【正文】 處理中斷處理中斷處理中斷處理中斷處理中斷無中斷申請中斷申請無申請中斷申請無中斷申請中斷申請無中斷申請中斷申請 圖7 PLC工作流程圖 字信號后全部讀入，然后進(jìn)行數(shù)字濾波處理，最后把有效值放入輸入信號狀態(tài)暫存區(qū)中，在輸出操作時(shí)，首先把輸出輸出信號狀態(tài)暫存區(qū)中的信號全部送給輸出單元，然后進(jìn)行傳送正確性檢查，最后啟動輸出單元把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場信號輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 圖6 PLC的信號流程圖(5) 執(zhí)行用戶程序任務(wù) 用戶程序是由用戶根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況而編制的程序，存放在RAM或EPROM中。DPU是系統(tǒng)的從處理器，它的作用是處理位操作指令，協(xié)助主處理器加快整個(gè)系統(tǒng)的處理速度。WDT的時(shí)間設(shè)定值一般是掃描周期的2—3倍，通常在100—200ms，很多PLC可以由用戶根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況通過硬件或軟件來設(shè)定。PL2=TL*n2/9550（3） 電動機(jī)的功率損失為 P’’=TL（n02n2）/9550=TL(n01n1)/9550可見，功率損耗與額定轉(zhuǎn)速時(shí)基本相同，見上面圖5右邊示。當(dāng)異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中串入電阻后，機(jī)械特性如圖4中曲線2所示，這時(shí)，機(jī)械特性變軟，在轉(zhuǎn)矩不變的情況下，拖動系統(tǒng)的工作點(diǎn)由A點(diǎn)移至B點(diǎn)，轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，功率分配情況的變化如下：(1) 同步轉(zhuǎn)速n01未變，故電磁功率Pm1與未調(diào)速前相同。在這種情況下，摩擦轉(zhuǎn)矩將阻礙重物下降，所以，重物在下降時(shí)構(gòu)成的負(fù)載轉(zhuǎn)矩比上升時(shí)小。B點(diǎn)便是頻率降低后的新的工作點(diǎn)，這時(shí)，轉(zhuǎn)速已經(jīng)降到n2。 實(shí)現(xiàn)VVVF的基本方法有脈幅調(diào)制（PAM）和脈寬調(diào)制（PWM）兩種。但不能用于對啟動性能有較高要求的系統(tǒng)，它一般只有在空載或輕載下啟動，所以不能用于該起升機(jī)構(gòu)系統(tǒng)；轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速只適用于繞線式異步電動機(jī)，其啟動電阻可兼做調(diào)速電阻，它調(diào)速簡單可靠是有級調(diào)速，這是傳統(tǒng)的起升機(jī)構(gòu)系統(tǒng)所采用的調(diào)速方式，但隨轉(zhuǎn)速降低機(jī)械特性變軟，而且轉(zhuǎn)子電路電阻損耗與轉(zhuǎn)差率成正比，低速時(shí)損耗大，用于重復(fù)短期運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械中，由于后來出現(xiàn)的變頻調(diào)速各方面的性能均優(yōu)于此方法，即使變頻調(diào)速的價(jià)格明顯高于直流調(diào)速裝置，但由于直流電動機(jī)自身的缺點(diǎn)，變頻調(diào)速還是得到了廣泛的應(yīng)用，發(fā)展十分迅速。摩擦轉(zhuǎn)矩的方向永遠(yuǎn)與它的運(yùn)動方向相反。實(shí)踐證明，在起升機(jī)構(gòu)上應(yīng)用各種新產(chǎn)品、新技術(shù)收到了很好的效果。