可編程控制器(PC)包括西門子的plc編程軟件(PLC)和可編程計(jì)算機(jī)控制器(PCC)。無論是plc控制系統(tǒng)還是其升級(jí)產(chǎn)品PCC，其基本組成和工作原理都是相同的。但是，PCC具有通用PLC所不具備的特點(diǎn)：

　　1、PCC采用了多任務(wù)操作系統(tǒng);

　　2、PCC不僅支持梯形圖、C語(yǔ)言等各種高、低編程語(yǔ)言，而且具有專門為工業(yè)控制開發(fā)的高級(jí)語(yǔ)言，更適合工業(yè)控制。與C語(yǔ)言等一般高級(jí)語(yǔ)言相比，PCC更易于編程;

　　3、PCC可以支持多個(gè)主CPU同時(shí)工作。它還具有智能處理器，如特殊時(shí)間處理單元保護(hù)(TPU)。

　　綜上所述，PCC在許多方面突破了傳統(tǒng)，在西門子plc編程軟件中引入了新的思想和編程思想，使其更容易達(dá)到日益復(fù)雜的工業(yè)控制要求。步進(jìn)電機(jī)在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的PCC控制具有很大的實(shí)用價(jià)值。

　　一、步進(jìn)電機(jī)控制說明

　　步進(jìn)電機(jī)的性能對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有重要意義。為了使速度控制系統(tǒng)更加可靠，需要考慮步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角、細(xì)分?jǐn)?shù)和保持力矩。

　　在步進(jìn)PCC調(diào)速器中，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的控制脈沖產(chǎn)生方式，其控制方式可分為直接控制和間接控制。前者通過PCC完成脈沖的產(chǎn)生和分配，輸出適合步進(jìn)電機(jī)的脈沖，然后通過功率釋放驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī);后者通過PCC完成脈沖的產(chǎn)生和輸出步進(jìn)電機(jī)的脈沖和方向控制信號(hào)，然后通過硬件或其它數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)脈沖的分配和功率放大。設(shè)備(如步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器)。

　　采用直接控制方式時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的頻率由高速任務(wù)組的掃描周期決定。步進(jìn)電機(jī)頻率越高，要求高速任務(wù)組掃描周期越短，占用CPU的時(shí)間越長(zhǎng)。采用間接控制方式時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的功能由TPU完成，不占用CPU資源。脈沖分配由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器完成，具有更多的優(yōu)點(diǎn)。完善靈活的控制功能(如加速、減速等)。因此，步進(jìn)PCC調(diào)節(jié)器主要采用間接控制力。

　　說明了一種采用間接控制的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)控制結(jié)構(gòu)。在PCC間接控制模式下，方向控制信號(hào)根據(jù)控制量增量的正負(fù)值確定。輸出脈沖信號(hào)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分配，使步進(jìn)電機(jī)按照所需的力方向、位移或角度旋轉(zhuǎn)。

　　兩相步進(jìn)電機(jī)PCC控制電路

　　步進(jìn)電機(jī)為Palker公司的OEM83-135，驅(qū)動(dòng)程序?yàn)镻alker公司的OEM750，PCC模塊為奧地利B&R公司的Power Panel.PP41，數(shù)字輸出模塊為DOL35，可與TPU通道連接。PCC通過數(shù)字輸出模塊輸出步進(jìn)脈沖信號(hào)和方向控制信號(hào)，輸入到OEM750步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的相應(yīng)端口。步進(jìn)電機(jī)由OEM750步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)與步進(jìn)電機(jī)對(duì)應(yīng)的脈沖驅(qū)動(dòng)。在PCC中，步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號(hào)是通過調(diào)用TPU功能塊ltxpestxo產(chǎn)生的。

　　該模塊專門為步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)，有兩個(gè)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，即步進(jìn)脈沖信號(hào)和方向電平信號(hào)。采用PCC輸出的步進(jìn)脈沖信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)的位置和速度。也就是說，每次驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖，它驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)步進(jìn)角，改變脈沖頻率。同時(shí)改變了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。通過控制脈沖數(shù)，可以準(zhǔn)確定位步進(jìn)電機(jī)，達(dá)到步進(jìn)電機(jī)調(diào)速定位的目的。PCC輸出方向的控制信號(hào)用于控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。在這一端，電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，否則，電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

　　1.1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

　　OEM75驅(qū)動(dòng)器具有分辨率高、靜態(tài)鎖定電流大、最大驅(qū)動(dòng)電流大、速度控制等優(yōu)點(diǎn)。

　　分辨率(步進(jìn)電機(jī)在一圈內(nèi)運(yùn)行的步進(jìn)電機(jī)步數(shù))可設(shè)置為16級(jí)，從每圈200步到每圈508()0步，可滿足用戶的不同要求。設(shè)置后，可以通過驅(qū)動(dòng)器上開關(guān)2的2到5位來完成。在PCC調(diào)速器中，每個(gè)循環(huán)的步數(shù)為1000步，使步進(jìn)電機(jī)的步距角為0.36度，完全滿足速度控制系統(tǒng)的要求。同時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)器采用細(xì)分技術(shù)，對(duì)抑制步進(jìn)電機(jī)的低頻振動(dòng)也起到了很好的作用，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

