【正文】 由三部分構(gòu)成 :用戶(hù)程序、數(shù)據(jù)塊和參數(shù)塊。 軟件方面 : 。塊傳輸輸陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 12 入方式的好處是可以由模塊給出每一模塊及各通道的診斷信息，信息刷新速度較快。 輸入輸出數(shù)據(jù)的處理 在掃描讀入模擬量值時(shí)，處理器從模擬量輸入模塊讀入模擬量并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)值，再將其送入用戶(hù)指明的位置。將每次的采樣值送給 AD/變換器，則對(duì)應(yīng)每次采樣的電壓值轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號(hào) (H 進(jìn)制數(shù)字 )。它存儲(chǔ)用戶(hù)程序執(zhí)行時(shí)的某些可變參數(shù)值。由于 ARM 掉電會(huì)丟失數(shù)據(jù)，因此使用 RMA 作用戶(hù)程序存儲(chǔ)器的 PLC，都有后備電池保護(hù) ARM，以免電源掉電時(shí)，丟失用戶(hù)程序。裝有 CPU 單元的底板稱(chēng)為 CUP 底板，其它稱(chēng)為擴(kuò)展底板。它之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需求外，還有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。這種控制方法進(jìn)度精度高，動(dòng)態(tài)相應(yīng)快，控制品質(zhì)高，但適用范圍小，對(duì)負(fù)載有一定的要求。 現(xiàn)在有些公司的變頻器可以采用轉(zhuǎn)矩控制方式，如 ABB 公司的 ACX600 系列，西門(mén)子 公司的 6ES70變頻器等。 通訊控制負(fù)荷分配 上述的幾種控制方法都屬于模擬控制，適用于 5 臺(tái)電機(jī)以下的負(fù)荷分配，控制精度比較低。這樣完成負(fù)荷分配的自動(dòng)控制。以三點(diǎn)負(fù)荷分配為例 ,如圖 24所示，編號(hào)為 0 和 4 是需要負(fù)荷分配的前級(jí)和后級(jí)，負(fù)荷分配以 1為主， 3作為 1的從機(jī)，處于速度鏈的子鏈上。所以類(lèi)似這樣的傳動(dòng)只有電動(dòng)機(jī)速度同步并不能滿(mǎn)足實(shí)際系統(tǒng)的工作要求，實(shí)際系統(tǒng)還要求各傳動(dòng)點(diǎn)電機(jī)負(fù)載率相同，否則會(huì)出現(xiàn)某臺(tái)電機(jī)出力大，某臺(tái)電機(jī)出力小的情況。第一分部的速度值乘以第二分部的變比 b1/a 則為第二臺(tái)變頻器的運(yùn)行值。然后根 據(jù)二叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，確定各結(jié)點(diǎn)的上下、左或右編號(hào)。也可以根據(jù)用戶(hù)的要求用 PLC 來(lái)完成以提高系統(tǒng)的可靠性和簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 ，一定要在滿(mǎn)足系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上盡量降低成本。因此對(duì)于紙機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，單機(jī)容量不超過(guò) 160kw，在同樣裝機(jī)容量下，交流傳動(dòng)系統(tǒng)的造價(jià)要比直流傳動(dòng)系統(tǒng)低 5%15%。進(jìn)入八九十年代后， PLC 的軟硬件功能進(jìn)一步得到加強(qiáng)，PLC 已發(fā)展成為一種可提供諸多功能的成熟的控制系統(tǒng)，能與其他設(shè)備通信，生成報(bào)表，調(diào)度產(chǎn)出，可診斷自身故障及機(jī)器故障。日、美、德、英等國(guó)家在結(jié)合現(xiàn)代微處理器控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，相繼推出了一系列的變頻器，且不斷進(jìn)行更新?lián)Q代。隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，速度可調(diào)節(jié)成了電動(dòng)裝置的一項(xiàng)基本要求，并且，除了滿(mǎn)足一定的調(diào)速范圍和連續(xù)可調(diào)的同時(shí) ，還必須具有持續(xù)的穩(wěn)定性和良好的瞬態(tài)性能。而 PLC 采用的是西門(mén)子公司 S7200 系列，變頻器和 PLC 之間的通訊協(xié)議在文中也有很詳細(xì)的介紹 。最后是系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)，包括硬件和控制程序的設(shè)計(jì)，對(duì)其設(shè)計(jì)思路也有相應(yīng)的討論，控制程序部分不僅給出了具體的程序，還有相應(yīng)的注解。