【正文】 （ 1） 反接制動(dòng) 控制 的方法 異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)有兩種，一種方法是在負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用下使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)的倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)，但它不能準(zhǔn)確停車(chē)；另一種方法是依靠改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)定子繞組中三相電源的相序產(chǎn)生制動(dòng)力矩，迫使電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)。 （ 4） 長(zhǎng)動(dòng)與點(diǎn)動(dòng)混合控制：如果電動(dòng)機(jī)既要點(diǎn)動(dòng)控制，又要連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)控制，那么安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 可以結(jié)合一下，采用三個(gè)按鈕和自鎖觸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)與長(zhǎng)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)控制。 （ 3）電動(dòng)機(jī)在額定工作狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，對(duì)于中小型異步電動(dòng)機(jī)而言，轉(zhuǎn)差率 s 為~。如果任意調(diào)換電動(dòng)機(jī)兩相繞組所接的交流電源的相序，即 A 相交流電仍接 U 相繞組，將 B 相交流電改接 W 相繞組， C 相交流電接 V 相繞組，則合成磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向已經(jīng)變?yōu)槟鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)。 以?xún)蓸O電動(dòng)機(jī)即 22p? 為例說(shuō)明，如圖 31(a)所示，對(duì)稱(chēng)的三相繞組 U1U V1VW1W2 假設(shè)為集中繞組，三相 繞組接成星形，并通以三相對(duì)稱(chēng)電流 Ai 、 Bi 、 Ci ，如圖 31(b)、（ c）所示。對(duì)每 個(gè)器件來(lái)說(shuō)，器件映像寄存器中所寄存的內(nèi)容，會(huì)隨著程序執(zhí)行過(guò)程而變化。 PLC 在運(yùn)行狀態(tài)下，每一個(gè)掃描周期都要進(jìn)行輸入、輸出信息處理。 PLC 上電后，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，清除內(nèi)部繼電器區(qū)，復(fù)位定時(shí)器等。為了防止在外部電源發(fā)生故障的情況下， PLC 內(nèi)部程序和數(shù)據(jù)等重要信息的丟失， PLC 用鋰電池做停電時(shí)的后備電源。用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)包括輸入數(shù)據(jù)映像 區(qū)、輸出數(shù)據(jù)映像區(qū)、定時(shí)器、計(jì)算器的預(yù)置值和當(dāng)前值的數(shù)據(jù)區(qū)，以及存放中間結(jié)果的緩沖區(qū)等。 CPU 通過(guò)數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入 /輸出接口電路相連接。采用語(yǔ)句表 編程時(shí)，由于編程語(yǔ)句是功能的縮寫(xiě)，便于記憶，并且與梯形圖有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，所以有利于編程人員的編程操作。 的軟件進(jìn)展 （ 1） PLC 引入了面向?qū)ο蟮木幊坦ぞ?，并根?jù)國(guó)際電工委員會(huì)的 IEC611313的標(biāo)準(zhǔn)形成了多種語(yǔ)言。采用 PLC 控制，硬件簡(jiǎn)潔、軟件靈活性強(qiáng)、調(diào)試方便、維護(hù)量小， PLC 技術(shù)己經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)。一些新興行業(yè)的運(yùn)用以及新能源產(chǎn)生、儲(chǔ)存和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需要，無(wú)疑給 PLC 帶來(lái)了巨大的機(jī)遇。今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在世界各地發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在世界各地發(fā)揮著越來(lái)越大的作用 。二十世紀(jì)七十年代后，隨著大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控 制 技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，交流調(diào)速系統(tǒng)逐步具備了寬的調(diào)速范圍、高的穩(wěn)速范圍、高的穩(wěn)速精度、快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，且實(shí)現(xiàn)了在四相限運(yùn)行的良好技術(shù)性能。在特定的范圍內(nèi)，高性能價(jià)格比己成為新型 PLC 的最突出的特點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)將在 PLC 電控系統(tǒng)的基礎(chǔ) 上配合變頻調(diào)速裝置，運(yùn)用現(xiàn)在先進(jìn)的矢量控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)提升電機(jī)在不同時(shí)間階段運(yùn)行 在不同 速度 下 。