【正文】 inverter parametersin also details the serial port munication conditions between Host Computerand the type of Siemens S7200 PLC as well as the use of highlevel language to pile theprinciple of munication interface between PLC and the PC use ofPLCfreeport munication could achieve the serial data transmission between PC andHost Computer,the inverter39。同時還詳細(xì)討論了上位機(jī)與西門子 S7200 型 PLC串口通信的條件以及運用高級語言編寫 PLC 與 PC 機(jī)通信的接口程序原理等。1 摘要 隨著自動化控制理論、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)和計算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的飛速發(fā)展，在工業(yè)場合中，單臺電機(jī)的控制已經(jīng)不能滿足實際生產(chǎn)過程的需求，越來越多的場合需要對多臺電動機(jī)同時進(jìn)行控制，多電機(jī)控制問題已經(jīng)成為控制行業(yè)發(fā)展研究的一個重要內(nèi)容。然后采用基于 RS485 接口的 USS 協(xié)議實現(xiàn)了 PLC 與變頻器的串行通信，重點討論了 USS 協(xié)議對變頻器進(jìn)行控制的方法和程序設(shè)計，通過 USS協(xié)議， S7200PLC 可以實時讀取和設(shè)置變頻器的相關(guān)參數(shù)，通訊速率較高。 該系統(tǒng)能夠?qū)ψ冾l器的運行參數(shù)、電機(jī)的運行狀況進(jìn)行在線監(jiān)測，并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，能有效地減少系統(tǒng)布線、減少電纜的數(shù)量，提高系統(tǒng)的抗干擾能力、系統(tǒng)的自動化水平及運行的可靠性。realtime monitoring of the workingconditions which is connected to the paper by inverter control to achieve thepurpose of motor control， and to achieve the surveillance of the motor running state. The system can monitor the inverter39。Frequency inverter。迄今為止的設(shè)計經(jīng)驗大多主張每臺變頻器和電機(jī)都擁有專門屬于自己的控制器，但是這樣的設(shè)計就會提高系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度，降低系統(tǒng)的性能和可靠性。 變頻調(diào)速的主要特點是： ①體積小、重量輕，可掛墻安裝 ,不占地面； ②可手控、搖控，亦可與可編程控制器、計算機(jī)等聯(lián)接，實現(xiàn)自控； ③啟動電流低，約為電機(jī)額定電流的 倍 (電機(jī)啟動電流為 5～ 6 倍額定電流 ),對電網(wǎng)設(shè)備沖擊?。? ④ 具有許多種保護(hù)功能 (如過壓、欠壓、過流、短路、瞬時停電等 )； ⑤ 可減振降噪，延長設(shè)備使用壽命。 因此，選擇使用 PLC 來實現(xiàn)變頻調(diào)速器的多電機(jī)控制。使用這種方式，由于只用一臺變頻器，所以投資少，減少了額外的硬件，又降低了整個系統(tǒng)的成本，同時最大限度的提高設(shè)備利用率，挖掘增效潛力。因此，該系統(tǒng)具有一定的工程應(yīng)用和推廣價值。目前變頻調(diào)速的主要方案有：交 交變頻調(diào)速，交 直 交變頻調(diào)速，同步電動機(jī)自控式變頻調(diào)速，正弦波脈寬調(diào)制（ SPWM）變頻調(diào)速，矢量控制變頻調(diào)速等。 PLC 技術(shù) PLC 英文全名為 Programmable Controller，即可編程控制器，包括邏輯運算、順序控制、時序、計數(shù)以及算術(shù)運算等程序。 