【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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(guò)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(guò)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(shì)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(lái)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(jiǎn)稱 VFD。變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù) 與微電子技術(shù)， 通過(guò)改變電機(jī)工作電源的頻率和幅度的方式來(lái)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(cè)電路” 、 “驅(qū)動(dòng)電路” 、 “速度檢測(cè)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^(guò)中間電路，最后變回交流從逆變器輸出。期間可 通過(guò)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(jiàn)式 ： n＝60 f(1－s)/p () 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(duì)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(guò)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(jiǎn)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(chǎng)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(guò)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(guò)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(guò)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng) 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 ImIt1（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(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jiǎn)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(lái)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(shì)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(lái)越高，體積越 來(lái)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(wú)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(duì)電機(jī)的影響，二要看對(duì)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(guó)以來(lái)，變頻器作為節(jié)能應(yīng)用與速度工藝控制中越來(lái)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(jiǎn)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(shì)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(jiàn)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(guò) PLC 與變頻器的組合對(duì)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(cè) 量更精確，控制更簡(jiǎn)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(kāi)關(guān)指令信號(hào)的輸入變頻器的輸入信號(hào)中包括對(duì)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(kāi) 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(kāi)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(lái)誤動(dòng)作；使用晶體管進(jìn)行連接 時(shí)，則需考慮晶體管本身的電壓、電流容量等因素，保證系統(tǒng)的可靠性。 在設(shè)計(jì)變頻器的輸入信號(hào)電路時(shí)還應(yīng)該注意， 當(dāng)輸入信號(hào)電路連接不當(dāng)時(shí)有時(shí)也會(huì) 造成變頻器的誤動(dòng)作。例如，當(dāng)輸入信號(hào)電路采用繼電器等感性負(fù)載時(shí)，繼電器開(kāi)閉產(chǎn) 生的浪涌電流帶來(lái)的噪音有可能引起變頻器的誤動(dòng)作，應(yīng)盡量避免。圖 2 與圖 3 給出了 正確與錯(cuò)誤的接線例子。 當(dāng)輸入開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)入變頻器時(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)生外部電源和變頻器控制電源（DC24V）之間的串?dāng)_。 正確的連接是利用 PLC 電源，將外部晶體管的集電極經(jīng)過(guò)二極管接到 PLC。 (2) 數(shù)值信號(hào)的輸入 輸入信號(hào)防干擾的接法 變頻器中也存在一些數(shù)值型（如頻率、電壓等）指令信號(hào)的輸入，可分為數(shù)字輸入 和模擬輸入兩種。數(shù)字輸入多采用變頻器面板上的鍵盤操作和串行接口來(lái)給定；模擬輸 入則通過(guò)接線端子由外部給定，通常通過(guò) 0～10V/5V 的電壓信號(hào)或 0/4～20ｍＡ的電流 信號(hào)輸入。由于接口電路因輸入信號(hào)而異，因此必須根據(jù)變頻器的輸入阻抗選擇PLC的輸出模塊。 當(dāng)變頻器和PLC的電壓信號(hào)范圍不同時(shí)，如變頻器的輸入信號(hào)為 0～10V，而 PLC 的輸出電壓信號(hào)范圍為 0～5V 時(shí)；或 PLC 的一側(cè)的輸出信號(hào)電壓范圍為 0～10V 而變頻 器的輸入電壓信號(hào)范圍為 0～5V 時(shí)，由于變頻器和晶體管的允許電壓、電流等因素的限 制，需用串聯(lián)的方式接入限流電阻及分壓方式，以保證進(jìn)行開(kāi)閉時(shí)不超過(guò) PLC 和變頻器相應(yīng)的容量。此外，在連線時(shí)還應(yīng)注意將布線分開(kāi)，保證主電路一側(cè)的噪音不傳到控制電路。 通常變頻器也通過(guò)接線端子向外部輸出相應(yīng)的監(jiān)測(cè)模擬信號(hào)。 電信號(hào)的范圍通常為 0～10V/5V 及 0/4～20ｍＡ電流信號(hào)。無(wú)論哪種情況，都應(yīng)注意：PLC 一側(cè)的輸入阻抗的 大小要保證電路中電壓和電流不超過(guò)電路的允許值，以保證系統(tǒng)的可靠性和減少誤差。 另外，在使用 PLC 進(jìn)行順序控制時(shí)，由于 CPU 進(jìn)行數(shù)