【正文】 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。等所有的用戶程序執(zhí)行 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 39 頁 第 5 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài) 或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。 PLC 的工作原理 掃描技術(shù) 當(dāng) PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程 序執(zhí)行和輸出刷新階段。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在 系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。這時(shí)，才是 PLC 的真正輸出。 一般來說， PLC 的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個(gè)掃描周期等于自診斷、通訊 、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時(shí)間的總和。 模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)， PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 通信及聯(lián)網(wǎng) PLC通信含 PLC間的通信及 PLC與其它智能設(shè)備間的通信。固定式 PLC包括 CPU板、 I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。 CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成， CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。 I/O 模塊 PLC 與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（ I/O）完成的。 常用的 I/O 分類如下： 開關(guān)量：按電壓水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 電源模塊 PLC電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。 PLC 系統(tǒng)的其它設(shè)備 編程設(shè)備 編程器是 PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。 PLC 的通信聯(lián)網(wǎng) 依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。 PLC 的通信現(xiàn)在主要采用通過多點(diǎn)接口（ MPI）的數(shù)據(jù)通訊、 PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。隨著半導(dǎo)體 電子設(shè)備的出現(xiàn)，人們已經(jīng)可以生產(chǎn)完全獨(dú)立的變頻器。其中，變壓器用來改變電壓并可以隔離輸入 /輸出的電路，電池用來補(bǔ)償變頻器內(nèi)部線路上的能量損失。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 （ 2）平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源 6倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。以電壓型 PWM 逆變器為例示出開關(guān)時(shí)間和電壓波形。 （ 3）驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路。 變頻器的應(yīng)用 變頻器除了可以用來改變交流電源的頻率之外，還可以用來改變交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩。例如：飛機(jī)上的電力設(shè)備通常需要400Hz 的交流電，而地面上使用的交流電一般為 50Hz 或 60Hz。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制 4 個(gè)部分組成。 3) 變頻器與負(fù)載的匹配問題； ；變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。 4) 在使用變頻器驅(qū)動(dòng)高速電機(jī)時(shí)，由于高速電機(jī)的電抗小，高次諧 波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。 變頻器控制原理圖設(shè)計(jì) 1) 首先確認(rèn)變頻器的安裝環(huán)境； 。溫度太高且溫度變化較大時(shí)，變頻器內(nèi)部易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，其絕緣性能就會(huì)大大降低，甚至可能引發(fā)短路事故。