1）以 PLC 為基礎(chǔ)，設(shè)計和實現(xiàn)溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)，要求：

a.   電機轉(zhuǎn)速可調(diào)，0-1500RPM；

b.   轉(zhuǎn)速超調(diào)量 < 100RPM；

c.   穩(wěn)態(tài)誤差 < 50RPM；

d.   有人機交互；

1） 控制對象三相鼠籠異步電機由變頻器完成啟動、停止以及變速控制。

2） PLC 控制 DA 模塊，以電壓形式的模擬量輸出控制變頻器，變頻器根據(jù)電壓的改變輸出相應(yīng)頻率控制電機調(diào)速。

3）使用旋轉(zhuǎn)編碼器反饋速度。

4） 觸摸屏顯示采用 RS232 通信方式和 PLC 連接。在整個閉環(huán)控制中， 利用旋轉(zhuǎn)編碼器采集電機的脈沖信號，并送到 PLC 的高速計數(shù)口。以速度信號數(shù)據(jù)為輸入量， 進行比例積分（ PI） 控制算法，運算結(jié)果經(jīng)過轉(zhuǎn)化之后作為 PLC 輸出信號以控制DA 模塊， 進而控制變頻器。

PLC 控制 DA 模塊（ CH1 通道） 以電壓模式輸出控制變頻器的頻率輸出，進而控制電機轉(zhuǎn)速。 觸摸屏下達目標轉(zhuǎn)速， 設(shè)置參數(shù)以及顯示轉(zhuǎn)速， 編碼器用于測速反饋。

PLC 控制 DA 模塊以電壓輸出控制變頻器的頻率輸出，進而控制電機轉(zhuǎn)速。觸摸屏下達目標轉(zhuǎn)速， 設(shè)置參數(shù)以及顯示轉(zhuǎn)速， 編碼器用于測速反饋。

本系統(tǒng)以 Delta DVP28 為主控制器， 通過威綸觸摸屏來設(shè)置目標轉(zhuǎn)速及

PID 等參數(shù)， 數(shù)字量由 DA 模塊轉(zhuǎn)變?yōu)槟�擬量傳遞給變頻器。變頻器以頻率形式輸出給三相鼠籠式電機，電機轉(zhuǎn)速由旋轉(zhuǎn)編碼器測得并反饋給PLC，構(gòu)成穩(wěn)定的交流電機變頻閉環(huán) PID 調(diào)速。

可編程控制器是一種工業(yè)控制計算機， 是繼續(xù)計算機、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動裝置。其特點是： 靈活性、通用性強、可靠性高, 抗干擾能力強、編程簡單,使用方便、功能強大, 可擴展。

本次設(shè)計采用臺達 DVP系列 PLC， 型號（ DVP28SV11T） 。臺達 SV 系列 PLC 介紹：

優(yōu)異的運算功能； 高容量的程序規(guī)劃空間;最新左側(cè)高速功能擴展界面； 線形/圓弧插補運動控制功能

主機點數(shù): 28 點    型號： DVP28SV 11T     I/O 點： 16 入/12 出

最 大 I/O 點 數(shù) :512 點        內(nèi) 存 容 量 :16K Steps    指令 執(zhí) 行 速 度 ：

0.24 us( 基本指令)

通訊接口:內(nèi)置 RS-232 與 RS-485, 相容 MODBUS ASCII/RTU 通訊協(xié)議資料存儲器:10, 000 字節(jié)                 檔案存儲器: 10,000 字節(jié)該系列應(yīng)用：

（ 1） 支持 2 組（ Y0 ， Y1 ）（ Y2 ， Y3 ） AB 相脈沖訊號輸出功能， 最高可達到 200Khz。

支持 2 點（ Y4 ， Y6 ） 高速脈沖輸出功能， 最高可達到 200Khz。

（ 2） 優(yōu)異的運算能力： CPU+ ASIC 雙處理器， 支持浮點運算。

（ 3） 左側(cè)高速功能擴展界面

采用并行式數(shù)據(jù)傳輸總線， 大幅提升數(shù)據(jù)交換效率， 達到即時控制要求。特殊功能擴展模塊：模擬量輸入輸出：入（ DVP04AD-SL） 出（ DVP04DA-SL）

