【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 序中眾多的操作需要執(zhí)行。但CPU是不能同時(shí)執(zhí)行多個(gè)操作的，它只能按分時(shí)操作原理每一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)操作。由于CPU的運(yùn)算處理速度較快，因而外部出現(xiàn)的結(jié)果從宏觀來(lái)看幾乎是同步進(jìn)行的，這種操作的過(guò)程叫做CPU對(duì)程序的掃描。掃描從0000號(hào)存儲(chǔ)地址所存放的第一條用戶程序開(kāi)始，再無(wú)中轉(zhuǎn)或跳轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，按存儲(chǔ)地址遞增的方向依次逐條掃描用戶程序即執(zhí)行，直到程序結(jié)束。每掃描完一次，就完成一個(gè)掃描周期。然后再?gòu)念^開(kāi)始掃描，并重復(fù)。PLC的基本工作（1）輸入現(xiàn)場(chǎng)信息：在系統(tǒng)軟件的控制下，順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)；（2）執(zhí)行程序：順次掃描用戶程序中的各條指令，根據(jù)輸入狀態(tài)和指令內(nèi)容進(jìn)行邏輯運(yùn)算；（3）輸出控制信號(hào)：根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，輸出狀態(tài)寄存器向各輸出點(diǎn)并行發(fā)出相應(yīng)的 控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)所要求的邏輯控制功能。上述過(guò)程執(zhí)行完后，又重新開(kāi)始，反復(fù)地執(zhí)行。每執(zhí)行一遍所需的時(shí)間稱為掃描周期。PLC的掃描周期通常為幾十毫秒。自診斷程序每次掃描開(kāi)始，先執(zhí)行一次自診斷程序，對(duì)各輸入輸出點(diǎn)、存儲(chǔ)器和CPU等進(jìn)行診斷，診斷通常是測(cè)試出各部分的當(dāng)前狀態(tài)，并與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)進(jìn)行比較，診斷結(jié)束后，如無(wú)故障，PLC繼續(xù)掃描，檢查是否有編程器等的通信請(qǐng)求。如果有則做出相應(yīng)的處理。處理完通信后，PLC繼續(xù)往下掃描，輸入現(xiàn)場(chǎng)信息，順序執(zhí)行用戶程序，并輸出控制信號(hào)，完成一個(gè)掃描周期。（PLC）的性能指標(biāo)編程語(yǔ)言常用的有梯形圖語(yǔ)言、助記符語(yǔ)言、控制系統(tǒng)流程圖和某些高級(jí)語(yǔ)言等。不同的PLC可能采用不同的編程語(yǔ)言。用戶程序存貯容量：用戶程序存貯器存貯通過(guò)編程輸入的用戶程序，存貯量通常是以字為單位來(lái)計(jì)算。規(guī)定16位二進(jìn)制數(shù)為一個(gè)字，每1024個(gè)字為1K字。I/O總點(diǎn)數(shù)PLC的輸入和輸出量有開(kāi)關(guān)量和模擬量?jī)煞N。對(duì)于開(kāi)關(guān)量I/O，其I/O總數(shù)用最大I/O點(diǎn)數(shù)表示；對(duì)于模擬量I/O，其中I/O總數(shù)用最大I/O通道路數(shù)表示[10]。 掃描速度以ms/K字為單位表示。指令種類數(shù)和總條數(shù)用以表示PLC的編程和控制功能。內(nèi)部繼電器種類和點(diǎn)數(shù)包括輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器(無(wú)斷電記憶和帶斷電記憶的)、計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器、移位寄存器、特殊繼電器等。而每種繼電器點(diǎn)數(shù)也不一樣。工作環(huán)境一般都能在下列環(huán)境條件下工作：溫度055攝氏度，濕度小于85%(無(wú)結(jié)露)。有的PLC還具有某些特種功能，例如自診斷功能，通信聯(lián)網(wǎng)功能，監(jiān)控功能，特殊功能模塊，遠(yuǎn)程I/O能力等。（PLC）的特點(diǎn)與應(yīng)用可編程控制器最初是為了替代繼電器控制系統(tǒng)而研制的，而且自身又是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所以它除了具備繼電器控制系統(tǒng)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的原有功能外，還有其自己的特點(diǎn)。目前典型的PLC應(yīng)用主要有幾個(gè)方面（1）順序控制：這是可編程控制器最廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域，PLC取代了傳統(tǒng)的繼電器順序控制，例如裝配生產(chǎn)線、數(shù)控機(jī)床及電梯控制等。（2）過(guò)程控制：在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、電流等。可編程控制器有A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，這樣可編程控制器可以采用模擬控制用于過(guò)程控制。（3）數(shù)據(jù)處理：一般可編程控制器都設(shè)有四則運(yùn)算指令，可以很方便的對(duì)生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。用PLC可以構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程。較高檔次的可編程控制器都有位置控制模塊，用于控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種機(jī)械的位置控制。（4）通信聯(lián)網(wǎng)：某些控制系統(tǒng)需要多臺(tái)PLC連接起來(lái)使用或者由一臺(tái)計(jì)算機(jī)與多臺(tái)PLC組成集選控制系統(tǒng)和總線控制系統(tǒng)[12]。