導(dǎo)水葉開度（或漿葉轉(zhuǎn)角），實(shí)現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組的調(diào)速和復(fù)合控制。 1、步進(jìn)驅(qū)動裝置： （1）步進(jìn)電機(jī)；慣量小，轉(zhuǎn)矩大，控制精度高，運(yùn)行可靠。 （2）步進(jìn)驅(qū)動器；功能強(qiáng)大、控制方式靈活，本身帶有CPU和人機(jī)界面，可 以對其控制方式、工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，以達(dá)最優(yōu)控制。 2、自動復(fù)中裝置：調(diào)節(jié)過程中，當(dāng)交、直流電源同時出現(xiàn)故障時，可使主配壓閥及時復(fù)中，使調(diào)速器保持穩(wěn)定，確保機(jī)組安全運(yùn)行。 3、人機(jī)接口：采用彩色液晶觸摸屏實(shí)時顯示機(jī)組當(dāng)前運(yùn)行工況、機(jī)組頻率、導(dǎo)葉開度、機(jī)組功率、水頭值和故障信息等各種運(yùn)行參數(shù)和工況。 4、參數(shù)界面：直接通過觸摸屏進(jìn)行人機(jī)對話，允許通過菜單實(shí)時修改運(yùn)行參數(shù)，顯示直觀，操作

3、方便，具有良好的全中文圖形人機(jī)界面。三、畢業(yè)設(shè)計(論文)工作內(nèi)容及完成時間：目錄第1章 典型微機(jī)調(diào)速器簡介·······························（1） 1.1 典型微機(jī)調(diào)速器的介紹·······&

4、#183;·····························（1）第二章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)··················

5、83;·····················（5） 2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖··························&

6、#183;·················（5） 2.2 框圖說明······························&

7、#183;·················（5） 2.3 系統(tǒng)工作原理······························

8、;··············（6）第三章系統(tǒng)配置··································&

9、#183;·····（9） 3.1 電氣系統(tǒng)配置··········································

10、;··（9）硬件配置··············································（9）軟

11、件基本配置·········································(10)功能增強(qiáng)軟件配置······&

12、#183;······························(10)調(diào)試設(shè)備及軟件（不屬于調(diào)速器設(shè)備內(nèi)）···············

13、83;···(10)試驗設(shè)備（不屬于調(diào)速器設(shè)備內(nèi)）·························(10) 3.2 機(jī)械系統(tǒng)配置················

14、;····························(10)第四章主要技術(shù)數(shù)據(jù)及性能指標(biāo)···················

15、;·······(11)4.1 主要技術(shù)數(shù)據(jù)········································

16、83;···(11) 4.2 主要性能指標(biāo)············································

17、(12)第五章硬件構(gòu)成········································(13)PLC簡介······

18、3;········································(13) 5.2 操作終端·······

19、83;·······································（13）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊········

20、83;································（14）步進(jìn)電機(jī)················&

21、#183;·······························（18）·················

22、83;······························（21） 5.6 電源系統(tǒng)·················&#

23、183;······························（22）第六章軟件編程說明·················&

24、#183;·················（24） 6.1 主程序流程框圖·····························

25、83;···········（24） 6.2 調(diào)節(jié)模式····································&#

26、183;··········（25） 6.3 開機(jī)、停機(jī)規(guī)律····································

27、3;·····（26） 6.4 數(shù)字協(xié)聯(lián)··········································

28、83;·····（28）6雙調(diào)節(jié)水輪機(jī)的協(xié)聯(lián)特性································（28）6協(xié)聯(lián)插值算法········

29、·································（28）6.5 自動、手動運(yùn)行及相互切換·············

30、3;·················（29）參考文獻(xiàn)·······························&#

31、183;··············（30）第一章 介紹典型微機(jī)調(diào)速器1.1 典型微機(jī)調(diào)速器的介紹 1、高油壓比例閥式微機(jī)調(diào)速器高油壓微機(jī)調(diào)速器參數(shù)、功能、性能指 標(biāo)和技術(shù)特點(diǎn) （一）主要技術(shù)參數(shù)比例系數(shù) KP: 0.520 積分系數(shù) KI：0.05101/s KI： 微分系數(shù) KD: 05s 頻率給定 FG: 4555HZ 功率給定 PG：0100% PG： 永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù) bp: 010% 人工死區(qū)E: 人工死區(qū)E: 01% 機(jī)頻、網(wǎng)頻信號電壓：AC 機(jī)

