【文章內(nèi)容簡介】 而將功率變換電路與觸發(fā)控制電路，緩沖電路，檢測電路的組合在一起的復(fù)雜模塊。 6 整流電路 一般的三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成。它的主要作用是對工頻的外部電源進(jìn)行整流，并給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。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 。直流中間電路的作用是對整流電路的輸出平滑，以保證逆變電路和控制電路能夠得到質(zhì)量較高的直流電源。此外，由于電動機(jī)制動的需要，在直流中間電路中有時(shí)還包括制動電阻以及其他輔助電路。 逆變電路 逆變電路是變頻器主要的部分之一。它是利用六個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路，有規(guī)律的控制逆變器中的主開關(guān)元件的通與斷，得到任意頻率的三相交流電輸出。由于逆變器的負(fù)載為一步電動機(jī)，屬于感性負(fù)載，無論電動機(jī)處于電動還是發(fā)電制動狀態(tài)，變頻器功率總不會為 1。因此，在直流環(huán)節(jié)和電動機(jī)之間總會有無功功率的交換，這種無功能量就靠之間直流環(huán)節(jié)的儲能元件來緩沖。它的主要作用是在控制電路的控制下，將平滑電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都可任意調(diào)的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，它被用來實(shí)現(xiàn)對異步電機(jī)的調(diào)速控制 。 變頻器的控制電路構(gòu)成 包括主控電路，信號檢測電路，門極驅(qū)動電路，外部接口電路以及保護(hù)電路等幾個(gè)部分，是變頻器的核心部分。控制電路的好壞決定了變頻器的好壞?？刂齐娐返闹饕饔檬峭瓿蓪δ孀兤鏖_關(guān)控制，對整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能。 控制算法 隨著電力半導(dǎo)體器件和微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了電力變頻技術(shù)新的突破性發(fā)展， 70年代后期發(fā)展起來的脈寬調(diào)制（ PWM）技術(shù)成了現(xiàn)在最常用的變頻器功率開關(guān)器件的控制策略。 PWM 控制利用了采樣控制理論中的一個(gè)重要理論：沖量相等而形狀不 同的窄脈沖加在具有慣性環(huán)節(jié)上，其效果基本相同。沖量即窄波脈沖的面積。這里所說的效果相同，指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。根據(jù)這個(gè)原理，可以用一系列等幅 而不等寬的脈沖來近似正旋波，且脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化，這種方法稱為 SPWM。 SPWM 各脈沖的寬度和間隔可以準(zhǔn)確地計(jì)算出來，按照計(jì)算結(jié)果控制電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的 SPWM 波形。但這種計(jì)算很繁瑣。較為常用的方法是 7 采用調(diào)制的方法，即把正弦波作為調(diào)制信號，把接收調(diào)制的信號作為載波，通過對載波的調(diào)制劑即可得到 SPWM 波形。通常采用等腰三角波作為載 波，因?yàn)榈妊遣ㄉ舷聦挾扰c高度線性關(guān)系，且左右對稱，當(dāng)它與正弦波調(diào)制信號相交時(shí)，如在交點(diǎn)時(shí)刻控制電路中開關(guān)器件的通斷，就可以得到寬度正比于正弦波幅值得脈沖，這正好符合 SPWM 控制的要求。三角載波的頻率和正弦調(diào)制波的頻率之比稱為載波比。用生成的 SPWM 波控制逆變器開關(guān)器件的通斷，可得到等幅且脈沖寬度按正弦規(guī)律變化的矩形脈沖列輸出的電壓。正弦旋調(diào)制波的頻率即是逆變器的輸出頻率。三角載波的幅值為恒定，因而改變正弦調(diào)制的幅值就改變了矩形載波的面積，由此實(shí)現(xiàn)輸出電壓幅值的改變。 變頻調(diào)速的基本原理 當(dāng)一臺 三相異步電動機(jī)的定子繞組上加上三相交流電壓時(shí)，該電壓將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，其速度由定子電壓的頻率所決定。當(dāng)磁場旋轉(zhuǎn)時(shí)，位于該磁場中的轉(zhuǎn)子繞組將切割磁力線，并在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，而此感應(yīng)電流又將受到旋轉(zhuǎn)磁場的作用而產(chǎn)生電磁力，即轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子跟隨旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)。