（PLC）的選擇可編程控制器作為工業(yè)自動(dòng)化的核心設(shè)備其應(yīng)用極為廣泛可以說(shuō)只要有工廠，有控制要求，就會(huì)有PLC的應(yīng)用。由于PLC的品種、型號(hào)、規(guī)格、功能各不相同，綜合多種因素考慮，本設(shè)計(jì)選擇了德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的S7—200型機(jī)。S7—200型機(jī)專用于開(kāi)關(guān)控制，其體積小，安裝起來(lái)節(jié)省空間，功能強(qiáng)。它不僅具有邏輯控制功能，而且還增加了數(shù)據(jù)運(yùn)算、傳送與處理功能，成為具備計(jì)算機(jī)功能的一種通用工業(yè)控制裝置。性價(jià)比高（S7—200型機(jī)采用的是箱體結(jié)構(gòu)），其價(jià)格便宜，可靠性高，易于擴(kuò)展（該機(jī)型的任一種CPU箱和任一種擴(kuò)展箱均可配置在一起）。因此，用戶可根據(jù)所需的I/O點(diǎn)數(shù)進(jìn)行選件配置，使用靈活、方便[13]。80年代初通用變頻器實(shí)現(xiàn)了商品化。在近20年的時(shí)間內(nèi)，經(jīng)歷了由模擬控制到全數(shù)字控制，由采用BJT到采用IGBT兩個(gè)大的進(jìn)展過(guò)程。當(dāng)今要求從一般的小范圍調(diào)速傳動(dòng)到高精度、快響應(yīng)、大范圍的調(diào)速傳動(dòng)，從單機(jī)傳動(dòng)到多機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，幾乎都可采用交流調(diào)速傳動(dòng)。因此可以說(shuō)在電氣調(diào)速傳動(dòng)領(lǐng)域內(nèi)，以變頻器應(yīng)用技術(shù)為代表的交流調(diào)速傳動(dòng)已經(jīng)成為電氣調(diào)速傳動(dòng)的主流。在交流調(diào)速系統(tǒng)中，變頻器的作用是將頻率固定(通常為工頻50Hz)的交流電(三相的或單相的)變換成頻率連續(xù)可調(diào)(多數(shù)為0400Hz)的三相交流電。變頻器的輸入()接至頻率固定的三相交流電源，輸出端()輸出的是頻率在一定范圍內(nèi)是連續(xù)可調(diào)的三相交流電，接至電動(dòng)機(jī)。 變頻器的基本構(gòu)成通用變頻器的基本結(jié)構(gòu)主要由主電路(整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器)和控制電路組成。整流器電網(wǎng)側(cè)的變流器Ⅰ是整流器，它的作用是把三相(也可以是單相)交流電整流成直流電。逆變器負(fù)載側(cè)的變流器Ⅱ?yàn)槟孀兤鳌Ｗ畛Ｒ?jiàn)的結(jié)構(gòu)形式是利用六個(gè)半導(dǎo)體主開(kāi)關(guān)器件組成三相橋式逆變電路。只要有規(guī)律地控制逆變器中主開(kāi)關(guān)器件的通與斷，就可以得到任意頻率的三相交流電輸出。中間直流環(huán)節(jié)由于逆變器的負(fù)載為異步電動(dòng)機(jī)，屬于感性負(fù)載。無(wú)論電動(dòng) 機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)或是發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，其功率因數(shù)總不會(huì)為1。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無(wú)功功率的交換。這種無(wú)功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能組件(電容器或電抗器)來(lái)緩沖，所以又稱中間直流環(huán)節(jié)為中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)[14]?？刂齐娐房刂齐娐烦Ｓ蛇\(yùn)算電路、檢測(cè)電路、控制信號(hào)的輸入、輸出電路和驅(qū)動(dòng)電路等構(gòu)成。其主要任務(wù)是完成對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)控制、對(duì)整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能等?？刂品椒梢圆捎媚M控制或數(shù)字控制。高性能的變頻器目前己經(jīng)采用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行全數(shù)字控制，盡可能簡(jiǎn)化硬件電路，主要依靠軟件來(lái)完成各種功能。由于軟件的靈活性，數(shù)字控制方式常可以完成模擬控制方式難以完成的控制[15]。 按變換環(huán)節(jié)分（1）交—交變頻器又稱為直接式變頻器。它是把頻率固定的交流電源直接變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電源。其主要優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有中間環(huán)節(jié)，故變換效率高，但其連續(xù)可調(diào)的頻率范圍窄，一般為額定頻率的1/2以下(0～fN/2)，故它主要用于容量較大的低速拖動(dòng)系統(tǒng)中。（2）交—直—交變頻器又稱為間接式變頻器。它是先把頻率固定的交流電整流成直流電，再把直流電逆變成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電。由于把直流電逆變成交流電的環(huán)節(jié)較易控制，因此，在頻率的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，在改替變頻后電動(dòng)機(jī)的特性等方面，都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，通用變頻器就屬于這種形式。按輸出電壓的調(diào)制方式分（1）PAM(脈幅調(diào)制)：變頻器輸出電壓的大小通過(guò)改變直流電壓的大小來(lái)進(jìn)行調(diào)制。在中小容量變頻器中，這種方式已經(jīng)很少采用。（2）PWM(脈寬調(diào)制)：變頻器輸出電壓的大小通過(guò)改變輸出脈沖的占空比來(lái)進(jìn)行調(diào)制。