基于PLC的PWM直流开环调速

1、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

2、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

3、：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

4、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

5、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

6、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）MMV1V3V2V4VD1VD2VD3VD4U+_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

7、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=V4，V2=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PWM控制中共存在四种可能的运行状态。UUia2LVD2V

8、D3Rea+_Uia1LV1V4Rea+_Uia4LVD1VD4Rea+_Uia3LV2V3Rea+_a)b)c)d)图2-2 双极性可逆PWM模式中的等效电路a）电动状态 b）电动续流状态 c）反接制动状态 d）再生制动状态运行状态1：电动状态。在V1和V4的PWM信号为高电平时，功率管V1、V4饱和导通而V2、V3关断。电枢两端所加电压为U。电枢电流上升，电动机处于正向电动状态，等效电路图如图2-2a所示。运行状态2：电动续流状态。在V1和V4的PWM信号变为低电平时，功率管V1、V4关断而V2、V3饱和导通。电枢两端所加电压为-U。此时电枢电流方向不能立即改变，电动机的自感电动势克服反电

9、动势通过二极管VD2、VD3续流，电动机消耗存储在电感中的能量，电流衰减。电动机处于电动续流状态，等效电路图如图2-2b所示。运行状态3：反接制动状态。如果电动机续流结束，但PWM信号依然没有变化，即V1、V4维持关断而V2、V3维持饱和导通，此时电动机在反向电压的作用下，产生一个反向的电流回路。如果电动机方向没有改变，运行状态相当于反接制动。等效电路图如图2-2c所示。运行状态4：再生制动状态。如果存在上述的反接制动状态，则V1、V4的PWM变为高电平后，电枢两端电压重新为U。电枢电流方向不能立刻改变，反向电流将经二极管VD1、VD4向店员充电并逐渐减小为零，电动机处于再生制动状态，等效电路

10、图如图2-2d所示。就电机的集中运行状态，通过图2-3来加以说明。图2-3是电机正转时的PWM变换器的驱动电压、输出电压和电流波形图。Ug1Ug1Ug2ttVD2VD3VD2VD3V1V4V1V4tonTUg4Ug3tt+Us-UsUABtonTidid1id2121121212344341图2-3 双极性控制可逆PWM变换器的驱动电压、输出电压和电流波形图中，相当于一般负载时的情况，脉动电流的方向始终为正，图中的数字1、2表示对应于图2-2中的a）、b）两种运行状态，此时不出现反接制动和再生制动状态；相当于轻载情况，电流可在正负方向之间脉动，但平均值仍为正，此时出现电机的四种运行状态。在双极

11、性PWM控制中，当PWM占空比为50%的时候，在稳态情况下电动机将处于停止状态，而电流的脉动将导致发动机存在一定的微小振动，有利于克服静摩擦等，但同时对点击的换向及散热不利。双极性控制的桥式可逆PWM变换器有下列优点：电流一定连续。可使电机四象限运行。电动机停止时有微振电流，能消除静摩擦死区。低速平稳性好，系统的调速范围可达1:20000左右。低速时，每个开关器件的驱动脉冲仍然较宽，有利于保证器件可靠导通。双极性控制方式的不足之处是：在工作过程中，4个开关器件可能都处于开关状态，开关损耗大，而且切换时可能发生上下桥臂直通的事故，为防止直通，在上下桥臂的驱动脉冲之间，应设置逻辑延时。二、线路保护

12、电路的保护由电压传感器、电流变送器、开关器件继电器完成。所有的传感器检测的信号送入PLC，进行软件处理后，将控制信号直接驱动开关线圈或者场效应管。首先从上电整流开始。由于整流侧为大电容，突加交流信号，相当于短路，为了限制整流电流，整流侧串联一限流电阻。当整流电流达到额定值的90%时，PLC输出高电平信号，驱动限流电阻开关线圈带电，常开触点闭合，常闭触点断开。限流电阻采用常开触点，实现了限流结束后，闭合短路限流电阻，实现切除。这样防止了由于分压引起的误差。在驱动电机过程中，包括整流过流检测和电枢过流检测。整流过流检测比电枢电流检测高一级，因此动作整定值更大。电枢过电流是为了防止带负载时，负载过大

13、，导致电流过大烧坏H桥场效应管。而整流过电流则防止烧坏整流二极管和限流电阻。当电机运行在回馈制动状态，由于变压器副边不可控整流电路，因此无法将电能回馈给电网，当电压传感器检测达电压回馈达到泵升电压限制后，导通场效应管续流。通过续流电阻，将多余的电能消耗在电阻上，实现了能耗制动。温度检测模块是当场效应管因长期工作或者过流而温度过高时，PLC断掉整流电路开关，防止烧毁。三、场效应管驱动场效应管属于电压驱动型器件。场效应管的栅源极之间有数千皮法左右的极间电容，为快速建立驱动电压，要求驱动电路具有较小的输出电阻。使场效应管开通的栅源极之间的驱动电压一般取1015V。同样，关断时施加一定幅值的负驱动电压