隨著電力電子學(xué)與電子技術(shù)的發(fā)展，使得采用半導(dǎo)體變流調(diào)速系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)， 70 年代以來(lái)，大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，為交流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件，促進(jìn)了各種類(lèi)型的交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，如串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、無(wú)換相器電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)以及大量控制調(diào)速系統(tǒng)等的飛速發(fā)展。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 2 PLC 技術(shù)的發(fā)展概況 第一臺(tái)可編程控制器 (以下簡(jiǎn)稱(chēng) PLC)的設(shè)計(jì)規(guī)范是美國(guó)通用汽車(chē)公司提出的。 PLC 未來(lái)的發(fā) 展不僅依賴(lài)于對(duì)新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，還在于 PLC 與其他工業(yè)控制設(shè)備和工廠管理技術(shù)的綜合。針對(duì)中低檔紙機(jī)來(lái)說(shuō)，裝機(jī)容量不太大交流調(diào)速具有大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。 速度鏈的分類(lèi) 一般來(lái)說(shuō)速度鏈可分為兩類(lèi)： 其中數(shù)字鏈其根據(jù)操作又可分為按鍵式，觸摸屏式，根椐控制器又可分為速度鏈控制器式，電動(dòng)電位器、 PLC 控制式，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)式，但無(wú)論是哪一種方式都具有操作方便、準(zhǔn)確、抗干擾力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 S7200PLC 在紙機(jī)傳動(dòng)中的應(yīng)用 5 圖 21 電動(dòng)電位器型速度鏈的構(gòu)成 （ 2）基于 PLC、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通訊控制的速度鏈 隨著計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)的發(fā)展，紙機(jī)傳動(dòng)控制過(guò)程中廣泛采用通訊控制方式，利用RS485 總線(xiàn)或現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) CAN 總線(xiàn)、 ProfibusDP 總線(xiàn)與變頻器通訊完成紙機(jī)傳動(dòng)控制。即任一傳動(dòng)點(diǎn)由 3個(gè)數(shù)據(jù)（“父子兄”或“父子弟”）確定其在速度鏈中的位置，填位置寄存器數(shù)值。若第二分部速度不滿(mǎn)足運(yùn)行要求，說(shuō)明第二分部變比不合適，可通過(guò)操作第二分部的加速、減速按鈕實(shí)現(xiàn)， PLC檢測(cè)到按鈕信號(hào)后調(diào)節(jié) b1 即調(diào)整了變比，使其適應(yīng)生產(chǎn)要求。對(duì)于造紙機(jī)如網(wǎng)部真空伏輥、驅(qū)網(wǎng)輥同時(shí)帶一條網(wǎng)；壓榨部真空吸移、真空壓榨等復(fù)合壓榨；光壓上、下輥；施膠機(jī)上、下輥等都屬于多電機(jī)傳動(dòng)。 P1e、 P2e、 P3e 為三臺(tái)電機(jī)額定功率， Pe 為額定總負(fù)載功率， Pe=P1e+P2e+P3e。 負(fù)荷分配設(shè)計(jì)方法 傳動(dòng)系統(tǒng)分為兩大類(lèi)直流傳動(dòng)和交流傳動(dòng)，所以負(fù)荷 分配設(shè)計(jì)也依據(jù)傳動(dòng)形式有不同的控制方法。 PLC 通訊控制負(fù)荷分配采用全數(shù)字化控制， PLC 采樣電機(jī)電流轉(zhuǎn)矩，依據(jù)負(fù)荷分配控制算法精確計(jì)算，控制變頻器達(dá)到負(fù)荷平衡。采用這些變頻器可以利用轉(zhuǎn)矩控制方式解決負(fù)荷分配的問(wèn)題。 各公司相繼推出多傳動(dòng)的解決方案，通過(guò)其變頻器附加軟件或控制板實(shí)現(xiàn)，如 ABB公司的主 從應(yīng)用宏軟件、西門(mén)子的工藝板等。它較 好的解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題。 CUP 底板與擴(kuò)展底板之間通過(guò)電纜連接，距離一般不超過(guò) 10m 無(wú)論哪種結(jié)構(gòu)類(lèi)型的 PLC，都可以根據(jù)需要進(jìn)行配置與組合。當(dāng)用戶(hù)程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動(dòng)時(shí)，可將用戶(hù)程序?qū)懭?EPROM。它還用來(lái)存放 A/D 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果等。將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成為模擬量的原理 :首先將數(shù)字信號(hào)并行輸入給 DA/轉(zhuǎn)換器，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出一個(gè)矩形波，經(jīng)過(guò)放大濾波之 后即變成一個(gè)連續(xù)變化的模擬量輸出信號(hào)。 