其原理是通過(guò) RS285 串行通信技術(shù)，把 PLC 和上位機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)他們之間的通信，利用 編程軟件，根據(jù)搭建好的硬件線路圖進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)所要實(shí)現(xiàn)的邏輯控制功能。 （ 2） 高性能交流調(diào)速系統(tǒng)。 PLC 已不再是早期那種只能進(jìn)行開(kāi)關(guān)量邏輯運(yùn)算的產(chǎn)品了，而是具有越來(lái)越強(qiáng)的模擬量處理能力，以及其他過(guò)去只有在計(jì)算機(jī)上才能具有的高級(jí)處理能力，如浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算， PID調(diào)節(jié)，溫度控制，精確定位，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)，報(bào)表統(tǒng)計(jì)等。從這種意義上說(shuō)， PLC 系統(tǒng)與DCS(集散控制系統(tǒng) )的差別已經(jīng)越來(lái)越小了。 （ 2） 電阻分級(jí)切換，為有級(jí)調(diào)速，設(shè)備運(yùn)行不平穩(wěn)，容易引起電氣及機(jī)械沖擊。 （ 2）小型的、低成本的 PLC，可以代替 4~10 個(gè)繼電器，現(xiàn)在 獲得了更大的發(fā)展動(dòng)力。 PLC 的可靠性高，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （ 1） PLC 不需要大量的活動(dòng)部件和電子元件，接線大大減少，與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡(jiǎn)單、維 修時(shí)間縮短，使可靠性得到提高。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 （ 3）操作的靈活性。系統(tǒng)存儲(chǔ)器是用來(lái)存放 PLC 生產(chǎn)廠家編寫(xiě)的系統(tǒng)程序，并固化在只讀存儲(chǔ)器 ROM 內(nèi)，用戶(hù)不能更改。 來(lái)自工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)經(jīng)輸入模塊進(jìn)入 PLC。 的兩種工作狀態(tài) PLC 有兩種工作狀態(tài)，即運(yùn)行（ RUN）狀態(tài)與停止（ STOP）狀態(tài)。用戶(hù)把應(yīng)用程序輸入到 PLC 中， PLC 與編程器要進(jìn)行信息交換。在此輸入映像寄存器被刷新 。轉(zhuǎn)子由鐵心與繞組組成，轉(zhuǎn)子繞組有鼠籠式和線繞式。 。 （ 3）當(dāng) 1nn? 時(shí)，則 1 0nn?? ，此時(shí)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子中就沒(méi)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及電流產(chǎn)生，也就不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。直接啟動(dòng)的啟動(dòng)電流大，對(duì)供電變壓器影響較大，容量較大的鼠籠異步電動(dòng)機(jī)一般都采用降壓?jiǎn)?dòng)。正反轉(zhuǎn)控制方法主要有以下四種： （ 1） 手動(dòng)控制 ； （ 2） 接觸器互鎖控制 ； （ 3） 按鈕互鎖控制 ； （ 4） 按鈕、接觸器 雙重互鎖控制 。 由上式分析，通過(guò)改變定子電。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 三相異步電動(dòng)機(jī) 正反轉(zhuǎn)控制 根據(jù) 三相異步電動(dòng)機(jī)的 原理， 三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向取決于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向，并且兩者的轉(zhuǎn)向相同，因此 只要 改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向，就能使三相異步電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，而磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向又取決于電源的相序，所以電源的相序決定了電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。 三相交流異步電動(dòng)機(jī)控制電路 三相異步電動(dòng)機(jī) 啟動(dòng)控制 三相異步電動(dòng)機(jī)從接通電源開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速逐漸上升直到穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，這一過(guò)程稱(chēng)為啟動(dòng)。 （ 1）當(dāng) 0n? ，轉(zhuǎn)子切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)轉(zhuǎn)速 11n n n?? 為最大，故轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流最大。其合成磁場(chǎng)的方向，如圖 31（ e）所示。 三相異步電動(dòng)機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，定子 是靜止不動(dòng)的部分，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)部分，在定子與轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙。 （ 1）輸入采樣刷新階段。這些外部設(shè)備有編程器、終端設(shè)備、彩色圖形顯示器、打印機(jī)等。 PLC 每掃描完一次程序就構(gòu)成一個(gè)掃描周期。為了提高抗干擾能力，一般的I/O 模塊都有光電隔離裝置。 