32、頻、網(wǎng)頻信號電壓：AC 0.2160V 交流電源: AC 220V 直流電源：DC 220V或DC 110V 工作油壓范圍：1416Mpa 事故低油壓：11Mpa 蓄能器充氣壓力：8.59Mpa 操作功：10 000/18 000/30 000/50 000Nm（二）主要功能和性能指標(biāo)（1） 測量機(jī)組和電網(wǎng)頻率，實(shí)現(xiàn)機(jī)組空載及孤立運(yùn)行時的 頻率調(diào)節(jié)。 （2） 空載時機(jī)組頻率自動跟蹤電網(wǎng)頻率，以便快速自動準(zhǔn) 同期。 （3）實(shí)現(xiàn)手動開停機(jī)、增減負(fù)荷及帶負(fù)荷運(yùn)行。 （4）實(shí)現(xiàn)自動開停機(jī)，并網(wǎng)后根據(jù)永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)（bp）自 動調(diào)整機(jī)組出力。 （5）無條件、無擾動地進(jìn)行自動和手動的相互切換。 （6）采集機(jī)

33、頻、網(wǎng)頻、導(dǎo)葉開度、手動、自動等主要參數(shù) 及運(yùn)行狀態(tài)。 （7）能通過按鍵及液晶觸摸屏整定調(diào)速器的運(yùn)行參數(shù)。 （8）檢測到電氣故障時，能自動地切為手動，并將負(fù)荷固 定于故障前的狀態(tài)。（9）轉(zhuǎn)速死區(qū)ix0.10%。 （10）靜態(tài)特性曲線線性誤差<5% （11）自動空載3min轉(zhuǎn)速擺動相對值不超過±0.25%。 （12）接力器不動時間Tq0.2s。 （13）平均故障間隔時間大于12000h。 2、BW(S)T-PLC步進(jìn)式無油電轉(zhuǎn)可編程微機(jī)調(diào)速器BW(S)T-PLC步進(jìn)式無油電轉(zhuǎn)可編程微機(jī)調(diào)速器具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、不耗油、油泵起動次數(shù)少、油質(zhì)要求低、不卡澀、斷電后調(diào)速器保持接力器當(dāng)前開

34、度不變、免維護(hù)、易于操作、人機(jī)對話方便的優(yōu)點(diǎn)。BW(S)TPLC步進(jìn)式無油電轉(zhuǎn)可編程微機(jī)調(diào)速器,以高性能液晶觸摸屏作為中文人機(jī)界面，可顯示各種數(shù)據(jù)、狀態(tài)，進(jìn)行各種操作、試驗、記錄、報警、打印、通信等功能。主要技術(shù)數(shù)據(jù)電源：AC220或DC220電液轉(zhuǎn)換型式：步進(jìn)式機(jī)電接口控制方式：直接數(shù)字控制調(diào)節(jié)規(guī)律：并聯(lián)PID暫態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)：bt1200%永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)：bp010%積分時間常數(shù)：Td125S功率死區(qū)范圍：i05%功率給定范圍：P0120%測速方式：殘壓或殘壓+齒盤測頻誤差0.0009%電氣特點(diǎn)(1) 以可編程控制器作為硬件主體，具有高可靠性、高抗干擾能力。(2) 采用TFT彩色中文觸摸屏作為人

35、機(jī)界面（HMI）。直接觸摸操作，操作簡單，顯示直觀、豐富。并具有顯示實(shí)時動態(tài)曲線的功能，調(diào)試、維護(hù)簡便。(3) 具有調(diào)試、試驗功能，通過人機(jī)界面（HMI）能輕松完成調(diào)速器的調(diào)試和試驗，并顯示試驗結(jié)果。(4) 一體化電源設(shè)計，交流、直流電源同時供電，兩者互為熱備用，相互之間可實(shí)現(xiàn)無擾動切換。(5) 測頻模塊與可編程控制器是通過總線直接連接，徹底解決可編程控制器與測頻不能很好匹配問題。(6) 控制輸出為直接數(shù)字控制方式，無D/A轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了輸出環(huán)節(jié)的數(shù)字化。(7) 智能容錯測頻及自動識別大小網(wǎng)，頻率測量精度高。(8) 多處理器并行工作，速度快。掃描周期均20ms。(9) 高抗干擾能力：所有I/

