【正文】 器輸入接口電路輸出接口電路存 儲(chǔ) 器系 統(tǒng) 程 序（ E P R O M ）用 戶 程 序（ R A M )外設(shè)I/O接口I/O擴(kuò)展接口編 程 器等 外 設(shè)I / O擴(kuò) 展輸 入 原 件按 鈕 開(kāi) 關(guān)接 近 開(kāi) 關(guān)極 限 開(kāi) 關(guān)等輸 出 原 件指 示 燈電 磁 閥報(bào) 警 器等 圖 PLC 基本結(jié)構(gòu)框圖 由上圖可知 ，可編程控制器由內(nèi)部 CPU，指令及資料存儲(chǔ)單元、輸入輸出單元、電源 模塊 、外圍設(shè)備 ...等單元所 模塊 化組合成： 中央處理單元（ CPU） PLC 中的 CPU 是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺(tái) PLC 至少有一個(gè) CPU，它按 PLC 的系統(tǒng) 程序 賦予的功能接收并存貯用戶 程序 和資料，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或資料，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài) 和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。 此外關(guān)于 暫存器： 其為 CPU 內(nèi)部?jī)?nèi)存可以暫時(shí)存放運(yùn)算的結(jié)果，等待下一次運(yùn)算?？捎商厥夥绞讲脸觯饕鎯?chǔ)需要永久保持的系統(tǒng)或用戶程序。 PLC 輸入 模塊 ： PLC 系統(tǒng)的架構(gòu)和輸入 模塊 產(chǎn)品的選擇應(yīng)視被監(jiān)測(cè)的輸入訊號(hào)位準(zhǔn)而定。 10V、 0V到 5V、 0V 到 10V、 4 到 20mA、或 0 到 20mA等，詳細(xì)輸出類型由 PLC 型號(hào)決定。 如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此 PLC 的制造商對(duì)電源的 設(shè)計(jì)和制造也十分重視。 （ 2） 圖形編程器 既可以用指令語(yǔ)句驚醒編程，又可以用梯形圖編程；既可聯(lián)機(jī)編程又可脫機(jī)編程，操作方便，功能強(qiáng)，一般有液晶顯示的便攜式和陰極射線式兩種。輸出線圈 的 運(yùn)算結(jié)果則存入內(nèi)存中對(duì)應(yīng) 的 位置，也就是輸出鎖存端，暫不反應(yīng)至輸出端 Yn。 10 （ 2） 高 速運(yùn)算 此系列的 PLC 基本指令時(shí)間： m/指令，應(yīng)用指令： ~100μ m/指令。 它根據(jù)電機(jī) 的不同負(fù)載分別實(shí)現(xiàn)節(jié)能、提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、增加設(shè)備使用壽命并使設(shè)備小型化等多種用途，廣泛的應(yīng)用在了鋼鐵、輕工、化學(xué)、纖維、汽車、機(jī)械加工、食 品、造紙、水泥、采礦、煤氣、交通、物流裝載、建筑業(yè)、工業(yè)、生活服務(wù)、電力系統(tǒng)、石油等領(lǐng)域。由于逆變器在 導(dǎo)通 和判斷的瞬間，其電壓和電流的變化率較大，可能使逆變管 受到 損傷。因此，可以通過(guò)改變?cè)撾娫吹念l率來(lái)直接實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電機(jī)的調(diào)速控制。 （ 3） 以調(diào)高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量為目的的應(yīng)用 變頻調(diào)速?gòu)V泛應(yīng)用于傳送、卷?yè)P(yáng)、起重、擠壓、機(jī)床等各種機(jī)械設(shè)備的控制領(lǐng)域。 （ 6） 內(nèi)置獨(dú)立 RS485 通訊口 ,可通過(guò)電纜連接 FRPU04 面板 四、 基礎(chǔ)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 整體設(shè)計(jì)思路 目標(biāo)和要求 （ 1） 能夠在主控面板上面啟動(dòng)和停止現(xiàn)場(chǎng)電機(jī) ； （ 2） 能夠主控界面 板 上控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向 ； （ 3） 能夠 在主控面板上 快捷控制三個(gè)預(yù)設(shè)的常用速度 ； （ 4） 電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速顯示功能； （ 5） 電機(jī)所控制的臺(tái)車具有盡頭保護(hù)； 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制策略 模型中只有一個(gè)被控對(duì)象和少數(shù)輸入量，單臺(tái)高 性能 PLC 完全能勝任，而且在無(wú)特殊工藝流程的情況下，一個(gè)簡(jiǎn)單的控制面板負(fù)責(zé)基本的控制和顯示功能 。并且傳感器向 PLC 反饋出電機(jī)的工作狀態(tài)信號(hào)， 當(dāng)臺(tái)車行走到軌道兩端時(shí)， 能向 PLC 發(fā)出警報(bào)信號(hào)，然后發(fā)出 控制信號(hào)控制變頻器停止電機(jī)。 然后，建立 I/O 分配表，繪制 PLC 的輸入、輸出接線圖。另外， 本次試驗(yàn)中測(cè)試是用使用的只是功率很小的試驗(yàn)電機(jī)，便直接采取了現(xiàn)有的 三菱FRS520 簡(jiǎn)單易用型變頻調(diào)速器。 (b)控制回路輸入信號(hào)連接 20 根據(jù)變頻調(diào)速原理，在變頻器的控制回路中，我們利用預(yù)設(shè)值的功能，簡(jiǎn)化了控制的信號(hào)方式，直接采用 變頻器自帶的測(cè)試端口，也就是 STF、 STR、 RH、 RM、 RL 五個(gè)端口與 PLC 相連控制， 依據(jù)開(kāi)關(guān)量的邏輯關(guān)系 控制輸出電流頻率 ， 進(jìn)而 控制臺(tái)車的前進(jìn)方向和速度。單鍵起停，顧名思義，就是在同一個(gè)按鍵按下第一次的時(shí)候達(dá)到接通狀態(tài)，并且此后一直保持，直到再次按下時(shí)停止，達(dá)到在無(wú)硬件保持按鈕的情況下，從控制邏輯的方式上給出一種節(jié)省硬件的解決方案。 因此，設(shè)計(jì)了自動(dòng)演示模式下但方向正移動(dòng)行程前進(jìn) 12 秒（ PLC中所選定時(shí)器以 100ms 為單位，因此定時(shí) K=120，以下類似）。 抗干擾措施： 可編程控制器的主要 應(yīng)用場(chǎng)合是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而不是實(shí)驗(yàn)室，惡劣的工作環(huán)境，各種光、電、磁、聲的干擾對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的 正常 運(yùn)行存在著嚴(yán)重的影響，有必要考慮抗干擾措施。同時(shí)注意不要安裝在多塵、腐蝕、熱源、潮濕的地方附近。 本文重點(diǎn)研究解決了類似系統(tǒng)中具有多檔固定速度要求的控制問(wèn)題，能應(yīng)用與不需要專業(yè)操作的工作現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作面板設(shè)計(jì)。 同時(shí) ，我要感謝遼寧大學(xué)物理學(xué)院 06 級(jí)測(cè)控技術(shù)與儀器的所有同學(xué)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們互相幫助、互相支持、互相鼓勵(lì)，我們共同努力、共同進(jìn)步，是你們的支持與鼓勵(lì)，讓我走到了今天。如今，伴隨著這篇畢業(yè)論文的最終成稿，復(fù)雜的心情煙消云散，自己甚至還有一點(diǎn)成就感。用戶可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速、方向、啟動(dòng)停止。 (3) PLC 電柜應(yīng)有獨(dú)立的接地，接地電阻小于 10 歐姆。更復(fù)雜的控制程序可以給予這個(gè)基本的梯形圖上建立起來(lái)，甚至是工業(yè)上具有高精度的閉環(huán)控制。 自動(dòng)演示模式梯形圖如下： 24 圖 自動(dòng)控制模式下，正轉(zhuǎn)啟動(dòng)和三段速度依次運(yùn)行梯形圖 其中， X001 及 X003 分別控制自動(dòng)模式下的啟動(dòng)和停止功能。 