【正文】 (2)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng) 。自 19 世紀(jì) 80 年代起至 19 世紀(jì)末，工業(yè)上傳動(dòng)用的電動(dòng)機(jī)一直被直流電機(jī)壟斷，到了 19 世紀(jì)末，出現(xiàn)了三相電源和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且堅(jiān)固耐用的交流鼠籠型電機(jī)以后，交流電機(jī)才在調(diào)速的領(lǐng)域代替了直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置。 關(guān)鍵詞 ： 可編程序控制器（ PLC）， MODBUS 協(xié)議，變頻器 II S7200PLC 在紙機(jī)傳動(dòng)中的應(yīng)用 III Based on the Paper Machine S7200 PLC Control System ABSTRACT This paper is on the paper machine transmission control system design, the system is actually asynchronous motor VVVF the PLC control system, PLC and inverter agreement between the Modbus serial data munication, mon to achieve the speed synchronous motor control . First of all PLC and inverter of the working principle and the main ponents were introduced, on the basis of this, then the VVVF the basic principle of a certain amount of discussion. the inverter is used in ABB39。變頻器采用的是 ABB 公司的變頻器，因此本文對(duì)ACS550 變頻器的參數(shù)設(shè)置也進(jìn)行了討論。 首先對(duì) PLC 和變頻器的工作原理和主要組成進(jìn)行了介紹，在此基礎(chǔ)上，再對(duì)變頻調(diào)速的基本原理進(jìn)行了一定的討論。 該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)交流傳動(dòng)的速度鏈和負(fù)荷分配以及張力控制，具有很強(qiáng)的工程模擬性能和實(shí)用價(jià)值。因電機(jī)的種類(lèi)的不同，我們可以將其分為直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)和交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。 交流調(diào)速的發(fā)展概況 交流調(diào)速系統(tǒng)大致經(jīng)歷過(guò)以下幾個(gè)階段 : (1)異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)。交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的種類(lèi)很多，有電壓源型變頻器，電流源型、脈寬調(diào)制型等各種變頻器。美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司 D(EC)于 1969 年研制成第一臺(tái) PLC，型號(hào)為 PDP 一 14，投入通用汽車(chē)公司的生產(chǎn)線(xiàn)控制中，取得了令人滿(mǎn)意的效果，從此開(kāi)創(chuàng)了 PLC 的新紀(jì)元。閉環(huán)控制，提高了運(yùn)算速度，擴(kuò)大了輸入輸出規(guī)模。無(wú)疑， LPC 將在今后的工業(yè)自動(dòng)化中扮演重要角色。全球一些著名的電氣公司象西門(mén)子、 ABB、東芝、三菱等，在這一領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)與研究都取得了巨大成就，使得變頻調(diào)速技術(shù)迅速發(fā)展并日漸成熟，它較直流調(diào)速系統(tǒng)及其它類(lèi)型的調(diào)速系統(tǒng)有以下 3 個(gè)最突出的特點(diǎn)： (l)省電節(jié)能：使電耗降低 .是因?yàn)?，一方面是因?yàn)榻涣麟姍C(jī)的效率比其它類(lèi)型的電機(jī)都要高；另一方面，一般的電機(jī)控制回路中都有過(guò)流，過(guò)壓，失相等安全保護(hù)元件，而“變頻器 —— 電機(jī)”控制回路則沒(méi)有這些耗能元件，更不需要像直流源調(diào)速系統(tǒng)所必備的勵(lì)磁電源，變壓器等元件。 (3)維護(hù)工作量小：變頻器普遍采用大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路，設(shè)有附加的外圍元器件，因此從某種意義上說(shuō)，變頻器是免費(fèi)維護(hù)設(shè)備 .直流電機(jī)的維護(hù)周期為 l個(gè)月，S7200PLC 在紙機(jī)傳動(dòng)中的應(yīng)用 3 而交流電機(jī)的維護(hù)周期為 3個(gè)月以上，且維護(hù)工作量要 小的多。 ，速度鏈一定要穩(wěn)定、可靠、才能保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。 