【正文】 3 變頻器控制的展望　　隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)的發(fā)展，變頻器的控制方式今后將向以下幾個(gè)方面發(fā)展。即使在開(kāi)環(huán)的狀態(tài)下，也能輸出 100%的額定轉(zhuǎn)矩，對(duì)于多拖動(dòng)具有負(fù)荷平衡功能。 變頻器的分類和控制方式變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開(kāi)關(guān)方式分類，可以分為 PAM 控制變頻器、PWM 控制變頻器和高載頻 PWM 控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為 V/f 控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。5）接地過(guò)電流保護(hù)。它使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。另外，異步電動(dòng)機(jī)需要制動(dòng)時(shí)，有時(shí)需附加“制動(dòng)回路” 。外殼防護(hù)等級(jí) IP54，它具有良好的起動(dòng)性能和運(yùn)行性能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，維修方便等特點(diǎn)，電機(jī)采用 E 級(jí)或 B 級(jí)絕緣，外殼防護(hù)等級(jí)為 IP44，冷卻方式為 ICO141，額定頻率為 50Hz，額定電壓為 380V。若超過(guò)額定電流過(guò)載運(yùn)行，三相電動(dòng)機(jī)就會(huì)過(guò)熱乃至燒毀。因?yàn)橹挥羞@樣，轉(zhuǎn)繞組與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間才會(huì)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而切割磁力線，轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體中才能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子按照旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。 由此可見(jiàn)，對(duì)稱三相電流 分別通入對(duì)稱三相繞組 U1U2, V1V2, W1W2中所形成的合成磁場(chǎng)，是一個(gè)隨時(shí)間變化的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。氣隙太大，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)降低；氣隙太小，使裝配困難，運(yùn)行不可靠，高次諧波磁場(chǎng)增強(qiáng)，從而使附加損耗增加以及使啟動(dòng)性能變差。每個(gè)繞組即為一相，每個(gè)繞組在空間相差120176。此外，還有端蓋、軸承、接線盒、吊環(huán)等其他附件，如圖 311 所示。選擇 PLC 時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。（2）用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC 的 CPU 總是由上而下，從左到右的順序依次的掃描梯形圖。在沒(méi)有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，CPU 從第一條指令開(kāi)始，逐條順序的執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī) 或切換到 STOP 工作狀態(tài)。不過(guò)對(duì)于新型的 PLC，其存儲(chǔ)容量可根據(jù)用戶的需要而改變。存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。PLC 沒(méi)有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比 DCS 要低很多。作為離散控的制的首選產(chǎn)品，PLC 在二十世紀(jì)八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的 PLC 年增長(zhǎng)率保持為 20%～30%。所以當(dāng)設(shè)計(jì)機(jī)械手夾持器的時(shí)候，在滿足工件的定位精度要求的條件下，盡可能的采用結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單回轉(zhuǎn)型夾持器。這種傳動(dòng)形式結(jié)構(gòu)緊湊，剛度較大，傳動(dòng)效率高，精度高。在我國(guó)，近幾年來(lái)也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門(mén)的重視。該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)等，是機(jī)電一體化的典型代表儀器之一。 第一章 機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)1．1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1．螺旋機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)由螺桿、螺母和機(jī)架組成，其主要功能是將轉(zhuǎn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)，并同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，按螺旋副中的摩擦性質(zhì)，螺旋機(jī)構(gòu)可以分為滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)和滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)兩種類型。滾珠在返回時(shí)與螺桿脫離接觸的循環(huán)叫外循環(huán)（如圖 12 所示） 。這種末端執(zhí)行器由于楔塊和滾子之間為滾動(dòng)接觸，摩擦力小，活動(dòng)靈活，且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過(guò)數(shù)字輸入和輸出操作，來(lái)控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi) PLC 在我國(guó)仍將保持高速增長(zhǎng)勢(shì)頭。它和硬件一起決定了該 PLC 的各項(xiàng)功能。（3）PLC 電源PLC 電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用?？删幊绦蚩刂破鳈z查 CPU 模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。若梯形圖中輸出繼電器線圈斷電對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“0”狀態(tài)，在輸出處理階段后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，外部負(fù)載斷電，停止工作。這時(shí)才是 PLC 真正的輸出。PLC 的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn) PLC 應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)要求設(shè)計(jì)和選用外，一般 PLC 的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用 220VAC 電源，與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。2．6 機(jī)械手 PLC 選擇及參數(shù) 綜合上述原則機(jī)械手控制系統(tǒng)主機(jī)為三菱的 FX2N48MR。中、小型三相電動(dòng)機(jī)的機(jī)座還有兩個(gè)端蓋支承著轉(zhuǎn)子，它是三相電動(dòng)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的重要組成部分。這六個(gè)出線端在接線盒里的排列如圖 33 所示，可以接成星形或三角形。三相繞組的首端 U1, V1, W1接在三相對(duì)稱電源上，有三相對(duì)稱電流通過(guò)三相繞組。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁力線被轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 一般情況下，額定運(yùn)行時(shí)=1% ～5% 。 7．絕緣等級(jí) 絕緣等級(jí)是指三相電動(dòng)機(jī)所采用的絕緣材料的耐熱能力，它表明三相電動(dòng)機(jī)允許的最高工作溫度。 20 世 紀(jì) 60 年 代 以 后 ，電 力 電 子 器 件 經(jīng) 歷 了 SCR(晶 閘 管 )、 GTO(門(mén) 極 可 關(guān) 斷 晶 閘 管 )、 BJT(雙 極 型 功率 晶 體 管 )、 MOSFET(金 屬 氧 化 物 場(chǎng) 效 應(yīng) 管 )、 SIT(靜 電 感 應(yīng) 晶 體 管 )、 SITH(靜電 感 應(yīng) 晶 閘 管 )、 MGT(MOS 控 制 晶 體 管 )、 MCT(MOS 控 制 晶 閘 管 )、 IGBT(絕 緣 柵雙 極 型 晶 體 管 )、 HVIGBT(耐 高 壓 絕 緣 柵 雙 極 型 晶 閘 管 )的 發(fā) 展 過(guò) 程 ， 器 件 的 更新 促 進(jìn) 了 電 力 電 子 變 換 技 術(shù) 的 不 斷 發(fā) 展 。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路的構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡(jiǎn)單的平波電路。