【正文】 系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語(yǔ)言有利于縮短編程時(shí)間，因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定 PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的 PLC 和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。選擇合適的機(jī)型是 PLC 控制系統(tǒng)硬件配置的關(guān)鍵問(wèn)題。在滿足控制要求的前提下，選型時(shí)應(yīng)選擇性價(jià)比最佳的機(jī)型。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)型的選擇可以從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮。(1) I/O 點(diǎn)數(shù)的確定I/O 點(diǎn)數(shù)是衡量可編程控制器規(guī)模大小的重要指標(biāo)。首先必須清楚控制系統(tǒng)的 I/O總點(diǎn)數(shù)，再按實(shí)際所需總點(diǎn)數(shù)的 15～20％留有余量，確定所需 PLC 的點(diǎn)數(shù)，PLC 的 I/O總點(diǎn)數(shù)和種類(lèi)應(yīng)根據(jù)被控對(duì)象所需的模擬量、開(kāi)關(guān)量等輸入/輸出設(shè)備情況（包括模擬量、開(kāi)關(guān)量等輸入信號(hào)和需控制的輸出設(shè)備數(shù)目及類(lèi)型）來(lái)確定。一般控制系統(tǒng)，如果 I/O 點(diǎn)數(shù)較小，且由 PLC 構(gòu)成單機(jī)控制系統(tǒng)，應(yīng)選用小型的 PLC。如果 I/O 點(diǎn)數(shù)過(guò)多，且由 PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)的控制對(duì)象分散，控制級(jí)數(shù)較多，應(yīng)選擇大、中型的 PLC。(2) 存儲(chǔ)器容量的確定一般微型和小型 PLC 的存儲(chǔ)容量是固定的，介于 1～2KB 之間。用戶程序所需內(nèi)存量與很多因素有關(guān)，如開(kāi)關(guān)量 I/O 點(diǎn)數(shù)，模擬量 I/O 點(diǎn)數(shù)，內(nèi)存利用率，編程水平等，因此我們對(duì)用戶存儲(chǔ)容量只能作粗略的估算。一般，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每個(gè) I/O 點(diǎn)及有關(guān)功能元件占用的內(nèi)存量大致如下：開(kāi)關(guān)量輸入元件： 10～20B/點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸出元件： 5～10B/點(diǎn)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器： 3～5B/點(diǎn)模擬量： 80～100B/點(diǎn)通信接口： 每個(gè)接口需要 200B 以上最后，根據(jù)上面算出的總字節(jié)數(shù)，一般按估算容量的 50～100％留有余量，從而選擇合適的 PLC 內(nèi)存。為了適應(yīng)各種各樣的控制信號(hào)，PLC 有多種 I/O 模塊，智能模塊供選擇。I/O 模塊包括開(kāi)關(guān)量 I/O 模塊和模擬量 I/O 模塊。PLC 輸入模塊的任務(wù)是檢測(cè)并轉(zhuǎn)換來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（按鈕、限位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)等）的高電平信號(hào)為機(jī)器內(nèi)部的電平信號(hào)。開(kāi)關(guān)量輸入模塊的類(lèi)型分直流 5V、12V、24V、48V 幾種，交流 110V、220V 兩種。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件與模塊之間的距離選擇電壓的大小。距離較近時(shí)，可選擇電壓等級(jí)低一些的模塊，如 5V、12V、24V 等。距離較遠(yuǎn)的設(shè)備選用較高電壓的模塊比較可靠。另外，對(duì)于高密度的輸入模塊，如 32 點(diǎn)或 64 點(diǎn)，同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般來(lái)講，同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)最好不超過(guò)模塊總點(diǎn)數(shù)的 60％，以保證輸入/輸出點(diǎn)承受負(fù)載能力在允許范圍內(nèi)。