由于模擬式速度鏈存在操作不便，易受干擾等缺陷，因此現(xiàn)在已基本上不使用了，只有在部分小型紙機(jī)中還在應(yīng)用。這種速度鏈的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)工作可靠，變頻器的頻率設(shè)定直接由數(shù)字信號(hào)設(shè)定，克服了模擬信號(hào)易受干擾的缺點(diǎn)。傳動(dòng)控制中心一般采用 PLC。 （ a）速度鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 速度鏈結(jié)構(gòu)采用二叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法，用于完成傳遞功能。如圖 22所示。如圖 23 所示，紙機(jī)第一分部點(diǎn)作為速度鏈陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 6 中的主節(jié)點(diǎn)，即它的 速度就是整個(gè)紙機(jī)的工作車(chē)速，則其速度調(diào)節(jié)就調(diào)節(jié)了整個(gè)紙機(jī)車(chē)速。任意無(wú)級(jí)調(diào)速。 負(fù)荷分配控制的原理與實(shí)現(xiàn) （ 1）負(fù)荷分配問(wèn)題產(chǎn)生的原因和影響 在傳動(dòng)控制過(guò)程中經(jīng)常遇到由幾臺(tái)電機(jī)同時(shí)拖動(dòng)同一負(fù)載的情況。所以這些分部要求有負(fù)荷分配，它們之間要求速度同步的同時(shí)要求負(fù)載率均衡，否則會(huì)影響正常抄紙。所以我們采用速度鏈主鏈與子鏈相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法。P為實(shí)際總負(fù)載功率， P P P3 為電機(jī)實(shí)際負(fù)載功率，則 P=P1+P2+P3。實(shí)際控制近似以電機(jī)定子電流代替電機(jī)功率。下面主要說(shuō)明交流傳動(dòng)負(fù)荷分配的設(shè)計(jì)。我們利用 PLC 作為負(fù)荷分配控制器，在 PLC 上擴(kuò)展 A/D 模塊，采 樣電機(jī)電流，依據(jù)負(fù)荷分配原理經(jīng)過(guò) PLC 運(yùn)算處理，輸出數(shù)字量的加速、減速信號(hào)連接到速度鏈控制回路，完成負(fù)荷分配控制功能?，F(xiàn)在的大多數(shù)公司所生產(chǎn)的變頻器都具有通訊功能。 PLC 控制負(fù)荷分配可以達(dá)到 20點(diǎn)以上，控制精度很高，負(fù)荷分配不平衡度可以控制在 3%以?xún)?nèi)。選取一臺(tái)變頻器作為負(fù)荷分配主機(jī)，這臺(tái)變頻器作為主機(jī)處于速度控制模式在速度鏈結(jié)構(gòu)上，其它從機(jī)選用轉(zhuǎn)矩控制模式，將主機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出作為從機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定，這樣其它從機(jī)變頻器的給定信號(hào)是轉(zhuǎn)矩，而非一般變頻器的頻率信號(hào)。這種特性有些類(lèi)似于直流調(diào)速上的速度調(diào)節(jié)器飽和的電流控制方法。利用這些附件可以很好的解決負(fù)荷分配問(wèn)題。現(xiàn)代的可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，高度集成的新型工業(yè)控制裝置，是計(jì)算機(jī)技術(shù)與工業(yè)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)品。 PLC 的基本組成與各部分的作用 PLC 的基本組成 PLC 是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)基本相同。主機(jī)中， CUP 是 PLC 的核心， I/O 單元是連接 CUP 與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的接口電路，通信接口用于 PLC 與編程器和 上位機(jī)等外部設(shè)備的連接。 PLC 各部分的作用 （ 1）中央處理單元 (CPU) CPU 在 PLC 中的作用類(lèi)似于人體的神經(jīng)中樞，它是 PLC 的運(yùn)算、控制中心。 :用戶(hù)根據(jù)控制功能要求而編制的應(yīng)用程序稱(chēng)為用戶(hù)程序，用戶(hù)程序存放在用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中。目前較先進(jìn)的 PLC 采用快閃存 儲(chǔ)器作用戶(hù)程序存儲(chǔ)器，快閃存儲(chǔ)器可隨時(shí)讀寫(xiě)，掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，不用后備電池保護(hù)。元件映像寄存器用來(lái)存儲(chǔ) PLC 的開(kāi)關(guān)量輸入 /輸出和定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部繼電器的 ON/OFF 狀態(tài)。 根據(jù)需 要，部分?jǐn)?shù)據(jù)在停電時(shí)用后備電池維持其當(dāng)前值，在停電時(shí)可以保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器區(qū)域稱(chēng)為數(shù)據(jù)保持區(qū)。 