【正文】 A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制位數(shù)反映了它們的分辨率，位數(shù)越多，分辨率越高。D/A轉(zhuǎn)換器將可編程序控制器的數(shù)字輸出量轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流，再去控制執(zhí)行機構(gòu)。模擬量首先被傳感器和變送器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電流或電壓，可編程序控制器用A/D轉(zhuǎn)換器將它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。為了增強可編程序控制器的功能，擴大其應(yīng)用范圍，可編程序控制器廠家開發(fā)了品種繁多的特殊用途I/O模塊，包括帶微機處理器的智能I/O模塊。梯形圖中各編程元件的常開觸點和常閉觸點均可以無限多次地使用。解算的結(jié)果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。根據(jù)梯形圖中各觸點的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對應(yīng)的編程元件的ON/OFF狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以左右兩側(cè)母線之間有一個左正右負(fù)的直流電源電壓，這一方向與執(zhí)行用戶程序時的邏輯運算的順序是一致的。如果該存儲單元為“0”狀態(tài)，對應(yīng)的編程元件的線圈和觸點的狀態(tài)與上述的相反，稱該編程元件為“0”狀態(tài)，對應(yīng)的編程元件的線圈和觸點的狀態(tài)與上述的相反，稱該編程元件為“0”狀態(tài)，或稱該編程元件OFF。每一編程元件與可編程序控制器存儲器中元件映像寄存器的一個存儲單元相對應(yīng)。有時把梯形圖稱為電路或者程序，把梯形圖的設(shè)計叫做編程。1）梯形圖（LD）梯形圖是使用得最多的可編程序控制器圖形語言編程語言。 IEC11313詳細(xì)地說明了句法、語義和下述5種編程語言的表達(dá)方式：順序功能圖（Sequential function chart）。其中的第三部分（IEC11313）是可編程序控制器的編程語言標(biāo)準(zhǔn)。 可編程序控制器編程語言的國際標(biāo)準(zhǔn) 現(xiàn)代的可編程序控制器一般備有多種編程語言，供擁護(hù)選擇，不同廠家的可編程序控制器的編程語言有較大的區(qū)別，用戶不得不學(xué)習(xí)多種編程語言。輸出繼電器的動作延遲。若要輸出對輸入作出快速響應(yīng)的場合，則可采取相應(yīng)的措施如選用高速CPU提高掃描速度，采用快速響應(yīng)模塊、高速計數(shù)模塊以及不同的中斷處理等措施來盡量減少滯后時間。掃描周期越長，滯后現(xiàn)象越嚴(yán)重。由此可以看出，全部輸入輸出狀態(tài)的改變需要一個掃描周期。 可編程序控制器的I/0滯后現(xiàn)象 由于PLC是掃描工作過程，在程序執(zhí)行階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)映像寄存器的內(nèi)容也不會變化，要等到下一周期的輸入處理階段才能改變。可編程序控制器內(nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的電路供電。編程器編程器除了用來輸入和編輯用戶程序外，還可以用來監(jiān)視可編程序控制器運行時各種編程元件的工作狀態(tài)。從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊中的元器件，或使可編程序控制器不能正常工作。 可編程序控制器通過輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等執(zhí)行器，可編程序控制器控制的另一類外部負(fù)載是指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等。I/O模塊輸入模塊和輸出模塊簡稱為I/O模塊，它們是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場和CPU模塊的橋梁。在可編程序控制器控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當(dāng)于人的大腦和心臟。 可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu)可編程序控制器主要是由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。