目前普遍應(yīng)用的是占空比按正弦規(guī)律安排的正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)方式。按直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能方式分（1）電流型：直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件是電感線圈LF。（2）電壓型：直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件是電容器CF。矢量控制是一種新的傳動(dòng)控制技術(shù)，是交流傳動(dòng)控制理論上的一個(gè)質(zhì)的飛躍。它的想法是設(shè)法模擬直流電動(dòng)機(jī)的控制特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行交流電動(dòng)機(jī)的控制。調(diào)速的關(guān)鍵問(wèn)題是轉(zhuǎn)矩控制問(wèn)題，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能好的根本原因就在于它的轉(zhuǎn)矩容易控制。直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為M=CM￠Ia，可以分別控制電樞電流Ia和磁通￠兩個(gè)參數(shù)，它們之間互成90176。直角坐標(biāo)正交關(guān)系且為兩個(gè)獨(dú)立變量，可分別進(jìn)行調(diào)節(jié)，在電路上互不影響。而異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為M=C￠MI2cos＆2，式中轉(zhuǎn)子阻抗角＆2=arctansx2/r2異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電流I2和氣隙有效磁通￠m有關(guān)，且與轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)差率s)有關(guān)，I2和￠M兩個(gè)參數(shù)既不成直角又不是兩個(gè)獨(dú)立的變量，轉(zhuǎn)矩的這種復(fù)雜關(guān)系成為異步電動(dòng)機(jī)難以控制的根本原因。為使交流電動(dòng)機(jī)得到和直流電動(dòng)機(jī)一樣的控制性能，必須通過(guò)電機(jī)統(tǒng)一理論和坐標(biāo)變換理論，把交流電動(dòng)機(jī)的定子電流I1分解成磁場(chǎng)定向坐標(biāo)的磁場(chǎng)電流分量I1M和與之相垂直的坐標(biāo)轉(zhuǎn)矩電流分量I1T，把固定坐標(biāo)系變換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系解耦后，交流量的控制變?yōu)橹绷髁康目刂票愕韧谥绷麟妱?dòng)機(jī)。即如果在電機(jī)調(diào)速過(guò)程中始終維持定子電流的磁場(chǎng)電流分量I1M不變，而控制轉(zhuǎn)矩電流分量I1T，它就相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)中維持磁場(chǎng)電流不變，而通過(guò)控制電樞電流來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩一樣，能夠使系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)特性。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展也十分迅速。電動(dòng)機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速性能和起、制動(dòng)平穩(wěn)性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。電梯變頻調(diào)速使用的是異步電動(dòng)機(jī)，比同容量的直流電動(dòng)機(jī)具有體積小、占空間小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、可靠性高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。變頻調(diào)速電源使用了先進(jìn)的SPWM技術(shù)SVPWM技術(shù)，明顯改善了電梯運(yùn)行質(zhì)量和性能：調(diào)速范圍寬、控制精度高，動(dòng)態(tài)性能好，舒適、安靜、快捷，已逐漸取代直流電機(jī)調(diào)速。變頻調(diào)速電梯使用先進(jìn)的SPWM和SVPWM技術(shù)，明顯改善了電動(dòng)機(jī)供電電源的質(zhì)量，減少了諧波，提高了效率和功率因數(shù)，節(jié)能明顯[14]。目前，有為電梯控制而設(shè)計(jì)的專用變頻器早已問(wèn)世，其功能較強(qiáng)，使用靈活，但其價(jià)格相對(duì)較貴。因此，本設(shè)計(jì)沒(méi)有采用專用變頻器，而是選用了通用變頻器，通過(guò)合理的配置、設(shè)計(jì)和編程，同樣可以達(dá)到專用變頻器的控制效果。VS616G5松下型變頻器是安川電機(jī)公司面向世界推出的21世紀(jì)通用型變頻器。這種變頻器不僅考慮了V/f控制，而且還實(shí)現(xiàn)了矢量控制，通過(guò)其本身的自動(dòng)調(diào)諧功能與無(wú)速度傳感器電流矢量控制，很容易得到高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速范圍。VS616G5松下變頻器的特點(diǎn)如下：（1）包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。（2）有豐富的內(nèi)藏與選擇功能。（3）由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。（4）保護(hù)功能完善、維修性能好。（5）通過(guò)LCD操作裝置，可提高操作性能。（6）功能較強(qiáng)，使用靈活。（7）調(diào)速范圍寬、控制精度高，動(dòng)態(tài)性能好。