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換概念 A/D 和 D/A 原理 模擬 t轉(zhuǎn)換成數(shù)字 f的基本原理 :輸入信號(hào)是現(xiàn)場(chǎng)物理參數(shù) (如溫度、壓力和流量等 )經(jīng)傳感器檢測(cè)變成電信號(hào) (弱信號(hào) )，再經(jīng)過(guò)放大、濾波之后成為連續(xù)變化的波形。 S7200PLC 在紙機(jī)傳動(dòng)中的應(yīng)用 11 圖 31 采樣圖 模擬量輸入輸出系統(tǒng) 模擬量的輸入在過(guò)程控制中的應(yīng)用很廣泛，如常用的溫度、壓力、速度、流量、堿度、位移等的工業(yè)檢測(cè)都是對(duì)應(yīng)電壓、電流的大小模擬量，再通過(guò)一定的運(yùn)算后控制生產(chǎn)過(guò)程達(dá)到一定的目的 (如恒溫等 )。模擬量輸出模塊是將中央處理器的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成 420mA 的電流輸出信號(hào)或 O1V0、 1V5 的直流電壓輸出信號(hào)，以提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 對(duì)于這些信號(hào)，不同的 PLC 有不同的處理方式。另一種處理方法則跟離散量數(shù)據(jù)輸人存貯方式相似， PLC 將數(shù)據(jù)存貯于與輸入模塊地址相對(duì)應(yīng)的輸入 /輸出映像區(qū)中。模塊地址通常由機(jī)架安插的物理位置所定義，處理器可以根據(jù)軟件 I/0 配置識(shí)別插槽中模塊是否為模擬量模塊。 ，對(duì)供電系統(tǒng)及輸入線(xiàn)路采用多種形式的濾波，減少高頻干擾。 （ 2）編程簡(jiǎn)單、使用方便，目前大多數(shù) PLC 采用繼電器控制形式的梯形圖編程方式，很容易被操作人員接受。 SIMATICS7200 由硬 件系統(tǒng)和工業(yè)軟件兩大部分構(gòu)成，如下圖。上裝和下裝用戶(hù)程序是用 STEP7MIcro/Win32 編程軟件時(shí)， PLC 主機(jī)和計(jì)算機(jī)之間的程序、數(shù)據(jù)和參數(shù)的傳送。存儲(chǔ)卡是一個(gè)便攜式的EEPROM 存器，可以將 PLC 中的程序和重要數(shù)據(jù)進(jìn)行備份 ，使用方便，可保存 :用程序、CPU 組態(tài)參數(shù)和存儲(chǔ)在 EEPROM 存儲(chǔ)器中的變量存儲(chǔ)器永久區(qū)的數(shù)使用簡(jiǎn)單。具有集成的 24V 負(fù)載電源，可以直接用于連接到傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu) 。中斷輸入，它允許以極快的速度對(duì)信號(hào)的上升沿做出響應(yīng) ?？蓴U(kuò)展模塊數(shù)為 7。在器件結(jié)構(gòu)上，從分立器件發(fā)展到由分立器件組合成功率變換電路的初級(jí)模塊。直流中間電路的作用是對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑，以保證逆變電路和控制電源能夠得到質(zhì)量較高的直流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。沖量即指窄脈沖的面積。當(dāng)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，位于該磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)子繞組將切割磁力線(xiàn)，并在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，而此感應(yīng)電流又將受到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用而產(chǎn)生電磁力，即轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子跟隨旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)。因此，可以通過(guò)改變?cè)撾娫吹念l率來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)異步機(jī)的調(diào)速控制。 三相 異步電機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值是 : 1 1 14 .4 4 mE f N K ??? 公式（ 33） 式中 :E1氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值 。 m? 每相氣隙磁通量。容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換，可以進(jìn)行高額度的起停運(yùn)轉(zhuǎn)，可以進(jìn)行電氣制動(dòng)，可以對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高速驅(qū)動(dòng)。這種“自我保護(hù)”的功能，不僅保護(hù)了變頻器，還保護(hù)了電機(jī)不易損壞。由于集成度的提高，使裝置具有很高的可靠性。 。 在造紙過(guò)程中，保持各傳動(dòng)子系統(tǒng)之間的同步運(yùn)行是尤為重要的。