[发明专利]中职直流调速系列实验的集成系统和方法

权利要求书

1.一种直流调速系列实验的集成系统，其特征在于，系统由直流调速系列实验的组态和控制装置（100）、直流调速系列实验的组态继电器接线桩阵列（200）、直流调速系列实验的系列实验装置（900）组成，直流调速系列实验的系列实验装置（900）包括控制单元（300）、执行单元（400）、被控对象（500）、测量单元（600）、零速封锁单元（700）、三相交流电源（800）；闭环控制时，测量单元（600）采集被控对象（500）的被控变量值，偏差=设定值-被控变量值，控制单元（300）输入偏差、偏差代入控制算法公式、输出控制量，执行单元（400）根据控制量作用于被控对象（500）、调节被控变量值；开环控制时，执行单元（400）根据设定值直接作用于被控对象（500）、调节被控变量值；控制单元（300）是集成系统的一个逻辑单元；

组态和控制装置（100）包括S7 200 PLC的CPU224XP模块（110）、继电器输出SM322模块（120）、CPU模块自带的模入/出和定时器模块（130）、CPU模块自带的通信模块（160）、电源NES-75-24模块（170）、触摸屏MT8070iH模块（180）；组态继电器接线桩阵列（200）包括第1接线桩KM1（201）、第2接线桩KM2（202）、逐一按序递增至第11接线桩KM11（211），组态继电器接线桩阵列（200）嵌入在系列实验装置（900）内；继电器输出SM322模块（120）的第1继电器输出端口与第1接线桩KM1（201）相连、第2继电器输出端口与第2接线桩KM2（202）相连、逐一按序递增至第11继电器输出端口与第11接线桩KM11（211）相连；

根据直流调速系列实验的要求，在触摸屏MT8070iH模块（180）上，输入组态继电器接线桩阵列（200）的第1～11接线桩通断值，即把直流调速系列实验映射为继电器输出端口的组态列表；CPU224XP模块（110）参照继电器输出端口的组态列表，控制继电器输出SM322模块（120）端口的通断，即在组态和控制装置（100）的控制下，完成直流调速系列实验切换时所需的连接；直流调速系列实验中，测量单元（600）、执行单元（400）的脉冲量、模入/出量、开入/出量，与组态和控制装置（100）的脉冲、模入/出、开入/出端口一一对应相连。

2.根据权利要求1所述的直流调速系列实验的集成系统，其特征在于，所述的系列实验装置（900）的控制单元（300）由速度调节器（310）、电流调节器（320）组成，双闭环控制时，速度调节器（310）的输出为电流调节器（320）的输入、构成内外环串级结构，速度调节器（310）的输入是偏差=设定值-被控变量值，电流调节器（320）的输出是执行单元（400）的控制量；执行单元（400）由触发电路（410）、正桥功放电路（420）、整流电路（430）组成，执行单元（400）的控制量决定触发电路（410）的触发角，经正桥功放电路（420）和整流电路（430），输出驱动被控对象（500）的直流电；测量单元（600）由测速电路（610）、电流反馈和过流保护电路（620）组成，零速封锁单元（700）则消除小信号设定值时直流调速电机的爬行现象，向速度调节器（310）、电流调节器（320）输出被控对象（500）直流调速电机的转速、电流数据；组态继电器接线桩阵列（200）的第1～11接线桩，按需配置至系列实验装置（900）的电路节点，借助继电器输出SM322模块（120）端口的通断转换，实现系列实验装置（900）的实验切换；

整流电路（430）包括第1晶闸管VT1（431）、第2晶闸管VT2（432）、逐一按序递增至第6晶闸管VT6（436）、三相整流变压器T（437）；变压器的原边和副边均采用Y型接法，六只晶闸管中的VT1、VT3、VT5共阴极连接，VT4、VT6、VT2共阳极连接，构成经典的桥臂串联式整流器；三相整流变压器T（437）的原边接入市电，晶闸管整流后输出的直流供被控对象（500）直流调速电机使用；双闭环直流调速系统，在转速负反馈单闭环直流调速系统中加入电流调节器（320）构成转速-电流双闭环直流调速系统，速度调节器（310）的输出作为电流调节器（320）的输入，电流调节器的输出控制整流电路（430）。

3.一种使用如权利要求2所述集成系统的直流调速系列实验集成方法，其特征在于，方法的流程包括直流调速系列实验集成方法的准备流程和直流调速系列实验集成方法的运行流程；

直流调速系列实验集成方法的准备流程

（1）建立直流调速系列实验的、继电器输出端口的组态列表

实验1开环直流调速、实验2直流调速柜、实验3转速负反馈单闭环直流调速、实验4转速负反馈单闭环无静差直流调速、实验5直流调速柜电压负反馈单闭环直流调速、实验6双闭环直流调速、实验7直流调速柜双闭环系统，按实验要求，在触摸屏MT8070iH模块（180）上，生成继电器输出端口的组态列表，表中1/0表征继电器通/断；

继电器输出端口的组态列表

（2）系列实验装置接入组态和控制装置

组态继电器接线桩阵列（200）的接线桩与继电器输出模块SM322（120）的继电器输出端口一一对应相连；

测量单元（600）、执行单元（400）的脉冲量、模入/出量、开入/出量，与组态和控制装置（100）的脉冲、模入/出、开入/出端口一一对应相连；

（3）继电器输出端口组态列表上选择直流调速系列实验中的实验

触摸屏MT8070iH模块（180）组态列表上，选择实验1、实验3、实验6；

对系列实验装置（900）组态，逐一生成实验1、实验3、实验6；

直流调速系列实验集成方法的运行流程

（1）实施选择的直流调速系列实验

CPU 224XP模块（110）下载触摸屏MT8070iH模块（180）组态列表选择实验；

逐一实施组态列表上选择的实验；

（2）分析、类比和归纳，寻找直流调速知识要素之间的规律

记录实验数据，分析、类比和归纳；

寻找直流调速知识要素之间的规律；

Case1：触摸屏MT8070iH模块（180）组态列表上重新选择实验；

Case2：触摸屏MT8070iH模块（180）加载新的控制算法；

Case3：更换直流调速电机；

Case4：重复实验；

Case5：转（4）；

（3）继续实验

转（1）；

（4）结束

end。