【正文】 電源接在輸出公共端(COM)上。②PLC 的工作過程 PLC 一般采用循環(huán)掃描方式工作。開始運行之后，串行地執(zhí)行存貯器中的程序，這個過程可以分為如下四個階段 [6] 1）公共處理階段這部分在每次循環(huán)開始都要被執(zhí)行，包括復位系統(tǒng)定時器、檢查程序存貯器、檢查 I／ O 總線、檢查掃描時間等。這部分時間是固定的，對 P 型機來說，為 。 3）程序執(zhí)行階段 在這個階段，CPU 將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行，即按程序?qū)λ械臄?shù)據(jù)(輸入和輸出的狀態(tài))進行處理，包括邏輯、算術(shù)運算，再將結(jié)果送到輸出狀態(tài)寄存器。CPU 對各個輸入端進行掃描，并將輸入端的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器中；同時，把輸出狀態(tài)寄17 / 62存器的狀態(tài)通過輸出部件轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備能接受的電壓或電流信號，以驅(qū)動被控設(shè)備。 181。212。188。181。199。179。I/O186。196。178。188。181。198。163。184。206。203。211。202。188。178。I/O181。212。193。189。184。206。188。202。198。177。188。178。211。188。186。179。208。180。180。198。188。178。186。193。194。163。214。208。226。232。196。252。238。180。187。224。211。202。247。180。179。242。184。238。180。187。224。211。202。247。211。228。235。203。200。202。190。187。182。179。208。 201。214。179。180。177。214。163。179。180。184。181。193。236。163。242。168。175。191。241。199。199。199。207。231。243。245。188。166。237。178。172。166。237。180。205。201。195。193。214。208。193。202。190。228。235。179。201。195。214。198。圖 4. 2 PLC 內(nèi)部工作過程圖 進一步說明了上述 PLC 內(nèi)部工作過程。③PLC 的掃描時間PLC 完成一個掃描周期所需要的時間，稱為掃描周期時間，簡稱掃描時間。各部分時間計算如下：18 / 621）公共處理時間 t1。因為 PLC 的輸入通道數(shù)一般來說總是大于輸出通道數(shù)，因此，在計算這部分時間時，可以輸入通道數(shù)為準，即認為在輸入更新時間內(nèi)，輸出一定會更新完畢。需要注意的是，若輸出通道數(shù)大于輸入通道數(shù)，則 N 應取輸出通道數(shù)減 1。這部分時間取決于在用戶程序中使用的指令的類型和條數(shù)。4）執(zhí)行外設(shè)命令所需時間 t4。首先，把上面算出的三個時間相加，再乘以 ，即：t4＝(t1 + t2 + t3)當 t4＜1 時，則 t4＝1ms；當 t4＞1 時，則以 為單位，進行四舍五入。注意：當沒有外設(shè)與 PLC 相連時 t4＝0ms。但是，既使掃描時間沒有超過130ms，也可能對系統(tǒng)操作產(chǎn)生不良影響；掃描時間大于 10ms 時，高速定時器TIMH 會出現(xiàn)故障；當掃描時間超過 100ms 時，普通定時器及 時鐘脈沖發(fā)生器將會出錯，并且報警。從 PLC 的工作過程可知當 PLC 工作在程序執(zhí)行階段時，既使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，即輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容發(fā)生變化，CPU 執(zhí)行的輸入信號也不會變化，而要到下—個周期的輸入、輸出更新階段，才能有效。從 PLC 收到一個輸入信號到 PLC 向輸出端輸出一個()()()()19 / 62控制信號所需的時間，就是 PLC 的 I／O 響應時間。168。232。177。228。253。221。