軟啟動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及模擬仿真分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u3712軟啟動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及模擬仿真分析案例 129969第1章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 1303851.1編程軟件簡介 266041.2主程序設(shè)計(jì) 383741.3電流限幅起動(dòng)子程序 4170801.4電壓斜坡起動(dòng)子程序 525125第2章模擬與仿真 7139392.1仿真軟件簡介 763962.2仿真模型簡介 10116372.3仿真結(jié)果與分析 10第1章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)一個(gè)好的軟起動(dòng)系統(tǒng)，不僅需要堅(jiān)持可靠的硬件為支撐，還需要有功能完善的軟件來協(xié)同工作，僅有硬件部分是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，才能發(fā)揮出應(yīng)有的最佳的性能，由于系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)具有一定的復(fù)雜性，篇幅有限，下面僅對(duì)其中幾個(gè)主要的軟件組成部分進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)，然而要使系統(tǒng)能夠正常較好的運(yùn)行，更要求有軟件這一靈魂來支持。在電機(jī)控制系統(tǒng)中引入PLC控制技術(shù)是本課題一個(gè)非常重要的部分，而軟件設(shè)計(jì)更是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)的高性能控制以及優(yōu)化電機(jī)的起動(dòng)性能的關(guān)鍵。其中系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)在控制系統(tǒng)中有著舉足輕重的地位，它關(guān)系到系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，能否較好地滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。1.1編程軟件簡介圖1.1軟件主界面圖STEP7-Micro/WIN32是西門子公司基于Windows操作系統(tǒng)開發(fā)的應(yīng)用軟件，是西門子公司專為S7-200系列PLC而開發(fā)的，是西門子PLC用戶不可或缺的應(yīng)用軟件，軟件主界面如圖1.圖1.1軟件主界面圖它可以創(chuàng)建、編輯和修改用戶程序以及編譯、調(diào)試和監(jiān)控用戶程序，使用簡單、容易學(xué)習(xí)。在試和監(jiān)控用戶程序時(shí)，可以監(jiān)視S7-200系列可編程控制器正在執(zhí)行用戶程序的狀態(tài)，為S7-200系列可編程控制器指定運(yùn)行程序的掃描次數(shù)，強(qiáng)制變量等；在指令向?qū)Чδ苤杏蠵LC內(nèi)置脈沖串輸出、脈寬調(diào)制指令向?qū)У?。同時(shí)STEP7-Micro/WIN32還有運(yùn)動(dòng)控制、創(chuàng)建調(diào)制解調(diào)模塊程序、USS協(xié)議庫、Modbus從站協(xié)議指令、使用配方、使用數(shù)據(jù)記錄和PID自整定和PID整定控制面板等功能[10]。STEP7-Micro/WIN32軟件主界面一般分為6個(gè)區(qū)域：菜單欄、指令樹、工具欄、覽欄、輸出和用戶窗口。1.2主程序設(shè)計(jì)圖1.2主程序邏輯框圖圖1.2主程序邏輯框圖開始后系統(tǒng)首先進(jìn)行初始化，監(jiān)測(cè)電壓電流等信息，判斷是否有缺相、過電壓等故障的出現(xiàn)，若有則發(fā)送故障信息，中止起動(dòng)過程。若無故障，發(fā)送正常信息，根據(jù)用戶指令選擇對(duì)應(yīng)的起動(dòng)模式，起動(dòng)完成后，軟起動(dòng)控制系統(tǒng)斷開旁路接觸器閉合，起動(dòng)過程結(jié)束。運(yùn)行過程中，PLC不斷掃描各參數(shù)，進(jìn)行比對(duì)，看是否有故障發(fā)生，若有，則調(diào)用對(duì)應(yīng)的保護(hù)子程序，發(fā)送故障信息[11]。1.3電流限幅起動(dòng)子程序電流限幅軟起動(dòng)為主要的起動(dòng)方式，這種起動(dòng)方式是一種閉環(huán)型的控制方式，以電動(dòng)機(jī)定子電流作為閉環(huán)反饋信號(hào)，然后通過PLC控制器對(duì)其計(jì)算處理，控制觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通的角度，從而實(shí)現(xiàn)限制起動(dòng)電流的目的[12]。其輸出電壓從零開始迅速增長，直到其輸出電流達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電流限值Im，然后在保持輸出電流小于預(yù)先設(shè)定的電流限值的條件下逐漸升高電壓到額定電壓，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸升高，直到額定轉(zhuǎn)速。