【正文】 第2稿對(duì)可編程序控制器作了如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。 在全世界上百個(gè)可編程序控制器制造廠中，有幾家舉足輕重的公司。 可編程序控制器的推廣在我國(guó)得到了迅猛的發(fā)展，可編程序控制器已經(jīng)大量應(yīng)用在引進(jìn)設(shè)備和國(guó)產(chǎn)設(shè)備中，我國(guó)不少?gòu)S家引進(jìn)或研制了一批可編程序控制器，各行各業(yè)也涌現(xiàn)出大批應(yīng)用可編程序控制器改造設(shè)備的成果，機(jī)械行業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備越來(lái)越多地采用可編程序控制器作控制裝置。I/0點(diǎn)數(shù)從8^8192點(diǎn)，有多種機(jī)型、多種功能模板可靈活組合，結(jié)構(gòu)形式也是多樣的。一臺(tái)可編程序控制器可以同時(shí)控制幾臺(tái)設(shè)備，也可以通過(guò)聯(lián)網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。 6)安裝、維修簡(jiǎn)單與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，PLC安裝不需要特殊機(jī)房和嚴(yán)格的屏蔽。 7)運(yùn)行速度快 隨著微處理器的應(yīng)用，PLC的運(yùn)行速度增快，使它更符合處理高速度復(fù)雜的控制任務(wù)。 1)大型網(wǎng)絡(luò)化 主要是朝DCS方向發(fā)展，使其具有DCS系統(tǒng)的一些功能。 3)高可靠性 由于控制系統(tǒng)的可靠性日益受到人們的重視，一些公司已將自診斷技術(shù)、冗余技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)有產(chǎn)品中，推出了高可靠性的冗余系統(tǒng)，并采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。 PLC上電后首先進(jìn)行初始化:I/0、內(nèi)部輔助、特殊輔助、輔助記憶繼電器區(qū)域清零。這個(gè)工作過(guò)程分為內(nèi)部處理、外設(shè)端口服務(wù)、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個(gè)階段。當(dāng)PLC處于停止(STOP)狀態(tài)時(shí)只進(jìn)行內(nèi)部處理和外設(shè)端口服務(wù)操作等內(nèi)容。自此輸入映像寄存器就與外界隔離，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化其映像寄存器的內(nèi)容也不發(fā)生變化，只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息，也就是說(shuō)，各輸入映像寄存器的狀態(tài)要保持一個(gè)掃描周期不變。 執(zhí)行用戶程序階段的掃描時(shí)間是影響掃描周期時(shí)間長(zhǎng)短的主要因素，而且不是固定的，其原因主要取決于以下幾方面因素:①用戶程序中所用語(yǔ)句條數(shù)的多少。 可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)可編程序控制器主要是由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。I/O模塊輸入模塊和輸出模塊簡(jiǎn)稱為I/O模塊，它們是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)和CPU模塊的橋梁。從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊中的元器件，或使可編程序控制器不能正常工作?？删幊绦蚩刂破鲀?nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的電路供電。由此可以看出，全部輸入輸出狀態(tài)的改變需要一個(gè)掃描周期。若要輸出對(duì)輸入作出快速響應(yīng)的場(chǎng)合，則可采取相應(yīng)的措施如選用高速CPU提高掃描速度，采用快速響應(yīng)模塊、高速計(jì)數(shù)模塊以及不同的中斷處理等措施來(lái)盡量減少滯后時(shí)間。 可編程序控制器編程語(yǔ)言的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 現(xiàn)代的可編程序控制器一般備有多種編程語(yǔ)言，供擁護(hù)選擇，不同廠家的可編程序控制器的編程語(yǔ)言有較大的區(qū)別，用戶不得不學(xué)習(xí)多種編程語(yǔ)言。 