228。235。228。246。184。238。208。228。235。236。166。177。228。228。235。228。246。193。228。235。197。238。161。236。166。177。228。168。232。177。228。184。238。208。228。235。236。166。177。228。168。232。177。228。253。221。228。235。228。246。184。238。208。228。235。236。166。177。228。228。235。228。246。193。228。235。197。238。243。236。166。177。228。168。232。177。228。184。238。208。228。235。236。166。177。228。 變頻器的原理與特性(ATV38) 變頻器簡介變頻器的功能是將頻率固定的(通常為 50Hz)的交流電變換成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電源。變頻器主要分為間接變頻和直接變頻兩大類，而間接變頻又根據(jù)中間直流環(huán)節(jié)的主要儲能元件的不同可分為電壓型和電流型。相控整流器將交流電壓整流為可控的直流電壓，經(jīng)濾波由電容 Cd 輸出直流電壓 Vd，逆變器將直流 Ud 變換成頻率可調(diào)的交流電源供給電機進行變頻調(diào)速。電流型交直交變頻器與電壓型變頻器的差別僅在于中間直流環(huán)節(jié)中的儲能元件用的是電感而不是電容。 變頻與變壓(VVVF) 原理當在實際利用變頻器調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的過程中，當頻率 f 下降時，定子繞組的反電動勢 E 有所下降，定子電流增大，但是轉(zhuǎn)子側(cè)的負載并未增加，故轉(zhuǎn)子段電流不變，根據(jù)電流平衡方程可知，勵磁電流比增大，因而磁通 φ m 增大。要實現(xiàn)這個目標，只要在變頻過程中使變頻器輸出電壓 Ul/f=const，則磁通 φ m 可保持基本不變。VVVF 實施的基本方法包括：脈幅調(diào)制(PAM)和脈寬調(diào)制(PWM) [8]。PAM 需要同時調(diào)節(jié)兩個部分：整流部分和逆變部分，兩者之間還必須滿足一定的關(guān)系，故控制電路比較復雜，因此比較少用。這時電壓的平均值和占空比成正比，所以在調(diào)節(jié)頻率時，不改變直流電壓的幅值，21 / 62而是改變輸出電壓脈沖的占空比，同樣可以實現(xiàn)變頻也變壓的效果。 變頻調(diào)速的基本原理①異步電動機的等效變換 X1R2mIOULU圖 異步電動機的等效變換異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩公式： 212132[()()]mpsrUTfx???其中：P 為旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)，S 為轉(zhuǎn)差率。異步電動機的定子主磁通是以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)磁場實際是三個交變磁場合成的結(jié)果。產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流的必要條件是轉(zhuǎn)子繞組切割定子磁場的磁力線。兩者之間的差異可由轉(zhuǎn)差率表示，轉(zhuǎn)差率 s=( n0 n1)/n0 根據(jù) n0=60f/p 可知，當頻率 f 連續(xù)可調(diào)時，電動機的同步轉(zhuǎn)速n0 也連續(xù)可調(diào)，而異步電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n1，總是比同步轉(zhuǎn)速略低一點，所以當 n1連續(xù)可調(diào)時，n 1 也是連續(xù)可調(diào) [9]。這將對電源形成沖擊，引起電網(wǎng)電壓的波動。使用變頻器后，由于其輸出頻率可以從很低頻率開始，頻率上升的快慢()22 / 62可以任意設(shè)定，從而可以有效地將啟動電流限制在一定的范圍內(nèi)。對于泵類負載升速方式選擇半 S 型。因此，在降速停機時應設(shè)定足夠的降速時間，使轉(zhuǎn)速緩慢下降，從而保護管道。