【正文】 電網(wǎng)干擾串入PLC控制系統(tǒng)主要通過PLC系統(tǒng)的供電電源(如CPU。另外還必須利用軟件手段，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全可靠性。2) 綜合抗干擾設(shè)計(jì) 主要考慮來自系統(tǒng)外部的幾種如果抑制措施。在選擇國外進(jìn)口產(chǎn)品要注意：我國是采用220V高內(nèi)阻電網(wǎng)制式，而歐美地區(qū)是110V低內(nèi)阻電網(wǎng)。進(jìn)行具體工程的抗干擾設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)主要以下兩個(gè)方面。這三點(diǎn)就是抑制電磁干擾的基本原則。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測量精度下降，引起對(duì)信號(hào)測控的嚴(yán)重失真和誤動(dòng)作。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響PLC內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。這都屬于PLC制造廠對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)的內(nèi)容，比較復(fù)雜，作為應(yīng)用部門是無法改變，可不必過多考慮，但要選擇具有較多應(yīng)用實(shí)績或經(jīng)過考驗(yàn)的系統(tǒng)。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)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(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時(shí)，地線電流將更大。 PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯(cuò)誤的接地，反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，使PLC系統(tǒng)將無法正常工作。 5) 來自接地系統(tǒng)混亂時(shí)的干擾對(duì)于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導(dǎo)致信號(hào)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(dòng)和死機(jī)。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(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽視；二是信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾，這是很嚴(yán)重的。 PLC電源通常采用隔離電源，但其機(jī)構(gòu)及制造工藝因素使其隔離性并不理想。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓和電路。 主要通過電源和信號(hào)線引入，通常稱為傳導(dǎo)干擾。 若PLC系統(tǒng)置于所射頻場內(nèi)，就會(huì)受到輻射干擾，其影響主要通過兩條路徑：一是直接對(duì)PLC內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾；二是對(duì)PLC通信內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通信線路的感應(yīng)引入干擾。 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 共模電壓通過不對(duì)稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響測控信號(hào)，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。共模干擾是信號(hào)對(duì)地的電位差，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號(hào)線上感應(yīng)的共態(tài)(同方向)電壓迭加所形成。其中：按噪聲產(chǎn)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(zhì)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。 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(shè)備的干擾源一樣，大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動(dòng)的部位就是噪聲源，即干擾源。自動(dòng)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(chǎn)現(xiàn)場和各電機(jī)設(shè)備上，它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來越廣泛。至此，PLC完成了1個(gè)工作周期。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)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。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和描出刷新階段。