使用環(huán)境如果腐蝕性氣體濃度大，不僅會(huì)腐蝕 元器件的引線、印刷電路板等，而且還會(huì)加速塑料器件的老化，降低絕緣性能。這時(shí)除了提高控制柜的機(jī)械強(qiáng)度、遠(yuǎn)離振動(dòng)源和沖擊源外，還應(yīng)使用抗震橡皮墊固定控制柜外和內(nèi)電磁開關(guān)之類產(chǎn)生振動(dòng)的元器件。因此，柜 內(nèi)儀表和電子系統(tǒng)，應(yīng)該選用金屬外殼，屏蔽變 頻器對(duì)儀表的干擾。這樣減小了電纜的對(duì)地電容，減少干擾的發(fā)射源。如果控制電纜和電源電纜交叉，應(yīng)盡可能使它們按 90度角交叉。雖然變頻器本身有各種保護(hù)功能，但缺相保護(hù)卻并不完美，斷路器在主回路中起到過載，缺相等保護(hù)，選型時(shí)可按照變頻器的容量進(jìn)行選擇。變頻器的接地端子的接地電阻越小越好，接地導(dǎo) 線的截面不小于 4mm，長(zhǎng)度不超過 5m。 變頻器應(yīng)用場(chǎng)合 空調(diào)負(fù)載類 寫字樓、商場(chǎng)和一些超市、廠房都有中央空調(diào)，在夏季的用電高峰，空調(diào)的用電量很大。 破碎機(jī)類負(fù)載 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 39 頁 第 14 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 冶金礦山、建材應(yīng)用不少破碎機(jī)、球磨機(jī)，該類負(fù)載采用變頻后效果顯著。低壓的壓縮機(jī)在各工業(yè)部門都普遍應(yīng)用，高壓大容量壓縮機(jī)在鋼鐵（如制氧機(jī)）、礦山、化肥、乙烯都有較多應(yīng)用。 “數(shù)據(jù)鏈”及數(shù)據(jù)交換系統(tǒng) 這是系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息和控制指令的傳輸通道，也是系統(tǒng)的“神經(jīng)”，終端數(shù)據(jù)信息傳輸模塊是它的“神經(jīng)末梢”。充分利用 現(xiàn)代通訊手段及大眾廣為熟悉的方式來實(shí)現(xiàn)信息互換。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)銷售的變頻器品牌比較多，如 Danfoss、 ABB、 SIEMENS、 GE、 Schneider、 FRENIC 等等，國(guó)產(chǎn)變頻器品牌比較多，雖然種類繁多，但功能及使用上卻基本類似。如果使用不當(dāng)，維護(hù)保養(yǎng)工作跟不上去，就會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行故障，導(dǎo)致變頻器不能正常工作，甚至造成變頻器過早的損壞，而影響生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行。通常應(yīng)作如下檢查： (1)環(huán)境溫度是否正常，要求在 10℃～ +40℃范圍內(nèi)，以 25℃左右為好； (2)變頻器在顯示面板上顯示的輸出電流、電壓、頻率等各種數(shù)據(jù)是否正常； (3)顯示面板上顯示的字符是否清楚，是否缺少字符； (4)用測(cè)溫儀器檢測(cè)變頻器是否過熱，是否有異味； (5)變頻器風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，有無異常，散熱風(fēng)道是否通暢； (6)變頻 器運(yùn)行中是否有故障報(bào)警顯示； (7)檢查變頻器交流輸入電壓是否超過最大值。 (2)將變頻器控制板、主板拆下，用毛刷、吸塵器清掃變頻器線路板及內(nèi)部IGBT 模塊、輸入輸出電抗器等部位。 (5)檢查輸入輸出電抗器、變壓器等是否過熱，變色燒焦或有異味。 (7)檢查冷卻風(fēng)扇運(yùn)行是否完好，如有問題則應(yīng)進(jìn)行更換。 (9)將變頻器的 R、 S、 T 端子和電源端電纜斷開， U、 V、 W 端子和電機(jī)端電纜斷開，用兆歐表測(cè)量電纜每相導(dǎo)線之間以及每相導(dǎo)線與保護(hù)接地之間的絕緣電阻是否符合要求，正常時(shí)應(yīng)大于 1MΩ。 變頻器的故 障原因及預(yù)防措施 變頻器由主回路、電源回路、 IPM 驅(qū)動(dòng)及保護(hù)回路、冷卻風(fēng)扇等幾部分組成。 主回路常見故障分析 主回路主要由三相或單相 整流橋 、平滑電容器、濾波電容器、 IPM逆變橋、限流 電阻 、 接觸器 等 元件 組成。因 此一方面在安裝時(shí)要考慮適當(dāng)?shù)沫h(huán)境溫度，另一方面可以采取措施減少 脈動(dòng)電流 。 首先應(yīng)區(qū)分是由于負(fù)載原因，還是變頻器的原因引起的。首先可以通過測(cè)量變頻器的主回路輸出端子 U、 V、 W， 分別與直流側(cè)的 P、 N端子之間的正反向電阻，來判斷 IPM模塊是否損壞。由于電容器都焊接在電路板上，通過測(cè)量靜電容量來判斷劣化情況比較困難，一般根據(jù)電容器環(huán)境溫度以及使用時(shí)間，來推算是否接近其使用壽命。 邏輯控制電路板是變頻器的核心，它集中了 CPU、 MPU、 RAM、 EEPROM等大規(guī)模集成電路，具有很高的可靠性，本身出現(xiàn)故障的概率很小，但有時(shí)會(huì)因開機(jī)而使全部控制端子同時(shí)閉合，導(dǎo)致變頻器出現(xiàn) EEPROM 故障，這只要對(duì) EEPROM 重新復(fù)位就可以了。