直流電動機是輸出或輸人為(wei) 直流電能的旋轉電動機，是能實現直流電能和機械能互換和轉換的電動機。直流電動機的調速性能很好，起動轉矩較大，特別是調速性能為(wei) 交流電動機所不及。因此，在對電動機的調速性能和起動性能要求較高的生產(chan) 機械上，大都使用直流電動機進行拖動。

    一、直流電動機的工作原理

    在圖7-41中，N、S為(wei) 一對固定的磁極（一般是電磁鐵，也可以是永久磁鐵），兩(liang) 磁鐵之間裝著一個(ge) 可以轉動的鐵質圓柱體(ti) （電樞），圓柱體(ti) 的表麵上固定著一個(ge) 線圈。當線圈中通入直流電流時，線圈受到電磁力的作用，如圖7-41 (a)所示，這一對電磁力形成了作用於(yu) 電樞的一個(ge) 電磁轉矩，轉矩的方向是逆時針方向。若電樞轉動，線圈邊的位置互換，如圖7-41 (b)所示，ab邊轉到下方，而線圈中通過的還是直流電流，此時產(chan) 生的電磁轉矩方向變為(wei) 順時針方向。因此，電樞受到的是一種方向交變的電磁轉矩，這種交變的電磁轉矩隻能使電樞來回搖擺，而不能使它連續轉動。顯然，要使電樞受到一個(ge) 方向不變的電磁轉矩，關(guan) 鍵在於(yu) ，當線圈處在不同極性的磁極下時，如何將流過線圈中的電流方向及時地加以轉換。為(wei) 此，必須添加一個(ge) 換向器，換向器由互相絕緣的銅質換向片構成，裝在電動機軸上，也和電樞絕緣，且和電樞一起旋轉。線圈邊a和線圈邊d分別接在換向器的兩(liang) 個(ge) 換向片上，換向器又與(yu) 兩(liang) 個(ge) 固定不動的石墨製成的電刷A、B相接觸。安裝換向片後，若將直流電壓加於(yu) 電刷端，直流電流經電刷流過電樞上的線圈，產(chan) 生電磁轉矩，電樞在電磁轉矩的作用下就旋轉起來。電樞一經轉動，由於(yu) 換向器配合電樞對電流的換向作用，直流電流交替地由線圈邊ab和cd流入，使線圈邊隻要處於(yu) N極之下，其中通過電流的方向總是由電刷A流入的方向，而在S極下時，總是由電刷B流出的方向。由此保證了每個(ge) 磁極下線圈邊中的電流始終是一個(ge) 方向，就可以使電動機連續地旋轉。

    圖7-41    直流電動機的工作原理示意圖

    (a)線圈受到電磁力作用；(b)線圈轉動

    直流電動機按類型主要分為(wei) 直流有刷電動機和直流無刷電動機，直流電動機的調速分為(wei) 電樞控製法和勵磁控製法。相對於(yu) 勵磁控製法，電樞控製法具有啟動平穩、能量損耗小、效率高和能在大範圍內(nei) 實現無級調速等優(you) 點，因此現在大部分場合都采用調節電樞電壓的方法來實現直流電動機的調速。

    二、直流電動機速度控製係統硬件設計

    1．輸入/輸出信號分析

    直流電動機速度控製係統的輸入信號有：控製直流電動機啟動和停止的按鈕各1個(ge) ，共2路輸入信號，需2個(ge) 輸入端子。

    輸出信號：控製直流電動機運行速度的PWM值，需1個(ge) 輸出端子。

    2．PLC的輸入/輸出分配表

    根據PLC的輸入/輸出信號分析情況，可以對PLC主機的輸入/輸出點數進行分配，結果如表7-9所示。

    表7-9    直流電動機速度控製係統輸入/輸出分配表

序號	地址	名稱	功能說明
2路數字輸入信號
1	I0.0	啟動按鈕	控製直流電動機的啟動
2	I0.1	停止按鈕	控製直流電動機的停止
1路數字輸出信號
1	Q0.0	直流電動機	PWM輸出

    3．PLC選型

    根據表7-9所示的PLC主機的輸入/輸出分配表，參看第2章表2-1，本實例中可以選擇S7 - 200係列PLC中的CPU221作為(wei) 控製主機。

    4．硬件連接圖

    根據輸入/輸出分配表，可以畫出如圖7 - 42所示的PLC主機的硬件接線圖。

    圖7-42    直流電動機速度控製係統PLC主機的硬件銜接線圖

    三、直流電動機速度控製係統軟件設計

    本實例中，直流電動機的詳細工作過程可描述如下：按下啟動按鈕，電動機開始運轉；電動機首先以慢速運轉40s，暫停4s後以中速運轉50s，再次暫停5s後以高速運轉60s，高速運轉60s後開始自由停車，直至停止運轉。若在工作過程中，按下停止按鈕，直流電動機就會(hui) 停止工作。

    根據對直流電動機工作過程的描述，可以設計出直流電動機速度控製係統的程序流程圖，如圖7-43所示。

    圖7-43    直流電動機速度控製係統的程序流程圖

    根據係統的功能要求，可知應采用高速脈衝(chong) 輸出指令PLS來控製脈衝(chong) 輸出，輸出口Q0.0控製位SMB67設置為(wei) 16:#D8(2#11011000)，允許輸出，采用PWM模式，PWM同步更新，時間單位為(wei) ms，不允許更新PWM脈衝(chong) 的周期值和脈衝(chong) 寬度。在低速階段，輸出的PWM脈衝(chong) ，周期為(wei) 100ms，脈寬為(wei) 30ms;在中速階段，輸出的PWM脈衝(chong) ，周期為(wei) 100ms，脈寬為(wei) 50ms；在高速階段，輸出的PWM脈衝(chong) ，周期為(wei) 100ms，脈寬為(wei) 80ms。直流電動機速度控製係統的PLC梯形圖以及語句表如圖7-44所示。

    圖7-44    直流電動機速度控製係統的PLC梯形圖和語句表