【正文】 發(fā)平臺(tái)工具，可實(shí)現(xiàn)顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)速控制，在 PC 機(jī)上可開發(fā)友好人機(jī)界面，通過(guò) PLC 可以對(duì)自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行“智能”控制。 程序執(zhí)行完畢后 ， 進(jìn)入輸出刷新階段。 PLC從輸入 映像 寄存器中讀出上一階段采入的對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映像寄存器讀出對(duì)應(yīng)映像寄存器的當(dāng)前狀態(tài)。 在程序執(zhí)行階段 ， 根據(jù) PLC梯形 圖程序掃描原則，按先左后右，先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。 這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I／ O映像區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變 。 圖 PLC工作周期的三個(gè)階段 在輸 入采樣階段， PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存 I/O映像區(qū) 中 的相應(yīng)單元內(nèi)。每個(gè)掃描過(guò)程分為三個(gè)階段進(jìn)行，即輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新。 掃描從第 0號(hào)存儲(chǔ)地址所存放的第一條用戶程序開始，在無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按存儲(chǔ)地址號(hào)遞增的方向順序逐 16 條掃描用戶程序，也就是順序執(zhí)行程序，直到程序結(jié)束，即完成一個(gè)掃描周期，然后再?gòu)念^開始執(zhí)行用戶程序，并周而復(fù)始地重復(fù) 。為防止在外部電源發(fā)生故障的情況下， PLC內(nèi)部程序和數(shù)據(jù)等重要信息的丟失， PLC還帶有鋰電池作為后備電源。小型 PLC的電源往往和 CPU單元合為一體，大中型PLC都有專用電源部件。 5．電源部件 PLC配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源的電源模塊，用來(lái)將外部供電電源轉(zhuǎn)換成供 PLC內(nèi) 部的 CPU、存儲(chǔ)器和 I／ O接口等電路工作所需的直流電源。通常大中型 PLC多采用圖形編程器。圖形編程器既可以用指令語(yǔ)句進(jìn)行編程，又可以用梯形圖編程；既可連機(jī)編程又可脫機(jī)編程，操作方便，功能強(qiáng)，有液晶顯示的便攜式和陰極射線式兩種。簡(jiǎn)易編程器使用時(shí)直接與 PLC的專用插座相連接，由 PLC提供電源。 編程器一般分為簡(jiǎn)易編程器和圖形編程器兩類。 編程器的作用是將用戶編寫的程序下載至 PLC的用戶程序存儲(chǔ)器 ,還可以對(duì)用戶程序進(jìn)行檢查、修改和調(diào)試，以及在線監(jiān)視 PLC的工作狀態(tài) ，內(nèi)部部件及系統(tǒng)參數(shù) 。輸出單元將 CPU送出的弱電控制信號(hào)通過(guò)輸 15 出電路的光電隔離和功率放大等轉(zhuǎn)換 成 為 現(xiàn)場(chǎng) 需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以 驅(qū)動(dòng) 接觸器、電磁閥、電磁鐵等執(zhí)行元件。所以， I/O模塊實(shí)際上是 CPU與現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出設(shè)備之間的連接部件，起著 PLC與被控對(duì)象間傳遞輸入輸出信息的作用。 實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的輸入信號(hào)多種多樣，信號(hào)電平各不相同，而 PLC所能處理的信號(hào)只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，因此必須通過(guò)輸入模塊將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成 CPU能夠接收和處理的標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)。它還用來(lái)存放 A/D 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果等 。 14 圖 PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 2. 存儲(chǔ)器 PLC 配有 2 種存儲(chǔ)器： 1）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器； 2）用戶程序存儲(chǔ)器； 數(shù)據(jù)表用來(lái)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。 小型 PLC 大多采用 8位微處理器或單片機(jī)，中型 PLC 大多采用 16位微處理器或單片機(jī)，大型 PLC 大多采用高速位片式處理器。 單片機(jī)常用的有 803 805和 8096 等。它的主要功能有以下幾點(diǎn)： 1） 接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，送入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)； 2） 監(jiān)測(cè)和 診斷電源、 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語(yǔ)法錯(cuò)誤； 3） 用掃描的方式接收輸入信號(hào) ，并 送入 PLC 的 數(shù)據(jù)區(qū) (輸入映像寄存器 ) 保存起來(lái) ； 4） PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進(jìn)行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作； 5） 根據(jù) 數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，刷新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器表的內(nèi)容， 以實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能； PLC 常用的 CPU 有通用微處理器、單片機(jī)和位片式微處理器。 