【文章內(nèi)容簡介】 傳動形式有不同的控制方法。下面主要說明交流傳動負荷分配的設計。 交流傳動采用變頻調(diào)速后，交流電機沒有像直流調(diào)速那樣明確的電流環(huán)、速度環(huán)，又不能直接控制變頻器內(nèi)的電流環(huán)，所以做負荷分配較為復雜，現(xiàn)在常用也較為實用的方法有： 負荷分配控制器是專門用來解決變頻器、直流調(diào)速裝置的負荷分配問題。這種控制方法簡單，價格低廉。 PLC 控制負荷分配 陜西科技大學畢業(yè)論文 （設計說明書） 8 有些變頻器、直流調(diào)速裝置沒有通訊控制功能，負荷分配只能通過端口控制。我們利用 PLC 作為負荷分配控制器，在 PLC 上擴展 A/D 模塊，采 樣電機電流，依據(jù)負荷分配原理經(jīng)過 PLC 運算處理，輸出數(shù)字量的加速、減速信號連接到速度鏈控制回路，完成負荷分配控制功能。這種控制方法簡單，系統(tǒng)可靠，適用性較好。 通訊控制負荷分配 上述的幾種控制方法都屬于模擬控制，適用于 5 臺電機以下的負荷分配，控制精度比較低。 PLC 通訊控制負荷分配采用全數(shù)字化控制， PLC 采樣電機電流轉(zhuǎn)矩，依據(jù)負荷分配控制算法精確計算，控制變頻器達到負荷平衡?，F(xiàn)在的大多數(shù)公司所生產(chǎn)的變頻器都具有通訊功能。通過現(xiàn)場總線，變頻器可以和工控機、 PLC 之間進行通訊，交換數(shù)據(jù)。解決負 荷分配問題所使用的思路是通過 PLC 通訊，讀到各傳動點的轉(zhuǎn)矩值，將轉(zhuǎn)矩值加以比較，再通過 PLC 通訊調(diào)節(jié)各變頻器的給定頻率，加大或減小該電機的轉(zhuǎn)差率，從而調(diào)整該電機的轉(zhuǎn)矩。 使用 PLC 解決負荷分配問題，其優(yōu)點是：調(diào)試容易、工作可靠，但不適之處在于過于專業(yè)化，對用戶技術(shù)要求較高。 PLC 控制負荷分配可以達到 20點以上，控制精度很高，負荷分配不平衡度可以控制在 3%以內(nèi)。是上述其它控制所不能達到的效果。 現(xiàn)在有些公司的變頻器可以采用轉(zhuǎn)矩控制方式，如 ABB 公司的 ACX600 系列，西門子 公司的 6ES70變頻器等。采用這些變頻器可以利用轉(zhuǎn)矩控制方式解決負荷分配的問題。選取一臺變頻器作為負荷分配主機，這臺變頻器作為主機處于速度控制模式在速度鏈結(jié)構(gòu)上，其它從機選用轉(zhuǎn)矩控制模式，將主機的轉(zhuǎn)矩輸出作為從機的轉(zhuǎn)矩給定，這樣其它從機變頻器的給定信號是轉(zhuǎn)矩，而非一般變頻器的頻率信號。從機時刻跟隨主機轉(zhuǎn)矩的變化，起到負荷分配控制的目的。但是這樣的控制適合于文化紙機的復合壓榨部，不適合于網(wǎng)部、施膠機、光壓等傳動負荷分配。這是因為當從機負載轉(zhuǎn)矩較大時，電機轉(zhuǎn)速低，當負載轉(zhuǎn)矩較小時，電機轉(zhuǎn)速高，空載時甚至達到最大 頻率。這種特性有些類似于直流調(diào)速上的速度調(diào)節(jié)器飽和的電流控制方法。所以要求負載在運行時必須一直處于加壓狀態(tài)或類鋼性連接。這種控制方法進度精度高，動態(tài)相應快，控制品質(zhì)高，但適用范圍小，對負載有一定的要求。 各公司相繼推出多傳動的解決方案，通過其變頻器附加軟件或控制板實現(xiàn)，如 ABB公司的主 從應用宏軟件、西門子的工藝板等。利用這些附件可以很好的解決負荷分配問題。其控制的原理與負荷分配原理不矛盾，利用它可以獲得良好的動態(tài)性能和具有速度限幅保護。提高設備的運行性能和可靠性 。 S7200PLC 在紙機傳動中的應用 9 第三章 PLC 和變頻器技術(shù)簡介 PLC 概述 可編程程序控制器 (Program label Controller)，因為早期主要應用于開關(guān)量的控制，因此也稱為 PLC(programmable Logic Controller)，即是可編程邏輯控制器。現(xiàn)代的可編程控制器是以微處理器為基礎，高度集成的新型工業(yè)控制裝置，是計算機技術(shù)與工業(yè)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)品。 