③程序中有改變程序流向的指令。 執(zhí)行用戶程序階段的掃描時間是影響掃描周期時間長短的主要因素，而且不是固定的，其原因主要取決于以下幾方面因素:①用戶程序中所用語句條數(shù)的多少。從用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時，PLC從輸入映像寄存器中讀出上一階段采入的對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映像寄存器中讀出對應(yīng)映像寄存器的當(dāng)前狀態(tài)，根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運算，運算結(jié)果再存入有關(guān)器件寄存器中。自此輸入映像寄存器就與外界隔離，即使輸入信號發(fā)生變化其映像寄存器的內(nèi)容也不發(fā)生變化，只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息，也就是說，各輸入映像寄存器的狀態(tài)要保持一個掃描周期不變。 圖21 PLC工作掃描流程圖 1)輸入處理階段 輸入處理也叫輸入采樣。當(dāng)PLC處于停止(STOP)狀態(tài)時只進(jìn)行內(nèi)部處理和外設(shè)端口服務(wù)操作等內(nèi)容。內(nèi)部處理階段:CPU都要進(jìn)行復(fù)位監(jiān)視定時器、硬件檢查、用戶內(nèi)存檢查等操作。這個工作過程分為內(nèi)部處理、外設(shè)端口服務(wù)、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個階段。識別擴展單元。 PLC上電后首先進(jìn)行初始化:I/0、內(nèi)部輔助、特殊輔助、輔助記憶繼電器區(qū)域清零。 可編程序控制器的工作原理 在繼電器控制電路中，當(dāng)某些梯級同時滿足導(dǎo)通條件時，這些梯級中的繼電器線圈會同時通電，這是一種并行的工作方式。 3)高可靠性 由于控制系統(tǒng)的可靠性日益受到人們的重視，一些公司已將自診斷技術(shù)、冗余技術(shù)、容錯技術(shù)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)有產(chǎn)品中，推出了高可靠性的冗余系統(tǒng)，并采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。向上可與工業(yè)計算機、以太網(wǎng)、MAP網(wǎng)等相連構(gòu)成整個工廠的自動化控制系統(tǒng)。 1)大型網(wǎng)絡(luò)化 主要是朝DCS方向發(fā)展，使其具有DCS系統(tǒng)的一些功能。另外，采用PLC還可以大大縮短設(shè)計、編程和投產(chǎn)周期，使總價格進(jìn)一步降低。 7)運行速度快 隨著微處理器的應(yīng)用，PLC的運行速度增快，使它更符合處理高速度復(fù)雜的控制任務(wù)。各個模件上帶有運行和故障指示裝置，便于查找故障，大多數(shù)模件可以帶電插拔，模件可更換，使用戶可以在最短的時間內(nèi)查出故障并排除，最大限度地壓縮故障停機時間，使生產(chǎn)迅速恢復(fù)。 6)安裝、維修簡單與計算機系統(tǒng)相比，PLC安裝不需要特殊機房和嚴(yán)格的屏蔽。新的編程工作站配有綜合的軟件工具包，并可在任何兼容的個人計算機上編程。一臺可編程序控制器可以同時控制幾臺設(shè)備，也可以通過聯(lián)網(wǎng)通信，實現(xiàn)分散控制，集中管理?；拘褪皆偌由夏MI/0、基本算術(shù)運算、通信能力等。I/0點數(shù)從8^8192點，有多種機型、多種功能模板可靈活組合，結(jié)構(gòu)形式也是多樣的。 可編程序控制器的主要特點 1)可靠性高 PLC的MTBF(Mean Time Between Failures)平均故障間隔時間一般在4000050000h以上，三菱、西門子、ABB、松下等微小型PLC可達(dá)10萬h以上，而且均有完善的自診斷功能，判斷故障迅速，便于維護(hù)。 可編程序控制器的推廣在我國得到了迅猛的發(fā)展，可編程序控制器已經(jīng)大量應(yīng)用在引進(jìn)設(shè)備和國產(chǎn)設(shè)備中，我國不少廠家引進(jìn)或研制了一批可編程序控制器，各行各業(yè)也涌現(xiàn)出大批應(yīng)用可編程序控制器改造設(shè)備的成果，機械行業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備越來越多地采用可編程序控制器作控制裝置。這幾家公司控制著全世界80%以上的可編程序控制器市場。 在全世界上百個可編程序控制器制造廠中，有幾家舉足輕重的公司?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。