【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 出的特點(diǎn) . P L C 變頻調(diào)速模塊 操作臺(tái) 監(jiān)控系統(tǒng) 380v 電源 速度傳感器 M 測(cè)速發(fā)電機(jī) 切刀位置傳感器 TG 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第一 ,靈活性、通用性強(qiáng)。繼電器控制系統(tǒng)如果工藝要求稍有變化 ,控制電路必須隨之作相應(yīng)的變動(dòng) ,所有布線和控制柜極有可能重新設(shè)計(jì) ,耗時(shí)且費(fèi)力然而是利用存儲(chǔ)在機(jī)內(nèi)的程序?qū)崿F(xiàn)各種控制功能的。因此當(dāng)工藝過程改變時(shí) ,只需修改程序即可 ,外部接線改動(dòng)極小 ,甚至可以不必改動(dòng) ,其靈活性和通用性是繼電 器控制電路無法比擬的。 第二 ,可靠性高 ,抗干擾能力強(qiáng) 繼電器控制系統(tǒng)中 ,由于器件的老化、脫焊、觸點(diǎn)的抖動(dòng)以及觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象是不可避免的 ,大大降低了系統(tǒng)的可靠性。而在控制系統(tǒng)中 ,大量的開關(guān)動(dòng)作是由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成的 ,加之在硬件和軟件方面都采取了強(qiáng)有力的措施 ,使產(chǎn)品具有極高的可靠性和抗干擾能力可以直接安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定地工作。 PLC 在硬件方面采取電磁屏蔽、光電隔離、多級(jí)濾波等措施在軟件方面采取警戒時(shí)鐘、故障診斷、自動(dòng)恢復(fù)等措施 ,并利用后備電池對(duì)程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù) ,因此被稱為“專為適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境而設(shè) 計(jì)的計(jì)算機(jī) ” 。 第三 ,編程簡(jiǎn)單 ,使用方便。 PLC 采用面向過程 ,面向問題的“自然語言”編 程方式 ,直觀易懂 ,主要采用梯形圖和語句表編寫程序 ,使得廣大電氣技術(shù)人員更 容易接納和理解。同時(shí)設(shè)計(jì)人員也可根據(jù)自己的喜好和實(shí)際應(yīng)用的要求選擇其他編程語言。標(biāo)準(zhǔn)是編程語言的標(biāo)準(zhǔn) ,除了梯形圖 !語句表之外 ,還存在順序流程圖 !結(jié)構(gòu)化文本和功能塊圖三種編程語言的表達(dá)方式。一個(gè)程序的不同部分可用任何一種語言來描述 ,支持復(fù)雜的順序操作功能處理以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 第四 ,功能強(qiáng)大 ,可擴(kuò)展。的主要功能包括開關(guān)量的邏輯控制、模擬量控 制部分還具備 控制或模糊控制功能、數(shù)字量智能控制、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、通信、聯(lián)網(wǎng)及集散控制等功能。 PLC 的功能擴(kuò)展也極為方便 ,硬件配置相當(dāng)靈活 ,根據(jù)控制要求的改變 ,可以隨時(shí)變動(dòng)特殊功能單元的種類和個(gè)數(shù) ,再相應(yīng)修改用戶程序就可以達(dá)到變換和增加控制功能的目的。 PLC 以原有的繼電器、邏輯運(yùn)算、順序控制為基礎(chǔ)逐步發(fā)展起來的。與繼 電器控制系統(tǒng)相比較 ,它以軟器件代替了硬器件 ,以軟觸點(diǎn)代替了硬觸點(diǎn) ,以軟接線代替了硬接線 ,從而使其器件、觸點(diǎn)的壽命達(dá)數(shù)萬甚至十萬小時(shí) ,而改變接線的速度則極為迅速。它是由計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)化而來的，又有著諸多 自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。如下所述： 1. 系列化 各大生產(chǎn)公司一般都有小型、中型、大型三種系列產(chǎn)品 . 一般小型機(jī)是單處理器系統(tǒng)中型機(jī)是雙處理器系統(tǒng) ,包括位處理器和字處理器大型太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 機(jī)則為多處理器系統(tǒng) ,由字處理器 !位處理器和浮點(diǎn)處理器等組成 . I/O 口 PLC 可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) ,一般有低速網(wǎng)絡(luò)和高速網(wǎng)絡(luò)兩種。這兩類網(wǎng)絡(luò)可級(jí)連 ,網(wǎng)上可兼容不同類型的和計(jì)算機(jī) ,從而組成控制范圍很大的局域網(wǎng)絡(luò)。 