PLC 程序設(shè)計(jì) 根據(jù)上面幾步的分析，及原理圖的描述，程 序所需要的輸入輸出變量已經(jīng)非常明朗。 并且處于安全考慮，對(duì)與主回路的連接我們還要加上這個(gè)。列表如下： 表 系統(tǒng) I/O 點(diǎn)數(shù)分析 I/O 類型 開(kāi)關(guān)量輸入 開(kāi)關(guān)量輸出 模擬量輸入 模擬量輸出 信號(hào)類型 控制板 電磁傳感器 變頻器 指示燈 速度傳感器 數(shù)量 6 3 6 3 1 0 統(tǒng)計(jì)點(diǎn)數(shù) 9 9 1 總計(jì) 19 根據(jù)以上分析，確定了被控對(duì)象的 I/O 點(diǎn)數(shù)及工藝要求，并考慮到現(xiàn)有設(shè)備，選擇采用三菱公司的 FX2N 系列的 PLC FX2N24MR。從被控電機(jī)取回速度值或者頻率值最為反饋信號(hào)與點(diǎn)進(jìn)運(yùn)行頻率設(shè)定值進(jìn)行運(yùn)算后，再作為輸入信號(hào)給電機(jī)，從而使電機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行在某一穩(wěn)定值。變頻調(diào)速器對(duì)臺(tái)車驅(qū)動(dòng)電機(jī) 具有保護(hù)功能。 功能特點(diǎn)： （ 1） 功率范圍： （ 2） 自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升，實(shí)現(xiàn) 6HZ 時(shí) 150%轉(zhuǎn)矩輸出 （ 3） 數(shù)字式撥盤，設(shè)定簡(jiǎn)單快捷 （ 4） 柔性 PWM，實(shí)現(xiàn)更低噪音運(yùn)行。 變頻調(diào)速系統(tǒng)制動(dòng)時(shí)， 具有直流制動(dòng)功能，需要制動(dòng)的時(shí)候，變頻器給電機(jī)加載一個(gè)直流電壓，無(wú)需再另外增加制動(dòng)電路及系統(tǒng)。因此，電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)向 也將發(fā)生改變。 （ 3） 逆變器 ： 是整個(gè)變頻器最核心的部分， 由大功率開(kāi)關(guān)晶 體管陣列組成電子開(kāi)關(guān)，將直流電轉(zhuǎn)化成不同頻率、寬度、幅度的方波。 表 設(shè)備特性 型 號(hào) I/O 總數(shù) 輸入 輸出 尺寸（ mm） 寬厚高 點(diǎn)數(shù) 點(diǎn)數(shù) 類型 40 24 16 繼電 器型 130 87 90 三、 變頻調(diào)速系統(tǒng) 變頻器是 在保證電機(jī)原有性能的情況下，通過(guò) 改變交流電機(jī)供電的頻率和幅值，因而改變其運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)的周期，達(dá)到平滑控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 （ 1） 集成性 amp。在整個(gè)的掃描過(guò)程包括三 個(gè)階段 ，“輸入狀態(tài)檢查”、“ 程序 執(zhí)行”、“輸出狀態(tài) 刷新 ”說(shuō)明如下： 第一階段 “輸入狀態(tài)檢查”： PLC 首先檢查輸入端元件所連接的各點(diǎn)開(kāi)關(guān)或傳感器狀態(tài)（ 1 或 0 代表開(kāi)或關(guān)，模擬原始繼電器開(kāi)關(guān)量），并將其狀態(tài)寫入內(nèi)存中對(duì)應(yīng) 的 位置 Xn 暫存。簡(jiǎn)易編程器使用時(shí)直接與 PLC 的專用插座相連接，由 PLC 提供電源。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流 220VAC 或 110VAC，直流電源，加的為直流電壓，常用的為 24V。 由于 PLC 輸出 模塊 用于在工業(yè)環(huán)境中用來(lái)控制制動(dòng)器、氣閥及馬達(dá)等，所以 PLC系統(tǒng)類比輸出范圍包括177。 7 輸入單元是用來(lái)連結(jié)擷取輸入元件的信號(hào)動(dòng)作并 透過(guò)內(nèi)部總線將資料送進(jìn)內(nèi)存由 CPU 處理驅(qū)動(dòng) 程序 指令部分。