14、（一般取-5-15V）有利于减小关断时间和关断损耗。在栅极串入一只低值电阻（数十欧左右）可以减小寄生振荡，该电阻阻值应该随被驱动器件电流额定值的增大而减小。图2-4可以作为实验的场效应管驱动电路，它包括电气隔离和晶体管放大两部分。当无输入信号时高速放大器A输出负电平，V3导通输出负驱动电压。当有输入信号时A输出正电平，V2导通输出正驱动电压。VV1u1R1R3R2R5R4C1A+_+VCC-VCCV2V3RG20V20VMOSFET图2-4 场效应管驱动电路三、直流PWM开环调速系统原理MM电压检测电流检测电流检测温度检测电压传感器I/O泵升限制故 障 保 护故障综 合PWM生成驱 动电 路通

15、信接口EM231+V触摸屏其他外设PLCS7-200CPU222+_K1K2C1C2+R1R2RbVb图3-1 PLC控制开环直流PWM调速系统硬件原理图开环直流PWM调速系统原理图如图3-1所示。其硬件结构主要是由以下几部分构成：1、主回路三相交流电源经不可控整流器变换为电压恒定的直流电源，再经过直流PWM变换器得到可调的直流电压，给直流电动机供电。2、检测回路主要是对可调电压的输入检测，送入EM231的A/D转换送入CPU222处理，得到实际的场效应管驱动输出。另外还包括对故障的检测。3、故障综合对电压、电流、温度信号进行检测，分析比较。若发生故障，立即进行程序处理，实现软硬件保护。4、P

16、LCPLC是整个系统的核心，包括了电路控制、电路保护、A/D转换、驱动输出。利用PLC实现整个的系统控制。通过PWM调速控制，改变一个周期内接通和断开的时间比(占空比)来改变直流电机电枢上电压的“占空比”，从而改变平均电压，控制电机的转速。按照一定的规律改变通、断电的时间，即可控制电机转速。而且采用PWM技术构成的无级调速系统，启停时对直流系统无冲击，并且具有启动功耗小、运行稳定的特点。运行步骤如下：（1）PLC、系统上电；下载程序到PLC；（2）开启励磁开关，电机励磁；（3）闭合电源开关，选择正转或反转启动电机；（4）调节电压输入，改变电机电枢电压，实现调压调速，同时将示波器接到1、2号场效

17、应管的驱动电路输出上，观察调整时，PWM的脉宽输出。四、系统器件选型系统选型包括了主电路图的所有器件其控制器件的选型。对于最大占空比的选择，我们采用了反推法，即先整定双极性输出时，PWM最大占空比为80%，然后进行器件选型（这里主要指整流变压器模块）。因此整个系统最大占空比80%。（1） PLC模块选型经过统计输入、输出点数（3路DI，四路DO，4路AI），并综合考虑稳定性、实用性和经济性。我们选用西门子公司的S7-200可编程控制器，CPU型号为CPU222，具有8输入/6输出，可扩展2个模块，工业应用较广。由于保护模块有模拟量的输入进入PLC进行处理，因而还要选用一个PLC的扩展模块：模拟

18、量输入模块。由于保护为四路，因而选用EM231，即 EM 231 CN AI 412位。具有4路模拟量输入，采用单极性，全量程范围032000（2） 整流变压器模块选型整流模块的作用是为了给出符合电动机正常运行的电压。从电动机的参数可以看出，电动机的额定电压为直流220V，而给定的电压为交流380V，因而我们需要整流模块将给定的380V交流电压整流成平稳的直流电压，再通过PWM变换得到220V的直流电压。经过查阅资料，我们选用不可控二极管三相整流电路对变压器的副边进行整流。三相整流电路右侧电压Us的计算已设定可调的最大占空比为80%，根据直流电动机的额定电压，可算出不可控三相整流电路需要整流出

19、来的电压Us为220/0.8=275V。变压器副边电压U2的计算经查阅书籍，得知三相不可控整流电路副边电压与整流电压之间关系如下：Us=2.34U2（4-1）由上式计算得U2= Us /2.34，得出变压器二次侧电压为117.5V。考虑变压器的电网电压波动以及线路压降，应将副边电压乘以一个适当的倍数。因而最终得出的副边电压为1.1.*1.05* U2=136.5V。变压器副边电流I2的计算由三相不可控整流电路的副边电流I2 和整流电流Is的关系可知：I2 =0.816Is（4-2）代入电枢额定电流，可计算出I2= 7.1A。变压器容量的计算由以上计算出的副边电压及副边电流，可以计算出三相交流变

