【導讀】橋式起重機作為物料搬運機械在整個國民經濟中有著十分重要的地位，經過幾十年的發(fā)展，我國橋式起重機制造廠和使用部門在設計、制造工藝、設備使用維修、管理方面，不斷積累經驗，不斷改造，推動了橋式起重機的技術進步。但在實際使用中，傳統(tǒng)橋式起重機的控制系統(tǒng)所采用交流繞線轉子串電阻的方法進行啟動和調速，繼電—接觸器控制，在工作環(huán)境差，工作任務重時，電動機以及所串連電阻燒損和斷裂故障時有發(fā)生；繼電—接觸器控制系統(tǒng)可靠性差，操作復雜，故障率高；轉子串電阻調速，機械特性軟，負載變化時轉速也變化，調速不理想。所串連電阻長期發(fā)熱，電能浪費大，效率低。要從根本上解決這些問題，只有徹底改變傳統(tǒng)的控制方式。其中，具有代表性的交流變頻調速裝置和可編程控制器獲得了廣泛的應用，為PLC控制的變頻調速技術在橋式起重機系統(tǒng)提供了有利條件。

　　

【正文】 序的執(zhí)行結果送至輸出端。2) 存儲器 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： a 系統(tǒng)程序存儲器 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)程序是不能有用戶更改的，故所使用的存儲器為只讀存儲器ROM或EPROM. b 用戶程序存儲器 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常改動、調試，故用戶程序存儲器多為可隨時讀寫的RAM。由于RAM掉電會失去數(shù)據(jù)，因此使用RAM作用戶存儲器的PLC，都用后備電池保護 RAM，以免電源掉電時，失去用戶程序。當用戶程序調試修改完畢，不希望被隨意改動時，可將用戶程序寫于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)不會失去，不需要后備電池保護。 c 工作數(shù)據(jù)存儲器 工作數(shù)據(jù)是經常變化、經常存取的一些數(shù)據(jù)。這部分數(shù)據(jù)存儲在RAM中，以適應隨機存取的要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)中，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的開關量輸入/輸出和定時器。計數(shù)器、輔助繼電器等內部繼電器的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，如定時器和計數(shù)器的當前值和設定值。它還用來在存放A/D轉換得到的數(shù)字和數(shù)字運算的結果等。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 I/O單元也稱為I/O模塊。PLC通過I/O單元與工業(yè)生產過程現(xiàn)場相聯(lián)系。輸入單元接收用戶設備的各種控制信號，如限位開關、操作按鈕、選擇開關、行程開關以及其他一些傳感器的信號。通過接口電路將這些信號轉換成中央處理器能夠識別和處理的信號，并存到輸入映像寄存器。運行時CPU從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進行處理，將處理結果放到輸出映像寄存器。輸出映像寄存器由輸出點對應的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號轉換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅動電磁閥、接觸器、指示燈被控設備的執(zhí)行元件。4) 電源部分 PLC一般使用220V的交流電源，內部的開關電源為PLC的中央處理器、存儲器等電路提供5V，+12V，+24V的直流電源，使PLC能正常工作，電源部件的位置形式可有多種，對于整體式結構的CPU，通常電源封裝到機殼內部：對于模塊式PLC，有的采用單獨電源模塊，有的將電源與CPU封裝到一個模塊中。5) 擴展接口 擴展接口用于將擴展單元以及功能模塊與基本單元相連，使 PLC的配置更加靈活以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。6) 通信接口 為了實現(xiàn)“人一機”或“機一機”之間的對話，PLC配有多種通信接口。PLC通過這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機和其他的PLC或計算機相連。 當PLC與打印機相連時，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打??；當與監(jiān)視器 (CRT)相連時，可將過程圖像顯示出來；當與其他PLC相連時，可以組成多機系統(tǒng)或連成網路，實現(xiàn)更大規(guī)模的控制；當與計算機相連時，可以組成多級控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制與管理相結合的綜合性控制。7) 編程器 編程器的作用是提供用戶進行程序的編制、編輯、調試和監(jiān)視。 編程器有簡易型和智能型兩類。簡易型的編程器只能聯(lián)機編程，且往往需要將體形圖轉化為機器語言助記符后，才能輸入。它一般由簡易鍵盤和發(fā)光二級管或其他顯示管件組成。智能型的編程器又稱為圖形編程器，它可以聯(lián)機編程，也可以脫機編程，具有LCD或CRT圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過屏幕對話。還可以利用PC作為編程器，PLC生產廠家配有相應的編程軟件，使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、語句表、功能塊圖和順序功能圖程序，井可以實現(xiàn)不同編程語言的互相轉換。程序被下載到PLC，也可以將PLC中的程序上傳到計算機。程序可以存盤或打印，通過網絡，還可以實現(xiàn)遠程編程和傳送?，F(xiàn)在已有些 PLC不再提供編程器，而且提供微機編程軟件了，并且配有相應的通信連接電纜[6]。 