當(dāng)使三相異步電機(jī)繞組的任意兩相進(jìn)行交換時(shí)，所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的方向?qū)a(chǎn)生改變。因此，電動機(jī)的轉(zhuǎn)向也將發(fā)生改變。 交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為： n=60f(1s)/p f頻率 p極對數(shù) s轉(zhuǎn)差率 由轉(zhuǎn)速 公式可見，改變?nèi)喈惒诫姍C(jī)電源的頻率可以改變旋轉(zhuǎn)磁通勢的同步轉(zhuǎn)速。達(dá)到調(diào)速的目的。額定頻率稱為基頻，變頻調(diào)速時(shí)，可以從基頻向上調(diào)（恒功率調(diào)速），也可以從基頻向下調(diào)（恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速）。因此變頻調(diào)速方式比改變極對數(shù) p 和轉(zhuǎn)差率 s 兩個(gè)參數(shù)簡單多。 變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn) 變頻技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)，容易實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有電動機(jī)的調(diào)速控制，可以實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效連續(xù)調(diào)速控制，實(shí)現(xiàn)速度的精確控制。容易實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換， 8 可以進(jìn)行高額度的起停運(yùn)轉(zhuǎn)，可以進(jìn)行電器制動，可以對電動機(jī)進(jìn)行高速驅(qū)動。電機(jī)在帶較大負(fù)載啟動時(shí)，會 有較大的沖擊電流，采用變頻器時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)軟啟動，減小沖擊電流，解決大負(fù)載的啟動問題。完善的保護(hù)功能：變頻器的保護(hù)功能很強(qiáng)，在運(yùn)行過程中能隨時(shí)檢測到各種故障，并顯示故障類別，并立即封鎖輸出電壓。這種功能，不但保護(hù)了變頻器，還保護(hù)了電機(jī)不易損壞。 VSV616G5 變頻器的性能介紹 VSV616G5 作為通用變頻器適合任何應(yīng)用場合，在低速下能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)啟動，并且及其精確的運(yùn)行，它的自動調(diào)速功能可使世界各地生產(chǎn)的電動機(jī)達(dá)到高性能運(yùn)行。VS— 616G5 將四種控制方式融為一體，包括磁通矢量和傳統(tǒng)的 V/F 控制。 VS616G5 在精密機(jī)械及驅(qū)動多臺電機(jī)的任何應(yīng)用中，都可實(shí)現(xiàn)極佳的驅(qū)動效果。它是改善品質(zhì)和提高生產(chǎn)效率特別理想的選擇。 優(yōu)點(diǎn)： （ 1）低速大轉(zhuǎn)矩和全頻域平穩(wěn)加速和減速。 （ 2）驅(qū)動普通電機(jī)能達(dá)到極佳的控制效果。 （ 3）操作簡單靈活。 （ 4）具有擴(kuò)展功能，即可單機(jī)使用，也可聯(lián)網(wǎng)使用。 （ 5）設(shè)計(jì)平均無故障時(shí)間 250， 000 小時(shí)。 特點(diǎn)： （ 1）矢量控制使任何類型的負(fù)載都可在低速下平穩(wěn)啟動。 VS616G5 具有全頻域磁通電流矢量控制的特點(diǎn)。它是根據(jù)現(xiàn)代控制理論，采用磁通檢測和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 技術(shù)，直接控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。它在低速下即使不采用 PG 反饋，也可提高啟動轉(zhuǎn)矩和無故障運(yùn)行，當(dāng)增加 PG控制時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)零速高轉(zhuǎn)矩控制。 （ 2）可靠的力矩控制。 VS616G5 是通過精確的力矩控制功能來控制輸出力矩的。萬一發(fā)生故障時(shí)也能無沖擊安全運(yùn)行。 （ 3）寬調(diào)速范圍的精確控制。 VS616G5 即使在負(fù)載變動條件下，也具有全速范圍高精度運(yùn)行的特點(diǎn)。 （ 4）優(yōu)秀的伺服響應(yīng)。 帶 PG反饋時(shí)需要選用 PG速度控制卡，對負(fù)載波動有很強(qiáng)的實(shí)用性。 9 2 PLC 可編程控制器 可編程控制器，因?yàn)樵缙谥饕獞?yīng)用于開關(guān)量的控制 ，因此也稱 PLC，即可編程控制器?，F(xiàn)代的可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，高度集中的新興工業(yè)控制裝置，使計(jì)算機(jī)技術(shù)與工業(yè)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)品。 