IEC11313詳細(xì)地說(shuō)明了句法、語(yǔ)義和下述5種編程語(yǔ)言的表達(dá)方式：順序功能圖（Sequential function chart）。有時(shí)把梯形圖稱為電路或者程序，把梯形圖的設(shè)計(jì)叫做編程。如果該存儲(chǔ)單元為“0”狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的編程元件的線圈和觸點(diǎn)的狀態(tài)與上述的相反，稱該編程元件為“0”狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的編程元件的線圈和觸點(diǎn)的狀態(tài)與上述的相反，稱該編程元件為“0”狀態(tài)，或稱該編程元件OFF。根據(jù)梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對(duì)應(yīng)的編程元件的ON/OFF狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。梯形圖中各編程元件的常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)均可以無(wú)限多次地使用。模擬量首先被傳感器和變送器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電流或電壓，可編程序控制器用A/D轉(zhuǎn)換器將它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制位數(shù)反映了它們的分辨率，位數(shù)越多，分辨率越高。PID控制器綜合了關(guān)于系統(tǒng)過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)三方面的信息，對(duì)動(dòng)態(tài)過(guò)程無(wú)需太多的預(yù)先知識(shí)，控制效果能夠滿足要求[12]。 ②適應(yīng)性強(qiáng)，可以廣泛的應(yīng)用于各種行業(yè): ③魯林性強(qiáng)，它的控制品質(zhì)對(duì)被控對(duì)象特性的變化不大敏感。計(jì)算機(jī)對(duì)來(lái)自A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)進(jìn)行比例、積分和微分變換處理，既能消除靜差，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性，又能加快過(guò)渡過(guò)程和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性[23]。(n)分別為第n1和第n次采樣所得的偏差信號(hào)，u問(wèn)為第n時(shí)刻的控制量。增量式PID算式；增量式PID算法就是讓計(jì)算機(jī)輸出相鄰兩次調(diào)節(jié)結(jié)果的增量。數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)通常有兩種方法：模擬設(shè)計(jì)法和離散設(shè)計(jì)法。 離散設(shè)計(jì)法則首先將圖31所示系統(tǒng)中的被控對(duì)象加上保持器一起構(gòu)成的廣義對(duì)象離散化，得到相應(yīng)的以脈沖傳遞函數(shù)，差分方程或離散系統(tǒng)狀態(tài)方程表示的離散系統(tǒng)模型。在我們使用的PLC中，是通過(guò)PID調(diào)節(jié)器來(lái)調(diào)節(jié)輸出，保證偏差值為零，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。離散式方程如式(35)所示： （式35）其中:Mn 采樣時(shí)刻n計(jì)算出的PID回路輸出值 Kc PID回路增益 e。利用計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的迭代運(yùn)算，可以將上式簡(jiǎn)化為CPU實(shí)際使用的遞推形式，如式(36)所示: Mn=MPo+MIn+MDn （式36）其中：Mn 第n采樣時(shí)刻的計(jì)算值 MP。同樣，經(jīng)過(guò)了PID運(yùn)算以后的回路輸出值一般為控制變量，而且輸出的也是經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化了的實(shí)數(shù)，所以在回路輸出驅(qū)動(dòng)模擬輸出之前，必須把回路輸出轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的16位整數(shù)，即通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程的逆過(guò)程，將回路輸出值轉(zhuǎn)換位相應(yīng)的能驅(qū)動(dòng)模擬輸出的值。 