【正文】 計算機通信模式通過RS－232或RS－485接口電路和通信電纜可將變頻器的PU接口與PLC、數(shù)字化儀表和計算機(稱為上位機)相連接，實現(xiàn)數(shù)字化。啟動信號用控制面板(PU)設定，采用外部頻率設定電位器設定頻率。這種模式的功能與參數(shù)設定通過Pr 79＝3來實現(xiàn)。啟動信號用外部信號設定，采用按鈕、繼電器、PLC指令等控制STF和STR。組合操作模式外部操作模式與控制面板(PU)組合操作時，可按下列兩種方法中的任意一種操作來控制變頻器。也可通過功能與參數(shù)設定Pr79＝2來實現(xiàn)。出線端子7－6 三菱FR－A540系列變頻器有哪幾種操作模式，各操作模式有什么不同？【參考答案】面板(PU)操作模式變頻器的操作可以直接在變頻器面板(PU)上進行，也可以將操作面板摘下來，通過專用標準接口(RS－232或RS－485)用電纜連接進行不同距離的操作。逆變橋的橋臂的可控硅的類型主要是IGBT—絕緣珊雙極型晶體管。圖中Tfr為制動晶體管，PAPB連接制動電阻。當直流母線電壓超過某規(guī)定電壓時，制動晶體管導通，直流母線電容和電機向制動電阻釋放能量，使直流母線電壓降低，降低到另一規(guī)定電壓后，制動晶體管截止。有些應用中，為了提高變頻器的動態(tài)能力，或者在斷電瞬間保持變頻器斜坡停車，需要外加蓄電池或電容，需要考慮回路其它部件的承受能力。該電容的形式為電解電容，對于中大功率變頻器，需要將多個電容并聯(lián)。該電阻稱為預充電電阻，該接觸器稱為預充電接觸器或預充電繼電器。為了保護儲能電容，需要在直流母線中串聯(lián)一個電阻。但隨著負載的波動，直流母線電壓也會波動。整流橋大多數(shù)變頻器采取三相全波整流，整流器件為功率二極管。進線電源的相序不影響電機的轉(zhuǎn)向。圖71 變頻器結(jié)構(gòu)原理圖進線端子變頻器的進線電源可以是三相380500V，或三相200－240V，也可以是單相200－240V；也可以是690V。矢量控制是一種高性能異步電動機控制方式，它基于電動機的動態(tài)數(shù)學模型分別控制電機的轉(zhuǎn)矩電流和勵磁電流，具有與直流電動機相類似的控制性能。此外，必須直接或間接地得到轉(zhuǎn)子磁鏈在空間上的位置才能實現(xiàn)定子電流解耦控制，在這種矢量控制系統(tǒng)中需要配置轉(zhuǎn)子位置或速度傳感器，給許多應用場合帶來不便。7－4 矢量控制的基本思想是什么？【參考答案】矢量控制也稱磁場定向控制，矢量控制的基本點是控制轉(zhuǎn)子磁鏈，以轉(zhuǎn)子磁通定向，然后分解定子電流，使之成為轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量，經(jīng)過坐標變換實現(xiàn)正交或解耦控制。 如果是V/F控制，基頻以下是恒轉(zhuǎn)矩控制，電壓V和頻率f 是成正比關(guān)系基頻以上的變頻調(diào)速控制方式基頻以上的變頻調(diào)速時，頻率應該從f1N 向上升高，但定子電壓Us卻不可能超過額定電壓UsN ，最多只能保持Us=UsN ，這將迫使磁通與頻率成反比的降低，相當于直流電機若磁升速的情況。定子每相電動勢：由上式可知，只要控制好Es和f1，便可達到控制磁通的目的，對此，需要考慮基頻（額定頻率）以下和基頻以上兩種情況。變頻器的英文標識為VSD，VFD，Converter，Inverter，Speed Drive等實際也稱為VVVF：即Variable Voltage Variable Frequency，原因是在改變電源頻率的同時，必須保證供電電壓同時改變。調(diào)節(jié)供電電源頻率的裝置就稱為變頻器?！緟⒖即鸢浮恐付〝?shù)據(jù)寄存器D0為計數(shù)器C3的設定值，此時，計數(shù)器C3的設定值為D0中的數(shù)據(jù)。設C3的常數(shù)設定值為K10，當X000為ON時設定值改為K20；當X001為ON時設定值改為K60?！緟⒖即鸢浮繑?shù)據(jù)寄存器D30 中存放D10和D20中儲存數(shù)據(jù)的差的絕對值。設計梯形圖并寫出指令表。