电气测量技术课程设计初步稿.docx

电气测量技术课程设计
作业一

一. 查阅资料，写出文献综述
PLC概述：
PLC:可编程逻辑控制器 （可编程控制器件）
可编程逻辑控制器，是一种采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：电源，中央处理单元(CPU)，存储器，输入输出接口电路，功能模块，通信模块。
当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。一、输入采样阶段，二、用户程序执行阶段，三、输出刷新阶段。
可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点。1.使用方便，编程简单，2.功能强，性能价格比高，3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强，4.可靠性高，抗干扰能力强，5.系统的设计、安装、调试工作量少，6.维修工作量小，维修方便。
PLC控制系统的结构及特点：
PLC的控制系统由硬件和软件两大部分组成，硬件指PLC本身及其外围设备，软件是指管理PLC的系统软件和PLC的应用程序。PLC与计算机的组成十分相似。只不过它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口，以及更直接的适应控制要求的编程语言。从硬件结构看，它由CPU、存储器、输入/输出接口、电源等组成。PLC的基本组成框图如下图所示。下面对PLC控制系统的主要硬件部分进行介绍。

中央处理器 存储器 输入输出接口 电源部分 编程器 扩展接口和外设通信接口
特点：PLC控制系统硬件结构简单，PLC的控制逻辑更改方便，系统稳定，维护方便。
PLC控制系统的应用：
在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的起停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度，压力，流量的设定与控制等，采用PLC来解决自动控制问题已成为最有效的工具之一。
设计应用PLC对交流电机进行控制的系统结构，画出系统原理图：
（1）利用PLC实现对三相异步电机正反转的控制，按键输入，PLC采集按键信息，根据输入信息的要求输出相应数字量去控制交流电机，PLC输出点与主电路隔离，避免破坏PLC系统。
直流电源
（24V）
交流电源
（220V）

隔离
PLC控制电路
主电路

按键输入
三相交流电机

（2）基于 PLC的电机速度闭环控制系统的组成框图如下图所示 ,系统组成包括速度环 PLC模糊控制器、变频器、交流电机及速度反馈电路等。其中,速度反馈可以采用 PLC高速计数模块与编码器的组合形式[3] 。整个系统的工作原理为 :控制器通过反馈通道检测电机的实际转速, 计算出实际速度与设定值的偏差 e和偏差变化率 ec作为模糊控制器的输入 ,模糊控制器依据 e和 ec, 根据模糊控制规则经查表和计算后得出输出值,再由 D/A转换后输出到变频器以驱动交流电,实现电机转速控制 。

二:以交流电机为被测对象，完成如下设计内容
1采用交流电压互感器、交流电流互感器为传感器，对电机电枢电压和电流进行信号转换。
给出1~2种交流电压互感器、交流电流互感器型号及其参数；
选定的交流电压互感器、交流电流互感器与电机系统的连接方法和电路图。

将传感器输出信号转换为数字量，选定的传感器输出信号转换为数字量的基本方法；列举1~2种AD采集器（板）的型号及其参数；信号连接方法及基本电路图。

使用AD转换器 采样 保持 量化 三个步骤。

UCARD-20016SE是16通道循检式测量板卡，采用循环扫描的采集方式，最高扫描速率为200KSps，配置16Bit高精度A/D，可实现对16通道的静态或动态模拟信号采集、记录，适用于对被测对象时间同步性要求不高的测试场合；数据掉电保护功能增加了数据安全性，即使在使用过程中突然掉电，已经存于仪器中的单片机程序、门阵列码、采集数据、设置参数等都不会丢失。通信接口全兼容USB2.0标准，往下兼容USB1.1。随卡提供接口说明、二次开发包及相应联接件，方便嵌入到用户开发的系统中。

三：利用DSP程序按照上位机的要求进行数据采集并把采集的结果发送给上位机进行处理。
主程序：

DSP通信模块（接收数据，发送数据）：

四：误差分析
1. 针对上述所设计的测量系统，分析产生误差的主要原因
（1）测量对象：在测量过程中，由于受到各种外在因素或者由于其自身的内在性质的影响，电机会参数发生变化，引起测量值的不准确。
（2）测量人员：被测数据可能处于变动之中，不同人员记录到的数据会有差异，或是记录错误都会在测量结果中引入误差。
（3）测量原理和方法：使用交流电压互感器、交流电流互感器测量会对电枢电压和电枢电流产生影响，AD转换时的误差。
（4）测量仪器、设备和系统：交流电压互感器、交流电流互感器和AD转换器的分辨率及系统不稳定会给测量带来误差，还有测量仪器量化误差及AD转换器迟滞误差等。
（5）测量环境：由于各种环境因素（如温度、湿度、振动、电源电压、电磁场等）与测量要求的条件不一致，对被测对象、测量系统和测量人员均会产生程度不同的、不可预测的影响，会产生影响误差。
2. 分析消除或减小测量过程中的误差的基本方法；
(1)采用符合实际的理论公式和测量方法，减小系统误差。
(2)实验中严格保证仪器装置和实验的测量条件，消除仪器误差。
①为了防止仪器的调整误差，在测量前要正确、严格地调整仪器。
②为了防止测量过程中仪器零点变动，在测量开始和结束时，都需检查零点。
③为了防止经长期使用导致仪器精度降低，就要定期进行严格的检定与维护。
(3)严格控制环境条件，消除影响误差。
对于测量环境的温度、湿度、大气压、电磁场等因素的要求应尽量满足被测量的测量要求。若系统误差是由外界条件变化引起的，应在外界条件比较稳定时进行测量。
(4)多人合作，重复实验，消除人员误差。
（5）采用修正法消除系统误差
这种方法是通过对仪器的先期检定，将其系统误差测量出来或计算出来，并给出误差修正表格、误差修正曲线或误差修正函数。在测量时，通过修正值进行误差修正。
（6）多次测量数据求平均，消除随机误差
（7）测量正行程与反行程，求均值。
（8）判断数据置信度，舍去不合理的数据。
3. 给出数据处理的基本过程框图。