存儲(chǔ)器模塊 PLC 的存儲(chǔ)器是存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的地方， PLC 運(yùn)行所需的程序分為系統(tǒng)程序及用戶(hù)程序，存儲(chǔ)器也分為系統(tǒng)存儲(chǔ)器（ EPROM）和用戶(hù)存儲(chǔ)器（ RAM）兩部分。 （ 2）擴(kuò)展的靈活性。 PLC 的特點(diǎn) PLC 發(fā)展如此迅速是因?yàn)樗哂幸恍┢渌刂葡到y(tǒng)所不及的一些特點(diǎn)。這些發(fā)展不僅改進(jìn)了 PLC 的設(shè)計(jì)，也改變了恐怖感知系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念。人們又根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，得出了傳統(tǒng)的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法，是利用轉(zhuǎn)子回路串電阻分段控制的交流繞線式電機(jī)繼電器接觸器系統(tǒng)，設(shè)備陳舊、技術(shù)落后。比如西門(mén)子的 S7200 系列 PLC，最小的機(jī)種，體積僅為 609070 2mm ，相當(dāng)于一個(gè)繼電器，但卻具有高速計(jì)數(shù)、斜坡、交替輸出及 16 位四則 運(yùn)算等能力，還具有可調(diào)電位器時(shí)間設(shè)定功能。 2. PLC 向高性能小型化發(fā)展 PLC 的功能正越來(lái)越豐富，而體積則越來(lái) 越小。如果把這些設(shè)備的控制系統(tǒng)換成交流調(diào)速系統(tǒng)，就能節(jié)省消耗在擋板和閥門(mén)上的能量。所謂“通用”，包含著兩方面的含義 ： 一是可以和通用的鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)配套使用；二是具有多種可供選擇的功能，適用于各種不同性質(zhì)的負(fù)載 。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展 ， 微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展， PLC、 變頻器和電氣控制系統(tǒng)在工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣 泛 。 PLC 控制的交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)述 所謂交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速，是利用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的規(guī)律： 0 60? fn p (11) 對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)， 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選用的是交 直 交變頻器。目前交流調(diào)速技術(shù)在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)繼電器的不足之處是有觸動(dòng)系統(tǒng)，故而故障率高，平均修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，壽命短，功耗大，如需改變系統(tǒng)功能將需重新的接線，工作量相對(duì)較大且容易出錯(cuò)，執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)等等。傳統(tǒng)繼電器的不足之處是有觸動(dòng)系統(tǒng)，故而故障率高，平均修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，壽命短，功耗大，如需改變系統(tǒng)功能將需重新的接線，工作量相對(duì)較大且容易出錯(cuò)，執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)等等。 隨著社會(huì)的日益進(jìn)步，人們對(duì)生活水平要求的不斷提高，未來(lái)的 PLC 與電氣 制的目標(biāo)將朝著工業(yè)自動(dòng)化水平更高的方向發(fā)展，在西方國(guó)家這一目標(biāo)已經(jīng)得到一定的實(shí)現(xiàn)， 而我國(guó)正朝著這一目標(biāo)努力前進(jìn)。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 2 PLC 的基礎(chǔ)知識(shí) PLC 的概述 PLC 的定義 PLC 的技術(shù)從誕生之日起 ,就不斷地發(fā)展 ， PLC 的定義也經(jīng)過(guò)多次變動(dòng) 。 （ 3） 高級(jí)語(yǔ)言如 BASIC 和 C 語(yǔ)言在某些控制器模塊中已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，并在與外部通信和處理數(shù)據(jù)時(shí)提供了更大的編程靈活性。功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言編程方法具有功能清晰、易于理解等優(yōu)點(diǎn)。 CPU 主要作用如下： （ 1）接收從編程器輸入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)，送入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。當(dāng)正常電源關(guān)斷后，由備用電池為其供電，保護(hù)其存儲(chǔ)內(nèi)容不丟失。編程器分智能型與非智能型，非智能型的是手持編程器，用于狀態(tài)監(jiān)測(cè)；智能型編程器是一臺(tái)運(yùn)行編程軟件的計(jì)算機(jī)，通過(guò)通信適配器與 PLC 通信完成編程器的功能。在每個(gè)掃描周期都要進(jìn)入自診斷階段，對(duì)電源、 PLC 內(nèi)部電路、用戶(hù)程序的語(yǔ) 法進(jìn)行檢查，定期復(fù)位監(jiān)控定時(shí)器等，以確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行。 