【正文】 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們! 第 37 頁。在此謹(jǐn)向老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。根據(jù)圖53所示的總程序結(jié)構(gòu)框圖，將手動操作程序梯形圖和自動程序梯形圖嵌入，就得到整個程序的梯形圖。將如圖56所示的單步操作梯形圖連接在如圖55所示的自動程序上端，就得到了包括單步、單周期、連續(xù)操作在內(nèi)的整個自動操作的梯形圖。不按啟動按鈕時，X0斷開，其常閉接點閉合，M8040接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移被禁止。該繼電器線圈接通時，禁止步進狀態(tài)轉(zhuǎn)移，線圈斷電時，允許狀態(tài)轉(zhuǎn)移。②單步操作。如按緊急停車按鈕，則X2接通，狀態(tài)S0~S33全部復(fù)位，機械手工作停止。當(dāng)執(zhí)行完最后一步動作，即左移到原點碰到左限位開關(guān)時，X13接通，如果是單周期操作，則M0斷開，回到初始狀態(tài)，如果連續(xù)操作，則M0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移至S20，又開始下一個周期的循環(huán)。當(dāng)機械手在原點時，程序處于初始狀態(tài)S0，執(zhí)行下降動作。（1）自動程序 自動程序如圖55所示。為了保證系統(tǒng)的的安全與進行，設(shè)置了一些必要的連鎖。（1）手動程序 手動操作不需要按工序順序進行動作，所以可按普通繼電器程序來設(shè)計。為了方便編程，可將手動和自動程序分別編出相對獨立的程序段，用跳轉(zhuǎn)指令進行選擇，控制系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)框圖，如圖53所示。FX2N48RM的各項工作參數(shù)已在第二章介紹，在此不在做介紹。因此任何型號的小型PLC均可滿足要求。所以，至少需要6個輸出點。(2）輸出信號PLC的輸出用于控制機械手的下降、上升、右移、左移、加緊、放松以三個電動機轉(zhuǎn)速的控制等，共需要11個輸出點。自動工作：尚需啟動、正常停車、緊急停車3個按鈕，也需要3個輸入端子。“工作方式”選擇開關(guān)：有手動、單步、單周期和連續(xù)4種工作方式，需要4個輸如端子。 PLC控制系統(tǒng)(1）輸入信號位置檢測信號：下限、上限、右限、左限共4個行程開關(guān)，需要4個輸入端子。按下緊急停車按鈕，機械手停止在當(dāng)前狀態(tài)。按下復(fù)位按鈕，機械手在完成最后一個周期的工作后，返回原點自動停機。②單周期工作方式：按下啟動按鈕，機械手按工序自動自動完成一個周期的動作，返回原點后停止。例如，按下“下降”按鈕，機械手下降；按下“上升”按鈕，機械手上升。 圖51 機械手的控制要求(1)單步工作方式：從原點開始，按照自動工作循環(huán)的步序，每按為了滿足生產(chǎn)要求，機械手設(shè)置了手動工作方式和自動工作方式，而自動工作方式又分為單步、單周期和連續(xù)工作方式。為了確保安全，機械手右移到位后，必須在右工作臺上無工件時才能下降，若上次搬到右工作臺上的工件尚未移走，機械手應(yīng)自動暫停，等待。機械手的初始位置停在原點，按下啟動后按扭后，機械手將下降——加緊工件——上升——右移——再下降——放松工件——在上升——左移八個動作，完成一個工作周期。第五章 機械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 機械手的工藝過程機械手的結(jié)構(gòu)和各部分動作示意圖，如圖下圖所示。 (4)綠色變頻器　　隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，對于環(huán)境的保護越來越受到人們的重視。 (3)遠(yuǎn)程控制的實現(xiàn)　　計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，使“天涯若咫尺”，依靠計算機網(wǎng)絡(luò)對變頻器進行遠(yuǎn)程控制也是一個發(fā)展方向。 (1)數(shù)字控制變頻器的實現(xiàn)　　現(xiàn)在，變頻器的控制方式用數(shù)字處理器可以實現(xiàn)比較復(fù)雜的運算，變頻器數(shù)字化將是一個重要的發(fā)展方向，目前進行變頻器數(shù)字化主要采用單片機MCS51或80C196MC等，輔助以SLE4520或EPLD液晶顯示器等來實現(xiàn)更加完善的控制性能。學(xué)習(xí)控制不需要了解太多的系統(tǒng)信息，但是需要1~2個學(xué)習(xí)周期，因此快速性相對較差，而且，學(xué)習(xí)控制的算法中有時需要實現(xiàn)超前環(huán)節(jié)，這用模擬器件是無法實現(xiàn)的，同時，學(xué)習(xí)控制還涉及到一個穩(wěn)定性的問題，在應(yīng)用時要特別注意。應(yīng)用專家系統(tǒng)既可以控制變頻器的電壓，又可以控制其電流。 (3)專家系統(tǒng)　 專家系統(tǒng)是利用所謂“專家”的經(jīng)驗進行控制的一種控制方式，因此，專家系統(tǒng)中一般要建立一個專家?guī)欤娣乓欢ǖ膶＜倚畔?，另外還要有推理機制，以便于根據(jù)已知信息尋求理想的控制結(jié)果。 (2)模糊控制　　模糊控制算法用于控制變頻器的電壓和頻率，使電動機的升速時間得到控制，以避免升速過快對電機使用壽命的影響以及升速過慢影響工作效率。而且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方式可以同時控制多個變頻器，因此在多個變頻器級聯(lián)時進行控制比較適合。在變頻器的控制中采用智能控制方式在具體應(yīng)用中有一些成功的范例。 (6)其他非智能控制方式　　在實際應(yīng)用中，還有一些非智能控制方式在變頻器的控制中得以實現(xiàn)，例如自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、差頻控制、環(huán)流控制、頻率控制等。 (5)最優(yōu)控制　　最優(yōu)控制在實際中的應(yīng)用根據(jù)要求的不同而有所不同，可以根據(jù)最優(yōu)控制的理論對某一個控制要求進行個別參數(shù)的最優(yōu)化。 (4)直接轉(zhuǎn)矩控制　 直接轉(zhuǎn)矩控制是利用空間矢量坐標(biāo)的概念，在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機的數(shù)學(xué)模型，控制電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，通過檢測定子電阻來達到觀測定子磁鏈的目的，因此省去了矢量控制等復(fù)雜的變換計算，系統(tǒng)直觀、簡潔，計算速度和精度都比矢量控制方式有所提高?！　o速度傳感器矢量控制是通過坐標(biāo)變換處理分別對勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行控制，然后通過控制電動機定子繞組上的電壓、電流辨識轉(zhuǎn)速以達到控制勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的目的。因此，基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制方式比轉(zhuǎn)差頻率控制方式在輸出特性方面能得到很大的改善。目前在變頻器中實際應(yīng)用的矢量控制方式主要有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種。通過控制各矢量的作用順序和時間以及零矢量的作用時間，又可以形成各種PWM波，達到各種不同的控制目的。這種控制方式，在控制系統(tǒng)中需要安裝速度傳感器，有時還加有電流反饋，對頻率和電流進行控制，因此，這是一種閉環(huán)控制方式，可以使變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對急速的加減速和負(fù)載變動有良好的響應(yīng)特性。V/f控制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡單，但是這種變頻器采用開環(huán)控制方式，不能達到較高的控制性能，而且，在低頻時，必須進行轉(zhuǎn)矩補償，以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。 變頻器中常用的控制方式:　 　　在交流變頻器中使用的非智能控制方式有V/f協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。減速時產(chǎn)生的再生能量使主電路直流電壓上升，為了防止再生過電壓保護電路動作，在直流電壓下降之前要進行控制，抑制頻率下降，防止失速再生過壓。對于 恒速運轉(zhuǎn)中的過電流，也進行同樣的控制。（3）其他保護①防止失速過電流。②超頻（超速）保護。過載檢出裝置與逆變器保護共用，但考慮低速運轉(zhuǎn)的過熱時，在異步電動機內(nèi)埋入溫度檢出器，或者利用裝在逆變器內(nèi)的電子熱保護來檢出過熱。因此采用風(fēng)機熱繼電器或器件散熱片傳感器，檢出異常后停止逆變器。⑥冷卻風(fēng)機異常。逆變器負(fù)載側(cè)接地設(shè)計，為了保護逆變器，有時要有接地過電流保護功能。但瞬時停電時間在10s以上時，通常會使控制電路誤動作，主電路也不能供電，所以檢出后使逆變器停止工作。④瞬時停電保護。采用逆變器使電動機快速時，由于再生功率直流電路電壓將升高，有時超過容許值。過負(fù)載是由于負(fù)載的GD（慣性）過大或因負(fù)載過大使電機堵轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的。逆變器輸出電流超過額定值，且持續(xù)通達規(guī)定的時間以上，為了防止逆變器期間、線路等損壞要停止運轉(zhuǎn)。變流器的輸出電流達到異常值，也同樣停止逆變器運轉(zhuǎn)。保護回路主要包括：（1）逆變器保護①瞬時過電流保護。(4)速度檢測電路以裝在異步電動機軸上的速度檢測器（TG、PLG等）的信號為速度信號，送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉(zhuǎn)。(3)驅(qū)動電路為驅(qū)動主電路器件的電路?？刂齐娐分饕ǎ海?）運算電路將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。在圖41點劃線內(nèi)，僅以控制A部分構(gòu)成控制電路時，無速度檢測電路，為開環(huán)控制。給異步電動機供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，稱為控制電路。異步電動機在再生制動區(qū)域使用時（轉(zhuǎn)差率為負(fù)），再生能量儲存于平波回路電容器中，使直流電壓升高。裝置容量小時，如果電源和主電路的構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波電路。在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。最近大量使用的是二極管的變流器，如圖42所示，它把工頻電源變換為直流電源。圖42示出了典型的電壓逆變器的例子，其住電路由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在整流和逆變時產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。對于需要精密速度或快速響應(yīng)的場合，運算還應(yīng)包含由變頻器主電路和傳動系統(tǒng)檢測出來的信號和保護電路信號，即防止因變頻器主電路的過電壓，過電流引起的損壞外就，還應(yīng)保護異步電動機及傳動系統(tǒng)等。此電源輸出的電壓或電源及頻率，由控制回路指令進行控制。 變頻器的構(gòu)成異步電動機用變頻器調(diào)速運轉(zhuǎn)時的結(jié)構(gòu)圖如圖41所示。20世紀(jì)80年代，作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世紀(jì)60年代以后，電力電子器件經(jīng)歷了SCR(晶閘管)、GTO(門極可關(guān)斷晶閘管)、BJT(雙極型功率晶體管)、MOSFET(金屬氧化物場效應(yīng)管)、SIT(靜電感應(yīng)晶體管)、SITH(靜電感應(yīng)晶閘管)、MGT(MOS控制晶體管)、MCT(MOS控制晶閘管)、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管)的發(fā)展過程，器件的更新促進了電力電子變換技術(shù)的不斷發(fā)展。電動機3主要用來控制機械手抓的加緊和放松，所承載負(fù)載最小，因此可選用Y263M14，功率120W。豎軸驅(qū)動電機承載整個機械