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述3個(gè)階段。 PLC的掃描工作過程一般分為3個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新3個(gè)階段。PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)（包括其常開或常閉觸點(diǎn)）不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。 PLC的工作原理 PLC的工作原理、運(yùn)行方式與傳統(tǒng)的繼電器、接觸器構(gòu)成的控制系統(tǒng)是不相同的。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送。還可以利用PC作為編程器，PLC生產(chǎn)廠家配有相應(yīng)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(shí)現(xiàn)不同編程語言的互相轉(zhuǎn)換。它一般由簡易鍵盤和發(fā)光二級(jí)管或其他顯示管件組成。 編程器有簡易型和智能型兩類。 當(dāng)PLC與打印機(jī)相連時(shí)，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打??；當(dāng)與監(jiān)視器 (CRT)相連時(shí)，可將過程圖像顯示出來；當(dāng)與其他PLC相連時(shí)，可以組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的控制；當(dāng)與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，可以組成多級(jí)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合性控制。6) 通信接口 為了實(shí)現(xiàn)“人一機(jī)”或“機(jī)一機(jī)”之間的對(duì)話，PLC配有多種通信接口。4) 電源部分 PLC一般使用220V的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為PLC的中央處理器、存儲(chǔ)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(duì)于整體式結(jié)構(gòu)的CPU，通常電源封裝到機(jī)殼內(nèi)部：對(duì)于模塊式PLC，有的采用單獨(dú)電源模塊，有的將電源與CPU封裝到一個(gè)模塊中。運(yùn)行時(shí)CPU從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進(jìn)行處理，將處理結(jié)果放到輸出映像寄存器。輸入單元接收用戶設(shè)備的各種控制信號(hào)，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其他一些傳感器的信號(hào)。 3) I/O單元 I/O單元也稱為I/O模塊。它還用來在存放A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)字運(yùn)算的結(jié)果等。數(shù)據(jù)表用來存放各種數(shù)據(jù)，它的標(biāo)準(zhǔn)格式是每一個(gè)數(shù)據(jù)占一個(gè)字。 元件映像寄存器用來存儲(chǔ)PLC的開關(guān)量輸入/輸出和定時(shí)器。這部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在RAM中，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。目前較先進(jìn)的PLC采用快閃存儲(chǔ)器作用戶程序存儲(chǔ)器，快閃存儲(chǔ)器可隨時(shí)讀寫，掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會(huì)失去，不需要后備電池保護(hù)。由于RAM掉電會(huì)失去數(shù)據(jù)，因此使用RAM作用戶存儲(chǔ)器的PLC，都用后備電池保護(hù) RAM，以免電源掉電時(shí)，失去用戶程序。2) 存儲(chǔ)器 根據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)器 和各種計(jì)算機(jī)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(chǔ)器就是用來存放這部分程序的。它是PLC的運(yùn)算、控制中心。它主要是由CPU、電源、存儲(chǔ)器和專門設(shè)計(jì)的輸入/輸出接口電路等組成。 組合式PLC將CPU單元、輸入單元、輸出單元、智能工//0單元、通信單元等分別做成相應(yīng)的電路板或模塊，各模塊插在底板上，其它稱為擴(kuò)展底板。另外還有獨(dú)立的I/O擴(kuò)展單元與主機(jī)配合使用。按結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC可分為整體式和組合式。目前PLC發(fā)展方向主要是朝著小型化、廉價(jià)化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、智能化、高速化、大容量化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，這將使 PLC功能更強(qiáng)，可靠性更高，使用更方便，適用面更廣[5]。廣東佛山市中聯(lián)陶瓷窯爐、陶瓷輸送線等生產(chǎn)線和其它自動(dòng)控制生產(chǎn)設(shè)備上。