PLC 自問世以來，經(jīng)過 20 年的發(fā)展，己經(jīng)成為最受歡迎的工業(yè)控制類產(chǎn)品。它之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動化的客觀需求外，還有許多獨特的優(yōu)點。它較 好的解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟等問題。 PLC 的基本組成與各部分的作用 PLC 的基本組成 PLC 是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機系統(tǒng)基本相同。按結(jié)構(gòu)形式的不同， PLC 可分為整體式和組合式兩類。整體式 PLC 是將中央處理單元 (CPU)、存儲器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構(gòu)成主機。另外還有獨立的 I/0擴展單元與主機配合使用。主機中， CUP 是 PLC 的核心， I/O 單元是連接 CUP 與現(xiàn)場設備之間的接口電路，通信接口用于 PLC 與編程器和 上位機等外部設備的連接。 組合式 PLC 將 CUP 單元、輸入單元 ,輸出單元、智能 I/0 單元、通信單元等分別做成相應的電路板或模塊，各模塊插在底板上，模塊之間通過底板上的總線相互聯(lián)系。裝有 CPU 單元的底板稱為 CUP 底板，其它稱為擴展底板。 CUP 底板與擴展底板之間通過電纜連接，距離一般不超過 10m 無論哪種結(jié)構(gòu)類型的 PLC，都可以根據(jù)需要進行配置與組合。 PLC 各部分的作用 （ 1）中央處理單元 (CPU) CPU 在 PLC 中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，它是 PLC 的運算、控制中心。 它按照系統(tǒng)程序所賦予的功能， 完成以下任務 : ； 、 LPC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語法錯誤； ，送入 PLC 的數(shù)據(jù)寄存器保存起來； 進入運行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作； 。 （ 2）存儲器 陜西科技大學畢業(yè)論文 （設計說明書） 10 根據(jù)存儲器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下 3 種 : :和各種計算機一樣， PLC 也有其固定的監(jiān)控程序、解釋程序，它們決定了 PLC 的功能，稱為系統(tǒng)程序， 系統(tǒng)程序存儲器就是用來存放這部分程序的。系統(tǒng)程序是不能由用戶更改的，故所使用的存儲器為只讀存儲器 RMO 或 EPROM。 :用戶根據(jù)控制功能要求而編制的應用程序稱為用戶程序，用戶程序存放在用戶程序存儲器中。由于用戶程序需要經(jīng)常改動、調(diào)試，故用戶程序存儲器多為可隨時讀寫的 RMA。由于 ARM 掉電會丟失數(shù)據(jù)，因此使用 RMA 作用戶程序存儲器的 PLC，都有后備電池保護 ARM，以免電源掉電時，丟失用戶程序。當用戶程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動時，可將用戶程序?qū)懭?EPROM。目前較先進的 PLC 采用快閃存 儲器作用戶程序存儲器，快閃存儲器可隨時讀寫，掉電時數(shù)據(jù)不會丟失，不用后備電池保護。 :工作數(shù)據(jù)是經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。這部分數(shù)據(jù)存儲在 ARM 中，以適應隨機存取的要求。在 PLC 的工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)，開辟有元件映像寄存器和數(shù)據(jù)表。元件映像寄存器用來存儲 PLC 的開關(guān)量輸入 /輸出和定時器、計數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部繼電器的 ON/OFF 狀態(tài)。 