8. 通俗化的編程語言和豐富 的指令 目前常用的有 三 種 編程語言： 1） 順序控制用的梯形圖用以進(jìn)行邏輯運(yùn)算 ,完成時(shí)間上的順序控制 2） 適用于數(shù)值控制的系統(tǒng)流程圖 ,具有算術(shù)運(yùn)算、比較、濾波等功能； 3） 類似匯編語言的指令表。 PLC 的基本結(jié)構(gòu) PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，如圖 所示： a. 中央處理單元 (CPU) 中央處理單元 (CPU)是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、 I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)， 并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 為了進(jìn)一步提高 PLC 的可靠性，近年來對(duì)大型 PLC 還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè) CPU 出現(xiàn) 故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 b、 存儲(chǔ)器 存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。 存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。 C、 電源 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 PLC 的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此 PLC 的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在 +10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去 圖 PLC的基本結(jié)構(gòu)圖 PLC 的工作原理 PLC 一般采用循環(huán)掃描的工作方式 。 PLC 上電后 ,執(zhí)行系統(tǒng)程序規(guī)定的任務(wù) ,周而復(fù)始地掃描并執(zhí)行用戶程序 。 完 成一次掃描所用的時(shí)間稱為掃描周期 。 一次循環(huán)過程可歸納為五個(gè)階段 ,循環(huán)掃描 過程為公共處理執(zhí)行用戶程序掃描周期計(jì)算輸入輸出刷新外設(shè)端口服務(wù) 公共處理 。 在公共處理階段 ,要進(jìn)行復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器 、 硬件檢查 、 用戶內(nèi)存檢查等操 作 。 若有異常情況 ,故障顯示燈亮 ,判斷并顯示故障的性質(zhì) 。 若屬于一般性故障 , 則只報(bào)警 ,但不需要停機(jī) ,可等待處理 。 執(zhí)行用戶程序階段 ,逐條解釋和 執(zhí)行用戶程序 ,其所需的全部信息都是從 映像寄存器中讀取的 . 映像寄存器包括輸入映像寄存器和元件映像寄存器 。 輸入映像寄存器存儲(chǔ)著輸入繼電器的通斷狀態(tài) ,輸入繼電器接通為 1,斷開為 0。 元件映像寄存器存儲(chǔ)著輸出繼電器 、 各種輔助繼電器等的狀態(tài) ,同樣用和表示它們的通斷狀態(tài) 。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 PLC 在執(zhí)行用戶程序時(shí)所需的外部輸入信息 ,不是直接從輸入端讀取的 ,而是 從輸入映像寄存器中讀取的 。 在每個(gè)掃描周期的 I/O 刷新階段 ,CPU 從 PLC 輸入端讀取一次信息并存入輸入映像寄存器中 。 在此后的一個(gè)掃描周期中 ,盡管 PLC 輸入端的狀態(tài)可能發(fā)生過變化 ,但輸入映像寄存器中的數(shù)據(jù)也保持不變 。 同樣 ,所需的輸出繼電器或其他編程元件的狀態(tài)信息 ,是從元件映像寄存器中讀取的 。 在執(zhí)行用戶程序過程中 ,根據(jù)用戶程序給出的邏輯關(guān)系進(jìn)行邏輯運(yùn)算 ,運(yùn)算結(jié)果再寫入元件映像寄存器中 。 可見 ,在一個(gè)掃描周期中元件映像寄存器中的內(nèi)容是可變的 。 在掃描周期的計(jì)算階段 ,若預(yù)先設(shè)定了掃描周期的值 ,則進(jìn)入等待 ,直至達(dá)到 該設(shè)定值時(shí)掃描再往下進(jìn)行若掃描周期設(shè)為不定時(shí) ,則要進(jìn)行掃描周期的計(jì)算 。 在 I/O 刷新階段 ,主要作兩件事情 . (1)讀各輸入點(diǎn)的狀態(tài) 從輸入電路中 讀取各輸入點(diǎn)的狀態(tài)并將此狀態(tài)寫入輸入映像寄存器中 ,也就是刷新輸入映像寄存器的內(nèi)容 自此輸入映像寄存器就與外界隔離 ,無論輸入信號(hào)的狀態(tài)怎樣變化 ,輸入映像寄存器的內(nèi)容都保持不變 ,一直到下一個(gè)掃描周期的 I/O 刷新階段 ,才會(huì)寫進(jìn)新內(nèi)容 . (2)讀輸出元件映像寄存器中的狀態(tài) 將對(duì)應(yīng)輸出繼電器的元件映像寄存器的狀態(tài)傳送到輸出鎖存器電路中 ,再經(jīng)輸出電路的隔離和功率放大送到的輸出端 ,驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行元件動(dòng)作 。 