【正文】 器、中間直流環(huán)節(jié)（又稱平波回路） 、逆變器。 通用變頻器由主電路和控制回路組成。由電磁力進(jìn)而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)起來。在電動(dòng)勢(shì)的作用下，閉合的導(dǎo)條中就產(chǎn)生電流。電動(dòng)勢(shì)的方向由右 手定則來確定。三相交流異步電動(dòng)機(jī)的工作原理是建立 在電磁感應(yīng)定律、全電流定律、電路定律和電磁力定律等基礎(chǔ)上的。變頻調(diào)速系統(tǒng)的方案確定 14 變頻調(diào)速系統(tǒng) 1 三相交流異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理三相交流異步電動(dòng)機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備。無論哪種情況，都應(yīng)注意：PLC 一側(cè)的輸入阻抗的 大小要保證電路中電壓和電流不超過電路的允許值，以保證系統(tǒng)的可靠性和減少誤差。 通常變頻器也通過接線端子向外部輸出相應(yīng)的監(jiān)測(cè)模擬信號(hào)。 當(dāng)變頻器和PLC的電壓信號(hào)范圍不同時(shí)，如變頻器的輸入信號(hào)為 0～10V，而 PLC 的輸出電壓信號(hào)范圍為 0～5V 時(shí)；或 PLC 的一側(cè)的輸出信號(hào)電壓范圍為 0～10V 而變頻 器的輸入電壓信號(hào)范圍為 0～5V 時(shí)，由于變頻器和晶體管的允許電壓、電流等因素的限 制，需用串聯(lián)的方式接入限流電阻及分壓方式，以保證進(jìn)行開閉時(shí)不超過 PLC 和變頻器相應(yīng)的容量。數(shù)字輸入多采用變頻器面板上的鍵盤操作和串行接口來給定；模擬輸 入則通過接線端子由外部給定，通常通過 0～10V/5V 的電壓信號(hào)或 0/4～20ｍＡ的電流 信號(hào)輸入。 正確的連接是利用 PLC 電源，將外部晶體管的集電極經(jīng)過二極管接到 PLC。圖 2 與圖 3 給出了 正確與錯(cuò)誤的接線例子。 在設(shè)計(jì)變頻器的輸入信號(hào)電路時(shí)還應(yīng)該注意， 當(dāng)輸入信號(hào)電路連接不當(dāng)時(shí)有時(shí)也會(huì) 造成變頻器的誤動(dòng)作。變頻器通常利用繼電器接點(diǎn)或具有繼電器接點(diǎn)開關(guān)特性的元器件（如晶 體管）與 PLC 相連，得到運(yùn)行狀態(tài)指令。而且 PLC 控制變頻器這個(gè)組合能更有效率的反應(yīng)故障信息，作用動(dòng)作更迅速、測(cè) 量更精確，控制更簡(jiǎn)單方便。12 PLC 與變頻器的組合在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，最為常見的是 PLC 和變頻器的組合應(yīng)用，并且產(chǎn)生了多 種多樣的 PLC 控制變頻器的方法。 當(dāng)今的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是包含多種學(xué)科的技術(shù)領(lǐng) 域，總的發(fā)展趨勢(shì)是：驅(qū)動(dòng)的交流化，功率變換器的高頻化，控制的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。因而在鋼鐵、有色、石油、石化、化纖、紡織、機(jī)械、電力、電子、建材、煤炭、醫(yī)藥、造紙、注塑、卷煙、吊車、城市供水、中央空調(diào)及污水處理行業(yè)得到普遍應(yīng)用。自上世紀(jì) 80 年代被引進(jìn)中國(guó)以來，變頻器作為節(jié)能應(yīng)用與速度工藝控制中越來越重要的自動(dòng)化設(shè)備，得到了快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。變頻器性能的優(yōu)劣，一要看其輸出交流電壓的 諧波對(duì)電機(jī)的影響，二要看對(duì)電網(wǎng)的諧波污染和輸入功率因數(shù)，三要看本身的能量損耗 （即效率）如何。其實(shí)質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是 把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來實(shí)現(xiàn)的。它能實(shí)現(xiàn)功 率因數(shù)為 l，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行，系統(tǒng)的功率密度大。為此，矩陣式交—交變頻應(yīng)運(yùn)而生。 (5) 矩陣式交—交控制方式 VVVF 變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交—直—交變頻中的一種。 (4)直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）方式 直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型， 控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈 和轉(zhuǎn)矩。經(jīng)實(shí)踐使用后 又有所改進(jìn)，即引入頻率補(bǔ)償，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除 低速時(shí)定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動(dòng)態(tài)的精度和穩(wěn)定度。但是，這種控制方式在低頻時(shí)， 由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。其控制方式經(jīng)歷了以下四代。變頻器就是通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。 交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式見式 ： n＝60 f(1－s)/p () 式 中 n———異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；f———異步電動(dòng)機(jī)的頻率；s———電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；p———電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。 交流電輸入整流器，變?yōu)橹绷魍ㄟ^中間電路，最后變回交流從逆變器輸出。 其控制電路則主要是由“運(yùn)算電路” 、 “電壓、電流檢測(cè)電路” 、 “驅(qū)動(dòng)電路” 、 “速度檢測(cè)電路” 、“保護(hù)電路”組成。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制 裝置。9 變頻器的介紹 變頻器的工作原理 變頻器，英文名是 Variablefrequency Drive，簡(jiǎn)稱 VFD。 從 PLC 的發(fā)展趨勢(shì)看，PLC 控制技術(shù)將成為今后工業(yè)自動(dòng)化的主要手段。大型的 PLC 一般為多處理器系統(tǒng)，由字處 理器、位處理器和浮點(diǎn)處理器等組成，有較大的存儲(chǔ)能力和功能很強(qiáng)的輸入輸出接口。