36、O接口均采用光電隔離及軟件濾波。(10) 多種交互方式：能通過計算機(jī)鍵盤、編程器、電柜面板上的觸摸屏等多種方式設(shè)置參數(shù)及進(jìn)行操作。(11) 調(diào)速器具有自動容錯功能。(12) 帶有串行通訊接口，兼容性好，可與各種計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)接，可滿足電站無人或少人值守。(13) 故障自診斷功能，調(diào)節(jié)器能實(shí)時監(jiān)視自身組成模塊，一旦發(fā)生故障，能立即診斷，并以報警模式從觸摸屏上指出故障部件。(14) 跟蹤功能：電氣部分可跟蹤機(jī)械手動，機(jī)械手動切至自動或電手動時不需任何調(diào)整，為無擾切換。3 DKT-K系列電機(jī)控制式微機(jī)調(diào)速器主要調(diào)節(jié)參數(shù)整定范圍比例系數(shù)KP0.520積分系數(shù)KI0.0510（1/S）微分系數(shù)KD05

37、(S)永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)bp010%頻率人工死區(qū)f01.0%頻率給定范圍fG50±5HZ功率給定范圍PG0100%1.2.3其它技術(shù)數(shù)據(jù)工作油壓主配壓閥直徑80、100、150（mm）工作電源：AC220V 200WDC110V或220V 200W本調(diào)速器具有如下功能：頻率測量與調(diào)節(jié)：可測量機(jī)組和電網(wǎng)的頻率，并實(shí)現(xiàn)機(jī)組頻率的調(diào)節(jié)和控制；頻率跟蹤：當(dāng)跟蹤功能投入時，機(jī)組頻率自動跟蹤電網(wǎng)頻率，可實(shí)現(xiàn)快速自動準(zhǔn)同期并網(wǎng)。自動調(diào)整與分配負(fù)荷：機(jī)組并入電網(wǎng),調(diào)速器將根據(jù)其整定的bp值和電網(wǎng)頻差，自動調(diào)整機(jī)組的出力。負(fù)荷調(diào)整：可接受上位機(jī)控制指令，實(shí)現(xiàn)發(fā)電自動控制功能（A.G.C）。開停機(jī)操作：接受中

38、控室或上位機(jī)指令，實(shí)現(xiàn)開停機(jī)操作。手動操作：具有電手動操作和機(jī)械手動操作功能，并可無條件、無擾動地實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)行與手動操作的相互切換。能采集并顯示調(diào)速系統(tǒng)的主要參數(shù)，如：機(jī)組頻率、電網(wǎng)頻率、導(dǎo)葉開度、調(diào)節(jié)器輸出和調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)等。有完善的通訊功能，為電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置了標(biāo)準(zhǔn)、可靠的接口，能方便地實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通訊。應(yīng)用戶需要，可帶上頻率計的相關(guān)功能。經(jīng)過我們小組的探討我們決定選型方案2的微機(jī)調(diào)速器。第二章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.2 框圖說明 1頻差f1) 油開關(guān)合或油開關(guān)分但網(wǎng)頻不正?；蛴烷_關(guān)分且跟蹤頻給時f=fG-fJ2) 油開關(guān)分且網(wǎng)頻正常并跟蹤網(wǎng)頻時f=fW-fJ 3) 頻

39、率死區(qū)E（可以設(shè)定）頻率調(diào)節(jié) E=02給定與實(shí)際差值1) 頻率調(diào)節(jié)模式 =YG-YPIG 2) 功率調(diào)節(jié)模式 =PG-P3) 功率死區(qū)Ep頻率調(diào)節(jié)模式 Ep=0功率調(diào)節(jié)模式 Ep=05%PN（可調(diào)整）4) 永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)bp頻率調(diào)節(jié)模式 bp=0%開度調(diào)節(jié)模式 bp=010功率調(diào)節(jié)模式 bp=0102.3 系統(tǒng)工作原理 整個調(diào)節(jié)器采用多CPU構(gòu)成模式，每個模塊完成不同的任務(wù)，結(jié)構(gòu)上采用“積木”式模塊結(jié)構(gòu)，這種將復(fù)雜的任務(wù)分成多任務(wù)的分開處理的方式，提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性能及可靠性，不但有利于單個模塊“軟升級”，還能實(shí)現(xiàn)整個調(diào)節(jié)器系統(tǒng)的“升級”，并保持了良好的兼容性。測頻模塊由高性能CPU構(gòu)成，完成