根據(jù)上述要求用經(jīng)驗設計法設計控制程序。PLC控制電路原理圖如圖66所示。試畫出主電路和PLC外部接線圖，并用經(jīng)驗設計法設計出梯形圖程序?！緟⒖即鸢浮寇浽x表61 軟元件定義表序號地址名稱備注1X0起動2Y0電機起動3T0運行延時4T1停止延時5C0循環(huán)計數(shù)6M0停止標志梯形圖指令表6－11 用PLC實現(xiàn)兩臺三相異步電動機的控制。圖63三相異步電動機正反轉(zhuǎn)的主回路原理圖圖64 PLC控制電路原理圖梯形圖指令表6－10有一臺電動機，要求當按下啟動按鈕時，電動機運轉(zhuǎn)10s，停止5s，重復執(zhí)行6次操作，電動機自動停機?！緟⒖即鸢浮侩姎庠韴D三相異步電動機正反轉(zhuǎn)的主回路原理圖如圖63所示。FX系列的功能指令可分為程序控制、傳送與比較、算術(shù)與邏輯運算、移位與循環(huán)、數(shù)據(jù)處理、高速處理、方便指令、外部輸入輸出處理、FX系列外部設備指令等幾類。6－6什么是功能指令？功能指令共有幾大類？【參考答案】FX系列PLC除了基本指令和步進指令外，還有許多功能指令。PLC大多采用梯形圖進行編程，因梯形圖符號及其含義與傳統(tǒng)的電器控制線路相似，形象直觀，易學易懂。由于采用模塊化設計，可以方便的擴展多種特殊功能模塊，如觸摸屏、高速計數(shù)、位置控制、運動控制等，可根據(jù)不同的需求方便地進行組合，構(gòu)成滿足各種控制要求的自動化系統(tǒng)。對模板和機箱進行完善的電磁兼容性設計等（2）功能強大，擴展靈活方便。軟件方面除了采用數(shù)字濾波技術(shù)和數(shù)字校驗等技術(shù)外，還設置了自檢和故障診斷程序。（1）可靠性高，抗干擾能力強。6－4 FX2N－4AD和FX2N－4DA各自的識別碼為多少?【參考答案】FX2N－4AD的識別碼是：K2010FX2N－4DA的識別碼是：K30206－5試比較PLC控制系統(tǒng)與繼電器－接觸器控制系統(tǒng)的特點。M8028為ON時，在FROM和TO指令執(zhí)行過程中，禁止中斷；在此期間發(fā)生的中斷在FROM和TO指令執(zhí)行完后執(zhí)行。寫特殊功能模塊指令TO(FNC79)寫特殊功能模塊指令TO的源操作數(shù)可取所有的數(shù)據(jù)類型，[m1]、[m2]、[n]取值范圍與讀特殊功能模塊指令相同。接在FX系列PLC基本單元右邊擴展總線上的功能模塊，從最靠基本單元的那個開始，其編號依次為0～7。圖62 讀/寫特殊功能模塊指令讀特殊功能模塊指令FROM(FNC78)讀特殊功能模塊指令FROM的目標操作數(shù)為KnY，KnM，KnS，T，C，D，V和Z。6－3在特殊功能模塊中經(jīng)常要用到PLC的功能指令FROM和TO指令，解釋這兩條指令的含義。在程序執(zhí)行階段，CPU對用戶程序按順序進行掃描，并分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器及其他寄存器中獲得所需的數(shù)據(jù)并進行處理，再將程序執(zhí)行結(jié)果寫入有關(guān)的元件寄存器中保存。輸出刷新階段也是集中批處理過程。（5）輸出刷新階段。在執(zhí)行階段，CPU對用戶程序按順序進行掃描，掃描順序總是從上到下，從左至右。只有在采樣刷新時刻，輸入映像寄存器中的內(nèi)容才與輸入信號一致，其他時間范圍內(nèi)無論輸入接點狀態(tài)作如何變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容保持不變，直到下一個掃描周期的輸入處理階段，才讀入輸入接點的新狀態(tài)。在此階段，PLC按順序逐個采集所有輸入端子上的信號，而不論輸入端子上是否接線。在CPU對PLC自檢、對警戒時鐘WDT清零結(jié)束后，PLC檢查是否有與編程器、智能模塊或上位機等的通信請求，如果沒有，則自動進入下一循環(huán)周期。CPU檢測PLC各器件的狀態(tài)，如出現(xiàn)異常再進行診斷，并給出故障信號，或自行處理，這樣有助于及時發(fā)現(xiàn)或提前預報系統(tǒng)的故障，提高系統(tǒng)的可靠性。