模擬量輸入模塊提供不止一個(gè)通道的輸入，因而只要信號(hào)兼容或類(lèi)型相同，就能連接幾個(gè)或十幾個(gè)輸入信號(hào)。 塊傳輸輸出方式則可靈活地配置輸出模塊的工作方式。 ，立即把狀態(tài)重要信息存入指定存儲(chǔ)器，禁止對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行任何不穩(wěn)定的讀寫(xiě)操作，以防止存儲(chǔ)器信息被沖掉。用戶(hù)程序是必選部分，數(shù)據(jù)塊和參數(shù)塊是可選部分，參數(shù)塊主要是指 CPU 的組態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)塊主要是用戶(hù)程序執(zhí) 行過(guò)中所用到和生成的數(shù)據(jù)。 S7200CPU226 這種模塊功能增強(qiáng)，主機(jī)輸出和輸入點(diǎn)為 40點(diǎn)，最大可以擴(kuò)展為 248點(diǎn)數(shù)字量或 35 模擬量，通信能力增強(qiáng)，可用于點(diǎn)數(shù)較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)?？梢杂媚K電位器來(lái)改變它對(duì)應(yīng)的特殊寄存器中的數(shù)值，可以即時(shí)更改程序運(yùn)行中的一些參數(shù) :可用以對(duì)信息加注時(shí)間標(biāo)一記，記錄機(jī)器運(yùn)行時(shí)間或?qū)^(guò)程進(jìn)行時(shí)間控制 。整流電路按其控制方式，可以是直流電壓源，也可以是直流電流源。控制算法為 PWM 控制利用了采樣控制理論中的結(jié)論 :沖量相等而形狀不同的沖加在具有慣性環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。 異步電動(dòng)機(jī)定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速被稱(chēng)為異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，其同步轉(zhuǎn)速由電動(dòng)機(jī)的磁極個(gè)數(shù)和電源頻率所決定 : 0n =60f/p 公式 (31) 0n 電機(jī)同步轉(zhuǎn)速 f供電電源頻率 (Hz) p電機(jī)定子磁極對(duì)數(shù) 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速總是小于其同步轉(zhuǎn)速，異步電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速可由下式給出 n= 0n (1s)=60f(1s)/p 公式 (32) 式中 : n電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速 s轉(zhuǎn)差率 (同步電動(dòng)機(jī)時(shí)， s=0) 由式 (2)可知，改變參數(shù) f， s 中的任意一個(gè)就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。 K? 基波繞組因數(shù) 。完善的保護(hù)功能 :變頻器保護(hù)功能很強(qiáng)，在運(yùn)行過(guò)程中能隨時(shí)檢測(cè)到各種故障，并顯示故障類(lèi)別 (如電網(wǎng)瞬時(shí)電壓降低，電網(wǎng)缺相，直流過(guò)電壓，功率模塊過(guò)熱，電機(jī)短路等 )，并立即封鎖輸出電壓。 ，提供有關(guān)故障原因的補(bǔ)充信息，使故障排除更為簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。 （ 2）提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng) 所有變頻器都采用光電編碼器的反饋方式，通過(guò)矢量運(yùn)算，它能夠確定和控制轉(zhuǎn)矩和磁通的電流分量，獲得同直流傳動(dòng)相媲美的動(dòng)態(tài)特性。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。這種轉(zhuǎn)換也擴(kuò)展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)解決節(jié)地址、路由路徑及錯(cuò)誤檢測(cè)的方法。典型的主設(shè)備：主機(jī)和可編程儀表。這樣在單獨(dú)的通信過(guò)程中，控制器既可作為主設(shè)備也可作為從設(shè)備。數(shù)據(jù)段必須包含要告之從設(shè)備的信息：從何寄存器開(kāi)始讀及要讀的寄存器數(shù)量。在其它網(wǎng)絡(luò)上（像 MAP和 Modbus Plus） Modbus 消息被轉(zhuǎn)成與串行傳輸無(wú)關(guān)的幀。緊接著傳送第一個(gè)域：設(shè)備地址。 同樣地，如果一幀新信息的開(kāi)始與前一信息的間隔小于 個(gè)字符時(shí)間，接收設(shè)備將認(rèn)為它是前一信息的繼續(xù)。示例是讀一組輸出數(shù)據(jù)。 如果沒(méi)有發(fā)生什么錯(cuò)誤，從機(jī)在響應(yīng)的數(shù)據(jù)域中包括了要求的數(shù)據(jù)，如果錯(cuò)誤發(fā)生，數(shù)據(jù)區(qū)中將包括例外情況編碼，主機(jī)能夠根據(jù)這一編碼決定下一步的行動(dòng)。 