【正文】 模 塊+ 2 4 V（ P L C ）C O M（ P L C ）+ 2 4 V 2 4 V瓷 片 電 容4 7 4測 速 發(fā) 電 機紅 線測 速 發(fā) 電 機黑 線V +（ 1 ）V I （ 1 ） 圖 23擴展模擬量輸入模塊接線圖 擴展模擬量輸出模塊及其變頻器接線圖 （如圖 24 所示） M三 相交 流電 源交 流 接觸 器K M 2RSTS F S R S CWVUF CF R變 頻 器C O M ( P L C )+ 2 4 VV + ( 1 )V 1 ( 1 ) 2 4 V4 D A 模 塊Y 6 ( PL C )C O M 2( P L C)Y 4 ( PL C )交 流 調 速 電動 機 圖 24 擴展模擬量輸出模塊及其變頻器接線圖 硬件的選型 在 PLC 系統(tǒng)設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設計選型。這 8 個點可以分配成輸入或輸出。 FX2n4DA 和FX2n 主單元之間通過緩沖器交換數(shù)據， FX2n— 4DA共有 32個緩沖器，每個緩沖器16位。 2）環(huán)境：與 PLC 基本單元一致，耐壓絕緣電壓 :AC 5000V, 1 分鐘（在所有端子和地之間） FX2n4DA模擬量輸出 模塊用于將可編程控制器中的 12位數(shù)字量轉換成模擬量輸出到外部，控制外部電氣設備。 10%V，電流為 55mA(源于基本單元的外部電源 )。 4） FX2N 型 PLC 最多可連接 8 臺。 特點： 1）提供 12 位高精度分辨率（包括符號位） 2） 4 通道電壓輸入（ 10~+10V）或電流輸入（ 20~+20mA）。 輸入的模擬量信號可以是電壓也可以是電流，輸入電壓或電流的選擇是由用戶通過不同的接線來完成的。 MMG O TP L CD / A變 頻器測 速 發(fā)電 機A / D控 制 器反 饋被 控 對 象速 度 給定 圖 21 變頻調速系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖 外部硬件接線圖 M開關電源模塊開關電源模塊開關電源模塊開關電源模塊直 流 2 2 0 V 直 流 2 4 V 直 流 1 2 V 直 流 5 V控 制 操 作 屏P L C 主 控 制 器零 線變 頻 器Q S K M 1K M 2V F三相輸入電源 圖 22外部硬件接線圖 模擬量輸入輸出模塊 FX2n4AD 與 FX2n4DA FX2n4AD 模擬量輸入模塊是一種高精度的模擬量輸入模塊，只要選擇合適的傳感器及前置放大器，就可以用于溫度，壓力，流量，電壓和電流等模擬信號的監(jiān)視與控制， FX— 4AD 模擬量輸入模塊有 4 個輸入通道，通道號分別為 CH1， CH2，CH3， CH4。 系統(tǒng) 框圖如圖 21 所示。 2 系統(tǒng)的硬件設計 系 統(tǒng)的組成及工作 原理 系統(tǒng)主要由 四 個 部分構成，即 速度給定， 可編程邏輯控制器件 PLC、變頻器 ，電機 和測速發(fā)電機 ，其中速度給定由 GOT 完成，控制器由 PLC 負責，數(shù)模轉換模塊和變頻器，電機組成了系統(tǒng)的被控對象，而測速發(fā)電機（光電編碼器）和模數(shù)轉換模塊構成了系統(tǒng)的反饋。 第三章 系統(tǒng)的軟件設計 介紹了系統(tǒng) 上位機編程 軟件 SWOPCFXGP/WINC 及其GOT 編程軟件 GTdesigner2，說明了 FX2n 的 PID 控制指令，對 PLC 控制程序及其部分控制內容做了簡單的介紹。還對各種變頻調速的控制方法做了簡單的闡述和比較。當交流調速系統(tǒng)設定為開環(huán)運行時，檢測到的轉速信號 PLC 不進行處理，直接進行顯示；當交流調速系統(tǒng)設定為閉環(huán)運行時，光電編碼器將檢測到的轉速信號一方面由PLC 與設定轉速信號進行運算處理，處理過的信號 送去控制變頻器，另一方面將數(shù)據實時顯示。交流調速系統(tǒng)的轉速由測速發(fā)電機轉換為相應的轉速模擬信號輸入模擬量的輸入模塊，模擬量輸入模塊產生的數(shù)字信號送入 PLC。 通過設定交流調速系統(tǒng)的轉速傳輸?shù)?PLC， PLC 根據設定的轉速通過模擬量輸出模塊，輸出模擬信號控制變頻器的輸出頻率，變頻器的輸出控制交流電機調速控制。因此，該系統(tǒng)必須具備以下三個主體部分：控制運算部分、執(zhí)行和反饋部分。將現(xiàn)在應用最廣泛的 PLC 和變頻器綜合起來主要功能實現(xiàn)了變壓變頻調速。 優(yōu)勢： 成本較低，在國內的應用廣泛 缺點： 設計要求考慮的問題和對待問題所要采用的措施相當復雜 ，對設計人員的要求非常高，與 PLC 相比穩(wěn)定性略差。 