【正文】 ............ 20 消息幀的組 成 ............................................... 20 消息幀組成部分具體定義 ..................................... 20 Modbus 錯(cuò)誤檢測(cè)方法 .............................................. 22 第五章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) ................................................... 26 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ......................................................... 26 PLC 控制系統(tǒng)與系統(tǒng)構(gòu)建 ...................................... 26 .工業(yè)現(xiàn)場(chǎng) .................................................. 26 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn) ..................................................... 28 上位機(jī)人機(jī)交互設(shè)備的選型 : ................................... 28 S7200PLC 在紙機(jī)傳動(dòng)中的應(yīng)用 V PLC 及其它模塊的選型 ........................................ 28 變頻器的選型及其系統(tǒng)功能設(shè)定 ..................................... 29 ................................................... 29 ACS550 系列變頻器的參數(shù)及設(shè)置 ............................... 29 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) ....................................................... 31 技術(shù)數(shù)據(jù) ................................................... 31 變頻器及低壓電器的選擇 ..................................... 32 電路圖簡(jiǎn)介 ....................................................... 33 變頻器電路圖 ................................................ 33 變頻器其它電路圖簡(jiǎn)介 ....................................... 36 PLC 部分的設(shè)計(jì) .............................................. 38 圖 510 S7200PLC 接線電路圖 .......................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。因電機(jī)的種類(lèi)的不同，我們可以將其分為直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)和交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，速度可調(diào)節(jié)成了電動(dòng)裝置的一項(xiàng)基本要求，并且，除了滿(mǎn)足一定的調(diào)速范圍和連續(xù)可調(diào)的同時(shí) ，還必須具有持續(xù)的穩(wěn)定性和良好的瞬態(tài)性能。 交流調(diào)速的發(fā)展概況 交流調(diào)速系統(tǒng)大致經(jīng)歷過(guò)以下幾個(gè)階段 : (1)異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)。 (3)變頻調(diào)速系統(tǒng)。交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的種類(lèi)很多，有電壓源型變頻器，電流源型、脈寬調(diào)制型等各種變頻器。日、美、德、英等國(guó)家在結(jié)合現(xiàn)代微處理器控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，相繼推出了一系列的變頻器，且不斷進(jìn)行更新?lián)Q代。美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司 D(EC)于 1969 年研制成第一臺(tái) PLC，型號(hào)為 PDP 一 14，投入通用汽車(chē)公司的生產(chǎn)線控制中，取得了令人滿(mǎn)意的效果，從此開(kāi)創(chuàng)了 PLC 的新紀(jì)元。到 20 世紀(jì) 70年代初，食品、金屬和制造 等工業(yè)部門(mén)相繼使用 PLC 代替繼電器控制設(shè)備，邁出其實(shí)用化階段的第一步。