將上述兩個公式代入異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩公式可得變頻后的轉(zhuǎn)矩公式： 212132[()()]umfNxxfpsrkUTk????其中：s x 為頻率為 fx 時的轉(zhuǎn)差率。這無疑給變頻調(diào)速帶來了瑕點。V/F 控制是其中一種比較簡便的方法。 20LrLTKn??3P其中：T 0 一空載轉(zhuǎn)矩，P 0 一空載時的功率損耗，K T 和 KP 為比例常數(shù) [10]。o② ① PLT圖 ①機械特性 ②功率特性平方律負載主要是泵類和風機，其工作特點是：①大多數(shù)在長期連續(xù)運行的狀態(tài)下工作，屬于連續(xù)恒定負載。③因為負載轉(zhuǎn)矩是和轉(zhuǎn)速的平方成正比，所以一旦轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速，就會造成電動機嚴重過載。注：變頻調(diào)速(即 f 改變) 瞬間時，負載特性曲線不變，轉(zhuǎn)速 n 不變，負載的阻轉(zhuǎn)矩 TL 不變；但是電動機機械特性曲線改變，從而電動機轉(zhuǎn)矩 TM 改變。 V/F 控制的概念①基本思想針對 kf = km 時，當頻率下降，ΔU x 在 Ux 中所占的比例增大，造成了 φ m 和Tkx 下降的情況，采取適當提高調(diào)壓比而使 kf km 的方法，來抵償比值 ΔU x / Ux()()24 / 62的增大，從而保持 φ m = Kφ Ex/fx = const，最終使電動機的臨界轉(zhuǎn)矩得到補償。②完全補償 U/f 線完全補償?shù)暮x是，不論 fx 多大(在 fx≤f N 的范圍內(nèi))，通過補償都能使臨界轉(zhuǎn)矩 Tkx 與額定頻率時的臨界轉(zhuǎn)矩 Tkn 相等，簡稱全補償。滿足上式的機械特性曲線在所有頻率下的臨界轉(zhuǎn)矩 Tkx 都與 Tkn 相等。變頻器可以根據(jù)電流的大小自動地決定補償?shù)某潭取，F(xiàn)在許多新型的變頻器都提供了相應的矢量控制的功能。對于電動機在運行過程中的三相交流系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，又可以等效變換成兩個互相垂直的直流信號，反饋到給定控制部分，用以修正基本控制信號 iM 和 iT。②基本框圖如下圖所示，給定控制器將信號分解成兩個相互垂直且獨立的直流信號 iM和 iT，然后通過直/交變換將 iM 和 iT 變換成兩相直流電流信號 i1 和 i2，又經(jīng)過 2/3()25 / 62變換，得到三相交流控制信號 iA、 iB、 iC，去控制逆變橋。速度反饋用于反映拖動系統(tǒng)的實際轉(zhuǎn)速和給定值之間的差異，并使之以最快的速度進行校正，從而提高系統(tǒng)的動態(tài)特性。無反饋矢量控制在改善異步電動機在低頻時的機械特性方面，己經(jīng)取得了令人滿意的結(jié)果，故對于一些在動態(tài)特性方面無嚴格要求的場合，速度反饋可以不用。 Altivar 38 是一種用于三相異步電動機的變頻器，由 360 V 至 460 V 三相電源供電，功率范圍 kW 至 315 kW。 Altivar 38 通過對能耗進行優(yōu)化可以降低運行成本，同時提高了用戶的舒適程度。變頻器在最初設(shè)計中就已經(jīng)考慮了電磁兼容性的要求。它有一個操作盤可用于修改編程、調(diào)整、控制或檢測功能，以便適應和優(yōu)化應用以滿足不同客戶的要求。同時，Altivar 38 有多種可選件（遠程控制盤，制動電阻，進線電抗，RFI濾波器等） 。因此，Altivar 38 變頻器具有歐盟認可的 標志。變頻器在接線時，必須接地。輸入方面，主電路的電源端子LLL3通過線路帶漏電保護的斷路器連接27 / 62至380V的三相交流電源。對所有位于變頻器附近的或連接在同一電路上的專門電路如繼電器、接觸器、電磁閥、熒光燈等均應安裝干擾抑制器。如果電機旋轉(zhuǎn)方向不對，則說明連接相序有錯，則改變U、V、W中的任意兩相的接線。變頻器系統(tǒng)應連接專用接地極，不要和別的系統(tǒng)串聯(lián)接地或共同接地。如圖 ：接 線 端 調(diào) 整 端圖 外形尺寸圖①主要性能有：1）抗干擾能力強（電源地與信號地隔離） ，特別適合變頻器應用場合；2）LED 數(shù)字顯示；3）供電電源可選（交流 220V / 直流 24V） ；4）輸出信號可選（0～10 mA / 4～20Ma） ；5）負載阻抗： 0～600Ω ( 4～20 mA)；0～ ( 0～10 mA)。