【正文】 PLC 的軟件設(shè)計(jì)部分我們采用模塊化的方法，PLC 程序設(shè)計(jì)共有三個(gè)模塊:按鈕處理模塊、通信模塊、故障報(bào)警模塊。 程序設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中，PLC 程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是接受外部開關(guān)信號(hào)(按鈕、繼電器)的輸入，判斷當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)以及輸出信號(hào)去控制接觸器、繼電器等器件，以完成相應(yīng)的控制任務(wù)。STEP 7micro/win32 軟件工具包采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法，它采用文件塊的形式管理用戶編寫的程序及程序運(yùn)行所需的數(shù)據(jù)。 STEP 7micro/win32 軟件的一個(gè)特點(diǎn)是調(diào)試功能很強(qiáng)大，不僅能在線讀取數(shù)據(jù)，而且能在線修改過程數(shù)據(jù)，對(duì)于調(diào)試大型復(fù)雜控制程序非常有效。USS 是一個(gè)主/從協(xié)議，在這個(gè)協(xié)議中，S7200 一般作為主站，變頻器自己不能發(fā)送信息，只有當(dāng) S7200 主站發(fā)信息給從站，從站才進(jìn)行響應(yīng)?？梢酝ㄟ^ 485 電纜或兩芯屏蔽雙絞線進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。 協(xié)議 USS 通信協(xié)議是西門子專門為 S7200 系列 PLC 開發(fā)的一個(gè)通信協(xié)議。S7200CPU 可以通過 EM277 ProfibusDP 擴(kuò)展的方法連接到 Profi busDP 協(xié)議支持的網(wǎng)絡(luò)中。許多廠家生產(chǎn)類型眾多的 Profibus 設(shè)備。PPI 是一個(gè)主/從協(xié)議，在這個(gè)協(xié)議中，S7200 一般作為從站，自己不能發(fā)送信息，只有當(dāng)主站，如西門子編程器、TD200 等 HMI，給從站才進(jìn)行響應(yīng)?？梢酝ㄟ^ PC/PPI 電纜或兩芯屏蔽雙絞線進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。 協(xié)議 PPI 通信協(xié)議是西門子專門為 S7200 系列 PLC 開發(fā)的一個(gè)通信協(xié)議。根據(jù)所使用的 S7200CPU，網(wǎng)絡(luò)可以支持一個(gè)或多個(gè)協(xié)議，包括通用協(xié)議和公司專用協(xié)議。 4)溜鉤的防止 本系統(tǒng)中，由于變頻器具有零速下的轉(zhuǎn)矩控制功能，故只需通過 PLC 和變頻器之間信號(hào)的適當(dāng)配合，即可圓滿解決溜鉤問題。3)制動(dòng)單元與制動(dòng)電阻 本系統(tǒng)對(duì)于重物下降時(shí)電動(dòng)機(jī)再生電能，采用由變頻器直流回路內(nèi)接入制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻消耗掉的方式。2)起升機(jī)構(gòu) 起升機(jī)構(gòu)用變頻調(diào)速專用電機(jī)。表 56 變頻調(diào)速系統(tǒng)的配置變頻器型號(hào) 電機(jī)型號(hào)（容量/kW） 備注起升機(jī)構(gòu) 6SE64402AD315DA1 YTP160L4(15) 變頻調(diào)速專用電機(jī)大車 6SE64402AD315DA1 YTP132M4(2 )?變頻調(diào)速專用電機(jī)小車 6SE64402AD255CA1 YTP132M4() 變頻調(diào)速專用電機(jī) 系統(tǒng)介紹1) 大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu) 見表 56，小車由單臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，并由單獨(dú)得變頻器供電；大車為雙梁結(jié)構(gòu)，分別用兩臺(tái) 的電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，由一臺(tái)功率較大的變頻器 15kW 供電。無速度反饋時(shí)，速比為 1000:1，控制精度為 %；有速度反饋時(shí)，速比達(dá) 1000:1，控制精度為 %，完全滿足要求。b 可配備制動(dòng)單元，實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，而且動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。在 1Hz 的低頻下，即使無速度反饋環(huán)節(jié)，也能提供150% 額定轉(zhuǎn)矩的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。2) 變頻器的選型某些公司已有針對(duì)起重機(jī)的專用變頻器，但價(jià)格昂貴。e 能承受 160%額定轉(zhuǎn)矩、歷時(shí) 1min 的過載；堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大于額定轉(zhuǎn)矩的 倍。c 使用 F 級(jí)絕緣系統(tǒng)，在高次諧波作用下仍可保證可靠絕緣。 系統(tǒng)配置及選型1) 電動(dòng)機(jī)的選型 提升機(jī)構(gòu)則選用 YTP 系列變頻調(diào)速專用電機(jī)，其主要特點(diǎn)如下：a 對(duì)定、轉(zhuǎn)子槽形和定子繞組的分布作了特殊考慮可抑制高次諧波的影響。4) 起升機(jī)構(gòu)應(yīng)保證能起吊 倍額定載荷的重物，能在空中停住，且不溜鉤。各機(jī)構(gòu)正、反向工作的轉(zhuǎn)換時(shí)間應(yīng)小于 2s 。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 56 所示：圖 56 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 主要技術(shù)規(guī)格1) 起重量 10t ；2) 起升速度 ；3) 運(yùn)行速度 ； 對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的主要技術(shù)要求1) 起升機(jī)構(gòu)的調(diào)速比為 1:10；大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的調(diào)速比為 1:6；小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的調(diào)速比為 1:4。