40、頻率的測量任務(wù)，并將機(jī)組頻率和電網(wǎng)頻率通過通訊總線傳輸給PLC，能實(shí)現(xiàn)“軟升級”。由導(dǎo)葉反饋裝置的導(dǎo)葉位置傳感器，將導(dǎo)葉位置電信號送至A/D模塊，并可由有功功率變送器將測得的有功電信號分別送至A/D模塊，經(jīng)A/D模塊轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)取得導(dǎo)葉位置信號及有功信號。由開關(guān)量輸入模塊采集二次的開、停機(jī)、增、減等命令。以上所有輸入信號送至CPU模塊，由CPU按調(diào)節(jié)規(guī)律分析計算出相應(yīng)的導(dǎo)葉控制信號及狀態(tài)信號（包括故障等），送開關(guān)量輸出模塊完成控制輸出和狀態(tài)輸出。開關(guān)量輸出模塊按計算控制值對應(yīng)寬度脈沖的開或關(guān)信號，控制數(shù)字式機(jī)械液壓系統(tǒng)的無油電轉(zhuǎn)正、反運(yùn)動，使導(dǎo)葉按照調(diào)節(jié)規(guī)律的要求動作，并在故障時，動作報警信號。通

41、訊單元負(fù)責(zé)與上位機(jī)通訊，發(fā)送或接受上位機(jī)的命令。工業(yè)平板PC機(jī)作為中文人機(jī)交互界面，完成調(diào)速器的現(xiàn)場操作命令及狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示等功能，也可通過其通訊接口與遠(yuǎn)方通訊。 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個本質(zhì)非線性、時變、非最小相位系統(tǒng)，其控制性能指標(biāo)與穩(wěn)定性一直是人們所關(guān)注的問題。隨著控制技術(shù)的發(fā)展，水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律也在不斷地發(fā)展和完善。雖然近年來，自適應(yīng)控制，變結(jié)構(gòu)時變參數(shù)自完善控制，模型參考多變量最優(yōu)控制等基于現(xiàn)代控制理論的控制模型和控制方法也被提出并進(jìn)行了大量的理論研究，但由于水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是一個時變且存在隨機(jī)擾動而又相對快速的控制系統(tǒng)，目前，仍然廣泛采用PID控制規(guī)律。而常規(guī)PID控制系統(tǒng)需要精確

42、的數(shù)學(xué)模型,一般只適用于線性系統(tǒng)，常規(guī)的PID控制很難得讓其具有良好的動態(tài)品質(zhì)。在這里，我們采用了一種新型PID控制器基本型邏輯控制器,俗稱九點(diǎn)控制器,根據(jù)偏差與偏差變化率實(shí)際運(yùn)行狀況抽象成九個工況點(diǎn)（強(qiáng)加、稍加、弱加、微加、保持、微減、弱減、稍減、強(qiáng)減9種工況）,從而給出相應(yīng)的控制策略進(jìn)行有效的控制。其基本思想是控制器根據(jù)控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行模式特征,不斷地改變或調(diào)整控制決策,以便使控制器本身的控制規(guī)律適應(yīng)于控制系統(tǒng)的需要,獲得良好的響應(yīng)性能。由于這種控制器產(chǎn)生的控制作用只取決于被控對象的運(yùn)行工況,因而對相當(dāng)廣泛的被控對象具有適應(yīng)性。由于不同的工況點(diǎn)對應(yīng)不同控制策略,因此又具有適應(yīng)式變參數(shù)變結(jié)

43、構(gòu)非線性控制的特點(diǎn)?？刂扑惴ê唵?易于工程應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。對于穩(wěn)定的控制對象,能同時得到良好的靜態(tài)品質(zhì)和動態(tài)品質(zhì),即使對于不穩(wěn)定的被控對象也有鎮(zhèn)定調(diào)控作用。因此基本型邏輯控制器適合應(yīng)用于水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中來改善其特性。該型調(diào)速器具有頻率調(diào)節(jié)、開度調(diào)節(jié)和功率調(diào)節(jié)三種控制模式，根據(jù)需要可選擇不同的控制模式。這種切換，一是通過操作終端上的觸摸鍵或二次回路接點(diǎn)來完成，二是通過數(shù)字通信接口來完成。采用頻率調(diào)節(jié)模式時，又分為跟蹤頻給和跟蹤網(wǎng)頻方式。跟蹤網(wǎng)頻方式運(yùn)行時可實(shí)現(xiàn)機(jī)組頻率跟蹤電網(wǎng)頻率，這樣可以保證機(jī)組頻率與電網(wǎng)頻率相一致，便于并網(wǎng)。當(dāng)采用功率調(diào)節(jié)模式時，PI環(huán)節(jié)按功率偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組有功功率恒定。