20、压器的容量为：S=3U2I2（4-3）可得S=3*7.1*136.5=2907.5VA，取3 kVA。因而，变压器选型为：品牌：威泰漋 型号：SGG-3KVA 铁心形状：E型 频率特性：低频其性能参数如下：（1）节能低噪 采用优质冷轧硅钢片叠装；采用特殊浸漆工艺处理，有效降低了运行时的震动和噪声；以及采用耐高温的绝缘材料设计等新工艺、新技术的引入，使变压器更加节能、更加宁静。节能低噪线圈留有通风槽，空气流动畅通，有效降低线圈温度。高可靠性 结构合理，效率高，波形不失真，使用方便可靠，能长时间运行，性能指标完全符合GB/6450干式电力变压器标准要求。可隔离开主电网供电，防冲击，防干扰，防雷电。

21、 （2）环保特性 具有耐热性、防潮性、稳定性、化学兼容性、低温性、抗辐射性和无毒性。 （3）主要技术参数 1、安全系数高，不产生谐波 2、任意接线方式，无噪音 3、温升：75 4、频率：50Hz/60Hz 5、噪音：40db 6、绝缘等级：B级 7、外形美观大方 整流二极管选型整流二极管的参数主要为承受反向电压峰值和二极管的正向平均电流值。二极管承受的反向电压峰值URM =2.45* U2 = 2.45*130=320V。二极管正向平均电流：IVD=(1.52)*IS/1.57=11.08A，取12A。根据以上二极管的参数，考虑到（23）URM和（1.52）IVD裕量，我们选择深圳深科电子公司

22、的整流二极管。其型号为：KBU640G反向耐压峰值：800V 二极管正向平均电流25A 工作温度：-55150 摄氏度。（3） PWM输出模块选型这里的PWM输出模块是指H桥场效应管的器件选型。包括：场效应管选型根据实验设备的要求，PWM输出采用场效应管。场效应管的主要参数为额定正向平均电流、反向击穿电压值。根据电动机额定电流的参数以及可调的最大占空比，可以计算出场效应管的正向平均电流为 2*（8.7/0.8/1.57）=13.85A。其反向击穿电压值应不小于整流电压值275V，仍然考虑（23）URM和（1.52）IVD裕量。因此，根据上述计算的参数，场效应管选型如下：IRFP450反向击穿电

23、压：800V； 正向平均电流：20A； 平均功率：180W；管型：NMOS； 结温：小于等于150摄氏度。续流二极管选型续流二极管的反耐压值应大于1.5倍的整流电压值，即U=1.5*275=413V。其平均正向电流应大于流过场效应管电流的10%，因而正向平均电流为0.4*14=1.4A。由上述参数对续流二极管选型如下：FR305 最大反耐压值：800V； 正向平均电流：3A； 正向浪涌电流：200A； 反向恢复时间：0.25微秒。阻容吸收回路选型为了限制电路电压上升率过大，确保场效应管安全运行，常在场效应管两端并联RC阻容吸收网络，利用电容两端电压不能突变的特性来限制电压上升率。因为电路总是存

24、在电感的(变压器漏感或负载电感)，所以与电容C串联电阻R可起阻尼作用，它可以防止R、L、C电路在过渡过程中，因振荡在电容器两端出现的过电压损坏场效应管。同时，避免电容器通过场效应管放电电流过大，造成过电流而损坏场效应管。另外，由于场效应管过流过压能力较差，如果不采取可靠的保护措施是不能正常工作的。RC阻容吸收网络就是常用的保护方法之一。阻容吸收回路由电阻和电容组成。其电阻与电容的计算可依据经验公式：(1) 电容：C=（2.55）*108*场效应管正向电流值14A，计算得出电容的值为0.75uF。因而电容的选型为： 深圳国华电子公司CBB62*21 MPX，反向耐压值500V，电容值0.75uF

25、。(2)电阻：R=(24)*535)/场效应管正向电流值14A，计算得出电阻的值为150欧姆。选型为：深圳国华电子公司 KNP-150W 阻值：150欧姆，功率：150W。保护模块选型主回路限流电阻选型由于在主回路中，系统一上电，便会对整流电压侧的滤波电容进行充电。为了防止电流过大，在整流侧与电容的回路形成短路，必须在主回路中串入限流电阻。限流电阻保护作用之后，应该在滤波电容两端的电压达到整流电压的90%被切除，以防止不必要的损耗。限流电阻是为了不烧毁整流二极管而设置的。根据二极管的正向平均电流以及变压器二次侧的电压值，可以算出限流电阻的阻值为R=136.5/1.5=91欧姆。考虑安全裕量，取