閉環(huán)控制，提高了運(yùn)算速度，擴(kuò)大了輸入輸出規(guī)模。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。無(wú)疑， LPC 將在今后的工業(yè)自動(dòng)化中扮演重要角色。 目前 PLC 朝以下幾個(gè)方向發(fā)展 :(1)大型網(wǎng)絡(luò)化 (2)多功能 (3)高可靠性、好兼容性 (4)編程語(yǔ)言向高級(jí)語(yǔ)言發(fā)展。全球一些著名的電氣公司象西門(mén)子、 ABB、東芝、三菱等，在這一領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)與研究都取得了巨大成就，使得變頻調(diào)速技術(shù)迅速發(fā)展并日漸成熟，它較直流調(diào)速系統(tǒng)及其它類(lèi)型的調(diào)速系統(tǒng)有以下 3 個(gè)最突出的特點(diǎn)： (l)省電節(jié)能：使電耗降低 .是因?yàn)?，一方面是因?yàn)榻涣麟姍C(jī)的效率比其它類(lèi)型的電機(jī)都要高；另一方面，一般的電機(jī)控制回路中都有過(guò)流，過(guò)壓，失相等安全保護(hù)元件，而“變頻器 —— 電機(jī)”控制回路則沒(méi)有這些耗能元件，更不需要像直流源調(diào)速系統(tǒng)所必備的勵(lì)磁電源，變壓器等元件。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%。 (3)維護(hù)工作量?。鹤冾l器普遍采用大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路，設(shè)有附加的外圍元器件，因此從某種意義上說(shuō)，變頻器是免費(fèi)維護(hù)設(shè)備 .直流電機(jī)的維護(hù)周期為 l個(gè)月，S7200PLC 在紙機(jī)傳動(dòng)中的應(yīng)用 3 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。如何實(shí)現(xiàn)速度鏈?zhǔn)羌垯C(jī)傳動(dòng)中的一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面的因素。 ，速度鏈一定要穩(wěn)定、可靠、才能保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。 ，一定要在滿(mǎn)足系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上盡量降低成本。 由于模擬式速度鏈存在操作不便，易受干擾等缺陷，因此現(xiàn)在已基本上不使用了，只有在部分小型紙機(jī)中還在應(yīng)用。 （ 1）電動(dòng) 電位器型的速度鏈 該速度鏈的構(gòu)成如圖 21 所示：它主要利用交流驅(qū)動(dòng)裝置本身所具有的數(shù)字頻率輸入功能來(lái)解決速度級(jí)聯(lián)問(wèn)題（如三菱變頻器的遙控功能、 ABB 變頻器的電動(dòng)電位器功能）。這種速度鏈的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)工作可靠，變頻器的頻率設(shè)定直接由數(shù)字信號(hào)設(shè)定，克服了模擬信號(hào)易受干擾的缺點(diǎn)。也可以根據(jù)用戶(hù)的要求用 PLC 來(lái)完成以提高系統(tǒng)的可靠性和簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。傳動(dòng)控制中心一般采用 PLC。軟件設(shè)計(jì)可以有多種方法。 （ a）速度鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 速度鏈結(jié)構(gòu)采用二叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法，用于完成傳遞功能。然后根 據(jù)二叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，確定各結(jié)點(diǎn)的上下、左或右編號(hào)。如圖 22所示。故只須對(duì)位置寄存器初始化，即可構(gòu)成任意分支速度鏈。如圖 23 所示，紙機(jī)第一分部點(diǎn)作為速度鏈陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 6 中的主節(jié)點(diǎn)，即它的 速度就是整個(gè)紙機(jī)的工作車(chē)速，則其速度調(diào)節(jié)就調(diào)節(jié)了整個(gè)紙機(jī)車(chē)速。第一分部的速度值乘以第二分部的變比 b1/a 則為第二臺(tái)變頻器的運(yùn)行值。任意無(wú)級(jí)調(diào)速。圖中 2點(diǎn)就包含了調(diào)速和緊紙、松紙等操作指令的速度值，將它送給第二臺(tái)變頻器執(zhí)行，同時(shí)送下一級(jí)計(jì)算。 負(fù)荷分配控制的原理與實(shí)現(xiàn) （ 1）負(fù)荷分配問(wèn)題產(chǎn)生的原因和影響 在傳動(dòng)控制過(guò)程中經(jīng)常遇到由幾臺(tái)電機(jī)同時(shí)拖動(dòng)同一負(fù)載的情況。