1. 中央處理單元 (CPU) CPU 在 PLC 中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，它是 PLC 的運(yùn)算、控制中心。 CPU 底板與擴(kuò)展底板之間通過(guò)電纜連接，距離一般不超過(guò) 10cm。 組合式 PLC 將 CPU 單元、輸入單元、輸出單元、智能 I/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，模塊之間通過(guò)底板上的總線 13 相互聯(lián)系。另外還有獨(dú)立 的 I/0 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兩類。它較 好的解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題。 PLC 自問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，己經(jīng)成為最受歡迎的工業(yè)控制類產(chǎn)品。 因?yàn)樵缙诘目删幊绦蚩刂破髟诠δ苌现荒苓M(jìn)行邏輯控制，因此也稱為 PLC (programmable Logic controller)，即是可編程邏輯控制器。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，能夠執(zhí)行邏輯控制、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算 等操作功能，并通過(guò)開關(guān)量、模擬量的輸入和輸出完成各種機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程的控制。變頻器保護(hù)功能 很強(qiáng)，在運(yùn)行過(guò)程中能隨時(shí)檢測(cè)到各種故障，并顯示故障類別 (如電網(wǎng)瞬時(shí)電壓降低，電網(wǎng)缺相，直流過(guò)電壓，功率模塊過(guò)熱，電機(jī)短路等 )，并立即封鎖輸出電壓．這種“自我保護(hù)”的功能，不僅保護(hù)了變頻器，還保護(hù)了電機(jī)不易損壞?？梢詫?shí)現(xiàn)軟起 動(dòng)，減小沖擊電流，解決大負(fù)載的啟動(dòng)問(wèn)題。 變頻器技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)，它建立在控制技術(shù)、電子電力技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上。 3. 以提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量為目的的應(yīng)用 變頻調(diào)速除了在風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載上的應(yīng)用以外，還可以廣泛應(yīng)用于傳送、卷繞、起重、擠壓、機(jī)床等各種機(jī)械設(shè)備控制領(lǐng)域。 變頻調(diào)速系統(tǒng)制動(dòng)時(shí)，變頻器可以利用自己的制動(dòng)回路，將機(jī)械負(fù)載的能量消耗在制動(dòng)電阻上，也可回饋給供電電網(wǎng)，但回饋給電網(wǎng)需增加專用附件，投資較大。 變頻調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)大都是從低速開始，頻率較低。 2. 變頻調(diào)速在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方面的優(yōu)勢(shì) 變頻調(diào)速很容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)。 對(duì)于一些在低速運(yùn)行的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如傳送帶等，變頻調(diào)速也可節(jié)能。而傳統(tǒng)的擋板和法門進(jìn)行流量調(diào)節(jié)時(shí)，耗用功率變化不大。如果電動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電動(dòng)機(jī)都能在溫升容許的條件下長(zhǎng)期運(yùn)行，這時(shí)轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。 baU 1 nF 1 nF 1 （ 頻 率 ）U 1定 子 相 電 壓 圖 恒壓頻比控制特性 2．基頻以上調(diào)速 在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率可以從 F 往上增高，但電壓 1U 磁通與頻率成反比 的降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況。帶定子 壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制特性為 b 線，無(wú)補(bǔ)償?shù)臑榭诰€。 低頻時(shí)， 1U 和 g? 都較小，定 子 阻抗壓降所占的份量都比較顯著，不能 再 忽 略。由上式可知，要保持 m? 不變，但頻率 1f 從額定值 Nf向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低 g? 。但是這種控制受到基頻 1f （ 電機(jī)額定頻率 ) 9 的影響，在 1f Nf （即基頻以下調(diào)速控制方式）和 1f Nf （即基頻以上調(diào)速控制方式）時(shí)， g? 的變化規(guī)律不一樣。所以要必須保持主磁通不發(fā)生改變。在交流異步電機(jī)種，磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成產(chǎn)生的。