【文章內(nèi)容簡介】 RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即在用戶程序執(zhí)行過程中， 只有輸入點(diǎn)在 I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化， 而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變 化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù) 的梯 形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到 下一個(gè)掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即 I/O 指令則可以直接存取 I/O 點(diǎn)。 即使用 I/O 指 令的話，輸入過程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從 I/O 模塊取值，輸出過程影 像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 (3) 輸出刷新階段黃河水院自動(dòng)化工程系畢業(yè)論文 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后， PLC 就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間， CPU 按照 I/O 映象 區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有 的輸出鎖存電路， 再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。 這時(shí)， 才是 PLC 的真正輸出。 6 PLC 的應(yīng)用 最初， PLC 主要用于開關(guān)量的邏輯控制。隨著 PLC 技術(shù)的進(jìn)步，它的應(yīng)用如今， PLC 不僅用于開關(guān)量控制，還用于模擬量及數(shù)字量的控制，可采集與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，還可對控制 系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控；還可聯(lián)網(wǎng)、通訊，實(shí)現(xiàn)大范圍、跨地域的控制用 PLC 進(jìn)行開關(guān)量控制實(shí) 例是很多的。 PLC 控制系統(tǒng)可應(yīng)用于三相異步電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)控制、三相異步電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)轉(zhuǎn)控 制、水塔水位控制、自動(dòng)送料裝車控制、交通信號(hào)燈控制、液體混合裝 置控制、大小球 分類傳送控制、人行橫道與車道燈控制、電動(dòng)機(jī)的丫 △ 減壓起動(dòng)控制、送料車控制和 天塔之光控制等。目前 PLC 在國內(nèi)外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、 機(jī)械制陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 7 造、輕紡。汽車。交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況主要分為 ： 開關(guān)量邏輯控制、模擬量控制、運(yùn)動(dòng)量控制、數(shù)據(jù)采集及處理、信號(hào)監(jiān)控、通信及聯(lián)網(wǎng)。 由于 PLC 上述幾個(gè)方面的應(yīng)用，而且 PLC 控制系統(tǒng)使其網(wǎng)絡(luò)又可大可小，所以 PLC 已經(jīng) 應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)行業(yè)，如冶金、機(jī)械、化工、輕工、食品、建材等等，不僅如此， PLC 也應(yīng)用于一些非工業(yè)過程，如樓宇自動(dòng)化、電梯控制、以及農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境參數(shù)調(diào)控等 。 7 PLC 發(fā)展趨勢 由于 PLC 的性能優(yōu)越，兼具計(jì)算機(jī)的功能完備，靈活性強(qiáng)，通用性好和繼電接觸器 控制簡單易懂，維修方便等雙重優(yōu)點(diǎn)，形成以微電腦為核心的電子控制設(shè)備。可編程序 控制器技術(shù)在世界上己廣泛應(yīng)用， 成為自動(dòng)化系統(tǒng)中的基本電控裝置 PLC 在現(xiàn)代工業(yè)生 產(chǎn)和實(shí)際生活中有著廣泛的應(yīng)用，由于可編程控制器（ PLC）具有編程軟件采自易學(xué)易 懂的梯形圖語言、控制靈活方便、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，現(xiàn)在的工業(yè)自 動(dòng)化生產(chǎn)控制多采用可編程控制器來實(shí)現(xiàn)。 現(xiàn)今，國內(nèi)外的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)已由勞動(dòng)力密集型態(tài)轉(zhuǎn)移至技術(shù)密集型態(tài)，低成本、省力 化及自動(dòng)化已成為大家一直追求的目標(biāo)。 PLC 由于其性能優(yōu)越、可靠性高、程序編寫容 易、安裝與維修方便，且只要改變其軟件程序即可改變其控制順序，從而輕易地達(dá)成控 制上的不同需求。近年來大量的運(yùn)用于電力系統(tǒng)訓(xùn)練、故障檢測、配電自動(dòng)化及電廠遙 控、系統(tǒng)監(jiān)控中。 由于工業(yè)生產(chǎn)對自動(dòng)控制系統(tǒng)需求的多樣性， PLC 的發(fā)展方向有兩個(gè) ： 8 PLC 控制變頻器帶電機(jī)多段速運(yùn)行 (1) 朝著小型、簡易、價(jià)格 低廉方向發(fā)展。近年來，單片機(jī)的出現(xiàn)，促進(jìn)了 PLC 向 緊湊型發(fā)展，體積減小，價(jià)格降低，可靠性不斷提高。這種 PLC 可以廣泛取代繼電器控 制系 統(tǒng) ， 應(yīng) 用 于 單 機(jī) 控 制 和 規(guī) 模 比 較 小 的 自 動(dòng) 線 控 制 ， 如 日 本 立 石 公 司 的 C20P\C40P\C60P\C20H\C40H 等。 (2) 朝著大型、高速、多功能方向發(fā)展。大型的 PLC 一般為多處理器系統(tǒng)，由字處 理器、位處理器和浮點(diǎn)處理器等組成，有較大的存儲(chǔ)能力和功能很強(qiáng)的輸入輸出接口。 通過豐富的智能外圍接口，可以獨(dú)立完成位置控制、閉環(huán)調(diào)節(jié)等特殊功能；通過網(wǎng)絡(luò)接 口，可級(jí) 連不同類型的 PLC 和計(jì)算機(jī)，從而組成控制范圍很大的局部網(wǎng)絡(luò)，適用于大型 自動(dòng)化控制系統(tǒng)，如霍尼韋爾的 9000 系列等。 從 PLC 的發(fā)展趨勢看， PLC 控制技術(shù)將成為今后工業(yè)自動(dòng)化的主要手段。在未來的 工業(yè)生產(chǎn)中， PLC 技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)和 CAD/CAM 技術(shù)將成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大 支柱 。 9 變頻器的介紹 變頻器的工作原理 變頻器，英文名是 Variablefrequency Drive，簡稱 VFD。變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù) 與微電子技術(shù)， 通過改變電機(jī)工作電源的頻率和幅 度的方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力傳動(dòng)元件。 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制 裝置。主要是由 “整流器 ” 、 “平波回路 ” 、 “逆變器 ” 組成。 其控制電路則主要是由 “運(yùn)算電路 ” 、 “電壓、電流檢測電路 ” 、 “驅(qū)動(dòng)電路 ” 、 “速度檢測電路 ” 、 “保護(hù)電路 ”組成。而控制電路的作用是給異步電動(dòng)機(jī)供電（電 壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路。 交流電輸入整流器，變?yōu)橹绷魍ㄟ^中間電路，最后變回交流從逆變器輸出。期間可 通過控制電路調(diào)節(jié)控制電流的大小、傳輸速率和逆變情況 等。 交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式見式 ： n＝ 60 f(1－ s)/p 陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 8 () 式 中 n———異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速； f———異步電動(dòng)機(jī)的頻率； s———電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率； p———電動(dòng)機(jī)極對數(shù)。 由式可知，轉(zhuǎn)速 n 與頻率 f 成正比，只要改變頻率 f 即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻 率 f 在 0～ 50Hz 的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。 10 變頻器的控制方式 低壓通用變頻輸出電壓為 380～ 650V，輸出功率為 ～ 400kW，工作頻率為 0～ 400Hz，它的主電路都采用交 —直 —交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下四代。 (1) U/f=C 的正弦脈寬調(diào)制（ SPWM）控制方式 ： 其特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動(dòng) 的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時(shí)， 由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。 (2) 電壓空間矢量（ SVPWM）控制方式 它是以三相波形整體生成效果為前提， 以逼近電機(jī) 氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為 目的，一次生成三相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制的。經(jīng)實(shí)踐使用后 又有所改進(jìn)，即引入頻率補(bǔ)償，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除 低速時(shí)定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動(dòng)態(tài)的精度和穩(wěn)定度。 (3) 矢量控制（ VC）方式 矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流 Ia、 Ib、 Ic、 通過三相－二相變換， 等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流 Ia1Ib1， 再通過按轉(zhuǎn)子磁場 定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流 Im It1（ Im1 相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī) 的勵(lì)磁電流； It1 相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流），然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法， 求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對異步電動(dòng)機(jī)的控制。 (4)直接轉(zhuǎn)矩控制（ DTC）方式 直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型， 控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈 和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多 復(fù)雜計(jì)算；它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué) 模型。 (5) 矩陣式交 —交控制方式 VVVF 變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交 —直 —交變頻中的一種。其共 同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流電路需要大的儲(chǔ)能電容，再生能量又不能 反饋回電網(wǎng)，即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行。為此，矩陣式交 —交變頻應(yīng)運(yùn)而生。由于矩陣式 交 —交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價(jià)格貴的電解電容。它能實(shí)現(xiàn)功 率因數(shù)為 l，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術(shù)目前雖尚未 成熟，但仍吸引著眾多的學(xué)者深入研究。其實(shí)質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是 把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來實(shí)現(xiàn)的。 11 變頻器的應(yīng)用 變頻器技術(shù)的發(fā)展趨勢經(jīng)歷大約三十年的研發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐， 隨著新型電力電子器件 和高性能微處理器的應(yīng)用以及控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器的性能價(jià)格比越來越高，體積越 來越小，而廠家仍然在不斷地提高可靠性實(shí)現(xiàn)變頻器的進(jìn)一步小型輕量化、高性能化和 多功能化以及無公害化而做著新的努力。變頻器性能的優(yōu)劣，一要看其輸出交流電壓的 諧波對電機(jī)的影響，二要看對電網(wǎng)的諧波污染和輸入功率因數(shù)，三要看本身的能量損耗 （即效率）如何。 變頻器主要用于交流電動(dòng)機(jī)（異步電機(jī)或同步電機(jī)）轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，是公認(rèn)的交流電 動(dòng)機(jī)最理想、最 有前途的調(diào)速方案，除了具有卓越的調(diào)速性能之外，變頻器還有顯著的節(jié)能作陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 9 用，是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調(diào)速裝置。自上世紀(jì) 80 年代被引進(jìn)中國以來，變頻器作為節(jié)能應(yīng)用與速度工藝控制中越來越重要的自動(dòng)化設(shè)備，得到了快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速已成為當(dāng)代電機(jī)調(diào)速的潮流，它以體積小、重量輕、轉(zhuǎn)矩大、 精度高、功能強(qiáng)、可靠性高、操作簡便、便于通信等功能優(yōu)于以往的任何調(diào)速方式，如 變極調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、滑差調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、整流子電動(dòng)機(jī)調(diào)速、液力偶合調(diào)速，乃至直流調(diào)速。因而在鋼鐵、有色、石油、石化、化 纖、紡織、機(jī)械、電力、電子、建材、煤炭、醫(yī)藥、造紙、注塑、卷煙、吊車、城市供水、中央空調(diào)及污水處理行業(yè)得到普遍應(yīng)用。 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展變頻器是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的功率變換器， 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是作為 機(jī)電能量變換器的電氣傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。 當(dāng)今的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是包含多種學(xué)科的技術(shù)領(lǐng) 域，總的發(fā)展趨勢是 ： 驅(qū)動(dòng)的交流化，功率變換器的高頻化，控制的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。因此，變頻器作為系統(tǒng)的重要功率變換部件，提供可控的高性能變壓變頻的交 流電源而得到迅猛發(fā)展。 12 PLC 與變頻器的組合 在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，最為 常見的是 PLC 和變頻器的組合應(yīng)用，并且產(chǎn)生了多 種多樣的 PLC 控制變頻器的方法。通過 PLC 與變頻器的組合對機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行控制，其優(yōu) 點(diǎn)是擁有較強(qiáng)的抗干擾能力、傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)且節(jié)省部件經(jīng)費(fèi)，從而減少資金 消耗。而且 PLC 控制變頻器這個(gè)組合能更有效率的反應(yīng)故障信息，作用動(dòng)作更迅速、測 量更精確，控制更簡單方便。 13 變頻器和 PLC 進(jìn)行配合時(shí)所需注意的事項(xiàng) ： (1) 開關(guān)指令信號(hào)的輸入 變頻器的輸入信號(hào)中包括對運(yùn)行 /停止、正轉(zhuǎn) /反轉(zhuǎn)、微動(dòng)等運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行操作的開 關(guān)型指令信號(hào)。變頻器通常 利用繼電器接點(diǎn)或具有繼電器接點(diǎn)開關(guān)特性的元器件（如晶 體管）與 PLC 相連，得到運(yùn)行狀態(tài)指令。 在使用繼電器接點(diǎn)時(shí)，常常因?yàn)榻佑|不良而帶來誤動(dòng)作