【文章內(nèi)容簡介】 現(xiàn)的。輸入輸出任務(wù)還包括對輸入輸出擴展接口的操作，通過輸入輸出擴展接口實現(xiàn)主機的輸入輸出狀態(tài)暫存區(qū)與簡單輸入輸出擴展環(huán)節(jié)中的輸入輸出單元或與智能型輸入輸出擴展環(huán)節(jié)中的輸入輸出狀態(tài)區(qū)之間的信息交換。PLC在每個掃描周期中都執(zhí)行該任務(wù)。（7） PLC的輸入輸出過程 PLC的工作方式是周期掃描方式，所以其輸入輸出過程是定時進行的，即在每個掃描周期內(nèi)只進行一次輸入輸出操作。在輸入操作時，首先啟動輸入單元，把現(xiàn)場信號轉(zhuǎn)換成啟動初始化監(jiān)視定時器與編程器交換信息與數(shù)字處理器交換信息與外部設(shè)備交換信息執(zhí)行用戶程序輸入輸出信息處理處理中斷處理中斷處理中斷處理中斷處理中斷無中斷申請中斷申請無申請中斷申請無中斷申請中斷申請無中斷申請中斷申請 圖7 PLC工作流程圖 字信號后全部讀入，然后進行數(shù)字濾波處理，最后把有效值放入輸入信號狀態(tài)暫存區(qū)中，在輸出操作時，首先把輸出輸出信號狀態(tài)暫存區(qū)中的信號全部送給輸出單元，然后進行傳送正確性檢查，最后啟動輸出單元把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場信號輸出給執(zhí)行機構(gòu)。對用戶程序而言，要處理的輸入信號是輸入信號狀態(tài)暫存區(qū)的信號，而不是實際的信號。運算處理后的輸出信號是被放入輸出信號狀態(tài)暫存區(qū)中的，而不是輸出到現(xiàn)場的。所以在用戶程序執(zhí)行的這一周期內(nèi)，其處理的輸入信號不再隨現(xiàn)場信號的變化而變化。與此同時，雖然輸出信號狀態(tài)暫存區(qū)中信號隨程序執(zhí)行的結(jié)果不同而不斷變化，但是實際的輸出信號是不變的，在輸出過程中，只有最后一次操作結(jié)果對輸出信號起作用。PLC周期性的輸入輸出處理方式對一般控制系統(tǒng)而言是能夠滿足的，也很適合我們做的起升機構(gòu)控制系統(tǒng)。但是對那些要求響應時間小于掃描周期的控制系統(tǒng)則不能滿足，這時可以用智能型輸入輸出單元或?qū)ｉT的軟件指令，通過與掃描周期脫離的方式來解決。（8） PLC的中斷輸入處理過程 PLC的中斷輸入處理方法同一般計算機的系統(tǒng)是大致相同的，即當有中斷申請信號輸入時，系統(tǒng)要中斷正在執(zhí)行的的相關(guān)程序而轉(zhuǎn)向執(zhí)行中斷子程序，當有多個中斷源時，它們將按中斷的優(yōu)先級有一個先后順序的排隊處理，系統(tǒng)可以通過程序設(shè)定允許中斷或禁止中斷。PLC對中斷的響應不是在沒條指令結(jié)束后進行，而是在掃描周期內(nèi)某一個任務(wù)完成后進行。 PLC的中斷源信息是通過輸入單元進入系統(tǒng)的。由于PLC掃描輸入點是按順序進行的，因此中斷源的先后順序根據(jù)其占用的輸入點位置而自動排序，當系統(tǒng)接收到中斷申請后，順序掃描中斷源。它可能只有一個中斷源申請中斷，也可能同時有兩個或多個中斷源提出申請中斷。系統(tǒng)在掃描中斷源的過程中，就在存儲區(qū)的一個特定區(qū)里建立中斷處理表，按順序存放中斷信息，然后系統(tǒng)按照該表順序先后轉(zhuǎn)至相應的中斷子程序去處理。 PLC的中斷源有優(yōu)先順序但無嵌套關(guān)系，也就是在中斷程序執(zhí)行中，如果有新的中斷發(fā)生，無論它的優(yōu)先順序如何，都不能中斷正在執(zhí)行的中斷程序。只有在原中斷處理程序結(jié)束后，再進行新的中斷處理。 PLC是以循環(huán)掃描方式工作的，正常的輸入輸出處理是在掃描周期內(nèi)的某一個階段進行，對于中斷處理子程序中有關(guān)信息的輸出必須采取特殊處理，即這部分輸出信息不通過周期掃描方式輸出，而利用專門的硬件或軟件去立即執(zhí)行。二 變頻器的工作原理 變頻器的主電路變頻器的主電路如圖8所示: 圖8 變頻器的主電路圖1） 交—直部分a. 整流管VD1—VD6組成三相整流橋，將電源三相交流整流成直流。b. 濾波電容器Cf，它的作用是濾平全波整流后的電壓紋波，另外就是當負載變化時，保持直流電壓平穩(wěn)。