入/ 出（ DVP06XA-SL） ； 溫度測量： PT100 ： DVP04PT-SL； J/K/ R/S/T 熱電偶：DVP04TC-SL ； 單 軸 運 動 控 制 ： DVP01PU-SL ； DeviceNet   Slave 模 塊 ： DVPDNET 01- SL； 數(shù)據(jù)機： DVPMDM- SL； 以太網(wǎng)絡(luò)模塊： DVPEN01-SL。

（4） 內(nèi)置 4組硬件高速計數(shù)器，

1） ： 1 相 1： 組數(shù)（ 6） 頻寬（ 10Khz） （ 一般型）

2） ： 1 相 1： 組數(shù)（ 2/2 ） 頻寬（ 200khz/ 20Khz）

3） ： 1 相 2： 組數(shù)（ 2/2 ） 頻寬（ 200khz/ 20Khz）

4） ： 2 相 2： 組數(shù)（ 2/2 ） 頻寬（ 200khz/ 20Khz）

變頻器(Variable- frequency Drive ，VFD)是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)， 通過改變電機工作電源的頻率來控制交流電動機的電力控制設(shè)備。變頻器的用途： 通過改變電源的頻率來達到改變電源電壓的目的， 根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓， 進而達到節(jié)能、 調(diào)速的目的。 在調(diào)速系統(tǒng)中變頻器的優(yōu)點是：

一、調(diào)速平滑、調(diào)速范圍大。

二、 調(diào)速精度高。 電動機在自然特性上運轉(zhuǎn)時的外特性硬， 轉(zhuǎn)速隨負載變化小。

三、 動態(tài)品質(zhì)好。 可使提升機的起動、 制動、 反轉(zhuǎn)和調(diào)速過程的時間降至最少， 具有良好的動態(tài)品質(zhì)。

四、 易實現(xiàn)電動機的換向。 當(dāng)頻率降低至零后即可反向開車， 采用控制器改變相序即可實現(xiàn)反轉(zhuǎn)， 因此可在四象限內(nèi)平滑的過渡。

五、節(jié)電效果顯著。

霍爾器件作為一種轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的傳感器，它有結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量輕、壽命長、安裝方便等優(yōu)點，因此選用霍爾傳感器檢測脈沖信號，其基本的測量原理如圖 2-6 所示， 當(dāng)電機轉(zhuǎn)動時，帶動傳感器運動，產(chǎn)生對應(yīng)頻率的脈沖信號，經(jīng)過信號處理后輸出到計數(shù)器或其他的脈沖計數(shù)裝置，進行轉(zhuǎn)速的測量。

光電編碼器的主要工作原理為光電轉(zhuǎn)換，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換為脈沖或數(shù)字量的傳感器。光電編碼器主要由光柵盤和光電檢測裝置構(gòu)成，在伺

比較：霍爾傳感器需要根據(jù)電機位置選擇安裝位置，需要根據(jù)磁場變化來測速無法判斷旋轉(zhuǎn)方向；光電編碼器可以進行軸向聯(lián)的方式，進行脈沖計數(shù)，同時根據(jù)相位差變化來實現(xiàn)方向判斷，所以選擇光電旋轉(zhuǎn)編碼器作為測速元件。