26、限流电阻阻值为100欧姆，功率为500W。因而，限流电阻选型为：深圳凯华信电子有限公司 MFR012 阻值：100欧姆；功率：500W。滤波电容及均压电阻选型经三相不可控电路整流出来的电压需要经过电容滤波，才能得到波形更好直流电压。选取滤波电容的容值为2200uF，则其耐压值应满足1.5*320V=480V。因此滤波电容的选型为：雅达康电容器公司 2200 uF/500V。所设计的电路中，由于有两个滤波电容串联，需要用均压电阻进行均压。其阻值计算为：R=220/0.01=22K。设要求流过电阻的电流为0.1A，则均压的电阻的功率为:P=0.1*0.1*22*1000=220W。均压电阻的选型为

27、：深圳凯华信电子有限公司 MFR031 阻值：22 K；功率：220W。电压传感器选型由于整流侧电压为275V，电压传感器应在主回路电压达到90%的时候（即电压达到248V时）发出信号到PLC中，以产生动作将主回路中的限流电阻切掉。因而，电压传感器的选型为：深圳信瑞达公司 LF-DV22-32A-0.2/0400V。其主要参数为：输入范围：0400V；响应时间：小于等于300毫秒； 输出：05V； 冲击电压：5KV。电流变送器选型当电流变送器检测到大于电动机额定电流8.7A，则向PLC发出信号，进行相应的保护。电流变送器选型为：深圳信瑞达公司 LF-35D20-1.0/020A。其主要参数为：

28、输入：020A；输出：05V。线性温度传感器选型当系统长期工作时，场效应管的发热效应不能忽视。因而需要温度传感器对场效应管的工作过程进行保护。由场效应管的参数可知，场效应管的结温为150，考虑安全裕量，则线性温度传感器的输入应为0120。温度传感器的选型为：北京新银燕技术开发有限公司 YTW Cu 50/05V/0120。其主要参数为：输入温度范围：0120；输出：05V。五、PLC程序设计及程序流程图PLC程序主要实现启动和停车的要求，完成线路保护，并进行PWM输出。启动过程，我设计了电机的正反转按钮，而没有通过调节电阻的输入确定正反转方向。这样的优点在于使用灵活。同时对电机的正反转保护到位

29、，防止调节电阻突然变化时，引起的电机转向突然变化。线路保护主要通EM231的A/D模块采样值进行故障检测。事实上，传感器信号进入PLC处理有多种方式，常用的是将传感器输出变换为高低电平，进行检测，或者通过A/D转换进行软件处理。另外老师提供了一种继电器转换的方式，也可以实现。我们选择了EM231的A/D转换来实现。EM231的输入数据格式如图5-1所示。图5-1 CPU中模拟量输入字中12位数据值的存放位置-模拟量到数字量转换器(ADC)的12位读数，其数据格式是左端对齐的。最高有效位是符号位：0表示是正值数据字，对单极性格式，3个连续的0使得ADC计数数值每变化1个单位则数据字的变化是以8为

30、单位变化的。对双极性格式，4个连续的0使得ADC计数数值每变化1个单位，则数据字的变化是以16为单位变化的。双极性全量程范围-3200032000；单极性全量程范围032000。程序中，对电流检测、电压检测都是通过EM231模块完成，温度模块虽然经过了设计，但是并未在PLC的外围接线电路中画出来。这里对进行故障检测的比较值进行说明。电压检测包括两部分：达到90%时的限流电阻切除，即电压传感器检测到大于2750.9=248V时，应该发出切除限流电阻的信号。由于选择的传感器和变送器都是二线制，标准输出信号（电压）为05V，因此线性关系，直接有AIW的设置比较值选择为248/40032000=198

31、40。也就是全量程的62%。同样，进行泵升限制时，1.2275=330V，得到整定比较值26400电流检测时，对于电枢电流，考虑一定的过载，选取12A时进行动作，整流线路的限流由于高一级，因此整定值定为16A，这样它们的整定值分别为：12/2032000=19200，16/2032000=25600PLC程序的软件框图如图5-2：封锁PWM输出封锁PWM输出禁止电机启动开始有故障？限流结束？切掉限流电阻正转？YNYNY正转处理反转处理NPWM输出PLC停止？结束NY图5-2 PLC程序框图图中的正转处理过程与反转处理过程主要是对PWM的设置。S7-200，PLC的PWM使用如下：确定脉冲发生器