20世紀(jì)80年代中后期，我國開發(fā)應(yīng)用PLC技術(shù)發(fā)展迅速，例如資料介紹東風(fēng)汽車公司裝備系統(tǒng)從1986年起，全面采用PLC對(duì)老設(shè)備進(jìn)行更新改造，至1991年止一共改造設(shè)備1000多臺(tái)，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。我國研制與應(yīng)用PLC起步較晚，1973年開始研制，1977年開始應(yīng)用，20世紀(jì)80年代初期以前發(fā)展較慢，20世紀(jì)80年代隨著成套設(shè)備或?qū)Ｓ迷O(shè)備引進(jìn)了不少 PLC，例如寶鋼一期工程整個(gè)生產(chǎn)線上就使用了數(shù)百臺(tái)的 PLC，二期工程將使用更多的 PLC。他們的產(chǎn)品控制著世界上大部分的PLC市場。西歐在1973年已研制出他們的第一臺(tái)PLC，并且發(fā)展很快，年銷售增長率在20%以上。據(jù)資料介紹，美國一家公司曾經(jīng)對(duì)美國石油化工、冶金、食品、制藥、機(jī)械等行業(yè)400多個(gè)工廠企業(yè)進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果表明，PLC的需求量占各類自動(dòng)化儀表或自動(dòng)化控制設(shè)備之首，有82%的廠家使用PLC。20世紀(jì)70年代中期在PLC中引入了微機(jī)技術(shù)、使PLC的功能不斷增強(qiáng)，質(zhì)量不斷提高，應(yīng)用日益廣泛。但是PLC也有其缺點(diǎn)：目前價(jià)格還比較高；工作速度比計(jì)算機(jī)慢；使用中檔和高檔PLC，要求使用者具有相當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)知識(shí)；PLC制造廠家和PLC品種類型很多，而指令系統(tǒng)和使用方法不盡相同，這給用戶帶來不便。因此可大大縮短PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工和投產(chǎn)周期。修改程序和監(jiān)視運(yùn)行狀態(tài)也容易。PLC編程簡單，編程器使用簡便。而且 PLC技術(shù)發(fā)展很快，功能不斷增強(qiáng)，應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)更廣?？梢?，PLC的通用性好。同一臺(tái)PLC只能改變軟件則可實(shí)現(xiàn)控制不同對(duì)象或不同的控制要求。PLC可靠性高的原因在后面還會(huì)作較具體的介紹。2) 可靠性高 PLC是專門為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)與制造過程中均采用了諸如屏蔽、濾波、隔離、無觸點(diǎn)、精選元器件等多層次有效的抗干擾措施，因此可靠性很高，其平均故障時(shí)間間隔為2萬小時(shí)以上。 PLC的主要優(yōu)點(diǎn)1) 編程簡單 PLC的設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)PLC時(shí)已充分考慮到使用者的習(xí)慣和技術(shù)水平及用戶的方便，構(gòu)成一個(gè)實(shí)際的PLC控制系統(tǒng)一般不需要很多配套的外圍設(shè)備；PLC的基本指令不多；常用于編程的梯形圖與傳統(tǒng)的繼電接觸控制線路圖有許多相似之處；編程器的使用簡便；對(duì)程序進(jìn)行增減、修改和運(yùn)行監(jiān)視很方便。由此可見，可編程序控制器的應(yīng)用場合是很廣泛的。在控制系統(tǒng)中，操作人員通過監(jiān)空命令可以監(jiān)視有關(guān)部分的運(yùn)行狀態(tài)，可以調(diào)整定時(shí)或記數(shù)等設(shè)定值，因而調(diào)試、使用和維護(hù)方便。由一臺(tái)計(jì)算機(jī)和若干臺(tái)PLC可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以完成較大規(guī)模的復(fù)雜的控制。6) 數(shù)據(jù)處理 有的PLC還具有數(shù)據(jù)處理能力，并具有并行運(yùn)算指令，能進(jìn)行數(shù)據(jù)并行傳送、比較和邏輯運(yùn)算，BCD碼的加、減、乘、除等運(yùn)算，還能進(jìn)行字“與”、字“或”、字“異或”、求反、邏輯移位、算術(shù)移位、數(shù)據(jù)檢索、比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換等操作，并可對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行間接尋址，與打印機(jī)相連而打印出程序和有關(guān)數(shù)據(jù)及梯形圖。PLC為用戶提供了若干個(gè)移位寄存器，或者直接有步進(jìn)指令，可用于步進(jìn)控制，編程與使用很方便。4) 步進(jìn)控制 PLC能完成步進(jìn)控制功能。它為用戶提供了若干個(gè)計(jì)數(shù)器并設(shè)置了計(jì)數(shù)指令。定時(shí)值可由用戶在編程時(shí)設(shè)定，并能在運(yùn)行中被讀出與修改，使用靈活，操作方便。2) 定時(shí)控制 PLC具有定時(shí)控制功能。它可完成以下主要功能：1) 邏輯控制 PLC具有邏輯運(yùn)算功能，它設(shè)置有“與”、“或”、“非”等邏輯指令，能夠描述繼電器觸點(diǎn)的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián)等各種連接。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和可編程序控制器的不斷發(fā)展，功能不斷增強(qiáng)，其定義也會(huì)發(fā)生變化。 