其中冷卻風(fēng)扇壽命較短，臨近使用壽命時(shí)，風(fēng)扇產(chǎn)生震動(dòng)，噪聲增大最后停轉(zhuǎn)，變頻器出現(xiàn) IPM 過熱跳閘。 外 部的電磁感應(yīng)干擾 如果變頻器周圍存在干擾源，它們將通過 輻射 或電源線侵入變頻器的內(nèi)部，引起控制回路誤動(dòng)作，造成工作不正常或停機(jī)，嚴(yán)重時(shí)甚至損壞變頻器。在特殊情況下，若確實(shí)無法滿足這些要求，必須盡量采用相應(yīng)抑制措施：振動(dòng)是對(duì)電子器件造成機(jī)械損傷的主要原因，對(duì)于振動(dòng)沖擊較大的場(chǎng)合，應(yīng)采用橡膠等避振措施；潮濕、腐蝕性氣體及塵埃等將造成電子器件銹蝕、接觸不良、絕緣降低而形成短路，作為防范措施，應(yīng)對(duì)控制板進(jìn)行防腐防塵處理，并采用封閉式結(jié)構(gòu)；溫度是影響電子器件壽命及可靠性的重要因素，特別是半導(dǎo)體器件，應(yīng)根據(jù)裝置要求的環(huán)境條件安裝空調(diào)或避免日光直射。這些異常現(xiàn)象的主要原因，多半是輸電線路因風(fēng)、雪、雷擊造成的，有時(shí)也因?yàn)橥还╇娤到y(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)對(duì)地短路及相間短路。 對(duì)于要求瞬時(shí)停電后仍能繼續(xù)運(yùn)行的設(shè)備，除選擇合適價(jià)格的變頻器外，還應(yīng)預(yù)先考慮電機(jī)負(fù)載的降速比例。 雷擊、感應(yīng)雷電 雷擊或感應(yīng)雷擊形成的沖擊電壓，有時(shí)也會(huì)造成變頻器的損壞。若變壓器一次側(cè)有真空斷路器，應(yīng)在控制時(shí)序上，保證真空斷路器動(dòng)作前先將變頻器斷開。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控 制理論三個(gè)階段?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。目前， PID 控制及其控制器或智能 PID 控制器 （儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有 各種各樣的 PID 控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有 PID 參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器 (intelligent regulator)，其中 PID 控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實(shí)現(xiàn)。 開環(huán)控制系統(tǒng) 開環(huán)控制系統(tǒng) (openloop control system)是指被控對(duì)象的輸出 (被控制量 )對(duì)控制器 (controller)的輸出沒有影響。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。 階躍響應(yīng) 階躍響應(yīng)是指將一個(gè)階躍輸入（ step function）加到系統(tǒng)上時(shí)，系統(tǒng)的輸出。 PID 控制的原理和特點(diǎn) 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。 PID控制，實(shí)際中也有 PI和 PD控制。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（ Steadystate error）。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可 能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例 +微分 (PD)控制器能改善系統(tǒng)在 調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。它主要是 依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。 在實(shí)際調(diào)試中，只能先大致設(shè)定一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改。在這種控制中要求系統(tǒng)能夠根據(jù)被測(cè)參數(shù)，環(huán)境及原材料的成本的變化而自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié) ，使系統(tǒng)隨時(shí)處于最佳狀態(tài)。 加入自適應(yīng)的 pid 控制就帶有了一些智能特點(diǎn)，像生物一樣能適應(yīng)外界條件的變化。變頻器接受 PID 控制器的信號(hào)對(duì)水泵進(jìn)行速度控制，壓力傳感器檢測(cè)管網(wǎng)出水壓力，把信號(hào)傳給 PID 控制器，通過 PID 控制器調(diào)節(jié)變頻器的頻率來控制水泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)閉環(huán)