上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題 目 ： 起升機(jī)構(gòu)電氣控制系統(tǒng)分析 二級學(xué)院（部）：物流工程學(xué)院專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化（C）班 級：00級3班姓 名：nihao 指導(dǎo)教師：wohao完成日期：2004年6月摘要本文分析了該起升機(jī)構(gòu)的運(yùn)行特點(diǎn)，介紹矢量控制變頻調(diào)速特性。表現(xiàn)突出的是可編程序控制器（PLC）、變頻器和現(xiàn)場總線技術(shù)的廣泛應(yīng)用。由于起升機(jī)構(gòu)的重物在空間具有位能，所以是位能負(fù)載其特點(diǎn)是：在重物上升時(shí)，電動機(jī)克服各種阻力（包括重物的重力、摩擦阻力等）而做功，屬于阻力負(fù)載；在重物下降時(shí)，由于重物本身具有按重力加速度下降的能力（位能），因此，當(dāng)重物的重力大于傳動機(jī)構(gòu)的摩擦阻力時(shí)，重物本身的重力（位能）是下降的動力，電動機(jī)成為了能量的接受者，故屬于動力負(fù)載。 2．變頻調(diào)速 籠型異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是定子磁通和轉(zhuǎn)子電流相互作用產(chǎn)生的，轉(zhuǎn)子電流不是外部通入的，而是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n低于定子磁場轉(zhuǎn)速n。PAM是變頻器在改變輸出頻率的同時(shí)也改變電壓的振幅值，但它要同時(shí)調(diào)節(jié)整流部分和逆變部分，二者之間還必須滿足一定的關(guān)系，這樣，它的控制電路就比較復(fù)雜；PWM是變頻器在改變輸出頻率的同時(shí)也改變輸出電壓的脈沖占空比，但幅值不變，PWM只須控制逆變電路就可以實(shí)現(xiàn)，比PAM的控制電路簡單了許多，但是無論是PAM還是PWM，起輸出電壓和電流的波形都不是正弦波，具有許多諧波成分，為了使輸出電流的波形接近正弦波形又提出了正弦波脈寬調(diào)制方式（SPWM）。 圖2 重物上升機(jī)械特性 2．空鉤（包括輕載）下降 空鉤（或輕載）時(shí)，重物自身是不能下降的，必須由電動機(jī)反向運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)。第二章 系統(tǒng)控制方案的擬定 由于在現(xiàn)代電氣傳動和自動化領(lǐng)域，可編程序控制器和變頻調(diào)速技術(shù)因其優(yōu)良的性能應(yīng)用十分廣泛，尤其是起升機(jī)構(gòu)，對可靠性要求很高，因此其故障檢測，故障處理及保護(hù)回路比較復(fù)雜。(2) 電動機(jī)上的轉(zhuǎn)速為n2，輸出功率PL2將隨之下降：Pl2=TL*n2/9550(3) 電動機(jī)的功率損耗為：P’=TL(n01n2)/9550 由功率分配可見，功率損耗在電磁功率中所占的比例相當(dāng)大。從上面的對比分析可以看出，這兩種調(diào)速方法中，變頻調(diào)速的功率損耗小得多，節(jié)能效果是十分明顯的，此外，如果變頻調(diào)速系統(tǒng)再配上電源反饋選件，則在吊鉤下放重物的時(shí)，還可以將重物釋放的位能反饋給電源，進(jìn)一步節(jié)約電能，綜上分析可以看出選變頻調(diào)速的優(yōu)越性所在。（2） 與編程器交換信息任務(wù) 編程器是PLC的外部設(shè)備，它與主機(jī)的外部設(shè)備接口相連。當(dāng)PLC為雙處理器系統(tǒng)時(shí)，就會有與中數(shù)處理程序，如：時(shí)間、循環(huán)硬件中數(shù)等數(shù)字處理器交換信息的任務(wù)。PLC在每個(gè)掃描周期內(nèi)都要把用戶程序執(zhí)行一遍，用戶程序的執(zhí)行是按用戶程序的實(shí)際邏輯關(guān)系由前向后逐步掃描的，并把運(yùn)行結(jié)果裝入輸出狀態(tài)暫存區(qū)中，系統(tǒng)的全部控制功能都在這一任務(wù)中實(shí)現(xiàn)。對用戶程序而言，要處理的輸入信號是輸入信號狀態(tài)暫存區(qū)的信號，而不是實(shí)際的信號。 