44、這種方式運(yùn)行可以很容易實(shí)現(xiàn)全廠AGC（自動發(fā)電控制）。對于功率給定，它一方面作用于PI環(huán)節(jié)，另一方面通過開環(huán)控制直接作用于輸出，提高了功率增減速度。功率給定為數(shù)字量，適用于上位計算機(jī)給定。電氣開限環(huán)節(jié)是針對PID運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行限制，限制輸出不超過一定值。數(shù)字放大器將PLC輸出與接力器反饋采集量進(jìn)行比較放大后輸出。對接力器的控制采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，除接力器反饋外，還有一個電機(jī)反饋，以控制無油電轉(zhuǎn)精確定位，補(bǔ)償電機(jī)失步、反向間隙、各種機(jī)械誤差和磨損等。第三章 系統(tǒng)配置調(diào)速器系統(tǒng)由電氣和機(jī)械兩大部分組成。柜體結(jié)構(gòu)根據(jù)用戶要求可選用機(jī)械電氣分柜或機(jī)械電氣合柜結(jié)構(gòu)。3.1 電氣系統(tǒng)配置 硬件配置1柜體(1)

45、機(jī)電分柜： 尺寸：800×600×2300mm或800×600×2260mm 顏色：任選(2) 機(jī)電合柜： 尺寸：單調(diào)：750×600×1650mm 雙調(diào)：1200×800×1650mm 顏色：任選2電源系統(tǒng)（1）開關(guān)電源1：+24V專供繼電器及操作終端（2）開關(guān)電源2：+24V/+36V專供電機(jī)驅(qū)動（3）+15V電源供反饋用3面板部分 操作終端4控制部分（1）電源模塊（2）CPU模塊（3）輸入擴(kuò)展模塊（4）輸出擴(kuò)展模塊（5）AD模塊 （6）通訊模塊：（7）日本ROZE公司步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器（8）日本三洋公司步進(jìn)電機(jī)

46、軟件基本配置 (1) 并聯(lián)PID調(diào)節(jié)程序采用基本型邏輯控制器。 (2) 實(shí)時畫面顯示、記錄及監(jiān)控軟件。 (3) 實(shí)時故障診斷程序 (4) 雙調(diào)數(shù)字協(xié)聯(lián)子程序(5) 機(jī)組起停等操作子程序 功能增強(qiáng)軟件配置 (1) 與上位機(jī)通訊軟件(2) 功率控制閉環(huán)調(diào)節(jié)軟件 調(diào)試設(shè)備及軟件（不屬于調(diào)速器設(shè)備內(nèi)） (1) PC機(jī) (2) PLC軟件 (3) HG-II水輪機(jī)調(diào)速器特性綜合測試儀(4) 89C51單片機(jī)編程器 試驗設(shè)備（不屬于調(diào)速器設(shè)備內(nèi)）(1) HG-II水輪機(jī)調(diào)速器特性綜合測試儀（用于調(diào)速器靜、動態(tài)特性測試）。(2) PC機(jī)3.2 機(jī)械系統(tǒng)配置 (1) 步進(jìn)式無油電液轉(zhuǎn)換器（帶自動復(fù)中機(jī)構(gòu)） (

47、2) 主配壓閥活塞及閥體 機(jī)械手操及開限機(jī)構(gòu)（機(jī)構(gòu)系統(tǒng)有兩種結(jié)構(gòu)，一種有機(jī)械開限機(jī)構(gòu)，一種無機(jī)械開限機(jī)構(gòu)，可選）緊急停機(jī)電磁閥、雙連濾油器。第四章 主要技術(shù)數(shù)據(jù)及性能指標(biāo)4.1 主要技術(shù)數(shù)據(jù) 1測頻環(huán)節(jié) (1) 方式：殘壓測頻或齒盤測頻 (2) 輸入電壓：殘壓：0.2 V200V，齒盤：24V脈沖信號 (3) 脈沖調(diào)制時間：120ms (4) 測試范圍：5100Hz 2調(diào)節(jié)參數(shù)整定范圍 永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)： bp=010% (分辨率1%) 暫態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)： bt =0200% (分辨率1%) 緩沖時間常數(shù)： Td=120秒 (分辨率1秒) 加速度時間常數(shù)：Tn=03秒 (分辨率0.1秒) 3控制參數(shù)范

48、圍 開度給定 PG=0100% (分辨率1%) 頻率給定 FG=4555Hz (分辨率0.01Hz) 人工失靈區(qū)寬度 E=0±0.5Hz (分辨率0.01Hz) 功率死區(qū) Ep=05%PN 開度限制 L=0100% (分辨率1%) 功率給定 P=0120% PN4 PLC運(yùn)算速度S/指令5 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)(1) 步進(jìn)電機(jī)型號及生產(chǎn)廠家：步進(jìn)電機(jī)型號：103H8222-0441生產(chǎn)廠家：日本三洋公司(2) 二相步進(jìn)電機(jī)： 2A/相·M 6電源 (1) 廠用交流電源： 50Hz，220V±15%，<550伏安(2) 廠用直流電源： 220V（或110V）±

