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基于PLC的直流电机PWM开环调速系统报告.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.59M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    目 录 第一章 工程训练要求 ....................................................................................................................3 1.1. 工程训练的目的........................................................................................................................3 1.2. 工程训练的内容........................................................................................................................3 1.3. 工程训练的要求........................................................................................................................3 1.4. 题目要求....................................................................................................................................3 第二章 系统设计..............................................................................................................................4 2.1. 参数计算....................................................................................................................................4 2.2. PWM 控制..................................................................................................................................4 2.3. 器件选型...................................................................................................................................5 第三章 硬件设计...........................................................................................................................10 3.1. 系统硬件总体设计图..............................................................................................................10 3.2. 直流电源设计..........................................................................................................................11 3.3. 直流电机电路..........................................................................................................................12 第四章 软件设计............................................................................................................................14 4.1. 软件设计流程图......................................................................................................................14 4.2.PLC 程序....................................................................................................................................16 第五章 总结... ................................................................................................................................23 1
    第一章 工程训练要求 1.1 工程训练的目的 工程训练是对学生进行工程基础训练的重要环节，培养学生的工程实践能力。 1、 通过现场观察、分析、试验和应用常用电器、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。 2、 电路板的焊接和调试，培养学生实际动手的能力。 3、 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。 1.2 工程训练的内容 1、 熟悉实验陈列的常用器件，电子元件的外型、型号、参数、特点、工作原理、 用途、 正确使用。 2、 根据给出的电路印刷版，要求推断出其电路原理图，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。 3、 完成一个实际系统的工程设计，实现和测试。 （1） 用 protel99se 绘制出系统的原理图。 （2） 分析说明系统的工作原理和各单元的工作原理。 （3） 主要参数计算及元器件的选型，列出元器件清单表。 （4） 完成系统的组装与调试，分析系统的性能。 1.3 工程训练的要求： 1、 按照工程训练指导书，在知道老师的具体知道下，独立按期完成（时间 3 周）。 2、 必须在实验室完成实物见习，实际操作、系统组装和调试任务。 3、 工程训练结束后，每人完成一份工程训练报告，统一使用 A4 纸撰写，单面 使用，可以用计算机编辑打印，也可以手工抄写。要求文字简练、表达清楚、 书写工整、图表清晰正确规范。 1.4 工程训练题： 基于 PLC 的直流 PWM 开环调速系统 1、 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。 2、 根据参数算出 PWM 的最大占空比。 3、 设计系统主要回路，选定器件的参数。 2