PLC的中斷源信息是通過輸入單元進(jìn)入系統(tǒng)的。b. 濾波電容器Cf，它的作用是濾平全波整流后的電壓紋波，另外就是當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，保持直流電壓平穩(wěn)。當(dāng)前常用的逆變管有IGBT，GTR，GTO等。此放電電流的初始直很大，并且疊加到負(fù)載電流上，導(dǎo)致VT1—VT6過載而損壞。 三電平PWM電壓型逆變器在PWM電壓型逆變器中，當(dāng)輸出電壓較高時(shí)，為了避免器件串聯(lián)引起的動態(tài)均壓問題，同時(shí)降低輸出諧波和電壓變化率du/dt，逆變器部分可以采用三電平方式，也稱中心點(diǎn)箝位（Netural Point Clamped—NPC）方式。表格中第一個(gè)字母表示U相，第二個(gè)字母表示V相，第三個(gè)字母表示W(wǎng)相的輸出狀態(tài)。 圖10 逆變器瞬時(shí)輸出電壓及波形 三電平與雙電平逆變器相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：a. 降低了施加在電機(jī)軸上的沖擊電壓。消除同樣諧波，雙電平采用PWM控制法開關(guān)頻率高，損耗大，而多電平逆變器可用較低的頻率進(jìn)行開關(guān)動作。三 系統(tǒng)總體工作分析1. 正常起升 司機(jī)先按下控制合按扭，通過手柄操作起升/下降的速度檔位，由凸輪控制器（起升手柄）給PLC輸入速度檔位信號，PLC采集數(shù)據(jù)后依據(jù)這些輸入量順序調(diào)用執(zhí)行程序，把結(jié)果產(chǎn)生的輸出信號由觸點(diǎn)輸入變頻器中（點(diǎn)對點(diǎn)連接，不通過現(xiàn)場總線），變頻器按此信號控制整流電路和逆變電路中晶閘管或者晶體管的通斷而改變輸入變頻器的主電流的頻率，從而控制電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速以達(dá)到變頻調(diào)速的目的。（2） 發(fā)出松開指令 當(dāng)變頻器確認(rèn)已經(jīng)有滿足條件的輸出電流時(shí)給PLC一個(gè)信號，此時(shí)電動機(jī)已經(jīng)有了一定的轉(zhuǎn)矩，PLC將發(fā)出一個(gè)松開指令，使制動電磁鐵開始通電。這種方式要先經(jīng)過軟件的運(yùn)行來控制硬件的斷開，中間環(huán)節(jié)較多，在緊急情況下不是最理想的方式，另一種較好的緊停方式是按“緊停1”或“緊停2”按扭。（2） 高密度的I/O模塊，每個(gè)模塊最多可達(dá)32個(gè)通道，模塊豐富從I/O到PC.（3） 模塊無需設(shè)置跳線（4） 集成的易于連接的背板總線。操作方式選擇開頭鑰匙一樣可以拔出，拔出了就不能改變操作方式。輸入模塊1的輸入信號接口1．超速2．超高3．緊停14．緊停25．備用6．主繼電器7．變頻器電源8．制動器電源9．主接觸器10．制動器接觸器11．變頻器故障12．零速信號13．力矩檢測14．消音15．備用16．備用輸入模塊2輸入信號接口1．手柄零位2．起升一檔3．下降一檔4．手柄二檔5．手柄三檔6．手柄四檔7．手柄五檔8．控制合9．控制分10．備用11．備用12．備用13．起升上終點(diǎn)14．起升下終點(diǎn)15．起升上減速16．起升下減速輸入模塊3接絕對值編碼器的十個(gè)引腳剩下六個(gè)備用輸入模塊4接變送器的引腳輸出模塊的輸出信號1．主接觸器2．制動起接觸器3．正轉(zhuǎn)4．反轉(zhuǎn)5．復(fù)位6．速度17．速度28．速度39．B．B信號10．主控11．備用12．備用13．蜂鳴器14．控制合15．控制分16．故障指示CPU 3152DP上LED用于狀態(tài)和故障顯示的含義：發(fā)光二極管LED含義說明SE(紅色)系統(tǒng)錯(cuò)誤/故意下列事件引起燈光：a、 硬件故障；b、編程錯(cuò)誤；c、參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤d、算術(shù)運(yùn)行錯(cuò)誤；e、定時(shí)器錯(cuò)誤；f、存儲卡故障；g、電池故障或上電后無后備電池；h、I/O的故障或錯(cuò)誤（僅限于外部I/0）；I、通信故障；用編程裝置讀出診斷緩沖器的內(nèi)容，確定錯(cuò)誤/故障的真正原因。