【文章內(nèi)容簡介】 出的特點 . P L C 變頻調(diào)速模塊 操作臺 監(jiān)控系統(tǒng) 380v 電源 速度傳感器 M 測速發(fā)電機 切刀位置傳感器 TG 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 第一 ,靈活性、通用性強。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 ,所有布線和控制柜極有可能重新設(shè)計 ,耗時且費力然而是利用存儲在機內(nèi)的程序?qū)崿F(xiàn)各種控制功能的。因此當工藝過程改變時 ,只需修改程序即可 ,外部接線改動極小 ,甚至可以不必改動 ,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 繼電器控制系統(tǒng)中 ,由于器件的老化、脫焊、觸點的抖動以及觸點電弧等現(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)動作是由無觸點的半導(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)場穩(wěn)定地工作。 PLC 在硬件方面采取電磁屏蔽、光電隔離、多級濾波等措施在軟件方面采取警戒時鐘、故障診斷、自動恢復(fù)等措施 ,并利用后備電池對程序和數(shù)據(jù)進行保護 ,因此被稱為“專為適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境而設(shè) 計的計算機 ” 。 第三 ,編程簡單 ,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。同時設(shè)計人員也可根據(jù)自己的喜好和實際應(yīng)用的要求選擇其他編程語言。標準是編程語言的標準 ,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方式。一個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 ,功能強大 ,可擴展。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 的功能擴展也極為方便 ,硬件配置相當靈活 ,根據(jù)控制要求的改變 ,可以隨時變動特殊功能單元的種類和個數(shù) ,再相應(yīng)修改用戶程序就可以達到變換和增加控制功能的目的。 PLC 以原有的繼電器、邏輯運算、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 ,以軟觸點代替了硬觸點 ,以軟接線代替了硬接線 ,從而使其器件、觸點的壽命達數(shù)萬甚至十萬小時 ,而改變接線的速度則極為迅速。它是由計算機簡化而來的，又有著諸多 自身獨特的優(yōu)勢。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 . 一般小型機是單處理器系統(tǒng)中型機是雙處理器系統(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（論文） 8 機則為多處理器系統(tǒng) ,由字處理器 !位處理器和浮點處理器等組成 . I/O 口 PLC 可連成功能很強的網(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)可級連 ,網(wǎng)上可兼容不同類型的和計算機 ,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行邏輯運算 ,完成時間上的順序控制 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 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，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從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、 I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)， 并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當 PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(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)運行，直到停止運行。 為了進一步提高 PLC 的可靠性，近年來對大型 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 CPU 出現(xiàn) 故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 b、 存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 C、 電源 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 PLC 的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此 PLC 的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在 +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間稱為掃描周期 。 一次循環(huán)過程可歸納為五個階段 ,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 ,要進行復(fù)位監(jiān)視定時器 、 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 , 則只報警 ,但不需要停機 ,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（論文） 10 PLC 在執(zhí)行用戶程序時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)系進行邏輯運算 ,運算結(jié)果再寫入元件映像寄存器中 。 可見 ,在一個掃描周期中元件映像寄存器中的內(nèi)容是可變的 。 在掃描周期的計算階段 ,若預(yù)先設(shè)定了掃描周期的值 ,則進入等待 ,直至達到 該設(shè)定值時掃描再往下進行若掃描周期設(shè)為不定時 ,則要進行掃描周期的計算 。 在 I/O 刷新階段 ,主要作兩件事情 . (1)讀各輸入點的狀態(tài) 從輸入電路中 讀取各輸入點的狀態(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 ,一直到下一個掃描周期的 I/O 刷新階段 ,才會寫進新內(nèi)容 . (2)讀輸出元件映像寄存器中的狀態(tài) 將對應(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)動外部執(zhí)行元件動作 。 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、中型機、大型機。通常小型機的控制點數(shù)小于 256 點，用戶程序存儲器的容量小于 8K 字。小型機常用于單機控制和小型控制場合，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。小型機中，太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 控制點數(shù)小于 64 點的為超小型機或微型 PLC。中型機的控制點數(shù)一般在 256 點到 2048點范圍內(nèi)，用戶程序存儲器的容量小于 50K 字。中型機控制點數(shù)較多、控制功能強，常用于中型控制場合，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。大型機的控制點數(shù)在 2048 點以上，用戶程序存儲器的容量達 50K 字以上。大型機控制點數(shù)多、功能很強、運算速度很快，常用于大型控制場合，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。以上分類沒有十分嚴格的界限，隨著 PLC 技術(shù)的飛速發(fā)展，這些界限會發(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 部件集中在一個機箱內(nèi)。其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低。一般小型 PLC 采用這種結(jié)構(gòu)。整體式 PLC 由不同 I/O 點數(shù)的基本單元和擴展單元組成?；締卧獌?nèi)有 CPU、 I/O 和電源。擴展單元內(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 的功能得以擴展。例如，美國 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 各部分分成若干個單獨的模塊，如電源模塊、 CPU 模塊、 I/O 模塊和各種功能模塊 。模塊式 PLC 由機架和各種模塊組成。模塊插在機架內(nèi)的插座上。模塊式 PLC 配置靈活，裝配方便，便于擴展和維修。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)，英文簡稱 PLC，是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和話音信號的一種通信方式。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，并傳送到計算機或電話上，以實現(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)有電線上實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音和視頻等多業(yè)務(wù)的承載，也就是實現(xiàn)四網(wǎng)合一。終端用戶只要插上電源插頭，就可以實現(xiàn)因特網(wǎng)接入。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 PLC 利用 到 30M 頻帶范圍傳輸信號。在發(fā)送時，利用 GMSK 或 OFDM 調(diào)制技術(shù)將用戶數(shù)據(jù)進行調(diào)制， 然后在電力線上進行傳輸；在接收端，先經(jīng)過濾波器將調(diào)制信號濾出，再經(jīng)過解調(diào)，就可得到原通信信號。目前可達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，局端負責與內(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，來自用戶的數(shù)據(jù)進入調(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)速精度高等特點長期占 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，環(huán)境適應(yīng)差，難以實現(xiàn)高速度化等原因，一直限制了其應(yīng)用范圍的進一步擴大。相比較而言，交流異步電機具有環(huán)境適應(yīng)能力強、過流能力大、牢固耐用、結(jié)構(gòu)簡單、容易維護及價格低廉等優(yōu)點，但異步電機的調(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、相競爭，交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。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)的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)， 目前己經(jīng)進入了實用化階段，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，卻取得了長足的進步，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)點得到了廣泛的應(yīng)用 [22]。 交流電動機變頻調(diào)速控制技術(shù)大體經(jīng)歷了以下幾個發(fā)展階段。 第一個階段為電壓 /頻率 (U/f)恒定控制，這種控制方法在低頻時定子電壓較低，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，用以補償定子壓降，負載不同時需要補償?shù)亩ㄗ訅航抵狄膊灰粯?，在控制軟件中備有不同斜率的補償特性，以便用戶選擇。 第二個階段是矢量變換控制，它的方法是 模擬直流電動機的控制特點來進行交流電動機的控制，通過電機統(tǒng)一理論和坐標變換理論，把交流電動機定子電流分解成磁場定向坐標的磁場電流分量和與之相垂直的坐標轉(zhuǎn)矩電流分量，把固定的坐標系變換為旋轉(zhuǎn)坐標系后，交流量的控制變?yōu)橹绷髁康目刂?，于是等同于直流電動機。 第三個階段為直接轉(zhuǎn)矩控制，也叫直接自控，它