32、 它包括两方面工作，即根据控制要求，一是选用高速脉冲串输出端（发生器）；二是选择工作模式PWM。设置控制字节 按控制要求设置SMB67或SMB77特殊寄存器。写入周期值和脉冲宽度值 按照控制要求将脉冲周期值写入SMW68或SMW78得特定寄存器。将脉宽值写入SMW70或SMW80特殊寄存器。执行PLS指令 经过设置后，用PLS指令即可启动PWM，并由Q0.0或Q0.1输出。对于SMB67和SMB77的控制字节写法见表5-1。表5-1 PLC使用PWM的控制字节的各位含义Q0.0控制位Q0.1控制位功能描叙SM67.0SM77.0PWM更新周期值，0：不更新；1：允许更新SM67.1SM77.1

33、PWM更新脉冲宽度值 0：不更新；1：允许更新SM67.2SM77.2PTO更新输出数0：不更新；1：允许更新SM67.3SM77.3PWM时间基准选择0：s单位时基；1：ms单位时基SM67.4SM77.4PWM更新方式0：异步更新；1：同步更新SM67.5SM77.5PTO单/多段方式0：单段管线；1：多段管线SM67.6SM77.6PWM模式选择，0：选用PTO模式；1：选用PWM模式SM67.7SM77.7PWM脉冲输出，0：禁止；1：允许例如在程序中，对于两路PWM输出，一路输出时，要禁止另一路输出，分别设定控制字节11010010,01010010分别表示：1、选用PWM模式，允许

34、PWM输出，s为单位时基，不改变周期值，允许更新脉宽值，同步更新方式；2、选用PWM模式，不允许PWM输出，s为单位时基，不改变周期值，允许更新脉宽值，同步更新方式。程序设定PWM输出周期100s。已经设定PWM最大占空比为80%，按照双极性输出原理，即90%US10%US。得到最大占空比是分别由0.9和0.1的两路PWM输出。电机最初的占空比为50%，所以不论正转还是反转，要限制PWM占空比变化小于或等于40%。程序将采样的得到的结果除单极性最大量程32000，乘以40，得到变化的最大范围。以V1、V4的驱动PWM信号为例分析如下：正转时，用50加上最大变化范围，得到脉冲宽度值，5090s，

35、对应占空比50%90%；同理，反转用50减去计算得最大变化范围，得脉冲宽度值，1050s，对应占空比10%50%。同时，为了使两路PWM输出交替产生，即1路高电平持续结束后，2路高电平开始，因此在两路交替输出时，要禁止另一路的PWM输出。最后将PLC的I/O分配地址列下，如图5-3所示。图5-3 PLC的I/O地址分配六、系统调试及结果分析在设计完毕后，我们进入实验室，进行系统实验和调试。从系统总体角度讲，原理正确，器件选型合适，PLC程序无误，就可以完成既定任务，在这里我们观察了两路PWM输出波形，与程序理论上基本符合。在调试过程中，我们发现了一个很显著的问题PWM死区问题。正如第二部分系统

36、设计分析时，提出的关于软件延时的问题。为了防止上下桥路同时导通，使得电源短路。因此在上路桥的驱动电压信号结束后，不能立即开通下路桥驱动电压，这个延时时间称为死区时间。死区定义如下：由于为推挽动作的断开时间tdOFF的存在，如果推挽动作中的HYPERLINK /product/searchfile/563.html开关元件同时处于ON状态，会出现短路现象，引起设备烧损。所以在使用时，应设计数空区（死区时间：DT）。如果用PLC直接实现，要求增加一个高速计数脉冲，会对PWM的输出，以及系统的执行时间产生不必要的影响，因此我在实验室，学习到了利用硬件进行延时的方案。图6-1是由时HYPERLINK

37、/product/searchfile/2335.html钟振荡电路的输出产生推挽用输出信号的电路，该电路可使OUT1、OUT2的DT部分分离。这种电路的特征是DT通常恒定，输入频率变化，输出波形的负载也同样变化。由于需要延迟电路部分的输人波形的负载为50，故应以规定频率的2倍作为触发电路的输入。当时钟、负载均变为50时，就不需要触发电路。74HC13274HC132CRF.F2f输入DTDTDTf或 DT：死区时间图6-1 死区时间发生电路七、总结与收获首先总结此次工程训练，从完成的功能角度讲，可以说基本达到了任务要求。而我个人则在这次训练收获了很多。从设计开始到调试，我们遇到了很多问题，但