B、 本控制系統(tǒng)中安裝PLC時(shí)考慮的問題（1） 濾波器隔離穩(wěn)壓器設(shè)在PLC柜電源進(jìn)線口處，不讓干擾進(jìn)入柜內(nèi)，或盡量縮短進(jìn)線距離。（9） PLC系統(tǒng)的接地電阻小于100歐，接地線至少用2mm2的專用接地線，以防止感應(yīng)電勢的產(chǎn)生。初始畫面（3） 監(jiān)控功能：能夠監(jiān)控和更改PLC每個(gè)元件的ON/OFF狀態(tài)，每個(gè)定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值和設(shè)定值、數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)。1．本系統(tǒng)變頻器的接線圖見附錄，經(jīng)計(jì)算和查詢本系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)如下表示：計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算結(jié)果計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算結(jié)果額定起重量1000kg吊具及鋼絲繩質(zhì)量100kg電動機(jī)額定功率7．5KW電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩97N*M電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速730r/min電動機(jī)的機(jī)械慣量0．1775kg*m*m減速器等總的機(jī)械慣量0．2041kg*m*m電機(jī)的加速時(shí)間5s電機(jī)的減速時(shí)間5s系統(tǒng)機(jī)械效率0．93機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動部分總加速轉(zhuǎn)矩147．91N*M電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩252．2N*M提升所需的最大轉(zhuǎn)矩236．51N*M減速傳動比23．34。（7） 起重機(jī)放下重物時(shí)，由于重力加速度的原因電動機(jī)將處于再生制動狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的動能要反饋到變頻器直流電路中，使直流電壓不斷上升可能產(chǎn)生危險(xiǎn)，所以用制動電阻來消耗這部分再生能量。擁有令牌的站具有發(fā)送的權(quán)利，但每個(gè)站擁有令牌的時(shí)間不能比預(yù)先約定的時(shí)間長，令牌是因定的位模式。（5） 控制指令允許輸入和輸出同步，同步模式時(shí)輸出同步；鎖定模式時(shí)，輸入同步。這次畢業(yè)論文是我鞏固所學(xué)知識，把理論用于實(shí)際的一次嘗試，其中遇到很多問題，通過實(shí)際系統(tǒng)組建和有關(guān)資料的閱讀，發(fā)現(xiàn)問題。在與他的每一次碰面時(shí)他都教了我很多新的東西，解答我許多疑問。（7） 所有信息的傳輸按海明距離HD=4進(jìn)行，DP從站帶看門狗定時(shí)器，對DP從站的輸入/輸出進(jìn)行存取保護(hù)，DP主站上帶可變定時(shí)器的用戶數(shù)據(jù)傳送監(jiān)視。（2） profibus方案已被廣泛采用，企業(yè)的管理人員和技術(shù)人員對該總線的調(diào)試及維護(hù)有一定的了解。使電動機(jī)有足夠大的轉(zhuǎn)矩（可達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的200%），維持重物在空中的停止?fàn)顟B(tài)，以保證電磁制動器在空中不會溜鉤。2．變頻器調(diào)速在本系統(tǒng)中的特點(diǎn)：（1）