常見(jiàn)存儲(chǔ)單元的類型可分為三類： （ 1） 隨機(jī)存儲(chǔ)器（ RAM）：其讀寫方便，存取速度快，多用來(lái)存儲(chǔ)用戶程序。但工作節(jié)奏由震蕩信 號(hào)控制。對(duì) 模塊 式 PLC，有 CPU 模塊 、 I/O 模塊 、內(nèi)存、電源 模塊 、底板或機(jī)架。 PLC可接收 (輸入 )及發(fā)送 (輸出 )多種型態(tài)的電氣或電子訊號(hào)，并使用他們來(lái)控制或監(jiān)督幾乎所有種類的機(jī)械與電氣系統(tǒng)。高精度、高效率、寬范圍等特點(diǎn)，使其成為了 應(yīng)用最廣，最有發(fā)展前 景的調(diào)速方式。 到 19 世紀(jì)末，出現(xiàn)了三項(xiàng)電源和堅(jiān)固耐用且結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的交流鼠籠型電機(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)。這時(shí)，面向工程技術(shù)人員的變成語(yǔ)言發(fā)展成熟，出現(xiàn)了工藝人員使用的圖形語(yǔ)言，是 PLC 的日常工藝改變變得更為容易。創(chuàng)建一個(gè) 利用 PLC 控制變頻調(diào)速電機(jī)的基礎(chǔ)應(yīng)用模型，為其在實(shí)踐、工作 中的廣泛應(yīng)用提供一個(gè)參考。維納，魯?shù)婪騊LC。 最終完成 一個(gè) 能現(xiàn)場(chǎng)控制 變頻調(diào)速電機(jī)的多功能控制系統(tǒng)模型 。 PLC 的應(yīng)用對(duì)提高工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平，提高生產(chǎn)精度和生產(chǎn)效率都起著非常重要的作用，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了非常可靠的控制應(yīng)用。 通過(guò)研究一種 PLC 控制變頻調(diào)速電機(jī)的基本模型， 我們看到 了變頻調(diào)速系統(tǒng) 與PLC 結(jié)合應(yīng)用的廣闊前景。指的是在沒(méi)人參與的情況下，利用控制裝置使被控對(duì)象或過(guò)程自動(dòng)地按預(yù)定規(guī)律運(yùn)行。 由于交流電力系統(tǒng)的巨大發(fā)展，交流電機(jī)已成為最常用的電機(jī)。 據(jù) 有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，交流電動(dòng)機(jī)、泵類負(fù)載已經(jīng)占到了全國(guó)工業(yè)動(dòng)力的 40%，電力拖動(dòng)，已經(jīng)成為一種清潔工業(yè)能源的主流方向。 關(guān)于電力拖動(dòng) 及變頻調(diào)速 ： 電力拖動(dòng)技術(shù)以運(yùn)動(dòng) 機(jī)械的驅(qū)動(dòng)裝置 —— 電動(dòng)機(jī)為控制的對(duì)象，以現(xiàn)代微電子技術(shù)裝置為核心， 以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制理論的指導(dǎo)下完成電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)工作機(jī)械的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和反復(fù)運(yùn)動(dòng)的技術(shù)。傳統(tǒng)的直流調(diào)速技術(shù)因體積大故障率高而應(yīng)用受限。 二、 可編程控制器 （ PLC） 可編程控制器概述 可編程邏輯控制器 （ Programmable Logic Controller， PLC） ,是一種用于自動(dòng)化實(shí)時(shí)控制的數(shù)位邏輯控制器，廣泛應(yīng)用于目前 的工業(yè)控制領(lǐng)域。 國(guó)際電工委員會(huì) (IEC)在其標(biāo)準(zhǔn)中將 PLC 定義為 : “ 可編程邏輯控制器是一種數(shù)位運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶 程序 存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮 相關(guān) 的控制