38、最终经过老师和学长的指导，以及自己的翻阅资料，对整个系统、对直流调速、对PWM以及PLC的应用都有了进一步的熟悉。在设计最初是对PWM的熟悉过程。包括H桥的单极性控制和双极性控制，我翻阅了很多资料，并进行对比。单独拿出PWM一个周期进行分析，就是直流斩波的应用，也就是离不开电力电子技术的应用。事实上，直流斩波器也广泛应用于生产、生活等实际情况当中。我们通过这次设计，对PWM中，占空比、死区的有了更实际的了解。接下来是器件选型过程，这一过程十分繁琐。从元件额定值的计算，到考虑裕量进行估算，再到最后查阅电工手册等资料进行器件选择，都耗费了很多时间。不仅如此，在很多器件的选择过程中，我们也犯了很多混

39、淆概念的错误。比如最开始结束的器件选型中，我们将单相变压器容量的计算公式错用在了三相变压器的计算中；将整流后的直流通态平均电流当成了变压器副边的电流有效值；还有包括电阻的选型没有考虑功率，瓷片电容与电解电容的选择等一些低级错误。整个选型中，经历了不断地修改过程，这也让我们真正认识到工程上苛刻的要求以及严格的态度。实验室里，尚且允许我们在实验中犯一些小错误，但实际的工程现场，我们一定要避免这些可能引发大事故的一些错误。这就要求我们平时多进行训练，多培养自己严谨的意识，多积累一些电路设计方面的经验，这样才能做一个合格的自动化技术人员。通过对电路图的研究，也增强了我们的思考能力。另外，在使用prot

40、el软件绘制电路图的过程中，我学到了很多实用的技巧，这也为以后的工作打下了很好的基础。在调试过程中，我通过对死区电路的分析和学习，了解了实际应用与理论设计的根本性区别。如何正确使用每个元件，如何考虑现场的干扰、实际应用的关断延迟等影响，这才是我们需要提高的地方。才是我们通过工程训练提高的实际应用的能力。附录A 参考文献 陈伯时 . 电力拖动自动控制系统 . 3版 . 北京：机械工业出版社，2008 . 孙立志 . PWM与数字化电动机控制技术应用 . 北京：中国电力出版社， 2008. 王兆安，黄俊 . 电力电子技术 . 4版 . 北京：机械工业出版社，2008. 彭鸿才 . 电机原理及拖动

41、. 北京：机械工业出版社，2005. 王永华 . 现代电气控制及PLC应用技术 . 2版 . 北京：北京航空航天大学出版社，2008. 阮毅，陈伯时 . 电力拖动自动控制系统 . 北京：机械工业出版社，2010. 范逸明 . 简明电工手册 . 北京：国防工业出版社，2006. 杨志亮 . Protel 99 se电路原理图设计技术 . 西安：西北工业大学出版社 . 2002附录 B 直流PWM开环调速电路图附录C PLC外围接线图1M1M0.02M0.7ML+1L0.00.10.22L地NL124VDC220VACCPU222ML+地RAA+A-RBB+B-RCC-RDD+D-EM231C+V

42、cc限流电阻开关线圈整流电流传感器电枢电流传感器调节占空比输出正转按钮反转按钮停车按钮+_+_+_驱动电路驱动电路V1V4V2V3电压传感器泵升限制场效应管驱动电路附录D PLC程序梯形图主程序正转处理（SBR_0子程序）反转处理（SBR_1子程序）PWM1路输出（PWM0子程序）PWM2路输出（PWM1子程序）附录资料：不需要的可以自行删除 C语言曲线函数像素函数putpixel() 画像素点函数 getpixel()返回像素色函数 直线和线型函数line() 画线函数 lineto() 画线函数 linerel() 相对画线函数 setlinestyle() 设置线型函数 getlines

43、ettings() 获取线型设置函数 setwritemode() 设置画线模式函数 多边形函数HYPERLINK /view/553113.htmrectangle() 画矩形函数 bar() 画条函数 bar3d() 画条块函数 drawpoly() 画多边形函数 圆、弧和曲线函数getaspectratio()获取纵横比函数 circle()画圆函数 arc() 画圆弧函数 ellipse()画HYPERLINK /view/36981.htm椭圆弧函数 fillellipse() 画椭圆区函数 pieslice() 画扇区函数 sector() 画椭圆扇区函数 getarccoords

44、()获取圆弧坐标函数 填充函数setfillstyle() 设置填充图样和颜色函数 setfillpattern() 设置用户图样函数 floodfill() 填充闭域函数 fillpoly() 填充多边形函数 getfillsettings() 获取填充设置函数 getfillpattern() 获取用户图样设置函数 图像函数imagesize() 图像存储大小函数 getimage() 保存图像函数 putimage() 输出图像函数 图形和图像函数对许多图形HYPERLINK /view/330120.htm应用程序，直线和HYPERLINK /view/400.htm曲线是非常有用的。