CRC 域附加在消息的最后，添加 時(shí)先是低字節(jié)然后是高字節(jié)。發(fā)往不存 在的從設(shè)備的地址也會(huì)產(chǎn)生超時(shí)。 ②該 16位寄存器的高位字節(jié)與開(kāi)始 8位字節(jié)進(jìn)行“異或”運(yùn)算。 下圖為 Modbus CRC 校驗(yàn)程序： 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 24 S7200PLC 在紙機(jī)傳動(dòng)中的應(yīng)用 25 圖 41 CRC 校驗(yàn)子程序 程序說(shuō)明如下： 網(wǎng)絡(luò) 1:將 16FFFF 放入寄存器 VW107，同時(shí)將 6 放入寄存器 VB109 中。 網(wǎng)絡(luò) 8:當(dāng)位 為 1時(shí)，即若向右（標(biāo)記位）移出的數(shù)位是 1 時(shí)，則將 VW107 中的數(shù)與 16A001 異或，再放入 VW107 中。 圖 51 PLC 單機(jī)系統(tǒng) 圖 52 PLC 集中控制系統(tǒng) 由于本系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)只有九臺(tái)電機(jī)，可以使用一臺(tái) PLC 進(jìn)行多個(gè)對(duì)象的控制，另外，為了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的直觀方便的使用，需要給予現(xiàn)場(chǎng)操作的人機(jī) 界面，同時(shí)為了工程師修改、調(diào)試和監(jiān)控程序運(yùn)行的需要，設(shè)置了上位機(jī)，這里我們不給予介紹。 為了保證系統(tǒng)的 可靠性，采用較高性能的 PLC：西門(mén)子 S7200，由于電機(jī)的控制不算復(fù)雜，選用 ABB 公司的 ACS550 系列變頻器可以滿(mǎn)足電機(jī)的控制要求，并且更加經(jīng)濟(jì)，性?xún)r(jià)比較高。上位 CP 接受 PLC 采集的信息，對(duì)監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行故障報(bào)警以及參數(shù)顯示 :可以修改和監(jiān)視 PLC 內(nèi)的控制程序的運(yùn)行，可以調(diào)節(jié)和修改變頻器的參數(shù)，也可以控制現(xiàn)場(chǎng)的每一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。 現(xiàn)場(chǎng)操作面板把控制電動(dòng)機(jī)的指令通過(guò)總線(xiàn)傳到配電室的 PLC，通過(guò) PLC 內(nèi)的設(shè)定程序，通過(guò) Modbus 總線(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的控制，現(xiàn)場(chǎng)的電機(jī)通過(guò)變頻器的參數(shù)設(shè)定進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)控制。 網(wǎng)絡(luò) 10:程序跳至標(biāo)志 0 處，直到 VB111 中的數(shù)減至 0時(shí)，才往下執(zhí)行。 網(wǎng)絡(luò) 3:置標(biāo)志位 1。 ③把這個(gè) 16寄存器向右移一位。 使用 RTU 模式，消息包括了一基于 CRC 方法的錯(cuò)誤檢測(cè)域。 Modbus 錯(cuò)誤檢測(cè)方法 標(biāo)準(zhǔn)的 Modbus 串行網(wǎng)絡(luò)采用兩種錯(cuò)誤檢測(cè)方法。例如，對(duì)于主機(jī)的查詢(xún)，從機(jī)以通訊事件的記錄（功能編碼為 0B，十六進(jìn)制）作響應(yīng)從機(jī)不需要任何附加信息，陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 22 ACS140/ACS400 不支持功能編碼 0B（十六進(jìn)制）。例如主機(jī)發(fā)送到從機(jī)的從機(jī)的一條信息是要讀一組保持寄存器，功能編碼可能如下： 0000 0011 （十六進(jìn)制 03） 如果從機(jī)準(zhǔn)確無(wú)誤的執(zhí)行了所要求的動(dòng)作，返回主機(jī)的功能編碼相同，如果例外情況發(fā)生 ，從機(jī)返回的功能編碼是： 1000 0011 （十六進(jìn)制 83） 除此之外，從機(jī)還在返回的數(shù)據(jù)域設(shè)置了一個(gè)特殊代碼，告訴從機(jī)發(fā)生了什么樣的錯(cuò)誤，或者發(fā)生例外情況的原因是什么。下圖是一幀信息的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備始終監(jiān)視著通訊總線(xiàn)的活動(dòng)，即使在靜默間隔時(shí)間內(nèi)。這種方式的最大好處就是字符的密度可以更高，相同波特率的數(shù)據(jù)流量比 ASCII 模式更大。 （ b）響應(yīng) 正常情況下，從機(jī)響應(yīng)的功能代碼與查詢(xún)的功能代碼相對(duì)應(yīng)，數(shù)據(jù)區(qū)包含從機(jī)根據(jù)查詢(xún)要求收集到的數(shù)據(jù)，如寄存器的值或狀態(tài)等。 在消息位， Modbus 協(xié)議仍提供了主 — 從原則，盡管網(wǎng)絡(luò)通信方法是“對(duì)等”。 主