圖1.3電流限幅起動(dòng)子程序圖本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電流限幅倍數(shù)有8種，分別為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、1.0、圖1.3電流限幅起動(dòng)子程序圖1.4電壓斜坡起動(dòng)子程序電壓斜坡起動(dòng)方式中，起始電壓為Vt0和起始時(shí)間SST是決定電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程的兩個(gè)重要參數(shù)。電壓斜坡起動(dòng)子程序中通過檢測(cè)接觸器KM1、KM2、KM3的組合設(shè)置獲得起始電壓Vt0(共8種起動(dòng)電壓)。圖1.4電壓斜坡起動(dòng)子程序在主程序中禁止晶閘管觸發(fā)，所以電壓斜坡起動(dòng)子程序中在檢測(cè)好設(shè)置的起始電壓vt0后允許觸發(fā)，并允許中斷。在電壓斜坡起動(dòng)子程序中先在未檢測(cè)阻抗角的情況下從0V開環(huán)上升到起始電壓vt0，然后在檢測(cè)阻抗角的情況下從起始電壓vt0閉環(huán)上升到額定電壓Ue。圖1.4電壓斜坡起動(dòng)子程序

第2章模擬與仿真2.1仿真軟件簡介圖2.1Simulink軟件界面圖2.1Simulink軟件界面在Simulink中可根據(jù)所建數(shù)學(xué)模型選擇傳動(dòng)裝置各環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的單元。裝置的振動(dòng)曲線可以通過對(duì)各單元給定的相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行模擬得出。再調(diào)整各環(huán)節(jié)的參數(shù)，直至模擬曲線達(dá)到要求，從而為實(shí)際工作的設(shè)計(jì)提供要求參數(shù)值Simulink由很多模塊構(gòu)成，其中最主要的是標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)模塊庫這兩大類。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模塊庫，共包括16個(gè)字庫，分別為連續(xù)系統(tǒng)模塊庫、常用模塊庫、非連續(xù)系統(tǒng)模塊庫、邏輯和位6操作模塊庫、查表模塊庫、數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊庫、模塊聲明庫、模塊擴(kuò)充功能庫端口和子系統(tǒng)模塊庫、信號(hào)屬性模塊庫、信號(hào)數(shù)據(jù)流模塊庫、接收器模塊庫、信號(hào)源模塊庫用戶自定義模塊庫和附加的數(shù)學(xué)于離散函數(shù)庫。針對(duì)專業(yè)模塊庫，其中電力系統(tǒng)模塊庫是種致力于RLC電路、電力電子電路、電力系統(tǒng)和電機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)仿真的模塊庫包含了各種電源、電氣元器件、電工測(cè)量儀表及分析工具等。能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)和報(bào)錯(cuò)的多種情況進(jìn)行模擬以及仿真分析[13]，其軟件界面如圖2.1所示。2.2仿真模型簡介軟起動(dòng)仿真模型主要包括：三相電源模塊、晶閘管調(diào)壓主回路模塊、觸發(fā)脈沖發(fā)生器模塊、給定積分模塊、電機(jī)模塊、測(cè)量顯示模塊等，如圖2.2所示。起動(dòng)時(shí)通過控制器時(shí)，晶閘管控制角從小到大變化，使電機(jī)兩端的極端電壓逐漸上升，通過仿真可以研究軟起動(dòng)控制系統(tǒng)的控制曲線，電流限制效果和電磁轉(zhuǎn)換器等情況[14]。電動(dòng)機(jī)仿真參數(shù)：在仿真中，三相異步電機(jī)采用SimPowerSystems庫中的AsynchronousMachineSIUnit，其參數(shù)設(shè)置為:額定電壓U=380V、頻率f=50Hz、定子電阻R=435Ω、額定功率P=2KW、定子自感L=0002mH、轉(zhuǎn)子電阻k=0.81Ω、額定轉(zhuǎn)速n=1420轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)子自感L=0002mH、級(jí)對(duì)數(shù)p=2、互感Lm=0.069mH、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.19kg·m。圖2.2仿真模型2.3仿真結(jié)果與分析圖2.2仿真模型為了看出軟起動(dòng)控制系統(tǒng)在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流，起動(dòng)轉(zhuǎn)接以及轉(zhuǎn)速方面，比直接起動(dòng)有明顯改善，再進(jìn)行軟起動(dòng)控制系統(tǒng)模型仿真的同時(shí)，電機(jī)在全壓下直接起動(dòng)仿真，從而進(jìn)行對(duì)比分析。圖2.5直接起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速圖2.4直接起動(dòng)時(shí)的定子電流圖2.圖2.5直接起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速圖2.4直接起動(dòng)時(shí)的定子電流圖2.3直接起動(dòng)時(shí)的定子電壓

圖2.6直接起動(dòng)時(shí)的電轉(zhuǎn)矩（2）軟起動(dòng)：電機(jī)軟起動(dòng)時(shí)的定子電壓、定子電流、轉(zhuǎn)速及電磁轉(zhuǎn)矩變化如圖2.7~2.10所示。由圖可知，電機(jī)在軟起動(dòng)時(shí)，定子電壓不超過250V，比直接起動(dòng)時(shí)略小，但較為平穩(wěn);起動(dòng)電流最高僅為50A，是直接起動(dòng)時(shí)的1/4；電機(jī)在1.8s