變頻調速 系統(tǒng)的 控制方法及其比較 開環(huán)恒壓比（ V／ F=常數(shù)）的控制方式 優(yōu)勢： 控制結構簡單、成本較低 缺點： 具體來說，其控制曲線會隨著負載的變化而變化；轉矩響應慢，電視轉矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應的存在而性能下降穩(wěn)定性變差等 。 基于 PLC 的變頻調速已被公認為是最理想、最有發(fā)展前景的調速 方式之一，采用變頻器構成變頻調速傳動系統(tǒng)的主要目的，一是為了滿足提高勞動生產率、改善產品質量、提高設備自動化程度、提高生活質量及改善生活環(huán)境等要求；二是為了節(jié)約能源、 降低生產成本。但就其控制策略而言 ， 占統(tǒng)治地位的仍舊是常規(guī)的 PID控制。采用 PLC 控制，硬件簡潔、軟件靈活性強、調試方便、維護量小， PLC 技術己經廣泛應用于各種電機控制。如日本三菱電機開發(fā)用于電動機控制的 M3770 M7906單片機和美國德州儀器的 TMS320C240DSP 等都是頗具代表性的產品。其他公司如日本富士電機推出的 FRN 5000G9／ P9 以及最新的 FRN5000Gll／ P11 系列出采取了類似無速度傳感器控制的設計，性能有了進一步提高，然而變頻器的價格并不比以前的機型昂貴多少。 1995 年 ABB 公司首先推出的 ACS600 直接轉 矩控制系列，已達到 2ms 的轉矩響應速度在帶 PG時的靜態(tài)速度精度達土 %，在不帶 PG的情況下即使受到輸入電壓的變化或負載突變的影響，向樣可以達到正負 ％的速度控制精度。然而，這種控制依賴于精確的電機數(shù)學模型和對電機參數(shù)的自動識別（ Identification 向你 ID),通過 ID 運行自動確立電機實際的定子阻抗互感、飽和因素、電動機慣量等重要參數(shù)，然后根據精確的電動機模型估算出電動機的實際轉矩、定子碰鏈和轉子速度，并由磁鏈和轉矩的 Band－ Band 控制產生 PWM 信號對逆變器的開關狀態(tài)進行控制。因而能方便地實現(xiàn)無速度傳感器化。直接轉矩控制與矢量控制不同，它不是通過控制電流、磁鏈等量來間接控制轉矩，而是把轉矩直接作為被控量來控制。目前， 6SE70 系列除了 200KW 以下價格較高，在 200KW 以上有 很高的性價比。僅管如此，矢量控制技術仍然在努力融入通用型變頻器中， 1992 年開始，德國西門子開發(fā)了 6SE70 通用型系列，通過 FC、 VC、 SC 板可以分別實現(xiàn)頻率控制、矢量控制、伺服控制。但是，由于轉子磁鏈難以準確觀測，以及矢量變換的復雜 性，使得實際控制效果往往難以達到理論分析的效果，這是矢量控制技術在實踐上的不足。它使人們看到交流電動機盡管控制復雜，但同樣可以實現(xiàn)轉矩、磁場獨立控制的內在本質。也稱磁場定向控制。三菱日立，東芝也都有類似的產品。這種控制方法的另一個好處是對再生引起的過電壓、過電流抑制較為明顯，從而可以實現(xiàn)快速的加減速。 ② 引人頻率補償控制，以消除速度控制的穩(wěn)態(tài)誤差 ③ 基于電機的穩(wěn)態(tài)模型，用直流電流信號 重建相電流，如西門子 MicroMaster 系列 ,由此估算出磁鏈幅值，并通過反饋控制來消除低速時定子電阻對性能的影響。這種方法被稱為電壓空間矢量控制。對變頻器 U／ F控制系統(tǒng)的改造主要經歷了三個階段； 第一階段： 1. 八十年代初日本學者提出了基本磁通軌跡的電壓空間矢量（或稱磁通軌跡法）。 早期通用變頻器如東芝 TOSVERT－ 130 系列、 FUJI FVRG5／ P5系列， SANKEN SVF系列等大多數(shù)為開環(huán)恒壓比（ V／ F=常數(shù)）的控制方式．其優(yōu)點是控制結構簡單、成本較低，缺點是系統(tǒng)性能不高，比較適合應用在風機、水泵調這場合。 而目前，我國變頻調速系統(tǒng)的發(fā)展還處于起步階段，核心技術缺乏，與發(fā)達國家的技術差距較大，而變頻調速系統(tǒng)的 工藝過程復雜多 變，具有不確定性，因此對系統(tǒng)要求更為先進的控制技術和控制理論 。 變頻調速系統(tǒng)發(fā)展 和 現(xiàn)狀 變頻調速系統(tǒng)的發(fā)展 歷程 調速系統(tǒng)快速性、穩(wěn)定性、動態(tài)性能好 是工業(yè) 自動化 生產中 基本要求。因此，為了加快國內變頻調速系統(tǒng)的發(fā)展，就需要對國際變頻調速技術的發(fā)展趨勢和國內的市場需求有一個全面的了 解，深入研 究變頻調速系統(tǒng)的發(fā)展。