為了提高控制系統(tǒng)的可靠性，必須考慮門(mén)檻電平（輸入點(diǎn)的接通電平和關(guān)斷電平的差值）的大小。門(mén)檻電平值越大，抗干擾能力越強(qiáng)，傳輸距離也就越遠(yuǎn)。還有在進(jìn)行連接配線時(shí)，存在著不同程度的漏電流。因此在輸入端并聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娮韬碗娙?，以降低輸入總阻抗。模擬量輸入模塊的輸入可以是電壓信號(hào)或電流信號(hào)。在選用時(shí)一定要注意與現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程檢測(cè)信號(hào)范圍相對(duì)應(yīng)。PLC 輸出模塊的任務(wù)時(shí)將機(jī)器內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)換為外部過(guò)程的控制信號(hào)。開(kāi)關(guān)量輸出模塊的輸出電流必須大于負(fù)載電流的額定值，同時(shí)還應(yīng)注意同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)的電流累計(jì)值必須小于公共端所允許通過(guò)的電流值。對(duì)于開(kāi)關(guān)頻率高、電感性、低功率因數(shù)的交流負(fù)載可選用晶閘管輸出模塊；而對(duì)于開(kāi)關(guān)頻率較高的直流負(fù)載，可選用晶體管輸出模塊。模擬量輸出模塊的輸出類(lèi)型有電壓輸出和電流輸出兩種，在使用時(shí)要根據(jù)負(fù)載情況選擇。西門(mén)子提供了 EM231 4 路模擬量輸入、 EM231 AI 4 路熱電偶、EM231 AI 2 路熱電偶（RTD） 、EM232 2 路模擬量輸出模塊、EM235 4 輸入 1 輸出組合模塊等，可根據(jù)實(shí)際情況選用。PLC 的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn) PLC 應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)要求設(shè)計(jì)和選用外，一般 PLC 的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用 220VAC 電源，與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。 如果 PLC 本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入 PLC，對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡(jiǎn)單的二極管或熔絲管隔離。 選擇 PLC 時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。 輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì) CPU 選用、存儲(chǔ)器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。目前，中小型 PLC 種類(lèi)繁多，發(fā)展迅速，使用范圍從替代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。其中，西門(mén)子（SIEMENS）公司 S7200 系列小型 PLC 在同行業(yè)中處于領(lǐng)先地位，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。其強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。S7200 系列小型 PLC 應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋了所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等。S7200 系列 PLC，有 4 個(gè)不同的基本型號(hào)的 8 種 CPU 可提供選用。根據(jù)控制要求結(jié)合本次設(shè)計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)情況，我選擇的是 CPU226，EM223（16 點(diǎn)）和 EM221（16 點(diǎn)） 。 CPU226：寬度 W 為 、高度 H 為 80mm、深度 D 為 62mm；CPU226 功能最強(qiáng)的單元，可完全滿足一些中小型復(fù)雜控制系統(tǒng)的要求。表 51 列出了 PLC 模塊型號(hào)的I/O 點(diǎn)數(shù)。圖 為 PLC 的接線圖。