這就從基礎(chǔ)上保證了同步的可實(shí)現(xiàn)性。 Modbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言。 Modebus 協(xié)議是一種串行的主從通訊協(xié)議。 當(dāng)在一 Modbus 網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，此協(xié)議決定了每個(gè)控制器需要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來(lái)的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。 （ 1）在 Modbus 網(wǎng)絡(luò)上轉(zhuǎn)輸 標(biāo)準(zhǔn)的 Modbus 口是使用一個(gè) RS232C 兼容串行接口，它定義了連接口的針腳、電纜、信號(hào)位、傳輸波特率、奇偶校驗(yàn)?？刂破骺梢灾苯优c網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，也可以通過(guò)調(diào)制解調(diào)器聯(lián)接。典型的從設(shè)備：可編程控制器。 從設(shè)備回應(yīng)消息也由 Modbus 協(xié)議構(gòu)成，包括確認(rèn)要行動(dòng)的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、和一錯(cuò)誤檢測(cè)域 。提供的多個(gè)內(nèi)部通道可允許同時(shí)發(fā)生的傳輸進(jìn)程。 （ 3） Modbus 查詢(xún) — 響應(yīng)周期 （ a）查詢(xún) 查詢(xún)消息中的功能代碼告之被選中的從設(shè)備要執(zhí)行何種功能。錯(cuò)誤檢測(cè)域?yàn)閺脑O(shè)備提供了一種驗(yàn)證消息內(nèi)容是否正確的方法。 Modbus 的數(shù)據(jù)傳輸方式 控制器能設(shè)置為兩種傳輸模式（ ASCII 或 RTU）中的任何一種在標(biāo)準(zhǔn)的 Modbus 網(wǎng)絡(luò)通信。 當(dāng)控制器在 Modbus 網(wǎng)絡(luò)上被設(shè)定為采用 RTU（遠(yuǎn)程終端單元）模式進(jìn)行通訊時(shí)，信息中的每一個(gè) 8位字節(jié)包括兩個(gè) 4 位的十六進(jìn)制字符。部分的消息也能偵測(cè)到并且錯(cuò)誤能設(shè)置為返回結(jié)果。 每個(gè)域的允許傳輸字符都是 09， AF的十六進(jìn)制數(shù)。在此之后，又將開(kāi)始一個(gè)新的信息。由于信息的錯(cuò)亂，最終的 CRC 域不正確，將導(dǎo)致產(chǎn)生一個(gè)故障。其中，有些適 用于所有Modicon 控制器，有些僅適用于某些特定的模式，還有一些為將來(lái)保留它用。 正常響應(yīng)時(shí)，從機(jī)將原來(lái)功能編碼的最高位置 1 后返回。 （ 3）數(shù)據(jù)域 數(shù)據(jù)域由多組這樣的數(shù)據(jù)構(gòu)成的：兩個(gè)十六進(jìn)制數(shù)為一組，范圍在 00FF 之間，按照串行的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這些數(shù)據(jù)產(chǎn)生于 RTU 字符。 在有些信息中，允許數(shù) 據(jù)域不包含任何數(shù)據(jù)（長(zhǎng)度為 0）。錯(cuò)誤檢測(cè)域的內(nèi)容視所選的檢測(cè)方法而定。故 CRC 的高位字節(jié)是發(fā)送消息的最后一個(gè)字節(jié)。 用戶(hù)要給主設(shè)備配置一預(yù)先定義的超時(shí)時(shí)間間隔，這個(gè)時(shí)間間隔要足夠長(zhǎng)，以使任何從設(shè)備都能作為正常反應(yīng)。 在這里我們只介紹使用 RTU 模式下的 CRC 檢測(cè)方法。它由傳輸設(shè)備計(jì)算后加入到消息中。運(yùn)算結(jié)果放入這個(gè) 16位寄存器。 ⑥另外 8 位與該十六位寄存器進(jìn)行“異或”運(yùn)算。 網(wǎng)絡(luò) 2:將 VB101 的地址放入寄存器 VD200 中。 網(wǎng)絡(luò) 5:置標(biāo)志位 0。 網(wǎng)絡(luò) 9:將 VB111 中的數(shù)減 1。 網(wǎng)絡(luò) 13: 程序跳至標(biāo)志 1 處，直到 VB109 中的數(shù)減至 0 時(shí)，才往下執(zhí)行。 圖 53 PLC 分布式控制系統(tǒng) .工業(yè)現(xiàn)場(chǎng) 包括真空伏輥電機(jī)、真空壓榨電機(jī)、正壓電機(jī)、大缸（主）電機(jī)、二缸電機(jī)、組烘缸驅(qū)動(dòng)電機(jī)、施膠電機(jī)、壓光電機(jī)、卷取部電機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)操作面板。變頻調(diào)速器對(duì)電機(jī)具有完善的自我保護(hù)和電機(jī)保護(hù)的功能。 （ 1）傳動(dòng)系統(tǒng)中央監(jiān)控站 用于制漿造紙工業(yè)多電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的中央監(jiān)視及操作控制系統(tǒng)，由一臺(tái)工控機(jī)以及打印機(jī)，工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件等