【正文】 （ 2021） .西門(mén)子 PLC 編程技術(shù)及工程應(yīng)用 .機(jī)械工業(yè)出版社。同時(shí)感謝同組同學(xué)的默契配合，同樣感謝三年來(lái)給予我支持和幫助的所有老師和同學(xué)。三年來(lái)，我的師長(zhǎng)、我的領(lǐng)導(dǎo)、我的同學(xué)給予我的關(guān)心和幫助，使我終身收益，我真心地感謝他們 . 在本文的撰寫(xiě)過(guò)程中，張福杰老師作為我的指導(dǎo)老師，她治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，視野廣闊，為我營(yíng)造了一種良好的學(xué)術(shù)氛圍。雖然我的論文還有很多不足之處，但我可以自豪的說(shuō)，這里面的每一個(gè)文字，每一幅圖畫(huà)，都有我的勞動(dòng)，看著自己的程序完美的運(yùn)行，什么都已不重要。 圖 小車(chē)處于 2 號(hào)位，按下 SB3,小車(chē)右行 圖 按下 SQ3，小車(chē)停止右行，停在 3 號(hào)位 ②小車(chē)處于 3 號(hào)位的右側(cè)（假設(shè) 4 號(hào)位），仿真如圖 所示，圖 所示。 ①小車(chē)處于 1 號(hào)位，仿真如圖 所示，圖 所示。⑤按下 SB5，如果小車(chē)處于 5 號(hào)位，則停止不動(dòng)；否則小車(chē)右行。 圖 PLC 編程 圖 PLC 編程 圖 PLC 編程 圖 PLC 編程 圖 PLC 編程 有關(guān)說(shuō)明：①按下 SB1，如果小車(chē)處于 1 號(hào)位，則停止不動(dòng)；否則小車(chē)左行。 圖 組合式 PLC 組成示意圖 4. PLC+變頻器在運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 運(yùn)料小車(chē)系統(tǒng)的控制要求 用 PLC（ S7200）和變頻器（ MM44O） 組合對(duì)生產(chǎn)線中的小車(chē)自動(dòng)運(yùn)行進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝（電路）與調(diào)試 ,如圖 所示。 隨著 PLC技術(shù)的飛速發(fā)展，某些小型 PLC也具有中型機(jī)和大型機(jī)的功能，這也是 PLC 發(fā)展的趨勢(shì)。典型的機(jī)型有歐姆龍的 CH200 系列，西門(mén)子公司的 S7300 系列等。這類(lèi) PLC 的價(jià)格低廉，體積小，適用于單臺(tái)設(shè)備開(kāi)發(fā)。 （ 4）在編程手段上直觀、簡(jiǎn)單、方便，易于各行各業(yè)的工程技術(shù)人員掌握。 （ 2）在性能上具有可靠性。 總之，循環(huán)掃描、分別工作是 PLC 控制系統(tǒng)工作的特點(diǎn)。 執(zhí)行程序階段 PLC 根據(jù)從左到右，先上后下的順序掃描原則，逐點(diǎn)掃描。 ④執(zhí)行程序 如果 PLC 處于運(yùn)行狀態(tài)，中央處理器（ CPU）將逐條執(zhí)行用戶指令程序，記按程序要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯、算術(shù)運(yùn)算，再將接過(guò)送到狀態(tài)寄存器中。自診斷內(nèi)容為 I/O 部分、存儲(chǔ)器、 CPU 等，若發(fā)現(xiàn)異常，則停機(jī)，并顯示出錯(cuò)；若正常，則繼續(xù)向下掃描。 PLC 的基本工作原理 的工作流程 PLC 雖然具有與微機(jī)相似的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，但它的工作方式與微機(jī)不同。 ②用戶指令解釋程序―將用戶指令變成機(jī)器語(yǔ)言（二進(jìn)制機(jī)器碼）。 軟件 用戶程序― PLC 使用者編寫(xiě)的，用于實(shí)現(xiàn)具體控制任務(wù)的。 （ 6）編程器 編程器一種是專(zhuān)用編程器，如手持式或臺(tái)式專(zhuān)用編程器。對(duì)于交流 220V 的小型整體式 PLC，其內(nèi)部有一個(gè)開(kāi)關(guān)電源，此電源一方面為 PLC內(nèi)部電路提供 5V 工作電源，另一方面可為外部輸入元件提供直流 24V 電源。當(dāng)用于交流時(shí)。晶體管輸出接口電路只是用于直流負(fù)載為感性時(shí)，需要在負(fù)載兩端并聯(lián)釋放電路。它為交流 100200或者 200240V 交流輸入接口電路。當(dāng)輸入端開(kāi)關(guān) S 閉合時(shí)，光電耦合器 T 導(dǎo)通， TTL 高電平信號(hào)送 PLC 內(nèi)部電路。 （ 2）輸入 /輸出接口 輸入 /輸出接口是 PLC 與外界輸入 /輸出設(shè)備進(jìn)行連接的接口電路 。打印機(jī)、上位計(jì)算機(jī)等）通訊處理； 掃描輸入裝置狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并存入印象寄存器； 在 PLC 處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，按順序逐條執(zhí)行用戶程序，根據(jù)執(zhí)行結(jié)果更新有關(guān)的寄存器和輸出印象寄存器； 將與輸出相關(guān)的數(shù)據(jù)寄存器和輸出印象寄存器的內(nèi)容送給輸出電路。由于 r2 的設(shè)定值隨著溫度的增加而得到補(bǔ)償，保證了輸出轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定。例如，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的等效電阻 r2 就很容易受到溫度的影響而發(fā)生變化，而這種變化又將直接造成變頻器中控制參數(shù)的誤差和引起電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的變化。所以，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行矢量控制和進(jìn)行轉(zhuǎn)差頻率控制時(shí)一樣，除了必須準(zhǔn)確地檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速外，還必須準(zhǔn)確掌握電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部參數(shù) M 和 r2 并將這些參數(shù)輸入變頻器的控制算法。 但是，隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代控制理論在變頻調(diào)速技術(shù)中的應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)，即使不在異步電動(dòng)機(jī)中直接安裝磁通監(jiān)測(cè)裝置，也可以在變頻器內(nèi)部得到與磁通相應(yīng)的量，并由此得到了所謂的無(wú)速度傳感器的矢量控制方式。 但是，在基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式中，除了按照上述方式對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行定常狀態(tài)時(shí)的控制外，還要根據(jù) θ arc tan I2/Im （ ） 的條件對(duì)電動(dòng)機(jī)定子電流的相位進(jìn)行控制，以消除轉(zhuǎn)矩電流過(guò)渡過(guò)程中的波動(dòng)。因此，通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)定子電流的大小和相位（即定子電流矢量），即可以分別對(duì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。而電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)由速度傳感器和變頻器控制電路中的運(yùn)算電路完成。在采用了轉(zhuǎn)差頻率控制方式的變頻器中，上述特性被用于對(duì)象電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。 另一方面，對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，其定子電壓頻率 fs 以電動(dòng)機(jī)的實(shí)際頻率nn 作為同步轉(zhuǎn)速時(shí)的電源頻率 fn，以及轉(zhuǎn)差頻率 fs 三者的關(guān)系可以由 f fn + fs （ ） 輸出。而轉(zhuǎn)差頻率就是這樣一種直接控制轉(zhuǎn)矩的方法。 由于 E/f 控制和 V/f 控制在控制原理上并無(wú)不同，這兩種控制方式通常統(tǒng)稱(chēng)為 V/f 控制。所謂起始轉(zhuǎn)矩增強(qiáng)功能指的是在變頻器的低頻輸出區(qū)域按照某一規(guī)則在變頻器的 輸出電壓上加上一定的補(bǔ)償，從而達(dá)到提高輸出轉(zhuǎn)矩的目的。因此，為了得到與 E/f 控制相近的特性，必須對(duì)這部分壓降進(jìn)行補(bǔ)償。而與此相對(duì)應(yīng)，基于式 的變頻器則被稱(chēng)為 E/f 控制變頻器。 另一方面，從異步電動(dòng)機(jī)的等效電路還可以得知。