PLC 周而復(fù)始的循環(huán)掃描，執(zhí)行 上述整個(gè)過(guò)程，直至停機(jī)。程序執(zhí)行完畢后，將輸出映像寄存器，即器件映像寄存器中的 Y 寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過(guò)隔離電路，驅(qū)動(dòng)功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。電流流入端用“”表示，流出端用“ ? ”表示。只要任意調(diào)換電動(dòng)機(jī)的兩相繞組所接的交流電源的相序，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)即反轉(zhuǎn)。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 由轉(zhuǎn)差率，可得到 三相交流異步電動(dòng)機(jī) 的 機(jī)械特性 。 （ 2） 星形三角形降壓?jiǎn)?dòng) 星形三角形降壓?jiǎn)?dòng)是指電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，把定子繞組接成星形，以降低啟動(dòng)電壓，限制啟動(dòng)電流；待電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，再把定子繞組改接成三角形，使電動(dòng)機(jī)從現(xiàn)在起運(yùn)行。 （ 2） 能耗制動(dòng) 控制 能耗制動(dòng)控制電路是當(dāng)電動(dòng)機(jī)停車(chē)后，立即在電動(dòng)機(jī)定子繞組中通入兩相直流電源，使之產(chǎn)生一個(gè)恒定的靜止磁場(chǎng)，由運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子切割該磁場(chǎng)后，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流。常用的機(jī)械制動(dòng)裝置有 電磁抱閘 和 電磁離合器 兩種。 （ 2） 采用接觸器點(diǎn)動(dòng)控制：采用接觸器點(diǎn)控制電路，可控制容量稍大或者啟動(dòng)頻繁的電動(dòng)機(jī)，并且實(shí)現(xiàn)“一 點(diǎn)就動(dòng)，松開(kāi)不動(dòng)”的功能。 （ 1）電動(dòng)機(jī)靜止或在啟動(dòng)的瞬間， 0n? ， 1s? 。 由圖 31 可見(jiàn)，三相交流電的變化次序（相序）為 A 相達(dá)到最大值→ B 相達(dá)到最大值→ C 相達(dá)到最大值→ A 相??。故可得出以下結(jié)論：當(dāng)向三相繞組通入對(duì)稱(chēng)的三相交流電時(shí)，可在繞組空間內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿(mǎn)足來(lái)決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。執(zhí)行用戶(hù)程序時(shí)，是以掃描的方式按順序逐句掃描處理的，掃描一條執(zhí)行一條，并把運(yùn)算結(jié)果存入輸入映像區(qū)對(duì)應(yīng)位中。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 上 電 初始 化區(qū) 分 故 障 類(lèi) 型 ， 設(shè)置 故 障 標(biāo) 志 ， 給 出顯 示自 診 斷有 故 障 否通 信YNNY與 外 設(shè) 通 信輸 入 采 樣執(zhí) 行 用 戶(hù) 程 序輸 出 刷 新 圖 23 PLC 的工作過(guò)程 的工作過(guò)程 PLC 通電后，在系統(tǒng)程序的監(jiān)控下，周而復(fù)始的按一定的順序?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)部的各種任務(wù)進(jìn)行查詢(xún)、判斷和執(zhí)行，這個(gè)過(guò)程實(shí)質(zhì)上是按順序循環(huán)掃描的過(guò)程。 PLC 的電源部件有很好的穩(wěn)壓措施，因此對(duì)外部電源的穩(wěn)定性要求不高，一般允許外部電源電壓的額定值在 +10% ~ 15%的范圍內(nèi)波動(dòng)。用戶(hù)程序存儲(chǔ)器的容量一般代表PLC 的標(biāo)稱(chēng)容量，通常小型機(jī)小于 8KB，中型機(jī)小于 64KB，大型機(jī)在 64KB 以上。根據(jù)實(shí)際控制對(duì)象的需要配備一定的外部設(shè)備，可構(gòu)成不同的 PLC 控制系統(tǒng)。 （ 2）編程簡(jiǎn)單。 （ 7）外部設(shè)備改進(jìn)了操作員界面技術(shù)，系統(tǒng)文檔功能成為 PLC 的標(biāo)準(zhǔn)功能。因此，需研制更加安全可靠的控制系統(tǒng)，使可調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行有更好的可靠性和安全性。基于對(duì)更高自動(dòng)化程度和更高能效的需要，制造業(yè)會(huì)越來(lái)越多地應(yīng)用PLC。其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步。 其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn) 了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步。 直流電氣傳動(dòng)和交流電氣傳動(dòng)在十九世紀(jì)先后誕生。人們又根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，得出了傳統(tǒng)的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法，是利用轉(zhuǎn)子回路串電阻分段控制的交流繞線式電機(jī)繼電器接觸器系統(tǒng)，設(shè)備陳舊、技術(shù)落后。 STEP7MICRO/WIN32 簡(jiǎn)介 ....................................................................................... 31 系統(tǒng)程序主體 ...................................