49、;15%，<520瓦4.2 主要性能指標(biāo) 1調(diào)速器死區(qū)： <(0.020.04)% 2甩大于25%額定負(fù)荷不動時間：0.2秒。 3空載自動運(yùn)行頻率擺動： <±0.15%4其它指標(biāo)滿足和優(yōu)于GB9652-1997國家標(biāo)準(zhǔn)。第五章 硬件構(gòu)成PLC微機(jī)調(diào)速器的標(biāo)準(zhǔn)硬件構(gòu)成為：根據(jù)用戶的要求，特殊情況可增/減一些模塊。也可選其它型號的進(jìn)口PLC，如：三菱FX2N、A或Q系列PLC，OMRON PLC、GE PLC等。5.1 PLC簡介具有如下優(yōu)點(diǎn)：最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程序執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通訊功能、適合全世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，可以為工

50、廠自動化提供最大的靈活性和控制能力。1靈活的配置處理器模塊管理包括開關(guān)量I/O模塊,模擬量I/O模塊和特殊應(yīng)用模塊的整個PLC站,這些模塊可分布在BusX總線上的一個或多個機(jī)架上。每個處理器模塊集成有：.一個盒裝內(nèi)部RAM，可容納整個應(yīng)用程序，并可由存貯卡擴(kuò)展（RAM或flashEPROM）,.一個內(nèi)部實(shí)時時鐘.各種通迅模式:通過終端端口的通訊2個終端端口(TER和AUX)可同時連接兩個設(shè)備(一般為一個編程終端和一個人機(jī)接口終端)。應(yīng)用程序使用Windows下的軟件編制，它提供：四種編程語言：梯形圖，結(jié)構(gòu)化文本及語句表方式多任務(wù)軟件結(jié)構(gòu)：主任務(wù)，快速任務(wù)及事件處理，運(yùn)行程序的修改5.2 操作終

51、端操作終端選用工業(yè)平板PC機(jī)。操作終端作為人機(jī)界面的操作、顯示、參數(shù)設(shè)置、試驗等功能，與上位機(jī)的通訊也可由操作終端實(shí)現(xiàn)。 5.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊選用日本ROZE公司生產(chǎn)的高質(zhì)量的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊RD323MS，內(nèi)裝振蕩器實(shí)現(xiàn)細(xì)分步驅(qū)動，為保護(hù)細(xì)分步運(yùn)行，可從低速到高速驅(qū)動，3A/相高輸出、高頻率，采用鋁鎂合金外殼，抗干擾，散熱好。采用自動電流降電路。其性能見下表：性能型號RD323MS電源電壓DC18V40V（絕對最大額定電流40V）電源電流相當(dāng)額定電流1.2倍（最大）勵磁電流/相驅(qū)動方式特殊單極恒流斬波電路細(xì)分?jǐn)?shù)將基本步180細(xì)分設(shè)定可能的分割數(shù)（14種類）64、32、16

52、、8、4、2、180、60、20、10、550、25自動降電流停止脈沖輸入后0.3秒由CURRENT STOP旋鈕設(shè)定將電流變?yōu)閯幼鲿r電流的080%響應(yīng)頻率600KppsMAX(SPEED輸入=5V時)保護(hù)電路電流電壓低下保護(hù)、電機(jī)誤接保護(hù)、過熱保護(hù)外形尺寸63(M)×105(W)×56(D)mm重量250g步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器用于驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，其電源為直流24V。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器電源可通過切手動繼電器切除或投入。通過驅(qū)動器面板旋鈕可調(diào)整電機(jī)速度、啟動時間、運(yùn)行電流、停止電流、細(xì)分?jǐn)?shù)和驅(qū)動電流等級等。請見接線圖、外形尺寸圖、電路圖。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器可分高速和低速兩檔，當(dāng)SPEED端子

53、與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器電源地短接，步進(jìn)電機(jī)以低速運(yùn)行，否則以高速運(yùn)行，高速運(yùn)行速度由輸入到SPEED端的電壓確定，其電壓在05V范圍內(nèi)變化時，旋轉(zhuǎn)頻率可以在LOW SPEED至HIGH SPEED設(shè)定的頻率內(nèi)變化。步進(jìn)電機(jī)啟/停是通過驅(qū)動器STOP/START控制信號控制，當(dāng)STOP/START控制信號為低電平時步進(jìn)電機(jī)啟動，否則步進(jìn)電機(jī)停止。步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)是通過驅(qū)動器CW/CCW控制信號控制，當(dāng)CW/CCW控制信號為低電平時步進(jìn)電機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)，否則步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。GROW OUT輸出端口：步進(jìn)電機(jī)從停止到HIGH SPEED設(shè)定轉(zhuǎn)速的加速過程中，本信號輸出低電平，因此，利用GROW OUT輸出低