PLC 自問世以來，已經(jīng)成為最受歡迎的工業(yè)控制類產(chǎn)品。它之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動化的客觀條件外，還有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它較好的解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中的普遍關(guān)心的可靠，靈活，安全，方便，經(jīng)濟(jì)等問題。 PLC 的基本組成及各部分的作用 PLC 的基本組成 PLC 是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組一的微機(jī)系統(tǒng)基本相同。按結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC 可分為整體式和組 合式兩類。 整體式 PLC 是將中央處理單元（ CPU），存儲器，輸入單元，輸出單元，電源，通信接口等組裝成一體，構(gòu)成主機(jī)。另外還有獨(dú)立的 I/O擴(kuò)展單元 與主機(jī)配合使用。主機(jī)中 CPU 是 PLC 的核心， I/O 單元是連接 CPU 與現(xiàn)場設(shè)備的接口電路，通信接口用于 PLC 與可編程控制器和上位機(jī) 等外部設(shè)備的連接。 組合式 PLC 將 CPU 單元，輸入單元，輸出單元，智能 I/O 單元，通信單元等分別做成相應(yīng)的通信板塊或電路板，各板塊插入板底上，板塊之間通過底板上的總線相互聯(lián)系。裝在CPU 單元的底板稱為 CPU底板，其它稱為擴(kuò)展底板。 CPU底板與擴(kuò)展底板之間通過電纜連接，距離一般不超過 10m 。 無論哪種結(jié)構(gòu)類型的 PLC，都可以根據(jù)需要進(jìn)行配置與組合。 PLC 各部分的作用 10 1中央處理器（ CPU） CPU 在 PLC 中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，它是 PLC 的運(yùn)算，控制中心。 它按照系統(tǒng)程序所賦予的功能，完成以下任務(wù)： （ 1）接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。 （ 2）診斷電源， PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語法錯誤。 （ 3）用掃描的方式接收輸入信號，送入 PLC的數(shù)據(jù)寄存器保存起來。 (4) PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，根據(jù)存放 的先后順序逐條讀取用戶程序，進(jìn)行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各項(xiàng)操作。 (5)將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端子。 2 存儲器 根據(jù)存儲器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下 3種： (１ )系統(tǒng)程序存儲器： 和各種計(jì)算機(jī)一樣， PLC 也有其固定的程序，解釋程序，它們決定了 PLC 的功能，稱為系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序存儲器就是用來存放這部分程序的。系統(tǒng)程序是不能由用戶更改的，故所使用的存儲器為只讀存儲器 ROM或 EPROM。 （ 2）用戶程序存儲器 : 用戶根據(jù)控制功能要求而編制的應(yīng)用程序稱用戶程序，用戶程序存放在用戶程 序存儲器中。由于用戶程序需要經(jīng)常改動，調(diào)試，故用戶程序存儲器多為可隨時(shí)讀寫的 ROM。由于 PAM 掉電會丟失數(shù)據(jù)，因此使用 RAM，以免電源掉電時(shí)，丟失用戶程序。當(dāng)用戶程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改變是，可將用戶程序?qū)懭?EPROM。目前較先進(jìn)的 PLC（如歐姆公司的 CP1H 型 PLC）采用快閃存儲器作用戶程序存儲器，快閃存儲器可隨時(shí)讀寫，掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會丟失，不需要用后備電池保護(hù)。 （ 3）工作數(shù)據(jù)存儲器 :工作數(shù)據(jù)是經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。 這部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲在 RAM 中，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。在 PLC的工作數(shù) 據(jù)存儲區(qū)，開辟有元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。