下顯示面端蓋，在零壓力下調(diào)整輸出零位電位器，使輸出電流為 0(Ⅱ型)或 4mA(Ⅲ型)或規(guī)定值；調(diào)整顯示零位電位器，使數(shù)字顯示值為000 或規(guī)定值。變送器經(jīng)校驗標定后，現(xiàn)場不需要重新標定，一般運行半年至一年，做一次基本性能檢查 [13]。如圖 所示： U－+I－ 電源負載圖 接線圖29 / 625 系統(tǒng)開發(fā)本系統(tǒng)的程序開發(fā)主要是 PLC 的程序開發(fā)，采用的是根據(jù)系統(tǒng)的控制流程和控制目標，在計算機上先編輯好 PLC 軟件，然后傳給 PLC 的方法，所用軟件是三菱 GX Developer7 版本。 PLC 應用的開發(fā)步驟PLC 的應用設(shè)計，一般應按下述幾個步驟進行。②明確控制任務與設(shè)計要求要了解工藝過程和機械運動與電氣執(zhí)行元件之間的關(guān)系和對電控系統(tǒng)的控制要求。歸納出電氣執(zhí)行元件的動作節(jié)拍圖。以上兩個步驟得到的圖、表，綜合而完整地反映了被控對象的全部功能和對被控系統(tǒng)的全部要求，是整個系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)，也是系統(tǒng)設(shè)計的目的和任務所在，必須仔細分析和掌握。還要確定電控系統(tǒng)應有的其他功能，例如故障診斷與顯示報警、緊急情況的處理、管理功能、聯(lián)網(wǎng)通信功能等。30 / 62 PID 調(diào)節(jié) PID 調(diào)節(jié)原理僅用 P 動作控制，不能完全消除偏差。用 PI 控制時，能消除由改變目標值和經(jīng)常的外來擾動等引起的偏差。對有積分元件的負載系統(tǒng)可以單獨使用 P 動作控制。偏差小時，P 動作的作用減小。在該場合，為使 P 動作的振蕩衰減和系統(tǒng)穩(wěn)定，可用 PD 控制。利用 I 動作消除偏差作用和用 D 動作抑制振蕩作用。采用 PID 控制較其它組合控制效果要好，基本上能獲得無偏差、精度高和系統(tǒng)穩(wěn)定的控制過程。PID 調(diào)節(jié)器的動作規(guī)律是： 01[]tcdieUKeTt???或 0[]tdieet??式中 Kc：調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)T i：調(diào)節(jié)器的積分時間Td：調(diào)節(jié)器的微分時間?：比例帶，它是慣用增益的倒數(shù) e：調(diào)節(jié)器的偏差信號 U：輸出PID 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)是： 1()[]cdiGsTs???不難看出，由上式表示的調(diào)節(jié)器動作規(guī)律在物理上是不能實現(xiàn)的。39。1()diccidTsGsK??其中 K’c = FKc ；T ’i = FT i ；T ’d = Δd / F 式中帶’的量是調(diào)節(jié)器參數(shù)的實際值，不帶的為參數(shù)的刻度值。 PID 參數(shù)設(shè)置①P 增益：設(shè)定范圍：～ 倍這是操作量和偏差之間有比例關(guān)系的動作。增益取小時，響應遲后。②積分時間：設(shè)定范圍：～3600s， ：不動作。積分時間大時，響應遲后，另外，對外部擾動的控制能力變差。實際中取 150s。操作量（輸出頻率）和偏差的微分值成比例動作（D 動作） 。微分時間小時，發(fā)生偏差時的衰減作用小。 PID 設(shè)定值的調(diào)整 及控制算法響 應 調(diào) 整 前調(diào) 整 后 時 間圖 PID 設(shè)定值的調(diào)整①PID 值可在用示波器監(jiān)視響應波形的同時進行調(diào)整。②PID 控制算法：如圖 ，PID 控制原理圖，將壓力傳感器傳來的電流信號（0～10mA）通過一個 1KΩ的電阻轉(zhuǎn)化為 0～10V 的電壓信號。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存入 PLC 內(nèi)部特殊數(shù)據(jù)寄存