所以類(lèi)似這樣的傳動(dòng)只有電動(dòng)機(jī)速度同步并不能滿(mǎn)足實(shí)際系統(tǒng)的工作要求，實(shí)際系統(tǒng)還要求各傳動(dòng)點(diǎn)電機(jī)負(fù)載率相同，否則會(huì)出現(xiàn)某臺(tái)電機(jī)出力大，某臺(tái)電機(jī)出力小的情況。所以這些分部要求有負(fù)荷分配，它們之間要求速度同步的同時(shí)要求負(fù)載率均衡，否則會(huì)影響正常抄紙。 （ 2）負(fù)荷分配原理 S7200PLC 在紙機(jī)傳動(dòng)中的應(yīng)用 7 在多電機(jī)傳動(dòng)過(guò)程中要求各傳動(dòng)點(diǎn)電機(jī)負(fù)載率相同，即δ =Pi/Pie 相同（ Pi 為 i電機(jī)所承擔(dān)負(fù)載 功率， Pie 為電機(jī)額定功率）。所以我們采用速度鏈主鏈與子鏈相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法。以三點(diǎn)負(fù)荷分配為例 ,如圖 24所示，編號(hào)為 0 和 4 是需要負(fù)荷分配的前級(jí)和后級(jí)，負(fù)荷分配以 1為主， 3作為 1的從機(jī)，處于速度鏈的子鏈上。P為實(shí)際總負(fù)載功率， P P P3 為電機(jī)實(shí)際負(fù)載功率，則 P=P1+P2+P3。負(fù)荷分配的目的就是使 P P P3 滿(mǎn)足上述要求。實(shí)際控制近似以電機(jī)定子電流代替電機(jī)功率。這樣完成負(fù)荷分配的自動(dòng)控制。下面主要說(shuō)明交流傳動(dòng)負(fù)荷分配的設(shè)計(jì)。這種控制方法簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。我們利用 PLC 作為負(fù)荷分配控制器，在 PLC 上擴(kuò)展 A/D 模塊，采 樣電機(jī)電流，依據(jù)負(fù)荷分配原理經(jīng)過(guò) PLC 運(yùn)算處理，輸出數(shù)字量的加速、減速信號(hào)連接到速度鏈控制回路，完成負(fù)荷分配控制功能。 通訊控制負(fù)荷分配 上述的幾種控制方法都屬于模擬控制，適用于 5 臺(tái)電機(jī)以下的負(fù)荷分配，控制精度比較低。現(xiàn)在的大多數(shù)公司所生產(chǎn)的變頻器都具有通訊功能。解決負(fù) 荷分配問(wèn)題所使用的思路是通過(guò) PLC 通訊，讀到各傳動(dòng)點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩值，將轉(zhuǎn)矩值加以比較，再通過(guò) PLC 通訊調(diào)節(jié)各變頻器的給定頻率，加大或減小該電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，從而調(diào)整該電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。 PLC 控制負(fù)荷分配可以達(dá)到 20點(diǎn)以上，控制精度很高，負(fù)荷分配不平衡度可以控制在 3%以?xún)?nèi)。 現(xiàn)在有些公司的變頻器可以采用轉(zhuǎn)矩控制方式，如 ABB 公司的 ACX600 系列，西門(mén)子 公司的 6ES70變頻器等。選取一臺(tái)變頻器作為負(fù)荷分配主機(jī)，這臺(tái)變頻器作為主機(jī)處于速度控制模式在速度鏈結(jié)構(gòu)上，其它從機(jī)選用轉(zhuǎn)矩控制模式，將主機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出作為從機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定，這樣其它從機(jī)變頻器的給定信號(hào)是轉(zhuǎn)矩，而非一般變頻器的頻率信號(hào)。但是這樣的控制適合于文化紙機(jī)的復(fù)合壓榨部，不適合于網(wǎng)部、施膠機(jī)、光壓等傳動(dòng)負(fù)荷分配。這種特性有些類(lèi)似于直流調(diào)速上的速度調(diào)節(jié)器飽和的電流控制方法。這種控制方法進(jìn)度精度高，動(dòng)態(tài)相應(yīng)快，控制品質(zhì)高，但適用范圍小，對(duì)負(fù)載有一定的要求。利用這些附件可以很好的解決負(fù)荷分配問(wèn)題。提高設(shè)備的運(yùn)行性能和可靠性 ?，F(xiàn)代的可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，高度集成的新型工業(yè)控制裝置，是計(jì)算機(jī)技術(shù)與工業(yè)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)品。它之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需求外，還有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。 PLC 的基本組成與各部分的作用 PLC 的基本組成 PLC 是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)基本相同。整體式 PLC 是將中央處理單元 (CPU)、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構(gòu)成主機(jī)。