因此，在國家十五計劃中，電機系統(tǒng)節(jié)能方面的投入將高達 500億元左右，所以變頻調速系統(tǒng)在我國將有非常巨大的市場需求。我國各類在用電機中， 80%以上為 以下的中小型異步電動機。作為能源消耗大戶之一的電機在節(jié)能方面是大有潛力可挖的。 1995 年，中國火電廠煤耗為 412 克標準煤 /kWh，是國際先進水平的 倍。 90年代中國高耗能產品的耗能量一般比發(fā)達國家高 12%55%左右， 90%以上的能源在 開采、加工轉換、儲運和終端利用過程中損失和浪費。在高速增長的經濟環(huán)境下，中國能源工業(yè)面臨經濟增長與環(huán)境保護的雙重壓力。全球變暖、酸雨等一系列環(huán)境災難都與能源的開發(fā)與利用有關。 能源集中的地方也往往成為全世界所關注的熱點地區(qū)。能源的緊張不僅制約了相當多發(fā)展 中國 家的經濟增長，也為許多發(fā)達國家?guī)砹讼喈敶蟮膯栴}。 Feedback part mainly for speed feedback. Through the setting of ac speed adjustment system speed transmission to PLC, according to the set speed through PLC simulation output module, output analog signal control inverter frequency, control the output of induction motor control. Inverter by are/reverse switch to control. The speed of the ac adjustable speed system by tachogenerator converted to speed analog signals, input analog quantities of input module, analogue input module produces digital signals into PLC. By the open loop/closedloop switch control system in the open loop or loop by mode. When munication speed regulation system Settings for the open loop runtime, detected speed signal processing, PLC not directly display。negative deceleration and fast brake etc. This system must meet the following three main parts: control putation section, execution and feedback part. Control operations by PLC and inverter to mainly plete。 關鍵詞 ： PLC 變頻器 PID 控制 Abstract Energy industry as the foundation of the national economy, for the development of society and economy and the improvement of people39。由開環(huán) /閉環(huán)開關控制系統(tǒng)在開環(huán)或閉環(huán)狀態(tài)下運行。變頻器的轉向由正 /反轉開關進行控制?？刂七\算主要由 PLC 和變頻器來完成；執(zhí)行元件為變頻器和電機； 反饋部分主要 為速度反饋。將現(xiàn)在應用最廣泛的 PLC和變頻器綜合起來 ,主要功能實現(xiàn)了 :變壓變頻調速 ,電機的正反轉，加減速以及快速制動等。設計出系統(tǒng)穩(wěn)定，調整精度高，調整時間快的變頻調速系統(tǒng)，對現(xiàn)今工業(yè)設計和工業(yè)生產的發(fā)展有很大幫助 。目前，國內變頻調速系統(tǒng)的研究非?；钴S，但是在產業(yè)化方面還不是很理想，市場的大部分還是被國外公司所占據。基于 PLC 的變頻調速系統(tǒng) 摘要 能源 工業(yè) 作為國民經濟的基礎，對于社會、經濟的發(fā)展和人民生活水平的提高都極為重要。在高速增長的經濟環(huán)境下，中國能源工業(yè)面臨經濟增長與環(huán)境保護的雙重壓力。因此，為