PLC 外部端子說明：

X0 ： 高速計數(shù)通道 1

X1 ： 高速技術(shù)通道 2

本控制系統(tǒng)采用程序中斷型高速計數(shù)器進行轉(zhuǎn)速反饋：高速計數(shù)器允許輸入頻率高， 應(yīng)用靈活， 高速計數(shù)器均有斷電保持功能， 通過參數(shù)設(shè)定也可變成非斷電保持。DVP 系列有 C235 ～ C255 共 13 點高速計數(shù)器。適合用來做為高速計數(shù)器輸入的 PLC 輸入端口有 X0 ～ X3 。X0 ～ X3 不能重復(fù)使用， 即某一個輸入端已被某個高速計數(shù)器占用， 它就不能再用于其它高速計數(shù)器， 也不能用做它用。各高速計數(shù)器對應(yīng)的輸入端如圖所示。

高速計數(shù)器可分為三類：

（ 1） 單相單計數(shù)輸入高速計數(shù)器（ C235 ～ C244 ） 其觸點動作與 32 位增/ 減計數(shù)器相同，可進行增或減計數(shù)（ 取決于 M8235 ～ M8245 的狀態(tài)） 。

（ 2） 單相雙計數(shù)輸入高速計數(shù)器（ C246 ～ C250 ） 這類高速計數(shù)器具有二個輸入端，一個為增計數(shù)輸入端，另一個為減計數(shù)輸入端。利用 M8246 ～ M8250 的ON/OFF 動作可監(jiān)控 C246 ～ C249 的增記數(shù)/ 減計數(shù)動作。

（ 3 ） 雙相高速計數(shù)器（C251 ～ C254 ） A 相和 B相信號決定計數(shù)器是增計數(shù)還是減計數(shù)。當(dāng) A 相為 ON 時，B相由 OFF 到 ON，則為增計數(shù)；當(dāng) A 相為 ON 時， 若 B相由 ON 到 OFF， 則為減計數(shù)。

注意： 高速計數(shù)器的計數(shù)頻率較高， 它們的輸入信號的頻率受二方面的限制。

一是全部高速計數(shù)器的處理時間。 因它們采用中斷方式，所以計數(shù)器用的越少， 則可計數(shù)頻率就越高； 二是輸入端的響應(yīng)速度， 其中 X0 、X2 、X3 最高頻率為 10KHZ， X1 最高頻率為 7KHZ。

測速原理： 旋轉(zhuǎn)編碼器是一種光電旋轉(zhuǎn)測量裝置， 它直接將測量的角位移轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號（ 高速脈沖信號） 。 因此， 旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出脈沖信號可直接輸入PLC ，脈沖信號由 PLC 的高速計數(shù)器計數(shù)，并使用 PLC 獲得測量結(jié)果。測速編碼器一般與軸相聯(lián), 測速編碼器的脈沖量是固定的, 在軸旋轉(zhuǎn)的時候, 測速編碼器就會輸出脈沖,PLC或計數(shù)器收到脈沖, 根據(jù)軸轉(zhuǎn)的速度不同時, 在單位時間內(nèi)收到的脈沖總量是不一樣的, 速度就表現(xiàn)在這里了, 根據(jù)脈沖量與實際轉(zhuǎn)的長度就可以算了真實的速度。

2ms 讀取一次脈沖個數(shù)，C235 高速計數(shù)器讀取得到的脈沖數(shù)除以（ 2*100 ） 放入 D200 中設(shè)為0.1s 脈沖個數(shù)（ r/ 0.1 s） ， 因為無法判斷脈沖正負，所以做取絕對值處理， 將 0. 1s 脈沖個數(shù)乘（ 6*100 ） 即為每分鐘轉(zhuǎn)速。編碼器轉(zhuǎn)一圈 100 個脈沖， 600 個 0.1ms 為 1min， 100 與 600 抵消為 1/6 ， 所以程序里設(shè)為最簡數(shù)處理。

PID 控制部分

設(shè)置參數(shù)進行 PID 調(diào)節(jié)， 程序編制地址， 變頻器上對照修改相應(yīng)地址參數(shù)，方便進行現(xiàn)場調(diào)試， 具備靈活性， 若程序固定設(shè)置參數(shù)， 缺乏靈活性， 調(diào)整起來比較麻煩。