PID控制器設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 三菱公司從A系列PLC中開(kāi)始增加了用于閉環(huán)控制的PID指令。⑤指定用于計(jì)算的數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)校驗(yàn) 數(shù)字控制系統(tǒng)本質(zhì)上是一種采樣控制系統(tǒng)。 選擇一個(gè)足夠的采樣周期，采樣周期為被控對(duì)象純滯后時(shí)間的1/10以下。 用選定的采樣周期使系統(tǒng)工作。 選擇控制度 根據(jù)實(shí)際需要選擇PID控制器的控制精度。根據(jù)選定的控制度，查表31求得參數(shù)KP , KI，和KD的值?？刂旗`活，重復(fù)精度高。 系統(tǒng)原理分析系統(tǒng)原理如圖42圖42 系統(tǒng)原理圖電動(dòng)機(jī)可以是同步機(jī)或異步機(jī)，開(kāi)關(guān)變壓器控制部分由PLC主控模塊、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、電流互感器、可控硅交流調(diào)壓裝置及其觸發(fā)單元構(gòu)成。 磁控式PLC電機(jī)起動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)磁控式電機(jī)軟起動(dòng)裝置是近年來(lái)開(kāi)始在工業(yè)上逐漸被認(rèn)可的一種大型電機(jī)軟起動(dòng)裝置。以下為具體工作原理和啟動(dòng)過(guò)程。系統(tǒng)原理框圖如圖44所示： 圖44 磁控式PLC電機(jī)起動(dòng)控制系統(tǒng)主電路圖圖44中M為籠型電機(jī)．電抗控制部分由PLC主控模塊，A/D模塊、電流互感器、可控硅及其觸發(fā)單元、可調(diào)電抗等構(gòu)成。此時(shí)可調(diào)電抗的值為其最大值LO。運(yùn)算的結(jié)果是數(shù)字量，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換后輸出電流模擬量，控制可控硅觸發(fā)角，使可控硅輸出電壓逐漸增大，從使而可調(diào)電抗值L0逐漸減小。 硬件設(shè)計(jì)根據(jù)裝置工作需要，選用性價(jià)比較高的日本三菱公司的FX2N系列的FX2N16MR001可編程控制器來(lái)構(gòu)建控制系統(tǒng)。PLC模塊配置如圖45所示：圖45 PLC模塊配置形卡為了使操作過(guò)程簡(jiǎn)單、可靠，本裝置盡可能減少了輸入、輸出量。A/D模塊上僅有AIW0(模擬量輸入)、AQW0(模擬量輸出)兩個(gè)量。當(dāng)轉(zhuǎn)子電流大于設(shè)定值時(shí)，則減小輸出的模擬控制電壓以增大等效的電抗值；當(dāng)轉(zhuǎn)子電流小于設(shè)定值時(shí)，則增大輸出的模擬控制電壓以減小等效的電抗值；當(dāng)轉(zhuǎn)子電流小于或等于設(shè)定值時(shí)，且等效電抗已減小為0時(shí)，則執(zhí)行相關(guān)的開(kāi)關(guān)量順序控制，使可調(diào)電抗退出運(yùn)行，起動(dòng)過(guò)程結(jié)束。軟起動(dòng)使電動(dòng)機(jī)輸入電壓從0V開(kāi)始，按預(yù)先設(shè)置的方式逐步上升，直到全電壓結(jié)束。ROCKWELL的SMCPLUS軟啟動(dòng)器標(biāo)準(zhǔn)單元在主電路中的接線如圖10所示。工作電流通過(guò)KMn1送至電動(dòng)機(jī)。因?yàn)榻佑|器通斷時(shí)，觸點(diǎn)兩端電壓基本為零，也提高了接觸器的使用壽命。圖48 軟件編制流程圖第5章 大中型異步電動(dòng)機(jī)變頻—工頻同步切換研究 交流異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)所產(chǎn)生的電流沖擊和轉(zhuǎn)矩沖擊會(huì)給供電系統(tǒng)和拖動(dòng)系統(tǒng)帶來(lái)不利影響，故對(duì)于容量較大的異步電動(dòng)機(jī)一般都要采用軟起動(dòng)方案。變頻軟起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是由于采用電壓/頻率按比例控制方法，所以不會(huì)產(chǎn)生過(guò)電流；并可提供等于額定轉(zhuǎn)矩的起動(dòng)力矩，特別適合于需重載或滿載起動(dòng)的設(shè)備[25]。