可編程控制器不僅容易安裝，占用空間小，能源消耗小，帶有診斷指示器可以幫助故障診斷，而且可以被重復(fù)使用到其他的項目中去。到 1969年，第一個 PLC誕生，當(dāng)時稱為可編程控制器，英文稱為 Programmable Controller，縮寫為 PC。 PLC 通常根據(jù) CPU 所帶的 I/O 點數(shù)的規(guī)模 3 分為微型 PLC、小型 PLC、大型 PLC、 PC 插卡式 PLC 以及 PC 兼容的 PLC。 第一章為緒論。 第四章是系 統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容。包括通信協(xié)議的選定、協(xié)議內(nèi)容以及程序設(shè)計等相關(guān)內(nèi)容。 本章小結(jié) 本章闡述了論文研究的課題的背景意義，以及方案的選擇，簡單介紹了變頻調(diào)速技術(shù)和 PLC 技術(shù)，西門工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的背景知識。變頻器的基本構(gòu)成如圖 所示，其主電路主要由整流電路、直流中間電路和逆變電路三部分以及有關(guān)的輔助電路組成。間接變頻器先將工頻交流電源整流成電壓大小可控的直流，再經(jīng)過逆變器變換成可變頻率交流，由此也稱交直 交變頻器；直接變頻器則將工頻交流一次性變換成可變頻率交流，故可稱交交變頻器。如圖 （ a） 所示：其調(diào)壓與調(diào)頻功能分別在兩個環(huán)節(jié)上實現(xiàn)，由控制電路協(xié)調(diào)配合，故結(jié)構(gòu)簡單、控制方便。由于輸出逆變環(huán)節(jié)功率器件采用晶閘管，仍有輸出諧波成分大的弊病。交 交變頻器可直接將電網(wǎng)頻率交流變成頻率可調(diào)交流，無需中間直流環(huán)節(jié)，從而可提高整個變頻裝置的變換效率。如圖 所示。當(dāng)反組處于整流狀態(tài)而正組封鎖時， 0u 為上（－）下（＋）；兩組交替工作就使負(fù)載上得到交流電壓，如圖（ c）所示 ,其輸出頻率即為兩組整流器的交替工作切換頻率。如圖 所示，控制電路由以下電路組成：頻率、電壓的運算電路、豐電路的電壓、電流檢測電路，電動機(jī)的速度檢測電路，將運算電路的控制信號進(jìn)行放大的驅(qū)動電路，以及逆變器和電動機(jī)的保護(hù)電路。 （ 2） 電壓、電流檢測電路 與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。 （ 5） 速度檢測電路山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 以裝在異步電動軸機(jī)上的速度檢測器 (TG、 PLG 等 )的信號為速度信號，送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機(jī)按指令速度運轉(zhuǎn)。瞬時過電流保護(hù) 接地過電流保護(hù) 防止失速過電流 m)； ω — 角速度 (rad/s)； N— 轉(zhuǎn)速 (r/min)。 ② 電動機(jī)具有輸出恒功率能力，當(dāng)電動機(jī)的電壓隨著頻率的增加而升高時，若電動機(jī)的電壓己經(jīng)達(dá)到電動機(jī)的額定電壓，繼續(xù)增加電壓有可能破壞電動機(jī)的絕 緣。隨著轉(zhuǎn)速減小，轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速的二次方減小。根據(jù)實際運行經(jīng)驗可按照以下原則設(shè)計以保證高的性能價格比： （ 1） 按負(fù)載類型選擇調(diào)速裝置。 一方面在符合系統(tǒng)調(diào)速要求條件下選擇合適類型的調(diào)速裝置，如風(fēng)機(jī)、水泵等的一般性節(jié)能調(diào)速尚可考慮選用一般的 v/f 型 SPMW（正弦脈寬調(diào)制）通用型變頻器，毋需選擇矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器。還應(yīng)考慮調(diào)速系統(tǒng)的 故障率，包括電動機(jī)本身、生產(chǎn)機(jī)械因調(diào)速系統(tǒng)故障而停工、修理，由此引起的損失往往超過調(diào)速裝置本身價格的若干倍。但是對于一小部分電動機(jī)電動機(jī)開起后再追加投入其他電動機(jī)起動場合，此時變頻器的電壓、頻率已經(jīng)上升，追加投入的電動機(jī)將產(chǎn)生大的起動電流。但是對于通用變頻器，即使實際負(fù)載小，使用比按電動機(jī) 額定功率選擇的變頻器容量小的變頻器并不理想。