1980年美國電氣制造協(xié)會(huì)(Nation Electrical Manufactorers Association簡稱NEMA)把這種新的控制設(shè)備正式命名為可編程程序控制器(Programmable Controller 簡稱PC)。當(dāng)時(shí)人們把第一臺(tái)可編程控制器叫做可編程序邏輯控制器 PLC，只是用來取代繼電接觸控制，僅有執(zhí)行繼電器邏輯、定時(shí)、記數(shù)等較少的功能。一年后美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)根據(jù)GM公司的招標(biāo)要求，研制成功世界上第一臺(tái)可編程序控制器，型號(hào)PDP14，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。4 可編程序控制器 概述 可編程控制器的產(chǎn)生隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，新的控制器件及其控制系統(tǒng)不斷的涌現(xiàn)。針對(duì)橋式起重機(jī)的主、副起升機(jī)構(gòu)起、制動(dòng)頻繁，要求制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，以及下降時(shí)處于制動(dòng)狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間較長等特點(diǎn)，因此：a 制動(dòng)單元應(yīng)加大一個(gè)檔次，以便允許有較大的制動(dòng)電流，縮短制動(dòng)過程；b 制動(dòng)電阻的額定功率應(yīng)加大一倍。變頻器附有PG—B2速度反饋控制卡并預(yù)置為電流矢量控制方式。大、小車變頻器都預(yù)置V/F控制方式，不帶旋轉(zhuǎn)編碼器。綜合上述，選定各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的配置見表31。c 在全速范圍內(nèi)具有恒轉(zhuǎn)矩特性。如增加速度反饋環(huán)節(jié)，可以做到零速控制(即使在零速下也有150%額定轉(zhuǎn)矩輸出)。本次設(shè)計(jì)選用的是安川VS616G5 系列變頻器，該變頻器具有如下特點(diǎn)：a 有全程磁通矢量控制。f 可安裝旋轉(zhuǎn)編碼器等速度反饋器件，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)運(yùn)行。d 采用獨(dú)特的冷卻結(jié)構(gòu)，使用單獨(dú)的軸流風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫通風(fēng)，從而保證了電機(jī)在低速恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行時(shí)溫升不超過允許值。b 電磁負(fù)荷設(shè)計(jì)考慮了一定的裕度，既能保證電機(jī)在高頻時(shí)的過載能力，又能在低頻時(shí)有恒轉(zhuǎn)矩的輸出。5) 從全速運(yùn)行到完全停住的制動(dòng)時(shí)間：起升機(jī)構(gòu)不大于2s；大車不大于3s；小車不大于2s。3) 起升機(jī)構(gòu)在不同負(fù)載下，各檔轉(zhuǎn)速在切換時(shí)無沖擊現(xiàn)象；額定載荷時(shí)各檔次切換時(shí)的溜鉤距離不得超過額定上升速度的1/65。2) 系統(tǒng)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)，從空載到滿載，必須做到工作正常、運(yùn)行平穩(wěn)。 橋式起重機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)本次設(shè)計(jì)是為125/15t 橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)一套變頻調(diào)速系統(tǒng)， 在設(shè)計(jì)中，其大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)及提升機(jī)構(gòu)均采用變頻調(diào)速，并應(yīng)用可編程序控制器(PLC)進(jìn)行信號(hào)協(xié)調(diào)和邏輯控制。且調(diào)速平穩(wěn)，能夠長時(shí)間低速運(yùn)行，具有很高的定位精度和運(yùn)行效率。采用了變頻調(diào)速系統(tǒng)后，非但外接電阻內(nèi)消耗的大量電能可以完全節(jié)約，并且在吊鉤放下重物時(shí)，還可以將重物釋放的位能反饋給電源。采用了變頻調(diào)速系統(tǒng)后，控制系統(tǒng)可大大簡化，可靠性大為提高。b 制動(dòng)電磁鐵的壽命可大大延長原拖動(dòng)系統(tǒng)是在運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下進(jìn)行抱閘的，采用變頻調(diào)速后，可以在基本停住的狀下進(jìn)行抱閘，閘皮的磨損情況將大為改善；c 操作手柄不再易損 原系統(tǒng)的操作手柄因受力較大，屬于易損件。使電動(dòng)機(jī)有足夠大的轉(zhuǎn)矩(可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的200%)維持重物在空中的停住狀態(tài)，以保證電磁制動(dòng)器在釋放過程中不會(huì)溜鉤[4]。這一功能保證了吊鉤由升降狀態(tài)降速為0時(shí)，電動(dòng)機(jī)能夠使重物在空中停止，直到電磁制動(dòng)器將軸抱住為止，從而防止了溜鉤。為了確保當(dāng)制動(dòng)電磁鐵松開后，變頻器已能控制重物的升降到不會(huì)