1985年1月，國際電工委員會（IEC）的可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第2稿對可編程序控制器作了如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它的起動性能與電抗器相比較相似，起動性能決定于電動機、電網(wǎng)及負(fù)載參數(shù)。由于上述因素，熱變電阻軟起動在實際應(yīng)用中存在很多限制，需滿足以下條件：①非常精確的計算；②非常準(zhǔn)確的電機負(fù)載和電網(wǎng)參數(shù)；③嚴(yán)格檢測的耐高壓箱體；④工況參數(shù)不能發(fā)生大的變化和調(diào)整；⑤連續(xù)起動的次數(shù)要求低；⑥起動時間不能過長。存在二次沖擊現(xiàn)象。起動性能差，因為熱變電阻完全靠溫度調(diào)節(jié)阻值，溫度是人為無法控制的，二次起動時與第一次起動相比其溫度發(fā)生很大變化，起動特性隨之發(fā)生變化，起動電流、起動時間也相應(yīng)出現(xiàn)偏差。因此切換至全壓運行時刻，會對電網(wǎng)產(chǎn)生浪涌電流沖擊，并且對電動機傳動機構(gòu)產(chǎn)生機械沖擊。對電網(wǎng)的電流沖擊及對傳動機構(gòu)的機械沖擊熱變電阻的液阻值完全是按溫度的反比例關(guān)系來變化的，電液的溫度既不可能無限大，電液阻值就不可能為0。起動時間不可調(diào)用熱變電阻起動電動機，決定起動切換到全壓運行的時刻，是依據(jù)對主電機電流的監(jiān)測，通過開關(guān)觸點的控制轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的。在實際應(yīng)用中，由于電機參數(shù)、工況、負(fù)載等參數(shù)與計算有一定偏差或需要調(diào)整時，這就需對阻值進(jìn)行調(diào)整和在起動過程中對阻值變化進(jìn)行靈活控制。起動電流不可控、不可調(diào)其電液箱溶液體積與濃度、極板間距一次成型。起動初始時刻，電液阻值受溫度的影響而變化，不同季節(jié)的溫度變化及連續(xù)起動情況下每次電液初始溫度的不同，均導(dǎo)致起動初始時刻阻值的不同。依據(jù)電解液的電阻值與電解液溫度的反比例變化關(guān)系，電液阻值因電液溫度升高而降低，從而達(dá)到熱變電阻降壓起動的目的。高壓熱變電阻起動器（一）工作原理：在電機定子回路串接液體電阻達(dá)到降壓起動的目的。起動過程中通過PLC調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)可調(diào)電抗的控制電壓，使之電抗逐漸減小至零，電機由起動狀態(tài)平穩(wěn)過渡到正常運行狀態(tài)。磁控式電機軟起動裝置磁控式電機軟起動裝置是近年來開始在工業(yè)上逐漸認(rèn)可的一種大型電機軟起動裝置 它投資較小，起動效果好 它的基本工作原理是將電壓調(diào)節(jié)式可漏電抗串聯(lián)在籠型電機的轉(zhuǎn)子回路中，電機起動前可調(diào)電抗值為最大值。晶閘管電子軟啟動器另一種基于電力電子器件開發(fā)的晶閘管電子軟啟動器普遍采用單片機控制技術(shù)實現(xiàn)對電動機的軟起動的控制。4）、 一次投資與收益一般地，高壓變頻器用于電動機的調(diào)速控制，具有很高的優(yōu)越性（如調(diào)速性能、降流節(jié)能等），其一次投資具有明顯的收益。3）、維護(hù)與維修問題高壓變頻器較之通用變頻器，其技術(shù)含量更高，設(shè)備更為復(fù)雜，所需維護(hù)與維修的技術(shù)水平更高，維修更為復(fù)雜。而且輸出高次諧波引起電機的過熱，使電機不能滿出力運行。2）、對電動機的影響問題高壓大容量電動機多使用普通鼠籠式電動機，采用變頻器供電時，由于變頻器采用PWM調(diào)制，電壓變化率du/dt很高，電壓峰值也大大高于額定電壓，同時變頻器還輸出高頻電壓成分。當(dāng)然，采用6倍脈沖整流電路（如18脈沖，24脈沖），則諧波電流大大降低，但電路結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，一般采用較少。如此高的諧波嚴(yán)重影響同網(wǎng)其他電力設(shè)備的正常運行。但是，用變頻器起動電動機并非十全十美，它也存在不足之處：1）、高次諧波污染問題高壓變頻器結(jié)構(gòu)上使用大功率半導(dǎo)體電力電子器件（如SCR，GTO，IGBT，ICBT等），采用三相橋式整流電路。而且最容易實現(xiàn)工況適宜性調(diào)整。可實現(xiàn)脈沖突跳方式的起動，以克服足夠大的靜阻轉(zhuǎn)矩。其主要優(yōu)點如下：采用VVVF控制方式，通常采取SPWM觸發(fā)模式，可實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)或變轉(zhuǎn)矩起動，幾乎涵蓋各種類型負(fù)載的起動。