數(shù)據(jù)表用來存放各種數(shù)據(jù)，它的標準格式是每一個數(shù)據(jù)占一個字。它存儲用戶程序執(zhí)行時的某些可變參數(shù)值。它還用來存放 A/D 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學運算的結(jié)果等。 根據(jù)需 要，部分數(shù)據(jù)在停電時用后備電池維持其當前值，在停電時可以保持數(shù)據(jù)的存儲器區(qū)域稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。 （ 3） I/O 單元 l/0 單元也稱為 1/0 模塊。 PLC 通過 I/0 單元與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場相聯(lián)系，輸入單元接收操作指令和現(xiàn)場的狀態(tài)信息，加控制按鈕、操作開關(guān)和限位開關(guān)、光電管、繼電器觸點、行程開關(guān)、接近開關(guān)等信號，并通過輸入電路的濾波、光電隔離和電平轉(zhuǎn)換等將這些信號轉(zhuǎn)換成 CUP 能夠接收和處理的信號。輸出單元將 CUP 送出的弱電控制信號通過輸出電路的光電隔離和功率放大等方法轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅(qū)動接觸器、電磁閥、 電磁鐵等執(zhí)行元件。 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換概念 A/D 和 D/A 原理 模擬 t轉(zhuǎn)換成數(shù)字 f的基本原理 :輸入信號是現(xiàn)場物理參數(shù) (如溫度、壓力和流量等 )經(jīng)傳感器檢測變成電信號 (弱信號 )，再經(jīng)過放大、濾波之后成為連續(xù)變化的波形。根據(jù)事先確定的頻率對波形采樣，假定采樣四次 (1t、 2t、 3t 和 4t)，如圖 31。將每次的采樣值送給 AD/變換器，則對應每次采樣的電壓值轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號 (H 進制數(shù)字 )。將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成為模擬量的原理 :首先將數(shù)字信號并行輸入給 DA/轉(zhuǎn)換器，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出一個矩形波，經(jīng)過放大濾波之 后即變成一個連續(xù)變化的模擬量輸出信號。 S7200PLC 在紙機傳動中的應用 11 圖 31 采樣圖 模擬量輸入輸出系統(tǒng) 模擬量的輸入在過程控制中的應用很廣泛，如常用的溫度、壓力、速度、流量、堿度、位移等的工業(yè)檢測都是對應電壓、電流的大小模擬量，再通過一定的運算后控制生產(chǎn)過程達到一定的目的 (如恒溫等 )。模擬量輸入的電平大多是從傳感器通過變換后得到的，模擬量輸入信號按 EIC 標準為 420mA 電流信號，或 15V、 1010V、 010V 的直流電壓信號。輸入模塊接收這種模擬信號之后，把它轉(zhuǎn)換成 8位或 10位或 12 位的二進制數(shù)字信號 (最大值分別 為 25 1023 或 4095)，送給中央處理器進行處理。因此，模擬量輸入模塊又叫 D/A 轉(zhuǎn)換輸入模塊。模擬量輸出模塊是將中央處理器的二進制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成 420mA 的電流輸出信號或 O1V0、 1V5 的直流電壓輸出信號，以提供給執(zhí)行機構(gòu)。因此，模擬量輸出模塊又叫 AD/轉(zhuǎn)換輸出模塊。 輸入輸出數(shù)據(jù)的處理 在掃描讀入模擬量值時，處理器從模擬量輸入模塊讀入模擬量并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號值，再將其送入用戶指明的位置。 模擬量輸入模塊提供不止一個通道的輸入，因而只要信號兼容或類型相同，就能連接幾個或十幾個輸入信號。 