基于PLC的PWM直流开环调速.doc

一、工程训练目的和内容（一）工程训练的目的工程训练是对学生进行工程基本训练的重要环节培养学生的工程实践能力。通过现场观察、分析、实验和应用常用电器、电子元件、电子仪器培养学生正确选择和使用电子器件及仪器的能力。电路板的焊接和调试培养学生实际动手能力。通过一个实际系统的工程设计、实现与调试培养学生工程设计和工程实践能力。总之工程训练的重点是工程设计、选型、操作、调试及其工程总结培养学生综合应用所学知识去解决工程和实际问题的能力。（二）工程训练的内容熟悉实验陈列的常用电器、电子元件的外型、型号、结构、参数、特点、工作原理、用途正确选用合适元件。根据给出的电路印刷板要求推断出其电路原理图并分析其工作原理同时训练焊接技术要求原理图正确原理分析透彻焊接符合要求。完成一个实际系统的工程设计、实验与调试。用Protel99se绘制出系统原理图。分析说明系统的工作原理和各单元的工作原理。主要参数计算及元器件的选型列出元器件清单表。完成系统的组装与调试分析系统的性能。二、工程训练选题以及设计分析（一）工程训练选题本次工程训练为了能够有效提高自己的系统分析设计能力动手能力调试能力自动化技术综合应用能力并且为了接下来的运动控制的学习打下一定的基础我们小组一致决定选择基于PLC的直流PWM开环调速系统。选题要求及一些参数如下：原始参数：电机功率1.5kW；额定电压：220VDC；额定电流：8.7A；额定转速：1500rpm；额定励磁电压：220VDC；根据参数算出PWM的最大占空比；设计系统主要回路选定器件的参数；根据要求设计控制回路选定控制器件和PLC型号等；根据要求设计系统软件实现电机的开环调速；硬件软件中必须有响应的电路保护措施；联系实验室进行系统调试；实验室调试及结果分析总结。考虑到是开环调速无须我们进行测速反馈甚至双闭环反馈。可以说难度非常适合即将开始大四专业课学习的我们。这个选题不仅涵盖了之前的一些专业基础知识比如电机及拖动原理PLC技术的应用电力电子技术及PWM应用同时也涉及了运动控制中基础的直流电机调速部分。是一个自动化技术在工程上的典型应用。设计要求未采用传统的单片机系统而采用工业现场中普遍使用的PLC来实现可以帮助我们更好的认识工业应用。（二）系统设计分析在确认选题后我们就开始了资料搜索阶段。针对题目我首先分析了自己的知识薄弱环节。主要有两部分一是PWM技术的应用。虽然我们已经在电力电子技术课程中进行过学习在自控实验以及计算机控制实验中也略有涉及但我个人还没有实际应用过PWM控制技术。二是器件选型的知识。由于我在工厂供电课程设计时接触了实际电力系统的器件选型了解到选型是一个需要综合考虑的一个问题包括额定值计算、考虑裕量等等。但在实际的电子元器件选型我却几乎没有经验。因此我主要在这两个方向进行资料检索。基于题目难度这里主要将以下几部分进行系统设计分析：一、PWM技术的应用：PWM技术可以说是此次设计的核心任务。这里的PWM技术是指功率器件工作在开关饱和导通状态通过改变功率器件的驱动脉冲信号的开通和关断时间来改变加载负载两端的平均电压的大小。对于本题负载是直流电机也就是固定脉冲信号的开关频率及周期通过改变脉冲宽度来实现改变直流电机的电枢电压进行调压调速。直流他励电机的调速方法主要有三种：一、电枢串电阻调速；二、改变电压调速；三：弱磁调速。其中变电压调速应用较广因为进行调压调速铜耗较小电机机械特性较硬低速运行时转速随负载变化幅度较小稳定性较高而且能实现无级调速性能优越。在实际的直流电动机可逆PWM控制常用的拓补结构包括T型半桥电路和H桥电路。其中H桥电路应用广泛。其电路如图2-1所示。（图中未画出阻容吸收支路）MV1V3V2V4VD1VD2VD3VD4U+_图2-1可逆直流PWM控制中的H桥电路显然通过图示电路对场效应管的控制实现电机的双向控制。根据在一个开关周期内点数两段所作用的电压极性的不同以及电路状态的不同可逆PWM控制可以分为三种工作模式即双极性模式、单极性模式和受限单极性模式。在三种控制方式中我们选择了双极性可逆PWM控制模式。其特点是在一个开关周期内作用到电枢两端的电压极性是正负交替的而非指PWM驱动信号的双极性。双极性可逆PWM模式实现的基本方法是：同侧的上下桥臂控制信号是相反极性的双极性PWM信号或互补的单极性PWM信号；而不同侧之间上、下桥臂的控制信号相同。对于图2-1中所示的H桥电路控制信号是：V1=V4V2=V3。而实现电机的双向运行是通过调节PWM占空比完成的。以上桥臂V1的PWM信号为例当占空比>50%时电动机正向运行；当占空比<50%时电动机反向运行；当占空比=50%时电动机两端平均电压为零电动机处于停止状态。这里点击的旋转正反方向是相对的。下面对各种电路运行状态进行分析：而无论电机转向如何双极性可逆PW