元件映象寄存器用來存儲 PLC的開關(guān)量輸入 /輸出和定時(shí)器。計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部繼電器的 ON/OFF 狀態(tài)。數(shù)據(jù)表用來存放各種數(shù)據(jù)，它的標(biāo)準(zhǔn)格式是每一個(gè)數(shù)據(jù)占一個(gè)字。它存儲用戶程序執(zhí)行時(shí)的某些可變參數(shù)值，如定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值和設(shè)定值。它還用來存放 An3轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果等。根據(jù)需要，部分?jǐn)?shù)據(jù)在停電時(shí)用后備電池維持其當(dāng)前值，在停電時(shí)可以保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲器區(qū)域稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。 3 I/0 單元 I/0 單元也稱為 UO模塊。 PLC 通過 I/0單元與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場相聯(lián) 系。輸入單元 11 接收操作指令和現(xiàn)場的狀態(tài)信息，加控制按鈕、操作開關(guān)和限位開關(guān)，光電管、繼電器觸點(diǎn)、行程開關(guān)、接近開關(guān)等信號，并通過輸入電路的濾波、光電隔離和電平轉(zhuǎn)換等將這些信號轉(zhuǎn)換成 CPU 能夠接收和處理的信號。輸出單元將 CPU 送出的弱電控制信號通過輸出電路的光電隔離和功率放大等轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號輸出，以驅(qū)動接觸器、電磁閥、電磁鐵等執(zhí)行元件。 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換概念 A/D 和 D/A 原理 模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的基本原理 :輸入信號是現(xiàn)場物理參數(shù) (如溫度、壓力和流量等 )經(jīng)傳感器檢測變成電信號 (弱信號 )，再經(jīng)過放大、濾波之后成為連續(xù)變化的波形。根據(jù)事先確定的頻率對波形采樣，假定采樣四次將每次的采樣值 (如模擬電壓值 )送給 A/D變換器，則對應(yīng)每次采樣的電壓值轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號 (H進(jìn)制數(shù)字 )。將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成為模擬量的原理 :首先將數(shù)字信號并行輸入給 D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出一個(gè)矩形波，經(jīng)過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。 模擬量輸入輸出系統(tǒng) 模擬量的輸入在過程控制中的應(yīng)用很廣泛，如常用的溫度、壓力、速度、流量、位移等的工業(yè)檢測都是對應(yīng)電壓、電流的大小模擬星，再通過一定的運(yùn)算 (如 PID)后控制生產(chǎn)過程達(dá)到一定的目的 (如恒溫等 )。模擬量輸入的電平大多是從傳感器通過變換后得到的，模擬量輸入信號 l 一 5V、一 10~10V、 0~10V 的直流電壓信號。輸入模塊接收這種模擬信號之后，把它轉(zhuǎn)換成 8位或 10位或 12位的二進(jìn)制數(shù)字信號 (最大值分別為 251023 或 4095)，送給中央處理器進(jìn)行處理。因此，模擬量輸入模塊又叫 D/A轉(zhuǎn)換輸入模塊。模擬量輸出模塊是將中央處理器的二進(jìn)制數(shù)字信號 (如 4095等 )轉(zhuǎn)換成 4~20mA 的電流輸出信號或 0~10V、 1~SV 的直流電壓輸出信號，以提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因此， 模擬量輸出模塊又叫 A/D 轉(zhuǎn)換輸出模塊。 12 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)字信號值，再將其送入用戶指明的位置。一般地，模擬量輸入模塊提供不止一個(gè)通道的輸入，因而只要信號兼容或類型相同 (電壓、電流 )，就能連接幾個(gè)或十幾個(gè)輸入信號。對于這些信號，不同的 PLC 有不同的處理方式。一般有兩種方式，一是使用指令充分利用多通道一次性將幾個(gè)或十幾個(gè)值放入寄存器數(shù)據(jù)區(qū)中，稱為塊轉(zhuǎn)移輸入。這種指令可以使用戶將值放置于任意數(shù)據(jù)區(qū)。模塊的區(qū)。模塊的地址反映于塊轉(zhuǎn)移指令 的配置中，而輸入的數(shù)據(jù)本身在存貯時(shí)不受地址的約束。另一種處理方法則跟離散量數(shù)據(jù)輸人存貯方