主機(jī)中， CUP 是 PLC 的核心， I/O 單元是連接 CUP 與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的接口電路，通信接口用于 PLC 與編程器和 上位機(jī)等外部設(shè)備的連接。裝有 CPU 單元的底板稱(chēng)為 CUP 底板，其它稱(chēng)為擴(kuò)展底板。 PLC 各部分的作用 （ 1）中央處理單元 (CPU) CPU 在 PLC 中的作用類(lèi)似于人體的神經(jīng)中樞，它是 PLC 的運(yùn)算、控制中心。 （ 2）存儲(chǔ)器 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 10 根據(jù)存儲(chǔ)器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下 3 種 : :和各種計(jì)算機(jī)一樣， PLC 也有其固定的監(jiān)控程序、解釋程序，它們決定了 PLC 的功能，稱(chēng)為系統(tǒng)程序， 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器就是用來(lái)存放這部分程序的。 :用戶(hù)根據(jù)控制功能要求而編制的應(yīng)用程序稱(chēng)為用戶(hù)程序，用戶(hù)程序存放在用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中。由于 ARM 掉電會(huì)丟失數(shù)據(jù)，因此使用 RMA 作用戶(hù)程序存儲(chǔ)器的 PLC，都有后備電池保護(hù) ARM，以免電源掉電時(shí)，丟失用戶(hù)程序。目前較先進(jìn)的 PLC 采用快閃存 儲(chǔ)器作用戶(hù)程序存儲(chǔ)器，快閃存儲(chǔ)器可隨時(shí)讀寫(xiě)，掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，不用后備電池保護(hù)。這部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在 ARM 中，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。元件映像寄存器用來(lái)存儲(chǔ) PLC 的開(kāi)關(guān)量輸入 /輸出和定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部繼電器的 ON/OFF 狀態(tài)。它存儲(chǔ)用戶(hù)程序執(zhí)行時(shí)的某些可變參數(shù)值。 根據(jù)需 要，部分?jǐn)?shù)據(jù)在停電時(shí)用后備電池維持其當(dāng)前值，在停電時(shí)可以保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器區(qū)域稱(chēng)為數(shù)據(jù)保持區(qū)。 PLC 通過(guò) I/0 單元與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)相聯(lián)系，輸入單元接收操作指令和現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)信息，加控制按鈕、操作開(kāi)關(guān)和限位開(kāi)關(guān)、光電管、繼電器觸點(diǎn)、行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)等信號(hào)，并通過(guò)輸入電路的濾波、光電隔離和電平轉(zhuǎn)換等將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成 CUP 能夠接收和處理的信號(hào)。 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換概念 A/D 和 D/A 原理 模擬 t轉(zhuǎn)換成數(shù)字 f的基本原理 :輸入信號(hào)是現(xiàn)場(chǎng)物理參數(shù) (如溫度、壓力和流量等 )經(jīng)傳感器檢測(cè)變成電信號(hào) (弱信號(hào) )，再經(jīng)過(guò)放大、濾波之后成為連續(xù)變化的波形。將每次的采樣值送給 AD/變換器，則對(duì)應(yīng)每次采樣的電壓值轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號(hào) (H 進(jìn)制數(shù)字 )。 S7200PLC 在紙機(jī)傳動(dòng)中的應(yīng)用 11 圖 31 采樣圖 模擬量輸入輸出系統(tǒng) 模擬量的輸入在過(guò)程控制中的應(yīng)用很廣泛，如常用的溫度、壓力、速度、流量、堿度、位移等的工業(yè)檢測(cè)都是對(duì)應(yīng)電壓、電流的大小模擬量，再通過(guò)一定的運(yùn)算后控制生產(chǎn)過(guò)程達(dá)到一定的目的 (如恒溫等 )。輸入模塊接收這種模擬信號(hào)之后，把它轉(zhuǎn)換成 8位或 10位或 12 位的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào) (最大值分別 為 25 1023 或 4095)，送給中央處理器進(jìn)行處理。模擬量輸出模塊是將中央處理器的二進(jìn)