因此，為了得到理想的轉(zhuǎn)矩 速度特性，在改變電源頻率進(jìn)行調(diào)速的同時(shí)，必須采取必要的措施來(lái)保證電動(dòng)機(jī)的氣隙磁通處于高效狀態(tài)（即保持磁通不變）。 變頻器控制方式和基本原理 V/f 控制 對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)，只要改變其他供 電電源的頻率，既可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到進(jìn)行調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。交流電動(dòng)機(jī)可以分為單相交流電動(dòng)機(jī)和三相交流電動(dòng)機(jī)兩種類(lèi)型，與此相對(duì)應(yīng)，變頻器也分為單相變頻器 和三相變頻器。在超精密加工和高性能機(jī)械區(qū)域中常常要用到高速電動(dòng)機(jī)。此外，高性能專(zhuān)用變頻器往往是為了滿足某些特定產(chǎn)業(yè)或區(qū)域的需要，使變頻器在該區(qū)域中具有最好的性能價(jià)格比而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的。 ②高性能專(zhuān)用變頻器。 過(guò)去，通用型變頻器基本上采用的是電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的 V/f 控制方式，與采用了轉(zhuǎn)矩矢量控制方式的高性能變頻器相比，在轉(zhuǎn)矩控制性能方面要差一點(diǎn)。它主要應(yīng)用于水泵、風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)等對(duì)于系統(tǒng)的調(diào)速性能要求不高的場(chǎng)所，并具有體積小，價(jià)格低等方面的優(yōu)勢(shì)。顧名思義，通用變頻器的特點(diǎn)是其通用性。在上面介紹的變頻器分類(lèi)方式中我們是按照變頻器的工作原理對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)的，但是，對(duì)于一個(gè)變頻器的用戶來(lái)說(shuō)，他關(guān)心更多的也可能是變頻器的用途而不是其工作原理。 由于在進(jìn)行矢量控制時(shí)需要準(zhǔn)確地掌握對(duì)象電動(dòng)機(jī)的有關(guān)參數(shù)，這種控制方式過(guò)去主要用于廠家指定的變頻器專(zhuān)用電動(dòng)機(jī)的控制。矢量控制的基本思想是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流分為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量（勵(lì)磁電流）和與其相垂直的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量（轉(zhuǎn)矩電流）并分別加以控制。 轉(zhuǎn)差頻率控制是利用了速度傳感器的速度閉環(huán)控制，并可以在一定程度上對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，所以和 V/f 控制相比，在負(fù)載發(fā)生較大變化時(shí)仍能達(dá)到較高的速度精度和具有較好的轉(zhuǎn)矩特性。采用 V/f 控制方式的變頻器控制電路成本較低，多用于對(duì)精度要求不太高的通用變頻器。當(dāng)按照工作原理對(duì)變頻器進(jìn)行分類(lèi)時(shí)，按變頻器技術(shù)的發(fā)展過(guò)程可以分為 V/f 控制方式、轉(zhuǎn)差頻率控制方式和矢量控制方式三種。由于這種控制方式對(duì)換流器件的開(kāi)關(guān)速度有較高的要求，所以用換流器件只能使用具有較高開(kāi)關(guān)速度的 IGBT 或 MOSFET 等半導(dǎo)體元器件，目前在大容量變頻器中的利用仍然受到一定限制。 ③高載頻 PWM 控制方式。這種控制方式也稱(chēng)為 SPWM 控制。 PWM 控制是 Pulse Width Modulation 脈沖寬度調(diào)制）控制的簡(jiǎn)稱(chēng)，是在逆變電路部分同時(shí)對(duì)輸出電壓（電流）的幅值和頻率進(jìn)行控制的控制方式。 由于逆變電路換流器件的開(kāi)關(guān)頻率較低，在使用 PAM 控制方式的變頻器進(jìn)行調(diào)速驅(qū)動(dòng)時(shí)具有電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲小，效率高等特點(diǎn)。