變頻器主要應(yīng)用于鼠籠式電動機的調(diào)速節(jié)能，但也可用于鼠籠式電動機的軟起動、軟停車。高壓變頻器隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體電力電子器件在高壓領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛、技術(shù)日趨成熟。且容量僅限于10KV，5000KW以下。目前，高壓電動機的起動方式種類繁多，主要有：高壓電抗器起動、高壓變壓器起動、高壓固態(tài)軟起動、高壓液態(tài)軟起動、電動機電動機組起動等方法。（4）起動器還具有可控硅短路保護(hù)、缺相保護(hù)、過熱保護(hù)、欠壓保護(hù)。 （2）起動電壓上升斜率可調(diào)，保證了起動電壓的平滑性，起動電壓可依據(jù)不同的負(fù)載在30%～70%Ue(Ue為額定電壓)范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。電壓控制起動是用在輕載起動的場合，在保證起動壓降下發(fā)揮電動機的最大起動轉(zhuǎn)矩，盡可能的縮短了起動時間，是最優(yōu)的輕載軟起動方式[3]。轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動與轉(zhuǎn)矩控制起動相仿也是用在重載起動，不同的是在起動的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩克服電機靜轉(zhuǎn)矩，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升，縮短起動時間。轉(zhuǎn)矩控制起動用在重載起動，它是將電動機的起動轉(zhuǎn)矩由小到大線性上升，它的優(yōu)點是起動平滑，柔性好，對拖動系統(tǒng)有更好的保護(hù)，它的目的是保護(hù)拖動系統(tǒng)，延長拖動系統(tǒng)的使用壽命。目前的軟啟動器有以下五種起動方式（圖12）：圖12 軟起動器的五種起動方式限流起動顧名思義是限制電動機的起動電流，它主要是用在輕載起動的負(fù)載降低起動壓降，在起動時難以知道起動壓降，不能充分利用壓降空間，損失起動力矩，對電動機不利。）起動性能的比較；軟起動與傳統(tǒng)的降壓起動的性能指標(biāo)見表11：表11軟起動與傳統(tǒng)的降壓起動的性能指標(biāo)現(xiàn)以AllenBradley公司SMC Dialog Plus系列交流電動機軟起動器為例來說明工作原理和運行特點: （a）Ma特性 （b）La特性圖11 降低電動機端子的電壓時啟動轉(zhuǎn)矩Ma和啟動電流La的特性可見三相交流異步電動機的起動轉(zhuǎn)矩Ma直接與所加電壓的二次方有關(guān)，也就是說，只要降低電機接線端子上的電壓就會影響這些值。 異步電動機常用的起動方式目前國內(nèi)大型電動機的起動方法有定子回路串電抗器、自耦變壓器、水電阻等減壓起動方式，（但起動電流仍然很大(一般是額定3到5倍)對電機仍然有較大的沖擊，而且會引起電網(wǎng)電壓急劇下降。綜合考慮，在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下應(yīng)盡量避免采用電動機的直接起動方式，以保證電網(wǎng)的供電質(zhì)量。許多電機的自身故障都是由于絕緣受到傷害而引起的。同時，還可能引起繼電保護(hù)和自動裝置誤動，儀表指示和電度計量不準(zhǔn)以及通信受干擾等一系列問題。(4) 電動機在起動時，會產(chǎn)生短時間的諧波電流，使電網(wǎng)的諧波大量增加。如果水泵前面的管路比較長，當(dāng)水泵電機突然停止時，高速的水流會沖擊到水泵的葉輪上，產(chǎn)生很大的沖擊力，會使葉輪變形或損壞。(3) 電動機直接全壓起動時的起動轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的2倍，對于齒輪傳動設(shè)備來說，很大的沖擊力會使齒輪磨損加快甚至破碎；對于皮帶傳動設(shè)備來說，加大了皮帶磨損甚至拉斷皮帶。當(dāng)電動機容量相對較大時，該起動電流將引起電網(wǎng)電壓急劇下降，電壓頻率也發(fā)生變化，這會破壞同電網(wǎng)其它設(shè)備的正常運行，甚至?xí)痣娋W(wǎng)失去穩(wěn)定，造成更大的事故。從上邊分析看出，變壓器額定容量相對電動機講不足夠大時，三相異步電動機不允許直接起動?？傊妱訖C起動過程需要考慮以下幾個問題：1． 應(yīng)有足夠大的最初起動轉(zhuǎn)矩（TS≥）；2． 盡可能小的最初起動電流；3． 起動操作簡便，起動設(shè)備簡單和經(jīng)濟(jì)；二、大中異步電動機直接起動的再一個