54、電平時的脈沖數(shù)，可以計算出減速時間。CLOCK OUT輸出端口：時鐘脈沖輸出端。驅(qū)動器本身可通過DIP開關(guān)選擇在電機(jī)基本步距角脈沖。ALARM輸出端口：驅(qū)動器在約70時過熱保護(hù)電路啟動，ALARM輸出變低電平，同時電機(jī)停轉(zhuǎn)，驅(qū)動器自動電流抑制電路啟動，PLC切除驅(qū)動器電源。ALARM LED：過熱保護(hù)電路工作時燈亮，并輸出報警信號。電壓低下保護(hù)電路：電源電壓約17V以下時勵磁電流OFF。驅(qū)動器輸出到步進(jìn)電機(jī)的控制線為A,/A,B,/B,CA,CB六根線，其中A,/A,CA是步進(jìn)電機(jī)A相線圈，B,/B,CB是步進(jìn)電機(jī)B相線圈。這里所用步進(jìn)電機(jī)為兩相步進(jìn)電機(jī)，每相電流為2A。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器有五個調(diào)

55、整電位器和一組撥碼開關(guān)可用于驅(qū)動器的調(diào)整。五個調(diào)整電位器分別如下：（1） 低速調(diào)整電位器LOW SPEED：用于調(diào)整步進(jìn)電機(jī)低速時的轉(zhuǎn)速。（2） 高速調(diào)整電位器HIGH SPEED：用于調(diào)整步進(jìn)電機(jī)高速時的轉(zhuǎn)速。（3） 加速時間調(diào)整電位器GROW TIME：此電位器用于調(diào)整轉(zhuǎn)速上升時間。（4） 運(yùn)行電流調(diào)整電位器RUN CURRENT：用于調(diào)整步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時的電流。（5） 停止電流調(diào)整電位器STOP CURRENT：用于調(diào)整步進(jìn)電機(jī)停止時的電流。撥碼開關(guān)設(shè)置：（1） 細(xì)分?jǐn)?shù)輸出脈沖切換（DIVISION）開關(guān)：D1,D2,D3,D4,D5。步進(jìn)電機(jī)每步細(xì)分?jǐn)?shù)可設(shè)為：1,5,25,50,64,8

56、0。設(shè)置表格如下：開關(guān)細(xì)分?jǐn)?shù)5801642550D1000010D2111000D3101011D4001100D5110000（2） 勵磁電流設(shè)置開關(guān)：步進(jìn)電機(jī)每相電流可設(shè)置為3A和。開關(guān)設(shè)為“0”時選擇3A，設(shè)為“1”時選擇。5.4 步進(jìn)電機(jī)的選用 步進(jìn)電機(jī)選用日本三洋公司生產(chǎn)的二相步進(jìn)電機(jī)103H8222-0441，其具體特性如下表：項目說明絕緣介質(zhì)強(qiáng)度1000VAC絕緣電阻100M（500VDC）絕緣等級B級允許的徑向負(fù)載220N允許的軸向負(fù)載60N基本步進(jìn)角o電壓每相電流2A/相每相電阻/相感抗相保持力矩·M（50kg·cm）轉(zhuǎn)動慣量2.9 10-4kg·

57、;m2質(zhì)量 步進(jìn)電機(jī)103H8222頻率-轉(zhuǎn)矩特性和尺寸如下圖： 步進(jìn)電機(jī)103H8222頻率-轉(zhuǎn)矩特性:步進(jìn)電機(jī)103H8222尺寸(mm):55 測頻模塊 頻率測量的原理測頻環(huán)節(jié)原理圖如圖所示，測頻環(huán)節(jié)采用先進(jìn)的數(shù)字式脈沖測頻方式。取至發(fā)電機(jī)出口PT的機(jī)頻信號以及取至電網(wǎng)PT的網(wǎng)頻信號，經(jīng)隔離、整形成同頻率的方波信號后，直接送至單片機(jī)的引腳，由單片機(jī)紀(jì)錄兩個上升沿之間經(jīng)過的基準(zhǔn)脈沖個數(shù)，即可測得方波信號的周期，從而得到頻率。由以上頻率測量的原理可知：數(shù)字式脈沖測頻方式的精度取決于基準(zhǔn)脈沖的頻率，基準(zhǔn)脈沖的頻率越高，對同一頻率測的數(shù)據(jù)精度就越高。 頻率測量環(huán)節(jié)特點(diǎn)：、數(shù)據(jù)方式獨(dú)特：將PLC應(yīng)