而在按照逆變電路的開(kāi)關(guān)方式對(duì)變頻器進(jìn)行分類(lèi)時(shí)，則變頻器可以分為 PAM 控制方式， PWM 控制方式和高載頻 PWM 控制方式三種。 對(duì)于電流型變頻器來(lái)說(shuō)，在電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)的過(guò)程中可以通過(guò)將直流中間電路的電壓反向的方式使整流 電路變?yōu)槟孀冸娐?，并將?fù)載的能量回饋給電源。 ②電流型變頻器。 ①電壓型變頻器。下面就根據(jù)這幾種分類(lèi)方法對(duì)變頻器進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的種類(lèi)很多，如晶體管、晶閘管、 GTO、 IGBT 等。 當(dāng)位于同一橋臂上的兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)處于開(kāi)通狀態(tài)時(shí)將會(huì)出現(xiàn)短路現(xiàn)象，并燒毀換流器件。交替打開(kāi)和關(guān)斷這六個(gè)開(kāi)關(guān)，就可以在輸出端得到相位上各相差 120 度（電氣角）的三相交流電源。控制電路的主要作用是將檢測(cè)電路得到的各種信號(hào)送至運(yùn) 算電路，使運(yùn)算電路能夠根據(jù)要求為變頻器主電路提供必要的門(mén)極（基極）驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并對(duì)變頻器以及異步電動(dòng)機(jī)提供必要的保護(hù)。它的主要作用是在控制電路的控制下將平滑電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源。整流電路按其控制方式可以是直流電壓源，也可以是直流電流源。 內(nèi)部電路的基本功能 雖然變頻器的種類(lèi)很多，但內(nèi)部結(jié)構(gòu) 也各不相同，它們的區(qū)別僅僅是控制電路和檢測(cè)電路實(shí)現(xiàn)的不同以及控制算法的不同而已。 通過(guò) PLC 加數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，將 PLC 數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，輸入到變頻器的模擬量控制端子，控制變頻器工作。通過(guò) PLC 的輸入輸出端子的閉合和斷開(kāi)的組合，使變頻器在不同轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。隨著高性能微處理器 8 位片式 CPU 在 PLC 中大量應(yīng)用， PLC 的處理速度大大提高，同時(shí)，增加了浮點(diǎn)運(yùn)算、三角函數(shù)、脈沖調(diào)制輸出、自診斷功能等。我國(guó)從 1974 年開(kāi)始研制， 1977 年開(kāi)始工業(yè)應(yīng)用。 這十大條件主要要求：編程方便，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序，維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)，可靠性高于繼電器控制裝置，體積小于繼電氣控制盤(pán)，數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)，成本可與繼電器控制盤(pán)競(jìng)爭(zhēng)，擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最小。 變頻器技術(shù)是一門(mén)綜合性的技術(shù)，它建立在控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)之上，并隨著這些基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展而不斷得到發(fā)展。隨著同時(shí)期內(nèi)電力電子技術(shù)的發(fā)展，作為交流調(diào)速系統(tǒng)中心的變頻器技術(shù)也得到了顯著的發(fā)展，并逐漸進(jìn)入了實(shí)用階段。但是，直至 20 世紀(jì) 70 年代，交流調(diào)速系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)方面一直未能得到真正令人滿意的成果，也因此限制可交流調(diào)速系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。但是，由于技術(shù) 上的原因，在很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，