必須設(shè)置上下限值， 否則無法正常輸出 PID 運算結(jié)果， 電機無法運轉(zhuǎn)。

核心算法： 經(jīng)過 PI 算法計算所得到的D100 為實際輸出多少 r， k28 為電機額定轉(zhuǎn)速除以50 HZ 所得數(shù)據(jù)（r/hz） ， D100 與 k28 相除得實際頻率值 f，查閱臺達 DA 模塊相應(yīng)手冊， 根據(jù)實際計算得到相應(yīng)模擬量值，賦給 D150 輸出控制。

HMI是 Human Machine Interface 的縮寫， “ 人機接口” ， 也叫人機界面。 人機界面是系統(tǒng)和用戶之間進行交互和信息交換的媒介， 它實現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。凡參與人機信息交流的領(lǐng)域都存在著人機界面。 人機界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成， 硬件部分包括處理器、 顯示單元、 輸入單元、 通訊接口、 數(shù)據(jù)存儲單元等， 其中處理器的性能決定了HMI 產(chǎn)品的性能高低， 是 HMI 的核心單元。 根據(jù) HMI 的產(chǎn)品等級不同，處理器可分別選用 8 位、16 位、32 位的處理器。HMI 軟件一般分為兩部分，即運行于 HMI 硬件中的系統(tǒng)軟件和運行于 PC 機 Windows 操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件（ 本次設(shè)計用的是 WinCC flexible） 。使用者都必須先使用HMI 的畫面組態(tài)軟件制作“ 工程文件” ， 再通過 PC 機和 HMI 產(chǎn)品的串行通訊口， 把編制好的“ 工程文件” 下載到 HMI 的處理器中運行。本次設(shè)計采用的是威綸通MT6071IE 觸摸屏。

觸摸屏組態(tài)界面：

（ 1） 先進行 PLC 與變頻器和電機的外部連接。

（ 2 ） 利用變頻器 LED鍵盤顯示單元， 用 RUN 、 STOP 鍵進行電機的啟動和停止。再利用變頻器控制端子的方法，用控制端子 FWD 、REV 、COM 兩線式控制電機的啟停。

（ 3 ） 通過 PLC 的 DA 模塊， 編寫相應(yīng)代碼選擇模式與輸出通道，觸摸屏上改變模擬量的值實現(xiàn)電機調(diào)速的開環(huán)控制。

（ 4） 編寫代碼測試旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖計數(shù)， 并進行相應(yīng)計算轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速，在觸摸屏端顯示轉(zhuǎn)速。

（ 5） 觸摸屏界面設(shè)計， 設(shè)置界面轉(zhuǎn)換以及地址加入。

（ 6 ） PID 程序編寫，觸摸屏端設(shè)置 PID 參數(shù)， 及上下限與積分上下限等參數(shù)進行調(diào)試。

圖 6觸摸屏現(xiàn)場設(shè)置圖設(shè)置上下限參數(shù)及 PID 參數(shù)進行穩(wěn)速控制。

D460 : 設(shè)定目標轉(zhuǎn)速D124 ：r/hz

D150 :PID 計算后輸出的模擬量

D200 :0. 1s 脈沖個數(shù)用于計算1 分鐘轉(zhuǎn)的圈數(shù)D204 :r/ min

D424 : 實際頻率

D480   PID 的取樣時間D481       PID 的比例增益D482       PID 的積分增益D483       PID 的微分增益

D484   運動方向（ 未動）

D485   偏差（ 未動）

D487   輸出上限

D489   輸出下限

D491   積分上限

D493   積分下限

編碼器實際測速， 取樣時間的設(shè)置與實際轉(zhuǎn)速存在滯后性， 電機轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)誤差仍需調(diào)節(jié) PID 參數(shù)，存在較大的誤差也與編碼器未有效固定有關(guān)聯(lián)， 存在波動也與三相電不穩(wěn)定，以及聯(lián)軸器與編碼器軸固定過緊存在摩擦有一定關(guān)系。