這時(shí)就要將電動(dòng)機(jī)再切換到變頻器拖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)減速停車。 變頻器的輸出切換方法分類冷切換：在變頻器停車停電時(shí)進(jìn)行切換，等切換完成后再開(kāi)機(jī)運(yùn)行。冷切換是最安全、最簡(jiǎn)單的切換方式，但它只能用于可以間斷工作的負(fù)載；對(duì)于需連續(xù)工作的負(fù)載，只能采用熱切換的方式，詳見(jiàn)下面的討論。另外，為了避免變頻器因?yàn)橥蝗凰ω?fù)荷而使功率器件因承受過(guò)大的電流電壓沖擊而損壞，在將電動(dòng)機(jī)從變頻器切離之前，應(yīng)先封鎖變頻器的輸出。時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生比起動(dòng)電流還要大的沖擊電流，會(huì)影響到電網(wǎng)及電動(dòng)機(jī)的壽命。因此應(yīng)當(dāng)選擇一個(gè)最為合適的時(shí)間重合閘，才能使切換引起的沖擊電流最小，倒并否非要等轉(zhuǎn)子完全停止后再合閘，因?yàn)榇藭r(shí)的電流即為全壓靜止起動(dòng)電流。2）、由電網(wǎng)向變頻器切換 到目前為止，還沒(méi)有人敢在變頻器運(yùn)行中將電動(dòng)機(jī)由電網(wǎng)向變頻器切換，因?yàn)橛梢陨系姆治隹芍?，這無(wú)疑是對(duì)變頻器作一次破壞性的試驗(yàn)，過(guò)大的沖擊電流將使變頻器跳閘或損壞。由于進(jìn)行了同步操作，變頻器的輸出參數(shù)與電網(wǎng)參數(shù)保持一致，在接入電網(wǎng)時(shí)對(duì)變頻器和電動(dòng)機(jī)都不會(huì)有什么影響。為了盡量減小切換過(guò)程中對(duì)變頻器的沖擊作用，在鎖定狀態(tài)變頻器合閘之前，應(yīng)稍稍調(diào)低變頻器輸出電壓的幅值，以免合閘時(shí)造成對(duì)變頻器過(guò)大的沖擊電流。鎖相環(huán)路主要由鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LF）和壓控振蒎器（VCO，這里即為變頻器）三個(gè)基本部分組成，其構(gòu)成如圖51所示。相位信號(hào)取樣電路對(duì)工頻電源和變頻器輸出電壓實(shí)行取樣、隔離和整形處理。鑒相器比較兩個(gè)信號(hào)的相位，輸出一個(gè)正比于兩個(gè)信號(hào)相位差的電壓信號(hào)ud(t)，經(jīng)濾波器濾波后作為變頻器的輔助頻率給定信號(hào)，用以控制變頻器輸出電壓的頻率和相位，達(dá)到跟蹤工頻電源頻率和相位的目的。另外變頻器的逆變器部分與功率器件反并聯(lián)的快恢復(fù)二極管剛好組成了一個(gè)反向的三相整流橋，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)時(shí)，或者當(dāng)變頻器輸出端直接接到電網(wǎng)時(shí)，則會(huì)通過(guò)這個(gè)整流橋使電流流向直流母線，使直流母線電壓“泵升”，威脅濾波電容器及功率開(kāi)關(guān)器件的安全。利用一臺(tái)變頻器對(duì)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行循環(huán)軟起動(dòng)是一種危險(xiǎn)的誘惑，因?yàn)榇蟛糠衷O(shè)計(jì)采用硬切換方式，稍有操作不當(dāng)都會(huì)產(chǎn)生不良后果，甚至根本達(dá)。 由以上的分析可見(jiàn)，變頻器一般不允許在運(yùn)行中進(jìn)行負(fù)載切換操作。 變頻器旁路與軟起動(dòng)器旁路的分析比較 圖53軟起動(dòng)器控制框圖 由圖53可見(jiàn)，軟起動(dòng)器的功率器件—可控硅的輸入端也是接到電網(wǎng)的，所以當(dāng)將電動(dòng)機(jī)由軟起動(dòng)器切換到電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)只是將可控硅短路而已，切換操作對(duì)可控硅絲毫沒(méi)有影響。同步切換控制系統(tǒng)以工頻電源的電壓相位信號(hào)用一臺(tái)變頻器分時(shí)軟起動(dòng)3臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)，每一臺(tái)電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)以后，切換到工頻電網(wǎng)定速運(yùn)行。 