變流器的輸出電流達(dá)到異常值，也同樣停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)。因此采用風(fēng)機(jī)熱繼電器或器件散熱片傳感器，檢出異常后停止逆變器。這種控制方式，在控制系統(tǒng)中需要安裝速度傳感器，有時(shí)還加有電流反饋，對(duì)頻率和電流進(jìn)行控制，因此，這是一種閉環(huán)控制方式，可以使變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對(duì)急速的加減速和負(fù)載變動(dòng)有良好的響應(yīng)特性。在變頻器的控制中采用智能控制方式在具體應(yīng)用中有一些成功的范例。(4) 綠色變頻器　　隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，對(duì)于環(huán)境的保護(hù)越來(lái)越受到人們的重視。(3) 專家系統(tǒng)　 專家系統(tǒng)是利用所謂“專家”的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制的一種控制方式，因此，專家系統(tǒng)中一般要建立一個(gè)專家?guī)欤娣乓欢ǖ膶＜倚畔?，另外還要有推理機(jī)制，以便于根據(jù)已知信息尋求理想的控制結(jié)果。因此，基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制方式比轉(zhuǎn)差頻率控制方式在輸出特性方面能得到很大的改善。（3）其他保護(hù) 1）防止失速過(guò)電流。采用逆變器使電動(dòng)機(jī)快速時(shí)，由于再生功率直流電路電壓將升高，有時(shí)超過(guò)容許值。在圖 41 點(diǎn)劃線內(nèi)，僅以控制 A 部分構(gòu)成控制電路時(shí)，無(wú)速度檢測(cè)電路，為開(kāi)環(huán)控制。此電源輸出的電壓或電源及頻率，由控制回路指令進(jìn)行控制。定子繞組的連接只能按規(guī)定方法連接，不能任意改變接法，否則會(huì)損壞三相電動(dòng)機(jī)。3．額定電壓 額定電壓是指接到電動(dòng)機(jī)繞組上的線電壓，用 UN 表示。電動(dòng)機(jī)內(nèi)必須有一個(gè)以 n0 旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。 當(dāng) 時(shí)，即經(jīng)過(guò) 1/4 周期后， 由零變成正的最大值， 仍為負(fù)值， 已變成負(fù)值，如圖 38（b）所示，這時(shí)合成磁場(chǎng)的方位與 時(shí)相比，已按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)了 90176。100kW 以下的異步電動(dòng)機(jī)一般采用鑄鋁轉(zhuǎn)子。 （2）定子鐵心 異步電動(dòng)機(jī)定子鐵心是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，由 ～ 厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成，如圖 32 所示。24 個(gè)輸出接插件可外接其它需要控制的設(shè)備。a．控制單元的冗余（1）重要的過(guò)程單元：CPU（包括存儲(chǔ)器）及電源均應(yīng) 1B1 冗余。要求輸入—輸出信號(hào)之間的滯后時(shí)間盡量短的系統(tǒng)，可以選用掃描速度快的可編程序控制器或采取其他措施。如圖 所示。在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通/斷開(kāi)（ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入寄存器。驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電源一般由用戶提供。（B）系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū)除了 I/O 映象區(qū)以外，系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)還包括 PLC 內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等）的存儲(chǔ)區(qū)。并將邏輯或算術(shù)運(yùn)算等結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。PLC 用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級(jí)，解算 1K 邏輯程序不到 1 毫秒。整個(gè)機(jī)座安裝在基座 8 上。回轉(zhuǎn)型手抓有可分為單支點(diǎn)和雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，按夾持方式可以分為外夾式和內(nèi)撐式。根據(jù)機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)方式，滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)又分為以下兩種。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)一步發(fā)展,自動(dòng)化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱,無(wú)人車間、無(wú)人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見(jiàn)。 location close to the switching signal from the feedback from the mainframe to the PLC, through the exchange of Motor reversion to control the manipulator gripper Zhang, thus achieving accurate manipulator movement functions. The topics to be developed by the Manipulator grasping be up in space objects, movements flexible, diverse, can replace the artificial heat and dangerous operation conducted operations, According to the workpiece can change the campaign process and the requirements of any changes to the relevant parameters. Key Words: Manipulator PLC Inverter AC motor 目 錄摘 要 ..................................................................................................................................................1ABSTRACT........................................................................................................................................2引 言 ................................................................................................................................................4第一章 機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu) .................................................................................................................51．1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) ......................................................................................................................51．2 機(jī)械手夾持器和機(jī)座的結(jié)構(gòu) .....................................................................................................6第二章可編程控制 PLC.....................................................................................................................82．1 PLC 簡(jiǎn)介 ....................................................................................................................................82．2 PLC 內(nèi)部原理 .......................................................................................................................10A. 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū) ......................