45、但对有些图形只能靠操作单个像素才能画出。当然如果没有画像素的功能，就无法操作直线和曲线的函数。而且通过大规模使用像素功能，整个图形就可以保存、写、擦除和与屏幕上的原有图形进行叠加。 (一) 像素函数putpixel() 画像素点函数功能： 函数putpixel() 在图形模式下屏幕上画一个像素点。 用法： 函数调用方式为void putpixel(int x,int y,int color); 说明： 参数x,y为像素点的坐标，color是该像素点的颜色，它可以是颜色符号名，也可以是整型色彩值。 此函数相应的HYPERLINK /view/668911.htm头文件是graphics.h 返回

46、值： 无 例： 在屏幕上(6,8)处画一个红色像素点： putpixel(6,8,RED); getpixel()返回像素色函数功能： 函数getpixel()返回像素点颜色值。 用法： 该函数调用方式为int getpixel(int x,int y); 说明： 参数x,y为像素点坐标。 函数的返回值可以不反映实际彩色值，这取决于HYPERLINK /view/1120949.htm调色板的设置情况(参见setpalette()函数)。 这个函数相应的头文件为graphics.h 返回值： 返回一个像素点色彩值。 例： 把屏幕上(8,6)点的像素颜色值赋给变量color。 color=get

47、pixel(8,6); (二) 直线和线型函数有三个画直线的函数，即line(),lineto(),linerel()。这些直线使用整型坐标，并相对于当前图形视口，但不一定受视口限制，如果视口裁剪标志clip为真，那么直线将受到视口边缘截断；如果clip为假，即使终点坐标或新的当前位置在图形视口或屏幕极限之外，直线截断到屏幕极限。 有两种线宽及几种线型可供选择，也可以自己定义线图样。下面分别介绍直线和线型函数。 line() 画线函数功能： 函数line()使用当前绘图色、线型及线宽，在给定的两点间画一直线。 用法： 该函数调用方式为void line(int startx,int start

48、y,int endx,int endy); 说明： 参数startx,starty为起点坐标,endx,endy为终点坐标，函数调用前后，图形状态下屏幕光标(一般不可见)当前位置不改变。 此函数相应的头文件为graphics.h 返回值： 无 例： 见函数60.linerel()中的实例。 lineto() 画线函数功能： 函数lineto()使用当前绘图色、线型及线宽，从当前位置画一直线到指定位置。 用法： 此函数调用方式为void lineto(int x,int y); 说明： 参数x,y为指定点的坐标，函数调用后，当前位置改变到指定点(x,y)。 该函数对应的头文件为graphics.

49、h 返回值： 无 例： 见函数60.linerel()中的实例。 linerel() 相对画线函数功能： 函数linerel() 使用当前绘图色、线型及线宽，从当前位置开始，按指定的水平和垂直偏移距离画一直线。 用法： 这个函数调用方式为void linerel(int dx,int dy); 说明： 参数dx,dy分别是水平偏移距离和垂直偏移距离。 函数调用后，当前位置变为增加偏移距离后的位置，例如，原来的位置是(8,6)，调用函数linerel(10,18)后，当前位置为(18,24)。 返回值：无 例： 下面的程序为画线函数调用实例： #i nclude void main() int

50、driver,mode; driver=DETECT; mode=0; initgraph(&driver,&mode,); setcolor(15); line(66,66,88,88); lineto(100,100); linerel(36,64); getch(); restorecrtmode(); setlinestyle() 设置线型函数功能： setlinestyle() 为画线函数设置当前线型，包括线型、线图样和线宽。 用法： setlinestyle() 函数调用方式为void setlinestyle(int stly,unsigned pattern,int wigth

51、); 说明： 参数style为线型取值，也可以用相应名称表示，如表1-10中所示。 参数pattern用于自定义线图样，它是16位(bit)字，只有当style=USERBIT_LINE(值为1)时，pattern的值才有意义，使用用户自定义线图样，与图样中“1”位对应的像素显示，因此，pattern=0 xFFFF，则画实线；pattern=0 x9999，则画每隔两个像素交替显示的虚线，如果要画长虚线，那么pattern的值可为0 xFF00和0 xF00F，当style不为USERBIT_LINE值时，虽然pattern的值不起作用，但扔须为它提供一个值，一般取为0。 参数wigth用来

52、设定线宽，其取值见表1-11，表中给出了两个值，即1和3，实际上，线宽取值为2也是可以接受的。 若用非法参数调用setlinestyle()函数，那么graphresult()会返回错误代码，并且当前线型继续有效。 Turbo C提供的线型与线宽定义在头文件graphics.h中，表1-10和1-11分别列出了参数的取值与含义。 表1-10 线型 名称取值含义SOLID_LINE0实线DOTTED_LINE1点线CENTER_LINE2中心线DASHED_LINE3虚线USERBIT_LINE4用户自定义线型表1-11 线宽 名 称取 值说 明NORM_WIDTH（常宽）1一个像素宽（缺省值）