鎖相控制 圖51 鎖相環(huán)路的基本組成鎖相控制就是利用鎖相環(huán)路（PLL）通過(guò)讓變頻電源的頻率和相位自動(dòng)跟蹤工頻電源的頻率和相位，達(dá)到“鎖定”狀態(tài)，從而為同步切換創(chuàng)造條件。為了使變頻器能全身而退，應(yīng)該逐漸減小變頻器的負(fù)荷，可以稍稍降低變頻器的輸出電壓幅值，然后封鎖變頻器的輸出，再進(jìn)行切換操作。ABB公司的ACS1000型變頻器就有跟蹤起動(dòng)功能 同步切換（軟切換） 同步切換就是在不停電的情況下，利用鎖相環(huán)技術(shù)，使變頻器輸出電壓的頻率、幅值和相位均保持與電網(wǎng)電壓一致，然后可進(jìn)行變頻器與電網(wǎng)之間的相互平穩(wěn)切換[27]。為了減小硬切換時(shí)引起的沖擊電流，當(dāng)變頻器的輸出頻率已經(jīng)達(dá)到50HZ時(shí)，在變頻器及電動(dòng)機(jī)參數(shù)許可的范圍內(nèi)，繼續(xù)加速到55HZ左右時(shí)，再將電動(dòng)機(jī)從變頻器切出，電動(dòng)機(jī)進(jìn)行自由停車運(yùn)行，同時(shí)轉(zhuǎn)子電流逐漸衰減，經(jīng)過(guò)1~2秒鐘，轉(zhuǎn)子電流基本已衰減為零，且轉(zhuǎn)速也已下降到額定轉(zhuǎn)速附近時(shí)，將電動(dòng)機(jī)投入電網(wǎng)運(yùn)行，將會(huì)有較小的沖擊電流。轉(zhuǎn)子電流衰減的時(shí)間視電動(dòng)機(jī)容量的大小及其所帶負(fù)荷的大小而異，一般為1~3秒。感應(yīng)電勢(shì)的頻率和相位是隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化而變化的。如果開(kāi)關(guān)的速度快，加上你的運(yùn)氣好的話，也許不會(huì)出現(xiàn)過(guò)大的沖擊電流，電動(dòng)機(jī)在承受較小的電流和轉(zhuǎn)矩沖擊后正常全速運(yùn)行。硬切換：電動(dòng)機(jī)在切換時(shí)要瞬時(shí)停電，因而難免會(huì)產(chǎn)生沖擊。變頻器的輸出切換問(wèn)題，目前尚未得到足夠的重視，因而在認(rèn)識(shí)上還存在著一些誤區(qū)：一種看法是將變頻器當(dāng)作一般的交流電源，或者像軟起動(dòng)器一樣，因而可以將電動(dòng)機(jī)在變頻器與供電電網(wǎng)之間任意切換；另一種看法則認(rèn)為由于變頻器自身的設(shè)計(jì)原理，是不允許變頻器在運(yùn)行中進(jìn)行切換的。母管制多泵恒壓供水系統(tǒng)就是一個(gè)典型的例子。即使如此，在降壓軟起動(dòng)過(guò)程中，由于沒(méi)有改變電源頻率，過(guò)大的轉(zhuǎn)差率的存在，也不可避免地會(huì)出現(xiàn)較大的過(guò)電流，對(duì)于需重載起動(dòng)的設(shè)備就更顯得無(wú)能為力了。圖47 起動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的主回路 軟件的編制 開(kāi)關(guān)變壓器式高壓電機(jī)軟起動(dòng)裝置控制軟件主要包括模塊自檢、電源電壓檢測(cè)、開(kāi)機(jī)判斷、運(yùn)算、各種保護(hù)、開(kāi)關(guān)量的順序控制等。該方法大大提高了軟起動(dòng)器的使用壽命。當(dāng)軟起動(dòng)時(shí)，觸點(diǎn)KM和觸點(diǎn)KMn2閉合，觸點(diǎn)KMn1斷開(kāi)，起動(dòng)電流經(jīng)軟起動(dòng)器流向電動(dòng)機(jī)。軟起動(dòng)和軟停止依賴于串接在電源和電動(dòng)機(jī)之間的軟起動(dòng)器，用它控制軟啟動(dòng)器內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角。軟起動(dòng)器可設(shè)置為軟起動(dòng)、軟停止，限流起動(dòng)和智能制動(dòng)等工作方式，軟起動(dòng)器特別適用于大容量電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止控制，它實(shí)際上是一種很智能的產(chǎn)品。PLC首先進(jìn)行模塊自撿．若模塊有故障則發(fā)出警告程序不往下執(zhí)行，直接退出，若模塊無(wú)誤，則將各變量置初值，等待起動(dòng)信號(hào)。6個(gè)輸出開(kāi)關(guān)量分別為：Y0 (QF0合)、Y1 (KM1合)、Y2 (KM1分)、Y3 (KM2合)、Y4 (KM2分)、Y5 (故障報(bào)警)。同時(shí)擴(kuò)展了一