c. 限流電阻Rl與開關(guān)Sl當變頻器剛合上電源的瞬間，濾波電容器Cf的充電電流很大，過大的沖擊電流將可能使三相整流橋的二極管損壞。為了保護整流橋，在變頻器剛接通電源的一段時間里，電路內(nèi)串入限流電阻Rl，其作用是將電容器Cf的充電電流限制在允許范圍之內(nèi)。開關(guān)Sl的功能是當電容器Cf充電到一定程度時，令開關(guān)接通，將限流電阻Rl短路掉。許多新系列的變頻器里，Sl已由晶閘管代替，圖中虛線所示。d. 電源指示Hl，它除了表示電源接通以外，還有一個十分重要的功能，即在變頻器切斷電源以后，表示濾波電容器上的電荷是否已經(jīng)釋放完畢。2） 直—交部分a. 逆變管VT1—VT6 VT1—VT6組成逆變橋，把VD1—VD6整流所得的直流電在逆變成電壓和頻率可調(diào)的交流電。這是變頻器實現(xiàn)變頻的具體執(zhí)行環(huán)節(jié)，使變頻器的核心部分。當前常用的逆變管有IGBT，GTR，GTO等。b. 續(xù)流二極管VD7—VD12電動機的繞組是電感性的，其電流具有無功分量，續(xù)流二極管VD7—VD12位無功電流返回直流電源提供通道。 當頻率下降時，電動機處在再生制動狀態(tài)，再生電流將通過續(xù)流二極管VD7—VD12返回給直流電路。 VT1—VT6進行逆變的基本工作過程時，同一橋臂的兩個逆變管處在不停的交替導通和截止狀態(tài)。這種交替導通和截止的換相過程中，也不時的需要VD7—VD12提供通路。c. 緩沖電路（R01,VD01,C01—R06,VD6,C06） C01—C06：逆變管VT1—VT6每次由導通狀態(tài)切換到截止狀態(tài)的瞬間，集電極和發(fā)射極間的電壓將迅速地由0V上升到直流電壓Ud,，過高的電壓變化率將導致逆變管損壞。通過C01—C06的充電來減小每次關(guān)斷時的電壓變化率。 R01—R06：逆變管VT1—VT6每次由截止狀態(tài)切換到導通狀態(tài)的瞬間，C01—C06上所充的電壓（等于Ud）將向VT1—VT6放電。此放電電流的初始直很大，并且疊加到負載電流上，導致VT1—VT6過載而損壞。因此R01—R06的功能是限制逆變管在接通的瞬間C01—C06的放電電流。 VD01—VD06：R01—R06的接入又會影響C01—C06在VT1—VT6關(guān)斷時減小電壓變化率的效果。VD01—VD06接入后，在VT1—VT6的關(guān)斷過程中使R01—R06不起作用；而在VT1—VT6的接通過程中使C01—C06的放電電流流經(jīng)R01—R06。d. 制動電阻Rb和制動單元Vb電機在工作頻率下降過程中，將處在再生制動狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的動能要反饋到直流電路中，使直流電壓Ud不斷上升，甚至可能達到危險的地步。因此必須將再生到直流電路的能量消耗掉，使Ud保持在允許的范圍內(nèi)。制動電阻Rb就是用來消耗這部分能量的。制動單元由GTO或IGBT組成，其功能是為放電電流提供通路。 三電平PWM電壓型逆變器在PWM電壓型逆變器中，當輸出電壓較高時，為了避免器件串聯(lián)引起的動態(tài)均壓問題，同時降低輸出諧波和電壓變化率du/dt，逆變器部分可以采用三電平方式，也稱中心點箝位（Netural Point Clamped—NPC）方式。這種方式除了具有SPWM調(diào)速方式所具有的優(yōu)異性能外，還具有其他一些優(yōu)異性能。安川（YASKAWA）G7系列的變頻器就是一種采用三電平PWM電壓型變頻器，它具有三電平PWM電壓型變頻器所有的優(yōu)點。a. 三電平PWM電壓型逆變器的基本結(jié)構(gòu)如圖9所示。它采用12只IGBT及箝位二極管組成帶中性點箝位的電路。三電平PWM逆變器就其一相而言它輸出（以電源中點C為參考）直流電源的最高電平+Ud/2(令其狀態(tài)為P)；最低電平Ud/2(令其狀態(tài)為N)和零電平（令其狀態(tài)為C）。下表寫出了U相的情況。VT11VT12VT13VT14輸出電壓輸出狀態(tài)ON ONOFFOFF+Ud/2POFFONONOFF0COFFOFFONONUd/2N圖9 三電平PWM電壓逆變器的結(jié)構(gòu)b. 