基于PLC直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

沈偉

摘 要：本文從工程實(shí)踐出發(fā)，采用西門子S7-200可編程序控制器，設(shè)計(jì)了直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，對(duì)PLC進(jìn)行了I/O點(diǎn)的分配，同時(shí)設(shè)計(jì)了PLC的外部接線圖，并編寫了控制直流電機(jī)的PLC程序。

關(guān)鍵詞：直流電機(jī)；可編程控制器

引言：直流電機(jī)在電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中占有重要的地位，因?yàn)樗恼{(diào)速性能較好，不但調(diào)速方便，而且在磁場條件符合的情況下，電樞電壓和轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)矩更易于被控制；起動(dòng)性能較好，可以比較平滑調(diào)節(jié)速度。具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)特性。在挖掘機(jī)、軋鋼機(jī)礦井卷機(jī)、造紙機(jī)和高層電梯等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

一、直流電機(jī)調(diào)速的基本原理

直流電機(jī)可以分為三種，分別為串勵(lì)直流電機(jī)，并勵(lì)直流電機(jī)，他勵(lì)直流電機(jī)。本文針對(duì)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)有電流I流過電樞，將會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動(dòng)，由于轉(zhuǎn)子在磁場中處于通電狀態(tài)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。線圈進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的過程，當(dāng)線圈處于該位置的時(shí)候，再轉(zhuǎn)動(dòng)180度，處于這兩個(gè)狀態(tài)的感應(yīng)電動(dòng)勢是相反的。利用換向片使得輸入電流的方向不變。載流導(dǎo)體在磁場中將會(huì)受到力的作用，若磁場與載流導(dǎo)體互相垂直，作用在導(dǎo)體上的電磁力大小為：F=B·l·I

氣動(dòng)機(jī)械手工作壓力為0.6MPa，最高壓力可達(dá)1Mpa。機(jī)械手具有二個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自由度，用于將原工作臺(tái)上的物品搬到其左側(cè)工作臺(tái)上。整個(gè)機(jī)械手在工作中能實(shí)現(xiàn)上升/下降、左旋轉(zhuǎn)/右旋轉(zhuǎn)、夾緊/放松功能。機(jī)械手的工作流程如圖2所示。

二、他勵(lì)直流電機(jī)的調(diào)速特性

直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n和其他參量的關(guān)系可表示為：n=■

式中 Ua——電樞供電電壓（V）；

Ia ——電樞電流（A）；

Ф——?jiǎng)?lì)磁磁通（Wb）；

Ra——電樞回路總電阻（Ω）

由上面的公式可得他勵(lì)直流電機(jī)的調(diào)速方式有以下3種：

1. 改變電樞電路串接電阻

2. 改變電動(dòng)機(jī)主磁通

3. 改變電動(dòng)機(jī)電樞供電電壓

本文采用第三種調(diào)速方式。電源電壓作連續(xù)變化時(shí)，轉(zhuǎn)速可以平滑地進(jìn)行無級(jí)調(diào)節(jié)，只能在額定轉(zhuǎn)速以下調(diào)速；速度可調(diào)范圍較大，適合于轉(zhuǎn)矩不變的場合進(jìn)行調(diào)速。

三、直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

I/O分配表。當(dāng)有正轉(zhuǎn)信號(hào)I0.0時(shí)，直流電機(jī)開始以初始終速度轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)可以對(duì)直流電機(jī)的速度進(jìn)行重新選擇設(shè)定，通過手動(dòng)對(duì)觸摸屏輸入新的速度值，并確定。直流電機(jī)轉(zhuǎn)速立即改變?yōu)轭A(yù)置值。當(dāng)正轉(zhuǎn)信號(hào)I0.0或直流電機(jī)處于停車狀態(tài)時(shí)，按下反轉(zhuǎn)按鈕，直流電機(jī)以初始速度進(jìn)行反轉(zhuǎn)。不管電機(jī)在何種狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)按下急停按鈕時(shí)，電機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，確保當(dāng)危險(xiǎn)情況出現(xiàn)的時(shí)候，電機(jī)能及時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，避免危險(xiǎn)情況的發(fā)生，對(duì)機(jī)器造成損壞或者造成人員的傷亡。

四、程序的設(shè)計(jì)及其調(diào)試

調(diào)試過程中，糾正了之前對(duì)編碼器接線的誤解。接線部分相對(duì)還是比較順利的，通過這次接線加深了對(duì)NPN型和PNP型編碼器接線的認(rèn)識(shí)。接完線之后對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試的過程中，發(fā)現(xiàn)做程序的時(shí)候沒考慮直流電機(jī)帶有減速器，而且編碼器不是直接安裝在直流電機(jī)上，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)選的直流電機(jī)不是雙出軸的直流電機(jī)，這樣做反饋信號(hào)矯正的程序必須考慮該傳動(dòng)比，后期對(duì)程序進(jìn)行的修改。最終調(diào)試成功。利用組態(tài)王軟件可以在組態(tài)頁面直接顯示工作時(shí)間，直觀顯示直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以實(shí)現(xiàn)異地控制。

可以做啟動(dòng)與停止的切換，在設(shè)置按鈕按下后進(jìn)行的命令語言，當(dāng)＼＼本站點(diǎn)＼啟動(dòng)==1時(shí)，點(diǎn)擊被設(shè)置的對(duì)象，＼＼本站點(diǎn)＼停止=1。對(duì)應(yīng)本設(shè)計(jì)中PLC中的編程語言，和組態(tài)王中數(shù)據(jù)詞典設(shè)置的變量，即當(dāng)PLC程序啟動(dòng)運(yùn)行的時(shí)候，按下被設(shè)置對(duì)象，PLC停止運(yùn)行程序；當(dāng)＼＼本站點(diǎn)＼啟動(dòng)==0時(shí)，點(diǎn)擊被設(shè)置的對(duì)象，＼＼本站點(diǎn)＼啟動(dòng)=1。對(duì)應(yīng)本設(shè)計(jì)中PLC中的編程語言，和組態(tài)王中數(shù)據(jù)詞典設(shè)置的變量，即當(dāng)PLC程序停止運(yùn)行的時(shí)候，且PLC處于開機(jī)上電狀態(tài)，按下被設(shè)置對(duì)象，PLC啟動(dòng)運(yùn)行程序。

五、結(jié)束語

利用組態(tài)王軟件組態(tài)可以做簡單的人機(jī)界面，而且與PLC進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)PLC的實(shí)時(shí)控制和對(duì)PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過組態(tài)王軟件可以自己編輯動(dòng)畫，形象地反饋系統(tǒng)的運(yùn)行情況，在遠(yuǎn)程操作的過程中，使操作者能進(jìn)一步理解整套工序的進(jìn)行。組態(tài)王軟件特別適合于按鈕較多的場合，可以代替大部分按鈕，這樣不僅可以節(jié)省成本，還可以節(jié)省大量接線，使得設(shè)備更加簡潔。

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