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PLC在双闭环DDC直流调速系统中的应用 |
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作者：周渊深 姜建国（中国矿业大学 发布时间：2008年12月25日 |
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摘 要：简要介绍了PLC构成的双闭环DDC直流调速系统的特点，重点讨论了在调速系统中用PLC实现转速给定、转速检测及电流检测的方法，同时给出了用PLC实现DDC控制的软件框图。
关键词：PLC；直流调速系统；DDC控制
一、引言
直接数字控制（DDC）系统是用一台微机对被控参数进行巡回检测，并将检测结果与给定直比较，然后按事先规定的控制规率，如比例、积分规率进行运算，最后发出控制信号，通过接口去控制执行机构对工业对象进行控制。早期DDC系统的微机主要使用单板机，而现在多数已使用单片机。90年代推向市场的新型PLC不仅有强大的逻辑控制功能，而且具有较强数据处理能力，也可用于双闭环直流调速系统的DDC控制。
PLC用于直流调速系统控制时，它既能处理系统的模拟信号，实现DDC控制，又能处理大量的逻辑接口信号，做到一机多用，充分挖掘PLC的资源。而且PLC系统开发简单、编程容易、抗干扰能力强、可靠性高、适合在工业环境下工作，只要我们合理设计，降低成本，它将会受到现场技术人员的欢迎。
二、PLC双闭环直流调速系统的结构
双闭环直流调速系统是直流传动系统中最为典型的系统，实现该系统的PLC控制将为其他多环系统的控制提供借鉴。用PLC实现的双闭环DDC直流调速系统如图1所示。
图1 双闭环直流调速系统结构图
从图1可以看出PLC要从外部输入电流反馈和转速信号，输出触发脉冲信号，其工作均在PLC内部完成，数字给定也是用软件方法在PLC内设定。下面以FX2系列PLC为例说明。
1、转速给定环节
速度给定信号是调速系统在主令控制信号，模拟系统中常用电位器调节给出；在PLC构成的DDC系统中，则可以用FX2的功能指令---倾斜指令来完成。
图2
例如要实现图2所示软起动数字给定，可利用图3的梯形图。当M8000接通后，D3中的数据即从D1逐渐地变到最终值D2，所需时间为“n“个扫描周期。
图3
当输出D3结束（达到D2值）时，由于M8026这ON状态，则倾斜输出的最终值可保持住。由此，D3可获得图2所示的给定变化规律，合理设计梯形图还可获得软停止及其他变化规律的数字给定。
2、转速检测环节
速度检测常用的方法之一是用测速发电机将转速换成电压，然后进行反馈。DDC系统中需将这一电压进行A/D转换才能输入PLC，方法之二是采用主轴脉冲发生器作为速度反馈检测元件，它可将转速换成频率信号，以脉冲的方式输入PLC，通过计数器定时计数即可测出电机主轴转速。本系统采用方法二。
在转速电流双闭环调速系统中，根据工程实际情况一般转速环的采样周期取10ms，为此可使用10ms定时计数方法来测量速度。在FX2系列PLC中，设有“速度检测”功能指令，它可测出10ms内的脉冲数，并将其送给PLC内的数据寄存器用于速度控制。检测速度的功能指令梯形图见图4。
图4
调速系统中检测码盘装在电机主轴上，以速度N（r/min）转动，接近开头将转速换成脉冲信号送至FX2的高速计数输入端XO号端子。
上述梯形图中[S1.]指定了计数脉冲输入端为XO端子；[S2.]指定了计数时间 （以ms为单位），由于转速环采样周期选为10ms，故[S2.]为K10；[D.]指定了计数结果存放处，此处D5存放10ms内的计数值，数据寄存器D5的值可接在PLC内参与运算。
转速N与[D5]的关系为：
式中：n——编码盘每转一周所对应的脉冲数；t ——[S2.]指定的计数时间
3、电流检测环节
双闭环调速系统中电流检测的常用方法是用电流互感器TA将整流变压器二次侧的交流电流变换成0~5V的交流电压，经二极管整流及阻容滤波变成直流电压，模拟系统直接将该电压作为电流反馈电压；单片机构成的DDC系统将该电压经A/D转换输入单片机系统，PLC系统当然也可用模拟量I/O模块进行A/D转换。由于只有一路模拟量需要转换，为降低成本，此处采用VFC电压频率转换器将电流反馈电压转换成相应频率的脉冲信号，通过测量单位时间内的脉冲数，可计算出反馈电压Ui大小。此处选用NS公司的31系列VFC典型器件。
工程上电流环采样周期为1~3ms，此处选采样周期为2ms，由于电流反馈电压已转换成脉冲频率信号，可采用类似于转速检测的方法实现电流反馈检测，将电流脉冲送入PLC的X1高速计数端，计数时间选为K2、D8存放正比于电流反馈电压的脉冲密度，梯形图如图 5所示。
图5
三、PLC双闭环直流调速系统的软件结构设计
前面已经计论了转速给定、转速反馈、电流反馈电压与PLC的输入联接问题。图1中电流调节器的输出UK*将送给数字触发器触发晶闸管，剩下的转速调节器、电流调节器控制规律主要由软件来实现。经分析，系统程序、电流环子程序及转速环子程序等组成。
1、主程序框图
本系统主程序采用顺序查询结构，程序流程及示意梯形图如图6所示，初始化模块主要是在执行功能程序前，对有关数据寄存器、定时器、计数器送数或清零，电流环及转速环采样时间判断是利用PLC中的1ms定时器完成的。电流环的输出UK*送至数字触发器获得移相控制角α，去触发晶闸管。运行过程中系统自行进行故障诊断，
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