【文章內(nèi)容簡介】 I/O 點數(shù)分類 根據(jù) PLC 的 I/O 點數(shù)的多少，可將 PLC 分為小型、中型和大型三類。 （ 1） 小型 PLC 小型 PLC 的 I/O 點數(shù)一般在 128 點以下，其特點是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個硬件融為一體，除了開關(guān)量 I/O 以外，還可以連接模擬量 I/O 以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。 （ 2） 中型 PLC 中型 PLC 采用模塊化結(jié)構(gòu)，其 I/O 點數(shù)一般在 256~1024 點之間。 I/O 的處理方式除了采用一般 PLC 通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶程序的過程中，直接讀輸入 ，刷新輸出。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊， 通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。 （ 3） 大型 PLC 一般 I/O 點數(shù)在 1024 點以上的稱為大型 PLC。大型 PLC 的軟、硬件功能極強。具有極強的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級通訊網(wǎng)，實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化。大型 PLC 還可以采用三 CPU 構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機器的可靠性更高。 共 31頁 第 8頁 8 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 目前， PLC 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化 娛樂等各個行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類： 1．開關(guān)量邏輯控制 取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 2．工業(yè)過程控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量（即模擬量）， PLC 采用相應(yīng)的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。 PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處 理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 3．運動控制 PLC 可以用于圓周運動或直線運動的控制。一般使用專用的運動控制模塊，如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 4．數(shù)據(jù)處理 PLC 具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 5．通信及聯(lián)網(wǎng) PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設(shè)備間的通信。隨著工廠自動 化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 變頻器基本原理與應(yīng)用 變頻器，英文稱 Variablefrequency Drive，簡稱 VFD，是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變 電機 工作電源 頻率 方式來控制交流電動機的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。通過改變電源的頻率來達到改變電源 電壓的目的，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。 變頻器的作用是改變交流電機供電的頻率和幅值，因而改變其運動磁場的周期，達到平滑控制電動機轉(zhuǎn)速的目的。變頻器的多段調(diào)速就是通過變頻器參數(shù)來設(shè)定其運行頻率， 然后通過變頻器的外部端子來選擇執(zhí)行相關(guān)參數(shù) 所設(shè)定的運行頻率。 多段調(diào)速是變頻器的一種特殊的組合運行方式， 其運行頻率由 PU 單元的參數(shù)來設(shè)置，啟動和停 止由外部輸入端子來控制。 、 、 為 3 段速度設(shè)定，至于變頻器實際運行哪個參數(shù)設(shè)定的頻率， 則分別由其外部控制端子 RH、 RM、 RL 的閉合來決定。 變頻器主電路是給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類 :電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流 回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路 濾波是電感。 它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收 在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的“平波 共 31頁 第 9頁 9 回路”，以及將 直流功率變換為交流功率的“逆變器”。 （ 1）整流器：最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直 流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以 進行再生運轉(zhuǎn)。 （ 2）平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源 6 倍頻率的脈動 電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用 電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路構(gòu)成器件 有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。 （ 3）逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求 頻率的交 流功率，以所確定的時間使 6 個開關(guān)器件導通、關(guān)斷就可以得到 3 相交流輸出。 以電壓型 pwm 逆變器為例示出開關(guān)時間和電壓波形。 控制電路是給異步電動機供電 （電壓、 頻率可調(diào)） 的主電路提供控制信號的回路，它有頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機的“速度 檢測電路”，將運算電路的控制信號進行放大的“驅(qū)動電路”，以及逆變器和電動機 的“保護電路”組成。 ①運算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號 進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。 ② 電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。 ③驅(qū)動電路：驅(qū)動主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件 導通、關(guān)斷。 ④速度檢測電路 :以裝在異步電動機軸機上的速度檢測器 (tg、 plg 等 )的 信號為速度信號，送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉(zhuǎn)。 ⑤保護電路 :檢測主電路的電壓、電流等，當發(fā)生過載或過電壓等異常 時， 為了防止逆變器和異步電動機損壞， 使逆變器停止工作或抑制電壓、 電流值。 課題的目的和意義 變頻調(diào)速已被公認為是最理想、最有發(fā)展前途的調(diào)速方式之一，采用變頻器構(gòu)成變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)的主要目的，一是為了滿足提高勞動生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高設(shè)備自動化程度、 提高生活質(zhì)量及改善生活環(huán)境等要求；二是為了節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本。 變頻器可以優(yōu)化電機運行，所以也能夠起到增效節(jié)能的作用。根據(jù)全球著名變頻器生產(chǎn)企業(yè) ABB 的測算，單單該集團全球范圍內(nèi)已經(jīng)生產(chǎn)并且安裝的變頻器每年就能夠節(jié)省 1150億千瓦時電力，相應(yīng)減少 9,700 萬噸二氧化碳排放，這已經(jīng)超過芬蘭一年的二氧化碳排放量。 變頻器集成了高壓大功率晶體管技術(shù)和 電子控制技術(shù)，得到廣泛應(yīng)用。變頻器使得復雜的調(diào)速控制簡單化，用變頻器 +交流鼠籠式感應(yīng)電動機組合替代了大部分原先只能用直流電機完成的工作，縮小了體積，降低了維修率，使傳動技術(shù)發(fā)展到新階段。 課題的目的 變頻器可將工頻交流電轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電。目前在各行各業(yè)中被廣泛應(yīng)用，主要向三相交流電動機、異步電動機等提供可變頻率的電源，實現(xiàn)無極調(diào)速、自動控制和高精度控制。 變頻調(diào)速器調(diào)速不僅操作方便，故障率低，且節(jié)能效果明顯，優(yōu)于調(diào)壓調(diào)速、變級調(diào)速、滑差調(diào)速、串級調(diào)速、整流子調(diào)速和液力偶合器調(diào) 速等。變頻調(diào)速的主要特點是： （１）體積小、重量輕，可掛墻安裝，不占地面； 共 31頁 第 10頁 10 （２）可手控、搖控，亦可與可編程控器、計算機等聯(lián)接，實現(xiàn)自控； （３）啟動電流低，約為電機額定電流的１．７倍（電機啟動電流為５～６倍額定電流），對電網(wǎng)設(shè)備沖擊小； （４）具有許多種保護功能（如過壓、欠壓、過流、短路、瞬時停電等）； （５）可減振降噪，延長設(shè)備使用壽命。 變頻調(diào)速能夠應(yīng)用在大部分的電機拖動場合， 由于它能提供精確的速度控制， 因此可以方便 地控制機械傳動的上升、下降和變速運行。變頻應(yīng)用可以大大地提高工藝的高效性(變速不 依賴于機械部分 )，同時可以比原來的定速運行電機更加節(jié)能。下面例舉使用變頻調(diào)速的 10 個理由，來說明變頻器應(yīng)用日趨普及的基本認識 : (1) 控制電機的啟動電流。 當電機通過工頻直接啟動時，它將會產(chǎn)生 7 到 8 倍的電機額定 電流。這個電流值將大大增加電機繞組的電應(yīng)力并產(chǎn)生熱量，從而降低電機的壽命。而變頻 調(diào)速則可以在零速零電壓啟動 (也可適當加轉(zhuǎn)矩提升 )。一旦頻率和電壓的關(guān)系建立，變頻器 就可以按照 V/F 或矢量控制方式帶動負載進行工作。使用變頻調(diào)速能充分降低啟動電流， 提高繞組承受力， 用戶最直接的好處就 是電機的維護成本將進一步降低、 電機的壽命則相應(yīng) 增加。 (2) 降低電力線路電壓波動。 在電機工頻啟動時，電流劇增的同時，電壓也會大幅度波動， 電壓下降的幅度將取決于啟動電機的功率大小和配電網(wǎng)的容量。 電壓下降將會導致同一供電 網(wǎng)絡(luò)中的電壓敏感設(shè)備故障跳閘或工作異常，如 PC 機、傳感器、接近開關(guān)和接觸器等均會 動作出錯。而采用變頻調(diào)速后，由于能在零頻零壓時逐步啟動，則能最大程度上消除電壓下降。 (3) 啟動時需要的功率更低。 電機功率與電流和電壓的乘積成正比 , 那么通過工頻直接啟動 的電機消耗的功率將 大大高于變頻啟動所需要的功率。 在一些工況下其配電系統(tǒng)已經(jīng)達到了 最高極限， 其直接工頻啟動電機所產(chǎn)生的電涌就會對同網(wǎng)上的其他用戶產(chǎn)生嚴重的影響 , 從 而將受到電網(wǎng)運行商的警告 , 甚至罰款。如果采用變頻器進行電機起停 , 就不會產(chǎn)生類似的 問題。 (4) 可控的加速