在外設(shè)口服務(wù)階段 ,完成與外設(shè)口連接的外圍設(shè)備如編程器或通信適配器的通信處理 。完成上述各階段的處理后 ,又 返回公共處理階段 ,周而復(fù)始的進(jìn)行掃描 。 PLC 的分類 PLC 一般可按控制規(guī)模和結(jié)構(gòu)形式分類 一、按 PLC 得控制規(guī)模分類 按 PLC 的控制規(guī)模分類， PLC 可分為小型機(jī)、中型機(jī)、大型機(jī)。通常小型機(jī)的控制點(diǎn)數(shù)小于 256 點(diǎn)，用戶程序存儲(chǔ)器的容量小于 8K 字。小型機(jī)常用于單機(jī)控制和小型控制場(chǎng)合，在通信網(wǎng)絡(luò)中常作從站。例如，西門子公司的 S7200PLC 屬于小型機(jī)。小型機(jī)中，太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 控制點(diǎn)數(shù)小于 64 點(diǎn)的為超小型機(jī)或微型 PLC。中型機(jī)的控制點(diǎn)數(shù)一般在 256 點(diǎn)到 2048點(diǎn)范圍內(nèi)，用戶程序存儲(chǔ)器的容量小于 50K 字。中型機(jī)控制點(diǎn)數(shù)較多、控制功能強(qiáng)，常用于中型控制場(chǎng)合，在通信網(wǎng)絡(luò)中可做主站也可做從站。例如，西門子公司的 S7300PLC就屬于中型機(jī)。大型機(jī)的控制點(diǎn)數(shù)在 2048 點(diǎn)以上，用戶程序存儲(chǔ)器的容量達(dá) 50K 字以上。大型機(jī)控制點(diǎn)數(shù)多、功能很強(qiáng)、運(yùn)算速度很快，常用于大型控制場(chǎng)合，在通信網(wǎng)絡(luò)中常作主站。例如，西門子公司的 S7400PLC 就屬于大型機(jī)。以上分類沒有十分嚴(yán)格的界限，隨著 PLC 技術(shù)的飛速發(fā)展，這些界限會(huì)發(fā)生變更。 二、按 PLC 得結(jié)構(gòu)形式分類 PLC 按結(jié)構(gòu)形式可分為整體式、模塊式和疊裝式三類。 （ 1）整體式 PLC 整體式 PLC 是將電源、 CPU、 I/O 部件集中在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低。一般小型 PLC 采用這種結(jié)構(gòu)。整體式 PLC 由不同 I/O 點(diǎn)數(shù)的基本單元和擴(kuò)展單元組成。基本單元內(nèi)有 CPU、 I/O 和電源。擴(kuò)展單元內(nèi)只有 I/O 和電源。整體式 PLC 一般配備有特殊功能單元，如模擬單元、位置控制單元等，使 PLC 的功能得以擴(kuò)展。例如，美國(guó) GE 公司的 GEI/J 系列 PLC 為整體式結(jié)構(gòu)。 （ 2）模塊式 PLC 模塊式結(jié)構(gòu)是將 PLC 各部分分成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如電源模塊、 CPU 模塊、 I/O 模塊和各種功能模塊 。模塊式 PLC 由機(jī)架和各種模塊組成。模塊插在機(jī)架內(nèi)的插座上。模塊式 PLC 配置靈活，裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。一般大、中型PLC 宜采用模塊式結(jié)構(gòu)，例如，西門子公司的 S7300PLC、 S7400PLC 采用模塊式結(jié)構(gòu)形式。有的小型 PLC 也采用這種結(jié)構(gòu)。 （ 3）疊裝式 PLC 將整裝式和模塊式結(jié)合起來，成為疊裝式 PLC。它除了基本單元外還有擴(kuò)展模塊和特殊功能模塊，配置比較方便。疊裝式 PLC 集整體式 PLC 和模塊式PLC 優(yōu)點(diǎn)于一身，它結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、配置靈活、安裝方便。西門子公司的 S7200PLC就是疊裝式結(jié)構(gòu) 形式。 PLC 的接入方式 電力線通信技術(shù)，英文簡(jiǎn)稱 PLC，是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和話音信號(hào)的一種通信方式。該技術(shù)是把載有信息的高頻加載于電流，然后用電線傳輸，接受信息的調(diào)制解調(diào)器再把高頻從電流中分離出來，并傳送到計(jì)算機(jī)或電話上，以實(shí)現(xiàn)信息傳遞。該技術(shù)在不需要重新布線的基礎(chǔ)上，在現(xiàn)有電線上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音和視頻等多業(yè)務(wù)的承載，也就是實(shí)現(xiàn)四網(wǎng)合一。