對(duì)于直流電機(jī)來(lái)說(shuō)，勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，所以只要對(duì)電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合適，保持西。為額定值不變。改變電動(dòng)機(jī)的定子供電頻率 f(即變頻調(diào)速 )，可使電機(jī)始終運(yùn)行在高效率區(qū)，并保證良好的動(dòng)態(tài)性能，是目前最為廣泛使用的調(diào)速方式。 由上述交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式 ()可以知道要改變轉(zhuǎn)速可以采取以下三種基本措施： (1)改變轉(zhuǎn)差率 S； (2)改變磁極對(duì)數(shù) p； (3)改變電動(dòng)機(jī)的定子供電頻率。因此，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向也將發(fā)生改變。 變頻調(diào)速的基本原理 當(dāng)在一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)的定 子 繞組上加上三相交流電壓時(shí)，該電壓將產(chǎn)生 一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其速度由定子電壓的頻率所決定。其主要任務(wù)是完成對(duì)逆變器的開關(guān)控制，對(duì)整流器的電壓控制，以及完成各種保護(hù)功能。 4. 控制回路。逆變器的結(jié)構(gòu)形式是利用 6 個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件組成的三相橋式逆變器電路。 3. 逆變器。無(wú)論電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)還是發(fā)電狀態(tài)，起始功率因數(shù)總不會(huì)等于 1。 2. 平波回路（中間直流環(huán)節(jié)）。給異 整 流 器 平 波 電 路 逆 變 器M控 制 電 路 圖 變頻器簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖 1. 整流器。主電路包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)（又稱平波回路）、逆變器。 第二章 變頻調(diào)速原理 變頻器基本結(jié)構(gòu) 變頻器可以分為四個(gè)部分，如圖 所示。 本文設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本系統(tǒng)是通過(guò)可編程控制器控制三相交流異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速功能。無(wú)疑， PLC 將在今后的工業(yè)自動(dòng)化中扮演重要角色。 進(jìn)入 八九十年代后， PLC 的軟硬件功能進(jìn)一步得到加強(qiáng)， PLC 已發(fā)展成為一種可提供諸多功能的成熟的控制系統(tǒng)，能與其他設(shè)備通信，生成報(bào)表，調(diào)度產(chǎn)出，可診斷自身故障及機(jī)器故障。在邏輯運(yùn)算功能的基礎(chǔ) 上，增加了數(shù)值 運(yùn)算，提高了運(yùn)算速度，擴(kuò)大了輸入輸出規(guī)模。到 70 年代初，食品、金屬和制造等工業(yè)部門相繼使用 PLC 代替繼電器控制設(shè)備，邁出了其實(shí)用化階段的第一步。當(dāng)時(shí)的目的是要求設(shè)計(jì)一種新的控制裝置以取代繼電器盤，除保留繼電器控 制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，同時(shí)具有現(xiàn)代化牛產(chǎn) 線所要求的時(shí)間響應(yīng)快、控制精度高、可靠性好、控制程序可隨工藝改變、易于 與計(jì)算機(jī)接口、維修方便等諸多高品質(zhì)與功能。它具有豐富的輸入、輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng) 能 力，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要選配，軟件則需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。 5 PLC 技術(shù) 可編程程序控制器 (Programmable Controller)是以微處理器為核心，綜合計(jì)算 機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì) 的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。如搬運(yùn)機(jī)械，從反抗性負(fù)載的搬運(yùn)車輛、帶式運(yùn)輸機(jī)到位能負(fù)載的起重機(jī)、提升機(jī)、立體倉(cāng)庫(kù)、立體停車廠等都已采用了通用 變頻器。 通用變頻器經(jīng)歷了模擬控制、數(shù)字控制、數(shù)?；旌峡刂?，直到全數(shù)字控制的演變，逐步地實(shí)現(xiàn)了多功能化和高性能化，進(jìn)而使之對(duì)各類生產(chǎn)機(jī)械、各類生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性不斷增強(qiáng)。直流電機(jī)的維護(hù)周期為 1 個(gè)月，而交流電機(jī)的維護(hù)周期為 3 個(gè)月以上，且維護(hù)工作量要小的多。 3. 維護(hù)工作量小。因此對(duì)于紙機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，單機(jī)容量不超過(guò) 160kw，在同樣裝機(jī)容量下，交流傳動(dòng)系統(tǒng)的造價(jià)要比直流傳動(dòng)系統(tǒng)低 5%15%。 2. 系統(tǒng)造價(jià)低 。這是因?yàn)?，一方面，一個(gè)常識(shí)性的問(wèn)題就是交流電機(jī)的效率比其它類型的電機(jī)都要高。 上 世紀(jì) 70年代初，變頻技術(shù)迅速發(fā)展，已經(jīng)成為集電力、電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品。用戶根據(jù)自