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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作PLC在扭转试验机电气控制系统改造中的应用方案田松岳（泰州技师学院 江苏 泰州 225300）摘要：本文从硬件和软件两个方面介绍了PLC（可编程序控制器）在扭转试验机电控制系统改造中的应用。充分利用闲置设备改造旧设备，使控制系统的可靠性大大提高。关键词：PLC 转速自动控制 扭转试验机我院机械实验室的扭转实验机型号为NJ100B，该机转速自动控制系统采用的是转速负反馈和电流截止负反馈晶闸管双闭环直流转速自动系统。由主电路、触发、放大、励磁、测速和换向回路等部分组成。原系统采用分立元件的电子线路实现。因使用多年，线路老化，可靠性差。常出现启动
2、、调速性能不稳定，甚至不能启动的现象。使用PLC对该系统的控制部分进行改造，系统的可靠性大大提高，且控制线路得以简化，对类似系统的改造具有一定参考价值。1. 系统设计原理 为保留原系统的技术性能，直流电动机乃采用Z2系统，功率为1.1KW，电压为110V，电流为13.45A，励磁电压为110V，励磁电流为0.713A，转速为1500rpmPLC采用实验室现有的SR21型，其存储器容量为700字（CMOS）、扫描速度12ms（1.0K），数模转换时间为2ms，具有较强的逻辑和数值运算功能，框架为E50B型。改造后的系统控制原理如图一所示R SR21PLC 给定值 电区电 励磁电路 励磁线圈 测量
3、值 压调节 电压值 励磁电 脉冲生成器 晶闸管整流 直流电动机 电流值 流调节 电流互感器 电压互感器 测速发电机 图一 控制系统原理图 触发脉冲生成器的作用是将PLC运算后的输出量转换成晶闸管的触发双脉冲，经隔离后驱动晶闸管电路，将交流电整流成直流电。励磁电路中包括弱磁信号的检测电路，该电路既将PLC运算后的输出量转换成所需的励磁直流量，又可进行弱磁保护。PLC共需使用4个A/D输入模块，故应占用四个输入通道，四个通道分配为：转速给定值、转速测量值、电机电流测量值、电机电压测量值。使用两个D/A输出模块，占用两个输出通道分别设置为电枢电压调节量和励磁电流调节量。为满足系统对调速的要求，控制环
4、节采用带PI调节器和给定积分等辅助环节的方式进行控制。设U为调节器的输出，V为转速测量值与转速给定值的差，t为PI调节器积分部分的时间常数。则U=KP（V+1/t）.（1）其中，KP是比例系数。 设tC为为采样周期，UN为第N 次采样输出，VN为第N次采样偏差。则积分式变为 UN=KP（VN +tC/t）（2） 为便于PLC运算，将式（2）变为增量形式 U=KP（VNVN-1）+KP VN .（3）其中：KP=KPtC/t2. 控制系统的软件设计开始 该软件应用能完成式（3）的计算。式中有两个变量，即速度给定值Ug和反馈环节的测量值Uf。在程序中它们分别存入R400和R402。R415设为输出
5、值寄存器，R435设为中间运算寄存器。取常数 C1=1/KP 、C2=1/KP， 调节运算周期为K0.1S。图二 给定值Ug与测量值Uf读数给出程序主体部分的流程图。程序中，先将R400与R402的 计算V=Ug-Uf数据进行比较，结果存入772、773和774。为满足调速性能 计算KPVN的要求，用计数器C600设定速度调节周期为K0.1S，即 计算KP（VN-VN-1）每隔K0.1S进行一次调节运算。 根据测量数据R402与给定 计算UN=KPVN+KP（VN-VN-1）数据R400之差，判断是否进行VN的增加运算或减少运算。增加运算时与“225” 作上下限处理比较，“225”为增加运算的
6、溢出范围 。减少运算时与“0”比较，“0”为最小运算 结束 调节量。如输出值小于“0”，则以“0”输出，如不小于“0”，以正常值输出，即作上下限处理。 图二.控制系统流程图该程序的梯形图如图三所示。3. 结论： 扭转试验机的电气控制系统采用PLC进行改造，系统的可靠性得以提高，工作更加稳定，实时性强，计算精确度高。但系统中的触发脉冲生成器须进行一定的修改，应使其输入端与PLC的D/A输出模块输出量相匹配，以便将该输出量转变成能控制晶闸管整流电路的脉冲信号。SR21还具有较强的逻辑控制功能，扭转试验机的启动、停止、可逆运行、测力机构、显示机构等均可由PLC参与控制。限于篇幅，本文从略。 A 14
7、0 164 722 F60 R400 F50 R225 141 F60 R425 F60 R402 165 142 F50 R404 F50 R402 F72 R402 F70 R400 F74 C1 375 F60 R435 C600 K F50 R402 C600 F72 R400 F600 R404 F74 C2774 C600 F60 R435 164 F50 R415772 C611 F72 R435 165 165 775 164 F50 0 F50 R402 F60 R415 F72 R404 165 775 F74 C1 F50 R415 F71 R415 F72 R435 F60 R415 F60 R415 F50 R400 F72 R404 F74 C2 F71 R415 F60 R435 F70 R254A 图三.试验机控制程序的梯形图4