　　步進(jìn)電機(jī)靜態(tài)鎖定電流有四種不同的電流等級(jí)。由于PCC調(diào)節(jié)器的鎖緊力矩較小，故選用靜態(tài)鎖緊電流為最大驅(qū)動(dòng)電流的25%，以降低步進(jìn)電機(jī)的溫升，延長(zhǎng)步進(jìn)電機(jī)的使用壽命。

　　為了在不引起電機(jī)振蕩和噪聲的情況下最大化電機(jī)扭矩，PCC調(diào)節(jié)器的最大驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置為7.5a，電源電壓為24V。電流回路增益的計(jì)算公式如下：

　　Ki=364000 lm/u

　　公式：

　　lm——電機(jī)電感(h)

　　U——電源電壓(V)

　　應(yīng)注意，當(dāng)電機(jī)需要改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，控制電平信號(hào)必須保持至少200 us。

　　1.2 TPU功能塊LTXpestXO模塊

　　TPU是PP41模塊微處理器的時(shí)間處理單元。主要用于plc控制系統(tǒng)事件計(jì)數(shù)、門級(jí)時(shí)間測(cè)量、頻率測(cè)量、脈寬調(diào)制等時(shí)間相關(guān)任務(wù)的外部處理。它可以縮短CPU模塊調(diào)用中斷服務(wù)程序處理這些任務(wù)所需的時(shí)間。TPU功能模塊包括TPU操作系統(tǒng)、TPU配置、完成特定功能的TPU程序模塊等。應(yīng)用程序與TPU通信以傳輸參數(shù)和數(shù)據(jù)。功能模塊由B&R公司專門開發(fā)的TPU碼連接器生成。當(dāng)CPU熱啟動(dòng)時(shí)，它將自身傳輸?shù)絋PU的RAM，后者將接管TPU以完成用戶特定的功能。

　　在步進(jìn)電機(jī)控制中，主要采用LTXpestXO模塊。它與D0135模塊一起使用。它占用兩個(gè)TPU輸出通道。第一通道是控制步進(jìn)電機(jī)速度的脈沖信號(hào)，第二通道是控制步進(jìn)電機(jī)力方向的信號(hào)。可根據(jù)絕對(duì)位置或相對(duì)位置調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)。在循環(huán)任務(wù)中調(diào)用此模塊。應(yīng)該注意，這個(gè)模塊只能在程序的一個(gè)地方被調(diào)用。否則，在程序的不同部分調(diào)用相同的硬件可能會(huì)導(dǎo)致沖突。
 

　　功能模塊ltxpestxo可用于最小和最大速度，包括步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)/停止時(shí)間、步進(jìn)電機(jī)加速時(shí)的加速度和減速時(shí)的加速度、絕對(duì)目標(biāo)位置和相位。

　　通過設(shè)定目標(biāo)位置等多種參數(shù)，PCC和步進(jìn)電機(jī)可以靈活使用，功能強(qiáng)大，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的良好控制。

　　二、步進(jìn)電機(jī)控制應(yīng)用

　　目前，四川省越西鐵馬二級(jí)電站和飛羅電站已經(jīng)投產(chǎn)了許多步進(jìn)PCC調(diào)節(jié)器。對(duì)四川越溪鐵馬二電站2號(hào)機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了綜合測(cè)試。結(jié)果表明，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到或超過了GB/T9652.1-1997的要求。

　　試驗(yàn)結(jié)果的主要特點(diǎn)是：1)限速器死區(qū)小于0.04%;2)額定負(fù)載被拒25%，繼電器固定時(shí)間為0.16s;3)100%額定負(fù)載被拒時(shí)達(dá)到最大速度。升到額定轉(zhuǎn)速的118%，調(diào)整時(shí)間為19秒。第四，空載時(shí)干擾為8%。選擇幾個(gè)參數(shù)組進(jìn)行測(cè)試和比較。當(dāng)kp=1.7，kz=0.32，kd=1.7時(shí)，是理想的。干擾后，調(diào)節(jié)時(shí)間短，繼電器擺動(dòng)一次，頻率過沖小。

　　總結(jié)：

　　水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用PCC控制的步進(jìn)電機(jī)。幾十座電站的運(yùn)行結(jié)果表明，設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行狀況良好。水輪機(jī)調(diào)速器采用步進(jìn)電機(jī)，有效地解決了原調(diào)速器可靠性低的問題，簡(jiǎn)化了調(diào)速器結(jié)構(gòu)，降低了成本。它能完全滿足水輪機(jī)調(diào)速器的動(dòng)靜態(tài)的要求。

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