表 51 PLC 模塊型號(hào)型 號(hào) 本機(jī)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)（I/O）繼電器輸出 晶體管輸出 輸入點(diǎn)數(shù)（I）輸出點(diǎn)數(shù)（O）CPU226AC/DC CPU226DC/DC/DC 24 16EM223 EM223 16 16EM221 EM221 16 0 圖 CPU226 I/O 接線圖(3) 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 選擇 PLC 時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。 輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì) CPU 選用、存儲(chǔ)器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。 變頻器的選配 概述 通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱(chēng)作“變頻器” 。使用變頻器的家電產(chǎn)品中不僅有電機(jī)（例如空調(diào)等） ，還有熒光燈等產(chǎn)品。用于電機(jī)控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。但用于熒光燈的變頻器主要用于調(diào)節(jié)電源供電的頻率。汽車(chē)上使用的由電池（直流電）產(chǎn)生交流電的設(shè)備也以“inverter”的名稱(chēng)進(jìn)行出售。變頻器的工作原理被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。例如計(jì)算機(jī)電源的供電，在該項(xiàng)應(yīng)用中，變頻器用于抑制反向電壓、頻率的波動(dòng)及電源的瞬間斷電。 對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，目前工業(yè)生產(chǎn)中所使用的變頻器可分為交—直—交電壓源型 SPWM 變頻器和交—直—交電流源型 SPWM 變頻器兩種，當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最多、最廣泛的變頻器是交—直—交電壓源型 SPWM 變頻器。這類(lèi)變頻器的主電路用不可控整流器、用 SPWM 逆變器，其輸出電壓波形接近正弦波。由于這類(lèi)變頻器通用性好，因此通常稱(chēng)為通用變頻器。20 世紀(jì) 90 年代末以來(lái)，變頻器制造廠家對(duì)這類(lèi)變頻器增加了矢量控制功能，即恒壓頻比控制方式和矢量控制方式都集于裝置中，成為多控制方式變頻器，用戶可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求通過(guò)設(shè)置選擇控制方式。 變頻器控制原理圖設(shè)計(jì)（1）首先確認(rèn)變頻器的安裝環(huán)境 ①工作溫度：變頻器內(nèi)部是大功率的電子元件，極易受到工作溫度的影響，產(chǎn)品一般要求為 0～55℃，但為了保證工作安全、可靠，使用時(shí)應(yīng)考慮留有余地，最好控制在 40℃以下。在控制箱中，變頻器一般應(yīng)安裝在箱體上部，并嚴(yán)格遵守產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中的安裝要求，絕對(duì)不允許把發(fā)熱元件或易發(fā)熱的元件緊靠變頻器的底部安裝。 ② 環(huán)境溫度：溫度太高且溫度變化較大時(shí)，變頻器內(nèi)部易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，其絕緣性能就會(huì)大大降低，甚至可能引發(fā)短路事故。必要時(shí)，必須在箱中增加干燥劑和加熱器。在水處理間，一般水汽都比較重，如果溫度變化大的話，這個(gè)問(wèn)題會(huì)比較突出。 ③腐蝕性氣體：使用環(huán)境如果腐蝕性氣體濃度大，不僅會(huì)腐蝕元器件的引線、印刷電路板等，而且還會(huì)加速塑料器件的老化，降低絕緣性能。 ④振動(dòng)和沖擊：裝有變頻器的控制柜受到機(jī)械振動(dòng)和沖擊時(shí)，會(huì)引起電氣接觸不良?；窗矡犭娋统霈F(xiàn)這樣的問(wèn)題。這時(shí)除了提高控制柜的機(jī)械強(qiáng)度、遠(yuǎn)離振動(dòng)源和沖擊源外，還應(yīng)使用抗震橡皮墊固定控制柜外和內(nèi)電磁開(kāi)關(guān)之類(lèi)產(chǎn)生振動(dòng)的元器件。設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行檢查和維護(hù)。 ④電磁波干擾：變頻器在工作中由于整流和變頻，周?chē)a(chǎn)生了很多的干擾電磁波，這些高頻電磁波對(duì)附近的儀表、儀器有一定的干擾。因此，柜內(nèi)儀表和電子系統(tǒng)，應(yīng)該選用金屬外殼，屏蔽變頻器對(duì)儀表的干擾。所有的元器件均應(yīng)可靠接地，除此之外，各電氣元件、儀器及儀表之間的連線應(yīng)選用屏蔽控制電纜，且屏蔽層應(yīng)接地。如果處理不好電磁干擾，往往會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法工作，導(dǎo)致控制單元失靈或損壞。 （2）變頻器和電機(jī)的距離確定電纜和布線方法 ①變頻器和電機(jī)的距離應(yīng)該盡量的短。這樣減小了電纜的對(duì)地電容，減少干擾的發(fā)射源。 ②控制電纜選用屏蔽電纜，動(dòng)力電纜選用屏蔽電纜或者從變頻器到電機(jī)全部用穿線管屏蔽。 ③電機(jī)電纜應(yīng)獨(dú)立于其它電纜走線，其最小距離為 500mm。同時(shí)應(yīng)避免電機(jī)電纜與其它電纜長(zhǎng)距離平行走線，這樣才能減少變頻器輸出電壓快速變化而產(chǎn)生的電磁干擾。如果控制電纜和電源電纜交叉，應(yīng)盡可能使它們按 90 度角交叉。與變頻器有關(guān)的模擬量信號(hào)線與主回路線分開(kāi)走線，即使在控制柜中也要如此。 ④與變頻器有關(guān)的模擬信號(hào)線最好選用屏蔽雙絞線，動(dòng)力電纜選用屏蔽的三芯電纜（其規(guī)格要比普通電機(jī)的電纜大檔）或遵從變頻器的用戶手冊(cè)。 （3）變頻器控制原理圖 ①主回路：電抗器的作用是防止變頻器產(chǎn)生的高次諧波通過(guò)電源的輸入回路返回到電網(wǎng)從而影響其他的受電設(shè)備，需要根據(jù)變頻器的容量大小來(lái)決定是否需要加電抗器。濾波器是安裝在變頻器的輸出端，減少變頻器輸出的高次諧波，當(dāng)變頻器到電機(jī)的距離較遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)該安裝濾波器。雖然變頻器本身有各種保護(hù)功能，但缺相保護(hù)卻并不完美，斷路器在主回路中起到過(guò)載，缺相等保護(hù)，選型時(shí)可按照變頻器的容量進(jìn)行選擇?？梢杂米冾l器本身的過(guò)載保護(hù)代替熱繼電器。 ②控制回路：具有工頻變頻的手動(dòng)切換，以便在變頻出現(xiàn)故障時(shí)可以手動(dòng)切工頻運(yùn)行，因輸出端不能加電壓，固工頻和變頻要有互鎖。 （4）變頻器的接地變頻器正確接地是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，抑制噪聲能力的重要手段。變頻器的接地端子的接地電阻越小越好，接地導(dǎo)線的截面不小于 4mm，長(zhǎng)度不超過(guò) 5m。信號(hào)線的屏蔽層一端接到變頻器的接地端，另一端浮空。變頻器與控制柜之間電氣相通。 變頻器選型 變頻器選型時(shí)要確定以下幾點(diǎn)（1）采用變頻的目的：恒壓控制或恒流控制等。 （2） 變頻器的負(fù)載類(lèi)型：如葉片泵或容積泵等，特別注意負(fù)載的性能曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時(shí)的方式方法。 （3）變頻器與負(fù)載的匹配問(wèn)題： ①電壓匹配；變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。 ②電流匹配；普通的離心泵，變頻器的額定電流與電機(jī)的額定電流相符。對(duì)于特殊的負(fù)載如深水泵等則需要參考電機(jī)性能參數(shù)，以最大電流確定變頻器電流和過(guò)載能力。 ③轉(zhuǎn)矩匹配；這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝置時(shí)有可能發(fā)生，所以要盡可能避免這種情況。 ④ 在使用變頻器驅(qū)動(dòng)高速電機(jī)時(shí)，由于高速電機(jī)的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。因此用于高速電機(jī)的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機(jī)的選型。 ⑤變頻器如果要長(zhǎng)電纜運(yùn)行時(shí)，此時(shí)要采取措施抑制長(zhǎng)電纜對(duì)地耦合電容的影響，避免變頻器出力不足，所以在這樣情況下，變頻器容量要放大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。 ⑥ 對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，如高溫，高海拔，此時(shí)會(huì)引起變頻器的降容，變頻器容量要放大一擋。 根據(jù)以上分析和本次設(shè)計(jì)實(shí)際要求我們選擇三菱 FR—E540——CH 變頻器，它使用的功率是 。這種型號(hào)的變頻器端子接線圖、主回路端子說(shuō)明及控制回路端子說(shuō)明如下：105U3SDTFCBAL2WVRHME4NP+圖 變頻器端子接線圖表 52 主回路端子說(shuō)明 端子記號(hào) 端子名稱(chēng) 說(shuō)明L1，L2，L3(注) 電源輸入連接工頻電源。當(dāng)使用高功率因數(shù)整流器時(shí)不要接任何東西。U，V，W 變頻器輸出 接三相鼠籠電機(jī)。+，PR 連接制動(dòng)電阻器 在端子+—PR 之間連接選件制動(dòng)電阻器。+， 連接制動(dòng)單元 連接選件制動(dòng)單元或高功率