PLC的工作原理 PLC的工作原理、運行方式與傳統(tǒng)的繼電器、接觸器構成的控制系統(tǒng)是不相同的。 繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點（包括其常開或常閉觸點）在繼電器控制線路上都會立即同時動作。PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點（包括其常開或常閉觸點）不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。 繼電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在100ｍｓ以上，PLC采用的是不同于一般微型計算機的運行方式一掃描技術，PLC掃描用戶程序的時間一般均小于100ｍｓ。 PLC的掃描工作過程一般分為3個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新3個階段。完成上述3個階段稱作1個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述3個階段。 1)．輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和描出刷新階段。在這2個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 2)．用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序（梯形圖）。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 3)．輸出刷新階段 當掃描用戶程序結束后，PLC就進人輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時才是PLC的真正輸出。至此，PLC完成了1個工作周期。 PLC抗干擾分析 隨著科學技術的發(fā)展，PLC在工業(yè)控制中的應用越來越廣泛。PLC控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到工業(yè)企業(yè)的安全生產和經濟運行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關系到整個系統(tǒng)可靠運行的關鍵。自動化系統(tǒng)中所使用的各種類型PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產現(xiàn)場和各電機設備上，它們大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求PLC生產廠家用提高設備的抗干擾能力；另一方面，要求工程設計、安裝施工和使用維護中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強系統(tǒng)的抗干擾性能。 干擾源及干擾一般分類影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源與一般影響工業(yè)控制設備的干擾源一樣，大都產生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源，即干擾源。 干擾類型通常按干擾產生的原因、噪聲干擾模式和噪聲的波形性質的不同劃分。其中：按噪聲產生的原因不同，分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等；按噪聲的波形、性質不同，分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等；按噪聲干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法。共模干擾是信號對地的電位差，主要由電網串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共態(tài)(同方向)電壓迭加所形成。共模電壓有時較大，特別是采用隔離性能差的配電器供電室，變送器輸出信號的共模電壓普遍較高，有的可高達130V以上。共模電壓通過不對稱電路可轉換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞(這就是一些系統(tǒng)I/O模件損壞率較高的主要原因)，這種共模干擾可為直流、亦可為交流。差模干擾是指作用于信號兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場在信號間耦合感應及由不平衡電路轉換共模干擾所形成的電壓，這種將直接疊加在信號上，直接影響測量與控制精度。 PLC控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源 1) 來自空間的輻射干擾 空間的輻射電磁場(EMI)主要是由電力網絡、電氣設備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱設備等產生的，通常稱為輻射干擾，其分布極為復雜。若PLC系統(tǒng)置于所射頻場內，就會受到輻射干擾，其影響主要通過兩條路徑：一是直接對PLC內部的輻射，由電路感應產生干擾；二是對PLC通信內網絡的輻射，由通信線路的感應引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場設備布置及設備所產生的電磁場大小，特別是頻率有關，一般通過設置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。 2) 來自系統(tǒng)外引線的干擾 主要通過電源和信號線引入，通常稱為傳導干擾。這種干擾在我國工業(yè)現(xiàn)場較嚴重。 3) 來自電源的干擾 實踐證明，因電源引入的干擾造成PLC控制系統(tǒng)故障的情況很多，在工程調試中遇到過，更換隔離性能更高的PLC電源，問題可得到解決。 PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網供電。由于電網覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應電壓和電路。尤其是電網內部的變化，入開關操作浪涌、大型電力設備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網短路暫態(tài)沖擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊。PLC電源通常采用隔離電源，但其機構及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實際上，由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在，絕對隔離是不可能的。 4) 來自信號線引入的干擾 與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網干擾，這往往被忽視；二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾，即信號線上的外部感應干擾，這是很嚴重的。由信號引入干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動和死機。PLC控制系統(tǒng)因信號引入干擾造成I/O模件損壞數(shù)相當嚴重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。 5) 來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾 接地是提高電子設備電磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發(fā)出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使PLC系統(tǒng)將無法正常工作。 PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統(tǒng)混亂對PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點接地，如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層，當發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時，地線電流將更大。 6) 來自PLC系統(tǒng)內部的干擾 主要由系統(tǒng)內部元器件及電路間的相互電磁輻射產生，如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬于PLC制造廠對系統(tǒng)內部進行電磁兼容設計的內容，比較復雜，作為應用部門是無法改變，可不必過多考慮，但要選擇具有較多應用實績或經過考驗的系統(tǒng)。此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內有會出現(xiàn)感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產生的地環(huán)流就可能在地線上產生不等電位分布，影響PLC內邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC的邏輯運算和數(shù)據(jù)存貯，造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機。模擬地電位的分布將導致測量精度下降，引起對信號測控的嚴重失真和誤動作。 PLC控制系統(tǒng)工程應用的抗干擾設計 為了保證系統(tǒng)在工業(yè)電磁環(huán)境中免受或減少內外電磁干擾，必須從設計階段開始便采取三個方面抑制措施：抑制干擾源、切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑和提高裝置和系統(tǒng)的抗干擾能力。這三點就是抑制電磁干擾的基本原則。 PLC控制系統(tǒng)的抗干擾是一個系統(tǒng)工程，要求制造單位設計生產出具有較強抗干擾能力的產品，且有賴于使用部門在工程設計、安裝施工和運行維護中予以全面考慮，并結合具有情況進行綜合設計，才能保證系統(tǒng)的電磁兼容性和運行可靠性。進行具體工程的抗干擾設計時，應主要以下兩個方面。 1) 設備選型 在選擇設備時，首先要選擇有較高抗干擾能力的產品，其包括了電磁兼容性(EMC)，尤其是抗外部干擾能力，如采用浮地技術、隔離性能好的PLC系統(tǒng)；其次還應了解生產廠給出的抗干擾指標，如共模擬制比、差模擬制比，耐壓能力、允許在多大電場強度和多高頻率的磁場強度環(huán)境中工作；另外是靠考查其在類似工作中的應用實績。在選擇國外進口產品要注意：我國是采用220V高內阻電網制式，而歐美地區(qū)是110V低內阻電網。由于我國電網內阻大，零點電位漂移大，地電位變化大，工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾至少要比歐美地區(qū)高4倍以上，對系統(tǒng)抗干擾性能要求更高，在國外能正常工作的PLC產品在國內工業(yè)就不一定能可靠運行，這就要在采用國外產品時，按我國的標準(GB/T13926)合理選擇。2) 綜合抗干擾設計 主要考慮來自系統(tǒng)外部的幾種如果抑制措施。主要內容包括：對PLC系統(tǒng)及外引線進行屏蔽以防空間輻射電磁干擾；對外引線進行隔離、濾波，特別是原理動力電纜，分層布置，以防通過外引線引入傳導電磁干擾；正確設計接地點和接地裝置，完善接地系統(tǒng)。另外還必須利用軟件手段，進一步提高系統(tǒng)的安全可靠性。 主要抗干擾措施 1) 采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網引入的干擾 在PLC控制系統(tǒng)中，電源占有極重要的地位。電網干擾串入PLC控制系統(tǒng)主要通過PLC系統(tǒng)的供電電源(