4) 可簡化傳動(dòng)鏈 由于可以進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，從而在機(jī)械上省去了非標(biāo)設(shè)計(jì)的減速箱，使傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化。3) 調(diào)速質(zhì)量明顯提高 采用了變頻調(diào)速系統(tǒng)后，調(diào)速比可達(dá) 1：50 以上，調(diào)速精度達(dá) 1%。2) 節(jié)能效果十分可觀 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子回路的外接電阻內(nèi)將消耗大量電能。采用變頻調(diào)速后，操作手柄的受力將很小，不易損壞；d 控制系統(tǒng)的故障率大為下降 原系統(tǒng)是十分復(fù)雜的接觸繼電器系統(tǒng)進(jìn)行控制的，故障率較高。 橋式起重機(jī)采用變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)1) 工作可靠性顯著提高 主要有以下幾個(gè)方面：a 消除了電動(dòng)機(jī)的薄弱環(huán)節(jié)由于用籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)取代了繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，從而消除了電刷和滑環(huán)等薄弱環(huán)節(jié)。b 啟動(dòng)前的直流強(qiáng)勵(lì)磁功能變頻器可以在啟動(dòng)前自動(dòng)進(jìn)行直流強(qiáng)勵(lì)磁。 上述過程如圖 55 所示：RDfXfCtONOF正轉(zhuǎn)輸出電流制動(dòng)釋放要求制動(dòng)釋放開始制動(dòng)釋放完成圖 55 重物升降的控制過程3) 變頻器的零速全轉(zhuǎn)矩功能和直流強(qiáng)勵(lì)磁功能為了有效地防止溜鉤，某些新型變頻器設(shè)置了一些獨(dú)特的制動(dòng)功能，如：a 零速全轉(zhuǎn)矩功能變頻器可以在速度為 0 的狀態(tài)下，保持電動(dòng)機(jī)有足夠大的轉(zhuǎn)矩，且不需要速度反饋裝置。2) 重物升降的控制過程a 設(shè)定一個(gè) “升降起始頻率 ” ，當(dāng)變頻器的工作頻率上升到 時(shí)，將暫RDf RDf停上升。為此，具體控制方法如下：1) 重物停住的控制過程如圖 54 所示： XfBSftONOF正轉(zhuǎn)制動(dòng)抱閘要求制動(dòng)抱閘開始制動(dòng)抱閘完成圖 54 重物停住的控制過程 a 設(shè)定一個(gè)“停止起始頻率” ，當(dāng)變頻器的工作頻率下降到 時(shí)，變BSf BSf頻器將輸出一個(gè)“頻率到達(dá)信號(hào)” 。防止溜鉤的控制需要注意的關(guān)鍵問題是：1) 電磁制動(dòng)器在通電到松開(或從斷電到抱閘)之間是需要時(shí)間的，約 (視型號(hào)和大小而定) 。橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)中需要引起注意的是關(guān)于防止溜鉤的控制。 變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制要求橋式起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的控制動(dòng)作包括：大車的左、右行；小車的前、后行；吊鉤的升、降等。這時(shí)，由于重力加速度的原因，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度將超過同步轉(zhuǎn)速而進(jìn)入再生制動(dòng)狀態(tài)。C39。A39。a 上升運(yùn)行 工作點(diǎn)右移至 點(diǎn)和 點(diǎn)。CDT39。nBA39。b 下降運(yùn)行由于蝸輪蝸桿自鎖的原因，空鉤及輕載時(shí)是無法靠自重放鉤的，故下降運(yùn)行只能通過反接電源來實(shí)現(xiàn)。a 上升運(yùn)行 重物的上升，完全是電動(dòng)機(jī)正向轉(zhuǎn)矩作用的結(jié)果。 對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的分析大車與小車拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況與普通負(fù)載無異，本節(jié)只分析吊鉤拖動(dòng)系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀態(tài)。a 首先，通過變頻調(diào)速系統(tǒng)的再生制動(dòng)和直流制動(dòng)把運(yùn)動(dòng)中的大車、小車或吊鉤迅速而準(zhǔn)確地將轉(zhuǎn)速降為 0(使它們停住)；b 對(duì)于吊鉤，常常需要重物在半空中停留一段時(shí)間(如重物在空中平移時(shí))，而變頻調(diào)速系統(tǒng)雖然能使重物停住，但因容易受到外界因素的干擾(如在平移過程中常易出現(xiàn)的瞬間斷電)，可靠性較差。 原拖動(dòng)系統(tǒng)的主電路原拖動(dòng)系統(tǒng)的主電路如圖 5—2 所示，其主要特點(diǎn)是：1) 選用電動(dòng)機(jī) 大多采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)；2) 調(diào)速方法 在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串入五段外接電阻 R1~R5(也有七段或更多)，由接觸器 KM1 ~KM4 的狀態(tài)來決定串入電阻的多少，從而調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高低；3) 制動(dòng)方法 采用電磁制動(dòng)器進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)。