58、用于水輪機(jī)調(diào)速器以來，一直由于PLC的高速計數(shù)模塊最高計數(shù)頻率僅能記到500K，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器對測頻精度（>750K）的要求。如何完成PLC對頻率信號的測量，一直是困擾著國內(nèi)以PLC作為調(diào)節(jié)器的生產(chǎn)廠家。少部分廠家犧牲了測量精度，以PLC的高速計數(shù)器進(jìn)行本體頻率測量；大多則采用一個單片機(jī)完成機(jī)、網(wǎng)頻的測量，再將二者的差值，以16Bit帶符號數(shù)據(jù)的形式，通過一個16點(diǎn)的I/O輸入模塊，送入PLC總線。這種測量方式存在以下問題增加了系統(tǒng)環(huán)節(jié)，降低了可靠性。由于單片機(jī)測頻模塊與PLC的16點(diǎn)I/O輸入模塊各自工作于不同的時序，16Bit的差值數(shù)據(jù)在傳送時，容易出現(xiàn)時序配合不對，導(dǎo)

59、致PLC讀入錯誤的值，引入了人為干擾信號。PLC讀入的是機(jī)、網(wǎng)頻的差值信號，而不是機(jī)、網(wǎng)頻的單獨(dú)準(zhǔn)確值，在空載狀態(tài)下，PLC無法準(zhǔn)確的測得系統(tǒng)的頻率，也就無法應(yīng)用彩色觸摸屏方式顯示準(zhǔn)確的系統(tǒng)頻率。我公司采用總線方式，直接將數(shù)據(jù)通過總線送至PLC，徹底解決了長期困擾可編程調(diào)速器的關(guān)鍵點(diǎn)。、測量精度高：基準(zhǔn)脈沖由單片機(jī)晶振產(chǎn)生，基準(zhǔn)脈沖為6MHz，對于50Hz的頻率信號測量精度為1/120000。遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，這是任何一種PLC利用高速計數(shù)方式實(shí)現(xiàn)本體測頻達(dá)不到的。、集成度高、抗干擾性能力強(qiáng)：該單片機(jī)采用超大規(guī)模的CHMOS工藝制造，內(nèi)部集成WatchDog，抗干擾性能極強(qiáng)；且內(nèi)部集成了Fl

60、ash Ram，進(jìn)一步減少了外部硬件構(gòu)成，增強(qiáng)了可靠性和抗干擾能力，并具有“軟升級”能力。、運(yùn)算速度快：測頻環(huán)節(jié)采用最新型高檔單片機(jī)，集成了時鐘倍頻電路，是同類型單片機(jī)中運(yùn)算速度最快的單片機(jī)。5.6 電源系統(tǒng)BW(S)T-PLC調(diào)速器的PLC控制端元采用的是AC220V作為外部輸入工作電源。其內(nèi)部工作電壓為24VDC/5VDC。BW(S)T-PLC調(diào)速器系統(tǒng)除了PLC工作電源外，還設(shè)計了+24V/+36V、+15V外部電源。外部電源選用臺灣明緯開關(guān)電源，采用交、直流同時輸入。每組電源內(nèi)部工作原理相同。僅只是輸出電壓不同，原理框圖如下：+24V/+36V：供驅(qū)動模塊和外部繼電器、操作終端和機(jī)械柜

61、上的指示燈用+15V：供接力器反饋、電機(jī)反饋、表頭調(diào)整板用l 交流輸入電壓/頻率：190260VAC/4763HZl 效率：典型值70%（滿載時）l 安全標(biāo)準(zhǔn)：滿足（A）UL478（B）VDE0871B級l 過電流保護(hù)：所有輸出端均有短路保護(hù)和過流保護(hù)。l 絕緣測試：輸入端與地之間，輸入端與輸出端之間l 絕緣電阻：30M歐l 工作環(huán)境溫度：050攝氏度l 直流輸入電壓：DC220V±10%l 交流輸入電壓：AC220V±10%l 交直流電源互為備用第六章 軟件編程說明6.1 主程序流程框圖整個控制程序包括許多程序模塊，每個程序模塊又由相應(yīng)的程序組成。1上電或復(fù)位程序：（1）設(shè)置標(biāo)志單元（D和M）；（2）PLC模塊初始值；（