三相三電平變頻器的輸出狀態(tài)與波形如圖9所示，三相三電平PWM逆變器的每一相能夠輸出P、C、N三種狀態(tài)與另外兩相的三種輸出狀態(tài)相結(jié)合，則三相三電平PWM逆變器能夠輸出27種不同的輸出狀態(tài)，如表12所示。表格中第一個字母表示U相，第二個字母表示V相，第三個字母表示W(wǎng)相的輸出狀態(tài)。PPPPPNPPCPCNPCCPNNPCPPNCPNPCCCCPNCPCCCNCPPCNNCCPCNCCNPNNNNPNNPCNCNNPPNCCNCPNNCNNP以直流電源的C點為參考點，按PNN→PCN→PPN→CPN→NPN→NPC→NPP→NCP→NP→CNP→PNP→PNC的順序選擇逆變器的輸出狀態(tài)，畫出逆變器瞬時輸出電壓和線電壓波形圖，如圖10所示。逆變器輸出相電壓有3個階梯，即零電平和177。Ud/2電平。三相電壓在相位上互差120176。，逆變器輸出線電壓有5個階梯，即零電平、177。Ud/2電平、177。Ud電平，其相位差也是120176。 圖10 逆變器瞬時輸出電壓及波形 三電平與雙電平逆變器相比具有以下優(yōu)點：a. 降低了施加在電機軸上的沖擊電壓。不用外接濾波器，通用電機也可以使用。兩電平控制時，最大沖擊電壓約是直流母線電壓的2倍。b. 低噪音。產(chǎn)生階梯形輸出電壓，理論上提高電平數(shù)可以接近正弦波，諧波含量少。對電機內(nèi)部的高次諧波電磁力影響也減輕了，因此電機的噪音也減小了。c. 電磁干擾（EMI）問題大大減輕，因為開關(guān)元件一次動作的dv/dt通常只有傳統(tǒng)雙電平的1/（M1）。（三電平時M=3）d. 效率高。消除同樣諧波，雙電平采用PWM控制法開關(guān)頻率高，損耗大，而多電平逆變器可用較低的頻率進行開關(guān)動作。開關(guān)頻率低，損耗小，效率提高。e. 防止軸電壓對電機軸承的電腐蝕。,其值與中性點電壓幾乎是成正比的。三電平方式中性點電壓在原理上是兩電平的2/3。f. 減小了漏電流。電機及電纜對地靜電容量和變頻器輸出電壓的變化率所發(fā)生的高次諧波漏電流的峰值降低到2電平方式的一半。g. 更適合大容量，高電壓的場合。三 系統(tǒng)總體工作分析1. 正常起升 司機先按下控制合按扭，通過手柄操作起升/下降的速度檔位，由凸輪控制器（起升手柄）給PLC輸入速度檔位信號，PLC采集數(shù)據(jù)后依據(jù)這些輸入量順序調(diào)用執(zhí)行程序，把結(jié)果產(chǎn)生的輸出信號由觸點輸入變頻器中（點對點連接，不通過現(xiàn)場總線），變頻器按此信號控制整流電路和逆變電路中晶閘管或者晶體管的通斷而改變輸入變頻器的主電流的頻率，從而控制電動機的正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速以達到變頻調(diào)速的目的。電動機運行的同時測速發(fā)電機（PG）（增量式編碼器）檢測它的速度得到一個反饋值返回到變頻器中，變頻器通過閉環(huán)矢量控制功能使輸出量在設(shè)定值上下允許的范圍內(nèi)波動，表現(xiàn)在電動機的轉(zhuǎn)速接近理想值，由此保證起升機構(gòu)系統(tǒng)按操作者的意圖工作。重物上升的高度用絕對值編碼器檢測，本系統(tǒng)的絕對值編碼器有十位二進制輸出，起升的最大高度是20米，所以起升高度的控制精度在2厘米左右，設(shè)置在卷筒上面的壓重式傳感器把物重通過變送器（0—20mA）轉(zhuǎn)換成電流信號輸入到PLC中，即PLC中有重物的質(zhì)量，并且PLC把一定范圍內(nèi)的物重歸為一類，從軟件上設(shè)置該類物重的允許運行速度，如果起升手柄的檔位超出這個設(shè)定值，PLC就給變頻器零速信號。2．重物停住的控制過程（1） 預先設(shè)置一個“停止起始頻率”f1，隨著重物減速，變頻器的工作頻率下降到f1時，變頻器將輸出一個頻率到達信號給PLC，由PLC控制發(fā)出電磁鐵（制動器中用于制動的）斷電指令。（2） 設(shè)定一個f1的維持時間t1，t1的長短應略大于制動電磁鐵從開始釋放到完全抱住所需的時間。（3） 重物停住，變頻器將工作頻率下降至零。 3．重物升降的控制過程（1）為了確保當制動電磁鐵松開后，變頻器已能控制住重物的升降而不會溜鉤，預先設(shè)置一個升降起始頻率f2，當變頻器工作頻率上升到f2時，將暫停上升