    4、 根据要求设计控制回路，选定控制器件 PLC 型号等。 5、 根据要求设计系统软件，实现电动机的开环调速。 6、 硬件软件中必须有相应的电路保护措施。 7、 联系实验室进行系统调试。 8、 实验室调试及结果分析总结。 第二章 系统设计 2.1 参数计算： 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。 实验室最大功率的电阻是 500W。参见硬件设计图 1，保护电阻 R1 在电路导通初期，起 到限制电流，防止电流过大的作用。选取 100  的电阻即可。 图 1 的电容起到保持电压稳定的作用，避免电机的电压发生剧烈的变化。考虑到经过整 流后的电压大概有 350V，所以选用了两个电容来均分电压，避免电压过大烧坏电容。 为了起到保持电压稳定的目的，故选取较大容量的电容，容量为 10000 F 。由于不能 够保证加在电容两端的电压可以平均的施加在电容上，故还要添加两个电阻组成电桥， 从而保证电容两端的电压相等。电阻的规格为 20K/500W。 2.2PWM 控制： PWM 控制也即脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation），它是指保持开关周期 T 不变， 调节开关导通时间 ont ，来控制电压的大小。在此次工程训练中，要求采用 PWM 控制对 电压进行调节。 结合硬件原理图，可以有多种方法进行调节，我们小组经过讨论采用如下的方案： 用 PLC 的输出信号 Q0.0 控制晶闸管 G1 和 G4，用 PLC 的输出信号 Q0.1 控制晶闸管 G2 和 G3。 当电路导通并进入稳定状态（开关 KM3 闭合），由 PLC 扩展的 EM231 单元读入模拟电 压值，判定此时需要输出的电压，然后读入此时电机的方向。如果是正转，则 Q0.0 输出 指定时间的导通信号，如果是反转，则 Q0.1 输出指定时间的导通信号。 则负载电压的平均值 0U ： U t on0 T E 其中 E 为经过整流后的直流电压，其值为 E  34.2 L 13 =350V。 3
    .0 629 。实验用的晶闸管开关频率约为 4000/s.故取 1000 s 若 0U 为额定电压 220V，则 ton T 为周期，则 ton  629 s 2.3 器件选型： IGBT 选型 ： 三菱公司的 IGBT 单管，型号 CT30SM-12 最大漏源电流 DSMI V =30A，漏源击穿电压 ( BR ) DSO  600 V ，价格 43 元。 IGBT 缓冲电路器件选型： 1、 反并联二极管选型：IGBT 的工作频率为 1KHz 到 4KHz，所以反并联二极管选择快 ，平均正向电流要大于 10%流 恢复二极管，其反向耐压值应大于 过 IGBT 的电流值。经过查找，选择二极管的型号为 FR305，其参数如下： 最大反向电压 V525  5.1  350 600V 平均正向电流（ 55 ） 3.0A 正向浪涌电流 最大正向压降 最长反向恢复时间 更多详细参数见下图： 200A 1.3V 0.25 s 图 1 ：FR305 参数 缓冲电容选型： 通用的 IGBT 缓冲电路有三种，如下图所示： 4
    图 2：通用的三种 IGBT 缓冲电路 （A）为单只低电感吸收电容构成的缓冲电路，适用于小功率 IGBT 模块，用来对电压有效 时的低成本控制。我们采用此种缓冲电路，既经济又实用。由于实际的计算估计需要很多的 参数不方便。在此我根据资料采用一种经验估算的方法来确定电容。通常每 100A 集电极电 流约取 1 F 缓冲电容值。这样得到的值，也能较好的控制瞬态电压。故 10A 的电流采用 0。 1 F 的电容即可。具体产品采用美国 CDE 公司的 SCD 缓冲电容模块。 缓冲电阻的选型： 缓冲电阻一般采用无感电阻，由公式 RC 3/1 f （F 为 IGBT 的开关周期）可得，R  3.83  （其中 F=4KHz）,可采用国产 RX 系列线绕无感电阻 100W/100  。 整流二极管选型： 交 流 变 压 器 二 次 侧 电 压 有 效 值 为 150V ， 故 整 流 二 极 管 需 承 受 的 反 向 电 压 峰 值 V=150* 3  260 V，通态平均电流小于直流侧额定电流 8.7A。考虑到安全余量，采用 PX15A05 型号的塑封整流二极管。其 fI =15A， BRMV =500V。 整流变压器的选择： 由于电网的三相交流电是 380V，若直接进行整流，则所得电压太大，不能够很好的对电机 进行控制。所以我们需要先经过整流变压器进行降压，然后再进行整流。 这里，我选择 ZSG 系列三相干式 3KVA 整流变压器（Z 有载调压 S 三相变压器 G 干式空气 自冷）其部分技术数据如下： 1:初级：115V+115V AC 5060Hz & 120V+120V AC 5060Hz 2:次级：同规格双组输出 3:绝缘等级：B 级 130° 4:初级-铁芯：Mylar 带或者玻璃纤维带 12 重叠包扎 1 层 5
    5: 初级-次级：12-34 重叠包扎 3 层 Mylar 带 6: 绝缘强度：初级-次级 4KV AC 60 秒，漏电流≤5mA 7: 全部引线：均为 UL 导线，尾端 6mm 剥皮并浸锡 可编程控制器的选择： 由系统硬件总体设计图可知，此系统大概需要 10 路的开关量输入和 8 路的开关量输出，西 门子的 S7-200PLC（CPU224）可以很好的实现其功能。由于有 4 路模拟量的输入，还要扩 展一个 EM231 单元。 电流变送器选型： 电机的额定电流是 8.7A，考虑到一定的过载，则测量直流电路的电流变送器 TA3、测量电 机的负载变送器 TA4 都选择北京森社有限公司的 CHS—10AD/A0，技术参数如下： 图 3：电流变送器的技术参数 其外形尺寸及端口说明如下： 6
    图 4：电流传感器外形尺寸及端口说明 电压传感器的选型： 三相电压经过三相整流变压器后为 150V，再经过三相整流电路，整流为 350V 的电压。电 压传感器采用北京森社公司的霍尔闭环电压传感器 CHV-25P，技术参数如下： 图 5：电压传感器的技术参数 7
    外形尺寸及端口见下图： 图 6：电压传感器外形尺寸及端口说明 熔断器的选型： 在主电路中需要接入熔断器对电路进行保护。其选型一般遵循以下原则： （一) 熔断器类型的选择 应根据使用场合选择熔断器的类型.电网配电一般用刀型触头熔断器(如 HDLRT0 RT36 系列);电动机保护一般用螺旋式熔断器;照明电路一般用圆筒帽形熔断器;保护可控硅元件则 应选择半导体保护用快速式熔断器. (二) 熔断器规格的选择 1． 熔体额定电流的选择 (1) 对于变压器、电炉和照明等负载,熔体的额定电流应略大于或等于负载电流. (2) 对于输配电线路,熔体的额定电流应略大于或等于线路的安全电流. (3) 在电动机回路中用作短路保护时,应考虑电动机的启动条件,按电动机启动时间的长短来 选择熔体的额定电流. 对启动时间不长的电动机,可按下式决定熔体的额定电流 IN 熔体=Ist/(2.5~3) 式中 Ist——电动机的启动电流,单位:A 对启动时间较长或启动频繁的电动机,按下式决定熔体的额定电流 IN 熔体=Ist/(1.6~2) 对于多台电动机供电的主干母线处的熔断器的额定电流可按下式计算: In=(2.0~2.5)Imemax+∑Ime 8
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