53、THICK_WIDTH（加宽）3三个像素宽这个函数的头文件是graphics.h 返回值： 无 例： 下面的程序显示了BC中所提供的线型图样： #i nclude void main() int driver,mode;i; driver=DETECT; mode=0; initgraph(&driver,&mode,); for(i=0;i4;i+) setlinestyle(i,0,1); line(i*50,200,i*50+60,200) ; getch(); restorecrtmode(); getlinesettings() 获取线型设置函数功能： 函数getlinesettin

54、gs() 用当前设置的线型、线图样和线宽填 写linesettingstype型结构。 用法： 函数调用方式为void getlinesettings(struct linesettingstype *info); 说明： 此函数调用执行后，当前的线型、线图样和线宽值被装入info指向的结构里，从而可从该结构中获得线型设置。 linesettingstype型结构定义如下： struct linesettingstype int linestyle; unsigned upattern; int thickness; ; 其中linestyle用于存放线型，线型值为表1-10中的各值之一。 u

55、pattern用为装入用户自定义线图样，这是16位字，每一位等于一个像素，如果哪个位被设置，那么该像素打开，否则关闭。 thickness为线宽值存放的变量，可参见表1-11。 getlinesettings()函数对应的头文件为graphics.h 返回值： 返回的线型设置存放在info指向的结构中。 例： 把当前线型的设置写入info结构： struct linesettingstype info; getlinesettings(&info); setwritemode() 设置画线模式函数功能： 函数setwritemode() 设置画线模式 用法： 函数调用方式为 void setw

56、ritemode()(int mode); 说明： 参数mode只有两个取值0和1，若mode为0，则新画的线将覆盖屏幕上原有的图形，此为缺省画线输出模式。如果mode为1，那么新画的像素点与原有图形的像素点先进行异或(XOR)运算，然后输出到屏幕上，使用这种画线输出模式，第二次画同一图形时，将擦除该图形。调用setwritemode()设置的画线输出模式只影响函数line(),lineto(),linerel(),recangle()和drawpoly()。 setwritemode()函数对应的头文件是graphics.h 返回值： 无 例： 设置画线输出模式为0： setwritemod

57、e(0); (三)、多边形函数对多边形，无疑可用画直线函数来画出它，但直接提供画多边形的函数会给用户很大方便。最常见的多边形有矩形、矩形块(或称条形)、多边形和多边形块，我们还把长方形条块也放到这里一起考虑，虽然它不是多边形，但它的特例就是矩形(块)。下面直接介绍画多边形的函数。 rectangle() 画矩形函数功能： 函数rectangle() 用当前绘图色、线型及线宽，画一个给定左上角与右下角的矩形(正方形或长方形)。 用法： 此函数调用方式为void rectangle(int left,int top,int right,int bottom); 说明： 参数left,top是左上角

58、点坐标，right,bottom是右下角点坐标。如果有一个以上角点不在当前图形视口内，且裁剪标志clip设置的是真(1)，那么调用该函数后，只有在图形视口内的矩形部分才被画出。 这个函数对应的头文件为graphics.h 返回值： 无 例： 下面的程序画一些矩形实例： #i nclude void main() int driver,mode; driver=DETECT; mode=0; initgraph(&driver,&mode,); rectangle(80,80,220,200); rectangle(140,99,180,300); rectangle(6,6,88,88); r

59、ectangle(168,72,260,360); getch(); restorecrtmode(); bar() 画条函数功能： 函数bar()用当前填充图样和填充色(注意不是给图色)画出一个指定上左上角与右下角的实心长条形(长方块或正方块)，但没有四条边线)。 用法： bar()函数调用方式为void bar(int left,int top,int right,int bottom); 说明： 参数left,topright,bottom分别为左上角坐标与右下角坐标，它们和调用函数rectangle()的情形相同，调用此函数前，可用setfillstyle()或setfillpatte

60、rn()设置当前填充图样和填充色。 注意此函数只画没有边线的条形，如果要画有边线的的条形，可调用下面的函数bar3d()来画，并将深度参数设为0，同时topflag参数要设置为真，否则该条形无顶边线。 这 应的头文件为graphics.h 返回值： 无 例： 见函数bar3d()中的实例。 bar3d() 画条块函数功能： 函数bar3d() 使用当前绘图色、线型及线宽画出三维长方形条块，并用当前填充图样和填 充色填充该三维条块的表面。 用法： 此函数调用方式为void bar3d(int left,int top,int right,int bottom,int depth,int topf