柔性 PWM，實現(xiàn)更低噪音運行。即使設(shè)定的加速時 間超出了變頻器的過電流限制，也可以自動減緩加速、不跳閘、失速；運行有負(fù)載沖擊，能自動降低頻率，防止跳閘失速。 (6)可設(shè)定加速時間 ( 3600秒 )，具有 S形加減速功能，讓加減速過程變 10 得緩和，防止沖擊和載物倒塌。 其中 0f 為定子電壓頻率， p 為電動機(jī)極對數(shù)， s為轉(zhuǎn)差率， 0n 為異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速?？梢哉J(rèn)為，變頻調(diào)速是異步電動機(jī)的一種比較合理和理想的調(diào)速方法。異步電動機(jī)定了磁場的轉(zhuǎn)速被稱為異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，其同步轉(zhuǎn)速由電動機(jī)的磁極個數(shù)和電源頻率所決定： 60s fn p? （ 21） sn 同步頻率 f 電源頻率 p 磁極對數(shù) 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速總是小于其同步轉(zhuǎn)速，異步電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速可由下式給出： (1 ) 60 (1 )sn n s f s p? ? ? ? (22) n 電動機(jī)的實際轉(zhuǎn)速 s 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率 由 (22)可知，改變參數(shù) f， s中的任意一個就可以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，即對異步電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。為額定值不變。在交流異步電機(jī)種，磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成產(chǎn)生的。由上式可知，要保持 m．不變，但頻率石從額定值石。這時，可以人為的把電壓 U抬高一些，以便近似的補(bǔ)償定子壓降。 把基頻以下和基頻以上兩種情況合起來，可得到異步電動機(jī)的變頻調(diào)速控制特性，如圖 。這類系統(tǒng)對調(diào)速性能的要求并不高，控制策略比較簡單，如風(fēng)機(jī)、水泵等調(diào)速系統(tǒng)。巨型電動船舶、礦井卷揚等特重負(fù)載場合一般采用高壓電動機(jī)拖動，這類變頻調(diào)速系統(tǒng)除要解決諧波污染等問題外，開關(guān)管的耐壓與功耗問題也是需特別值得注意的 ④ 以追求良好的起、制動特性以及靜音、環(huán)保無“公害”污染的變頻調(diào)速系統(tǒng)。將頻率固定的交流電源直接變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電源，減少了中間環(huán)節(jié)，變換效率高。由于對逆變過程人們研究出許多先進(jìn)的控制策略，使得系統(tǒng)的調(diào)速性能得到很大提高，因此得到廣泛應(yīng)用。 ② 同步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。 變頻調(diào)速控制系統(tǒng) 變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖 所示。測速裝置采用編碼器克服了過去調(diào)速系統(tǒng)中采用測速發(fā)電機(jī)輸出特性存在死區(qū)和非線性區(qū)，體積大，誤差大等缺點。 PLC 就是使用一系列指令構(gòu)成的程序來操作、控制相關(guān)工業(yè)控制機(jī)械，使其形成一個完整的工業(yè)控制系統(tǒng)，以完成各種各樣的控制功能。另外， PLC 的制造成本不斷下降，而其功能卻不斷增強(qiáng)。 PLC 廣泛的應(yīng)用在以下領(lǐng)域： （ 1） 邏輯控制領(lǐng)域； （ 2） 運動控制領(lǐng)域； （ 3） 過程控制領(lǐng)域； （ 4） 數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域； （ 5） 多級控制領(lǐng)域。 （ 2） PLC 工作原理 當(dāng) PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程 16 序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。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?？删幊炭刂破鳎?PLC）的主要特點如下： ① 高可靠性； ② 豐富的 I/O 接口模塊； ③ 采用模塊化結(jié)構(gòu)； ④ 編程簡單易學(xué)； ⑤ 安裝簡單，維修方便。在單機(jī)控制系統(tǒng)中由于控制對象比較確定，因此系統(tǒng)要完成的功能一般較明確， I/O 點數(shù)、存儲器容量等參數(shù)的裕量適中即可。但是當(dāng)某一個控制對象的控制程序需要改變時，必須 停止運行中央 PLC，其他的控制對象也必須停止運行。 PLC 控制對象 A 控制對象 B 控制對象 C 輸入 /輸出 18 圖 分散控制系統(tǒng) 分散控制系統(tǒng)常用于多臺機(jī)械生產(chǎn)線的控制，各生產(chǎn)線之間有數(shù)據(jù)連接。具有相同 I/O 點數(shù)時，雖然分散控制系統(tǒng)中多用了一臺或幾臺 PLC，導(dǎo)致價格偏高，但從維護(hù)、試運轉(zhuǎn)或增設(shè)控制對象等方而看，其靈活性要大得多，總的成本核算是合理的。 （ 1）確定 PLC的規(guī)模在 PLC選型之前首先確定系統(tǒng) I/O點數(shù)和存儲器容量。PLC 的存儲器用于存儲用戶程序和數(shù)據(jù)，一般有內(nèi)置式和外插式兩類，存儲器容量選擇可以對照表 ，或按如下方法進(jìn)行估算： 存儲器容量 (指令字 )=數(shù)字量 I/O 點數(shù) 10+模擬 量 I/O 點數(shù) 25+特殊量 I/O點數(shù) 100 19 表 PLC 按規(guī)模分類 類型 I/O 點數(shù) 存儲器容量（ KB） 超小型 PLC 64 以下 1～ 2 小型 PLC 64～ 128 2～ 4 中型 PLC 128～ 512 4～ 16 大型 PLC 512～ 8192 16～ 64 超大型 PLC 8192 以上 64～ 128 （ 2）選擇編程方式 PLC 一般可以通過三種方式進(jìn)行編程。第三種是在普通計算機(jī)上運行專用的編程軟件來編程，支持的語言多，操作非常方便，這種方式現(xiàn)在己被廣泛采用，但有的軟件需額外購買，價格不菲。 各廠家制定的通信協(xié)議各不相同，國際上也無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，所以在通信功能的選擇上受到了一定的限制。 如果工業(yè)控制要求 PLC 在進(jìn)行邏輯控制的同時還要完成模擬量輸入輸出、PID 調(diào)節(jié)、網(wǎng)絡(luò)通信等專門功能時，就需要考慮所選擇 的 PLC 是否支持這些專用模塊。冗余有硬冗余和軟冗余兩種方式。諸如溫度、濕度、噪聲、信號屏蔽、工作電壓等。 選擇技術(shù)實力強(qiáng)的制造廠家和信譽(yù)好的代理商。S7200采用模塊化設(shè)計，為適應(yīng)具體的應(yīng)用提供了極大的靈活性，便于擴(kuò)展功能，有效地提高了系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。由于它具有極強(qiáng)的通信功能，即使在大型的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮作用。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測、自動化控制相關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床 、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備、汽車、機(jī)器人等等。CPU226 內(nèi)裝硬件實時時鐘，自帶后備電源，在正常電源被關(guān)掉的情況下， CPU的時鐘仍能正常工作。另外 ，有 34 個系統(tǒng)功能 SFC 集成在操作系統(tǒng)中。其內(nèi)部集成了 D/A 轉(zhuǎn)換器、放大器等多種功能的電路，可用于復(fù)雜的控制場合。它能夠不用外放大器而與傳感器直接相連，有 4輸入模擬量通道，具有 12 位的分辨率 ，且具有多種輸入、輸出信號范圍。 CPU 模塊上的模式開關(guān)用于改變和轉(zhuǎn)換 S7200PLC的工作模式。 S7200PLC 通電后，需要對硬件和軟件做一些初始化的工作。任務(wù)執(zhí)行一次稱