圖61 PLC的掃描過程（1）內(nèi)部處理階段。6－2請細說明PLC的掃描工作原理。為了實現(xiàn)“人機”或“機機”之間的對話，PLC配有多種通信接口電路，可以與監(jiān)視器、打印機、其他的PLC或上位計算機相連接。 編程器分簡易型、智能型和計算機3類。PLC運行時，可通過編程器測試、監(jiān)控PLC的輸入輸出接點及其他內(nèi)部資源的狀態(tài)。編程器編程器是PLC的一個附件，通過接口與PLC的CPU聯(lián)系，完成人機對話。輸出信號包括開關(guān)量和模擬量2種，故輸出接口電路也分為開關(guān)量和模擬量2種。輸出部件用于控制或驅(qū)動負載，如繼電器線圈、接觸器線圈、電磁閥線圈、信號指示燈等。輸入信號包括數(shù)字量和模擬量2種類型。輸入接口電路用于現(xiàn)場輸入信號與CPU之間的連接和信號轉(zhuǎn)換。輸入單元PLC的輸入單元包括輸入部件和輸入接口電路。用戶程序存放在隨機存儲器RAM中。存儲器模塊PLC中的存儲器有2種，即只讀存儲器ROM、PROM、EPROM或EEPROM和可讀/寫存儲器RAM。進入運行狀態(tài)后，CPU以掃描方式接收用戶現(xiàn)場輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)并存入輸入狀態(tài)表和數(shù)據(jù)寄存器中；再從存儲器逐條讀取用戶程序，經(jīng)命令解釋后，根據(jù)運算結(jié)果更新有關(guān)標志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容，再根據(jù)輸出狀態(tài)表的位狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的有關(guān)內(nèi)容實現(xiàn)輸出控制、數(shù)據(jù)通訊等功能。中央處理單元(CPU模塊)CPU是PLC的核心部件，用來實現(xiàn)邏輯運算、算術(shù)運算并對整機進行協(xié)調(diào)控制。第6章 可編程控制器及其應用習題與思考題6－1 PLC主要由哪幾部分組成，各有什么作用？【參考答案】PLC的硬件結(jié)構(gòu)與計算機相似，主要由CPU模塊、存儲器模塊、專門設計的輸入輸出接口、電源模塊、編程器、通信接口等組成?！緟⒖即鸢浮靠刂齐娐吩韴D如圖52所示，圖中：M1：水泵電機QF1：低壓斷路器FUFU2保險絲FR1：熱繼電器KM1：水泵電機接觸器SQ1：浮球開關(guān)，最高水位檢測，高于最高水位，SQ1斷開SQ2：浮球開關(guān)，最低水位檢測，低于最低水位，SQ2閉合SB1：停止按鈕SB2：起動按鈕圖52 游泳池自動進水控制電路原理圖工作原理：按下啟動按鈕SB2，若水池水位低于最高水位，SQ1常閉觸點閉合，KM1接觸器線圈得電，水泵電機M1啟動，直到水位高于最高水位，SQ1常閉觸點斷開，KM1接觸器線圈失電，泵電機M1停止。主要設備選型如表52所示。（4）熱繼電器熱繼電器的整定電流都是可以調(diào)整。（3）交流接觸器根據(jù)電機功率選擇合適大小就行，額定電流32A。熔體額定電流 IF必須躲開起動電流，但對短路電流仍能起保護作用。（1）斷路器選型，即，選擇額定電流25A。本題中，電機額定功率為5kw、額定電壓為380v、。由于不同的電機、不同的負荷、不同的啟動方式，啟動所需的時間是不相同的，平均電流就有很大區(qū)別。接觸器、按鈕、熔斷器，熱繼電器、電源開關(guān)等電器的型號和規(guī)格電機的啟動電流不是一個定值，在電機啟動過程中，這個電流由大到小在變化。圖51 三相異步電動機控制線路電氣原理圖控制原理：當按下啟動按鈕SB2后，電源U1相通過熱繼電器FR動斷接點、停止按鈕SB1的動斷接點、啟動按鈕SB2動合接點及交流接觸器KM的線圈接通電源V1相，使交流接觸器線圈帶電而動作，其主觸頭閉合使電動機轉(zhuǎn)動。并選用接觸器、按鈕、熔斷器，熱繼電器、電源開關(guān)等電器的型號和規(guī)格。5－3某生產(chǎn)設備使用一臺電動機，其額定功率為5kw、額定電壓為380v、。