所以，拖動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)LT有足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩；c 重物下降時(shí)，除空鉤和極輕負(fù)載外，在絕大多數(shù)情況下，都是依靠自身的重力而下降的。LT2) 對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)的要求 大車和小車對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)的要求較為一般，這里重點(diǎn)介紹對(duì)吊鉤拖動(dòng)系統(tǒng)的要求。 橋式起重機(jī)的負(fù)荷特點(diǎn)和對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)的要求1) 負(fù)荷特點(diǎn) 各拖動(dòng)系統(tǒng)負(fù)荷轉(zhuǎn)矩 都與 “阻力” 和回轉(zhuǎn)半徑 的乘積成正比：LTLFLR = (51)R在大車和小車拖動(dòng)系統(tǒng)中， 是摩擦力，而在吊鉤拖動(dòng)系統(tǒng)中， 是被吊LF物和吊鉤的重力。2) 小車拖動(dòng)系統(tǒng) 拖動(dòng)吊鉤及重物順著橋架作“縱向”運(yùn)動(dòng)。主要抗干擾措施 1)采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網(wǎng)引入的干擾 2) 電纜選擇的敖設(shè) 3) 硬件濾波及軟件抗干擾措施 4) 正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)第 5 章 調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和部件選型 概述 橋式起重機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成 橋式起重機(jī)俗稱行車，是工礦企業(yè)中應(yīng)用得十分廣泛的一種起重機(jī)。這三點(diǎn)就是抑制電磁干擾的基本原則。PLC 控制系統(tǒng)的干擾源大都產(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。 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。完成上述 3 個(gè)階段稱作 1 個(gè)掃描周期。 PLC 的工作原理、抗干擾分析及設(shè)計(jì) PLC 的 CPU 采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，PLC 采用的是不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式一掃描技術(shù)，PLC 掃描用戶程序的時(shí)間一般均小于100ｍｓ。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?。划?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)。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 b 用戶程序存儲(chǔ)器 c 工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 3) I/O 單元 I/O 單元也稱為 I/O 模塊。1) 中央處理單元 (CPU) 中央處理單元一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個(gè)芯片內(nèi)，CPU 通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入/輸出接口電路相連接。 PLC 是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)基本相同。近幾年來國外 PLC 產(chǎn)品大量進(jìn)入我國市場，我國已有許多單位在消化吸收引進(jìn) PLC 技術(shù)的基礎(chǔ)上，仿制或研制 PLC 產(chǎn)品。 PLC 的應(yīng)用與發(fā)展和系統(tǒng)組成 目前 PLC 廣泛應(yīng)用于汽車制造、石油、化工、冶金、輕工、機(jī)械、電力等各行各業(yè)，實(shí)現(xiàn)邏輯、步進(jìn)、數(shù)字、機(jī)器人、模擬量等的自動(dòng)控制。從上述 PLC 的功能特點(diǎn)可見，在許多方面可以取代繼電接觸控制。6) 設(shè)計(jì)、施工和調(diào)試周期短 PLC 在許多方面是以軟件編程來取代硬件接線，用 PLC 構(gòu)成的控制系統(tǒng)比較簡單，編程容易，安裝使用方便，目前的 PLC 已商品化，硬件軟件較齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，不需要很多配套的外圍設(shè)備和大量的復(fù)雜的接線，程序調(diào)試修改也很方便。PLC 自診斷能力強(qiáng)，能判斷和顯示出自身故障，使操作人員檢查判斷故障方便迅速，而且接線少，維修時(shí)只需更換插入式模塊，維護(hù)方便。5) 使用方便 PLC 體積小，重量輕，便于安裝。4) 功能強(qiáng) PLC 具有很強(qiáng)的功能，能進(jìn)行邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)和步進(jìn)等控制，能完成 A/D 與 D/A 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理和通信聯(lián)網(wǎng)等功能。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。此外，PLC 還具有很強(qiáng)的自診斷功能，可以迅速方便地檢查判斷出故障，縮短檢修時(shí)間。 PLC 的主要優(yōu)點(diǎn)1) 編程簡單 PLC 的基本指令不多；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。 可編程序控制器的主要功能近年來 PLC 把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)融為一體。1980 年美國電氣制造協(xié)會(huì)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。 rutrarburctAO2/dU?BOuCO wttwttwtBOABu??dU ab cde)))))2/d/d2圖 37 雙極性 SPWM 調(diào)制波形第 4 章 可編程序控制器 概述 可編程控制器的產(chǎn)生隨著社