對于這些信號，不同的 PLC 有不同的處理方式。一般有兩種方式，一是使用指令充分利用多通道一次性將幾個或十幾個值放入寄存器數(shù)據(jù)區(qū)中，稱為塊轉(zhuǎn)移輸入。這種指令可以使用戶將值放置于任意數(shù)據(jù)區(qū)。模塊的地址反映在塊轉(zhuǎn)移指令的配置中，而輸入的數(shù)據(jù)本身在存貯時不受地址的約束。另一種處理方法則跟離散量數(shù)據(jù)輸人存貯方式相似， PLC 將數(shù)據(jù)存貯于與輸入模塊地址相對應的輸入 /輸出映像區(qū)中。同樣，模擬量輸出方式的數(shù)據(jù)處理也存在塊傳輸與輸出映像區(qū)兩種方式。塊傳輸輸陜西科技大學畢業(yè)論文 （設計說明書） 12 入方式的好處是可以由模塊給出每一模塊及各通道的診斷信息，信息刷新速度較快。 塊傳輸輸出方式則可靈活地配置輸出模塊的工作方式。模塊地址通常由機架安插的物理位置所定義，處理器可以根據(jù)軟件 I/0 配置識別插槽中模塊是否為模擬量模塊。 PLC 的主要特點 （ 1）可靠性高、抗干擾能力強，平均故障時間為幾十萬小時。而且 PLC 采用了許多硬件和軟件抗干擾措施。 硬件方面 : ，在微處理與工 /O 電路之間采用光電隔離減少外部干擾源對 PLC 的影響。 ，對供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，減少高頻干擾。且有些模塊還設置了連鎖保護、自診斷電路等。 軟件方面 : 。 ，立即把狀態(tài)重要信息存入指定存儲器，禁止對存儲器進行任何不穩(wěn)定的讀寫操作，以防止存儲器信息被沖掉。 （ 2）編程簡單、使用方便，目前大多數(shù) PLC 采用繼電器控制形式的梯形圖編程方式，很容易被操作人員接受。 （ 3）設計安裝容易，維護工作量少。功能完善、通用性強、體積小、能耗低、性能價格比高。 SiemensS7200 系列 PLC 特性 西門子 S7200系列可編程控制器是當前小型 PLC領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)先進、性能 /價格比高、單元 /模塊齊全的主流產(chǎn)品系列之一。 SIMATICS7200 由硬 件系統(tǒng)和工業(yè)軟件兩大部分構(gòu)成，如下圖。 圖 32 S7200PLC 系統(tǒng)組成 （ 1） S7200 系列 PLC 的存儲系統(tǒng) S7200PLC 在紙機傳動中的應用 13 (a)存儲系統(tǒng) :S7200 系列 PLC 的存儲系統(tǒng)由 RAM 和 EEPROM 兩種型存儲器構(gòu)成， CPU模塊內(nèi) 部配備一定容量的 RAM 和 EEPROM，同時，模塊支持可選的 EEPROM 存儲器卡。 (b)存儲器及使用 :S7200 的程序從廣義上看，由三部分構(gòu)成 :用戶程序、數(shù)據(jù)塊和參數(shù)塊。用戶程序是必選部分，數(shù)據(jù)塊和參數(shù)塊是可選部分，參數(shù)塊主要是指 CPU 的組態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)塊主要是用戶程序執(zhí) 行過中所用到和生成的數(shù)據(jù)。上裝和下裝用戶程序是用 STEP7MIcro/Win32 編程軟件時， PLC 主機和計算機之間的程序、數(shù)據(jù)和參數(shù)的傳送。 當系統(tǒng)運行時有時會出現(xiàn)電源掉電的意外情況，可以設置 CPU 參數(shù)定義可選的保持的存儲區(qū)?？梢远x的存儲區(qū) :變量存儲器 V、通用輔繼電器 M、計數(shù)器 C 和定時器 T(只有 TONR 有記憶接通延時定時器 )?？梢詫⒂脩舫绦虼鎯υ?RAM 中的字節(jié)、字或雙字數(shù)據(jù)備份到 EEPROM 存儲可以保存變量存儲區(qū)任意位置的數(shù)據(jù)。存儲卡是一個便攜式的EEPROM 存器，可以將 PLC 中的程序和重要數(shù)據(jù)進行備份 ，使用方便，可保存 :用程序、CPU 組態(tài)參數(shù)和存儲在 EEPROM 存儲器中的變量存儲器永久區(qū)的數(shù)使用簡單。 （ 2）掃描周期 S7200 系統(tǒng)的掃描周期包括 :輸入處理、執(zhí)行程序