終端用戶只要插上電源插頭，就可以實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)接入。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 PLC 利用 到 30M 頻帶范圍傳輸信號(hào)。在發(fā)送時(shí)，利用 GMSK 或 OFDM 調(diào)制技術(shù)將用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制， 然后在電力線上進(jìn)行傳輸；在接收端，先經(jīng)過濾波器將調(diào)制信號(hào)濾出，再經(jīng)過解調(diào)，就可得到原通信信號(hào)。目前可達(dá)到的通信速率依具體設(shè)備不同在 M～ 45M 之間。 PLC 設(shè)備分為局端和調(diào)制解調(diào)器，局端負(fù)責(zé)與內(nèi)部 PLC 調(diào)制解調(diào)器的通信和與外部網(wǎng)絡(luò)的連接。在通信時(shí)，來自用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)入調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后，通過用戶的配電線路傳輸?shù)骄侄嗽O(shè)備，局端將信號(hào)解調(diào)出來，再轉(zhuǎn)到外部的 Inter。 變頻調(diào)速在控制系統(tǒng)中的運(yùn)用 變頻調(diào)速的發(fā)展及在 調(diào)速 系統(tǒng)中的應(yīng)用 傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)中，直流調(diào)速以其控制容易，調(diào)速精度高等特點(diǎn)長(zhǎng)期占 據(jù)了主導(dǎo)地位，但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，過流能力不強(qiáng)，環(huán)境適應(yīng)差，難以實(shí)現(xiàn)高速度化等原因，一直限制了其應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大。相比較而言，交流異步電機(jī)具有環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、過流能力大、牢固耐用、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易維護(hù)及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但異步電機(jī)的調(diào)速性能難以滿足生產(chǎn)要求。隨著電力電子器件的產(chǎn)生和控制理論的飛速發(fā)展，現(xiàn)代控制理論越來越多的應(yīng)用到交流調(diào)速系統(tǒng)中，使得交流調(diào)速性能可以和直流調(diào)速相媲美、相競(jìng)爭(zhēng)，交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。近年來，電力電子技術(shù)的發(fā)展和 DSP 微處理器的推出，更為高性能交流調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)， 目前己經(jīng)進(jìn)入了實(shí)用化階段，作為眾多調(diào)速方案之一的變頻調(diào)速，其發(fā)展不超過 40 年，卻取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，變頻調(diào)速以其節(jié)能和可平滑調(diào)速，調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用 [22]。 交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制技術(shù)大體經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展階段。 第一個(gè)階段為電壓 /頻率 (U/f)恒定控制，這種控制方法在低頻時(shí)定子電壓較低，定子漏抗壓降所占的份量不能忽略，因此需要人為地把電壓抬高一些，用以補(bǔ)償定子壓降，負(fù)載不同時(shí)需要補(bǔ)償?shù)亩ㄗ訅航抵狄膊灰粯?，在控制軟件中備有不同斜率的補(bǔ)償特性，以便用戶選擇。 第二個(gè)階段是矢量變換控制，它的方法是 模擬直流電動(dòng)機(jī)的控制特點(diǎn)來進(jìn)行交流電動(dòng)機(jī)的控制，通過電機(jī)統(tǒng)一理論和坐標(biāo)變換理論，把交流電動(dòng)機(jī)定子電流分解成磁場(chǎng)定向坐標(biāo)的磁場(chǎng)電流分量和與之相垂直的坐標(biāo)轉(zhuǎn)矩電流分量，把固定的坐標(biāo)系變換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系后，交流量的控制變?yōu)橹绷髁康目刂?，于是等同于直流電?dòng)機(jī)。 第三個(gè)階段為直接轉(zhuǎn)矩控制，也叫直接自控，它