這種 PLC 可以廣泛取代繼電器控 制系統(tǒng)，應(yīng)用于單機(jī)控制和規(guī)模比較小的自動(dòng)線控制，如日本立石公司的 C20P\C40P\C60P\C20H\C40H 等。 由于工業(yè)生產(chǎn)對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)需求的多樣性，PLC 的發(fā)展方向有兩個(gè)：8 PLC 控制變頻器帶電機(jī)多段速運(yùn)行 (1) 朝著小型、簡(jiǎn)易、價(jià)格低廉方向發(fā)展。PLC 由于其性能優(yōu)越、可靠性高、程序編寫容 易、安裝與維修方便，且只要改變其軟件程序即可改變其控制順序，從而輕易地達(dá)成控 制上的不同需求。可編程序 控制器技術(shù)在世界上己廣泛應(yīng)用， 成為自動(dòng)化系統(tǒng)中的基本電控裝置 PLC 在現(xiàn)代工業(yè)生 產(chǎn)和實(shí)際生活中有著廣泛的應(yīng)用，由于可編程控制器（PLC）具有編程軟件采自易學(xué)易 懂的梯形圖語(yǔ)言、控制靈活方便、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，現(xiàn)在的工業(yè)自 動(dòng)化生產(chǎn)控制多采用可編程控制器來實(shí)現(xiàn)。 由于 PLC 上述幾個(gè)方面的應(yīng)用，而且 PLC 控制系統(tǒng)使其網(wǎng)絡(luò)又可大可小，所以 PLC 已經(jīng) 應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)行業(yè)，如冶金、機(jī)械、化工、輕工、食品、建材等等，不僅如此， PLC 也應(yīng)用于一些非工業(yè)過程，如樓宇自動(dòng)化、電梯控制、以及農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境參數(shù)調(diào)控等。汽車。 PLC 控制系統(tǒng)可應(yīng)用于三相異步電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)控制、三相異步電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)轉(zhuǎn)控 制、水塔水位控制、自動(dòng)送料裝車控制、交通信號(hào)燈控制、液體混合裝置控制、大小球 分類傳送控制、人行橫道與車道燈控制、電動(dòng)機(jī)的丫△減壓起動(dòng)控制、送料車控制和 天塔之光控制等。6 PLC 的應(yīng)用 最初，PLC 主要用于開關(guān)量的邏輯控制。在此期間，CPU 按照 I/O 映象 區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路， 再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。 即使用 I/O 指 令的話，輸入過程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從 I/O 模塊取值，輸出過程影 像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 即在用戶程序執(zhí)行過程中， 只有輸入點(diǎn)在 I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化， 而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變 化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù) 的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到 下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。 (2) 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O 映象區(qū)中的相 應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。 (1) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段， 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù) PLC 據(jù)，并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。 完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。 ⑤體積小，重量輕，能耗低。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變 程序改變生產(chǎn)過程成為可能。 PLC 控制變頻器帶電機(jī)多段速運(yùn)行 PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 及。 這種編程方法很有規(guī)律， 很容易掌握。為不熟 悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之 門。它接口容易，編程語(yǔ) 言易于為工程技術(shù)人員接受。加上 PLC 通信能力的增強(qiáng)及人機(jī) 界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的 數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。PLC 的安裝接線也很方便，一般用接線端 子連接外部接線。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇 怪了。此外，PLC 帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào) 信息。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采 用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。PLC 用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和 輸出有關(guān)的少量硬件， 接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的 1/10~1/100， 因觸點(diǎn)接觸不良造 成的故障大為減少。 (2) PLC 其特點(diǎn)如下：① 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器。 ⑤ 功能模塊 如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊。 ④ 輸入輸出接口電路 現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路， 作用是 PLC 與現(xiàn)場(chǎng)控制的 接口界面的輸入通道。 ③ 存儲(chǔ)器 存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。為了進(jìn)一步提 高 PLC 的可靠性，近年來對(duì)大型 PLC 還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決 式系