邏輯設計法邏輯設計法即邏輯分析設計方法，是根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，利用邏輯代數(shù)來分析、化簡、設計控制電路的方法，這種設計方法能夠確定實現(xiàn)一個開關(guān)量邏輯功能的自動控制電路所必須的、最少的中間繼電器的數(shù)目，以達到使控制電路最簡潔的目的。經(jīng)驗設計法的設計過程比較簡單，但必須熟悉大量的基本控制電路，掌握多種典型電路的設計資料，同時具有豐富的實踐經(jīng)驗。經(jīng)驗設計法經(jīng)驗設計法是根據(jù)生產(chǎn)機械的工藝要求和加工過程，利用各種典型的基本控制環(huán)節(jié)，加以修改、補充、完善，最后得出最佳方案。電路圖中的圖形符號及文字符號一律按國家標準繪制。⑤ 謹慎積極地采用新技術(shù)、新工藝。 ③ 正確、合理地選用電氣元件，確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠地工作。② 在滿足控制要求前提下，電氣控制電路應力求安全、可靠、經(jīng)濟、實用、使用維護方便，不要盲目追求自動化和高指標。繼電器－接觸器控制系統(tǒng)設計的原則由于繼電器－接觸器控制系統(tǒng)是整個生產(chǎn)設備的一部分，所以在設計前要收集相關(guān)資料，進行必要的調(diào)查研究。（2）工藝設計的主要內(nèi)容工藝設計的主要目的是便于組織電氣控制裝置的制造與施工，實現(xiàn)電氣原理圖設計的功能和各項技術(shù)指標，為設備的制造、調(diào)試、維護和使用提供必要的圖紙資料。（1）電氣原理圖設計的主要內(nèi)容電氣原理圖設計是繼電器－接觸器控制系統(tǒng)設計的核心，是工藝設計和制定其他技術(shù)資料的依據(jù)。但半閉環(huán)系統(tǒng)比閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，造價低且安裝、調(diào)試方便，故這種系統(tǒng)被廣泛用于中小型數(shù)控機床上。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)半閉環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)是一致的，不同點在于閉環(huán)系統(tǒng)環(huán)內(nèi)包括較多的機械傳動部件，傳動誤差均可被補償，理論上精度可以達到很高。但由于受機械變形、溫度變化、振動等因素的影響，系統(tǒng)的穩(wěn)定性難以調(diào)整，且機床運行一段時間后，在機械傳動部件的磨損、變形等因素的影響下，系統(tǒng)的穩(wěn)定性易改變，使精度發(fā)生變化。4－15 數(shù)控機床的開環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)有何特點？分別適用于什么場合？【參考答案】開環(huán)伺服系統(tǒng)開環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，但精度較低，低速時不穩(wěn)定，高速時扭矩小，一般用于中、低檔數(shù)控機床或普通機床的數(shù)控改造上。伺服放大器將差值放大后用來控制伺服電動機，使系統(tǒng)向著減小偏差的方向運行，直到偏差為零，系統(tǒng)停止工作。主包含驅(qū)動電路、執(zhí)行元件（伺服電機）、傳動機構(gòu)、檢測元件及反饋電路等部分。4－14 閉環(huán)伺服系統(tǒng)有哪幾部分組成？試述其工作原理。CNC裝置利用內(nèi)部自診斷程序?qū)C床各部件的運行狀態(tài)進行故障診斷，并對故障加以提示。CNC裝置的顯示主要是為操作者了解機床的狀態(tài)提供方便，通常有零件加工程序顯示、各種參數(shù)顯示、刀具位置顯示、動態(tài)加工軌跡顯示、機床狀態(tài)顯示、報警顯示等。它可實現(xiàn)輔助功能控制信號的傳遞與轉(zhuǎn)換，如實現(xiàn)主軸變速、換刀、冷卻液的開停等強電控制，也可接受機床上的行程開關(guān)、按鈕等各種輸入信號，經(jīng)接口電路