1、 PAGE22 / NUMPAGES22基于PLC的交流電動機(jī)的調(diào)速控制設(shè)計(jì)系 部： 機(jī) 電 工 程 系 學(xué)生：專業(yè)班級： 機(jī) 電 10C3 班 學(xué) 號： 101011312 指導(dǎo)教師： 年 月 日聲 明 本人所呈交的基于PLC的交流電動機(jī)的調(diào)速控制設(shè)計(jì)，是我在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)和查閱相關(guān)著作下獨(dú)立進(jìn)行分析研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的容外，本論文不包含其他個(gè)人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確說明并表示意。 作者簽名： 日期： 摘要本設(shè)計(jì)將運(yùn)用先進(jìn)的PLC控制技術(shù)，配合變頻調(diào)速裝置，設(shè)計(jì)電機(jī)運(yùn)行工藝，考慮到電機(jī)的啟動、運(yùn)行、調(diào)速和制動的特

2、性，系統(tǒng)中從而達(dá)到最終準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)對電機(jī)調(diào)速的控制。解決整套電機(jī)系統(tǒng)的電力拖動方面的一系列問題。本文首先，研究交流電動機(jī)的工作原理與變頻調(diào)速控制的原理，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究、提出設(shè)計(jì)方法和手段； 然后，根據(jù)對設(shè)計(jì)方案的分析，完成設(shè)計(jì)由PLC為核心控制變頻調(diào)速的系統(tǒng)，由PLC完成電機(jī)速度的數(shù)據(jù)采集，達(dá)到對變頻器的控制，最終實(shí)現(xiàn)對電機(jī)進(jìn)行變頻轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)能源充分利用，達(dá)到生產(chǎn)的要求。關(guān)鍵詞：PLC，交流電動機(jī)，變頻器目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc10941 目錄 PAGEREF _Toc10941 4 HYPERLINK l _Toc16215 引言 PAGEREF

3、_Toc16215 5 HYPERLINK l _Toc32391 課題背景 PAGEREF _Toc32391 5 HYPERLINK l _Toc873 第一章 緒論 PAGEREF _Toc873 5 HYPERLINK l _Toc16671 1.1三相交流異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 PAGEREF _Toc16671 5 HYPERLINK l _Toc10199 1.2 三相異步電動機(jī)的調(diào)速方式 PAGEREF _Toc10199 6 HYPERLINK l _Toc17744 1.2.1 變極調(diào)速 PAGEREF _Toc17744 6 HYPERLINK l _Toc9332

4、1.2.2 變頻調(diào)速 PAGEREF _Toc9332 6 HYPERLINK l _Toc6923 1.2.3 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 PAGEREF _Toc6923 6 HYPERLINK l _Toc2862 第二章 硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc2862 7 HYPERLINK l _Toc20289 2.1 變頻調(diào)速原理 PAGEREF _Toc20289 7 HYPERLINK l _Toc21761 2.2 變頻器結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc21761 8 HYPERLINK l _Toc24455 2.3 變頻器的控制方式 PAGEREF _Toc24455 9 HYPERLIN

5、K l _Toc30610 2.4 變頻器的選擇 PAGEREF _Toc30610 9 HYPERLINK l _Toc10183 第三章 軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc10183 10 HYPERLINK l _Toc4247 3.1 可編程控制器（PLC）簡介 PAGEREF _Toc4247 10 HYPERLINK l _Toc652 3.1.1 PLC的基本特點(diǎn) PAGEREF _Toc652 10 HYPERLINK l _Toc7535 3.1.2 可編程控制器的分類 PAGEREF _Toc7535 11 HYPERLINK l _Toc22704 3.2 可編程控制器基

6、礎(chǔ) PAGEREF _Toc22704 12 HYPERLINK l _Toc10399 3.2.1可編程控制器的結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc10399 12 HYPERLINK l _Toc882 3.2.2可編程控制器的工作原理 PAGEREF _Toc882 14 HYPERLINK l _Toc25610 第四章 程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc25610 17 HYPERLINK l _Toc15421 4.1 變頻器參數(shù)設(shè)置 PAGEREF _Toc15421 17 HYPERLINK l _Toc7714 4.2 程序 PAGEREF _Toc7714 18 HYPERLIN

7、K l _Toc28584 結(jié) 論 PAGEREF _Toc28584 21 HYPERLINK l _Toc12644 辭 PAGEREF _Toc12644 23引言課題背景 交流異步電機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡單、維修容易等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)與其他生產(chǎn)當(dāng)中。然而國交流電動機(jī)絕大多數(shù)還是轉(zhuǎn)子回路串電阻分段控制的交流繞線式電機(jī)繼電器接觸器系統(tǒng)，設(shè)備舊、技術(shù)落后。而且這種控制方式存在著很多的問題:l)轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費(fèi)；2)繼電器、接觸器頻繁動作，電弧燒蝕觸點(diǎn)，影響接觸器使用壽命，維修成本較高；3)交流繞線異步電動機(jī)的滑環(huán)存在接觸不良問題，容易引起設(shè)備事故；4)電動機(jī)依靠轉(zhuǎn)子電阻

8、獲得的低速，其運(yùn)行特性較軟。上述問題使電機(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性不能得到有效的保障。因此，需研制更加安全可靠的控制系統(tǒng)。另外，變頻技術(shù)是近年來國際家電領(lǐng)域全面開發(fā)和應(yīng)用的一項(xiàng)高新技術(shù)，能夠?qū)?0Hz的固定供電頻率轉(zhuǎn)換為30-130Hz的變化頻率，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率的自動調(diào)節(jié)，達(dá)到節(jié)能和提高效率的目的。本設(shè)計(jì)將在PLC電控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上配合變頻調(diào)速裝置，運(yùn)用現(xiàn)在先進(jìn)的PLC控制技術(shù)，不但適合電機(jī)運(yùn)行工藝的要求，還將解決整套電機(jī)系統(tǒng)的電力拖動方面的一系列問題。第一章 緒論1.1三相交流異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理三相交流異步電動機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備。一般電動機(jī)主要由兩部分組成：固定部分稱為定子，

9、旋轉(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子。三相交流異步電動機(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。當(dāng)磁極沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，磁極的磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中就感應(yīng)出電動勢。電動勢的方向由右手定則來確定。因?yàn)檫\(yùn)動是相對的，假如磁極不動，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，則導(dǎo)條中同樣也能感應(yīng)出電動勢來。在電動勢的作用下，閉合的導(dǎo)條中就產(chǎn)生電流。該電流與旋轉(zhuǎn)磁極的磁場相互作用，而使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到電磁力，電磁力的方向可用左手定則確定。由電磁力進(jìn)而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動起來。1.2 三相異步電動機(jī)的調(diào)速方式可以從交流異步電機(jī)的公式 （1-1）看出（其中p是異步電機(jī)的極對數(shù)，s是轉(zhuǎn)差率（異步才有轉(zhuǎn)差，

10、同步?jīng)]有），f是頻率，所以可以知道調(diào)速的方法就是調(diào)頻-f，調(diào)極對數(shù)-p，還有調(diào)轉(zhuǎn)差率-s。變轉(zhuǎn)差率可以通過定子調(diào)壓，轉(zhuǎn)子串電阻，串級調(diào)速等實(shí)現(xiàn)）。異步電動機(jī)調(diào)速可以分為三大類：變極調(diào)速、變頻調(diào)速和變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。1.2.1 變極調(diào)速這種調(diào)速方法是用改變定子繞組的接紅方式來改變籠型電動機(jī)定子極對數(shù)達(dá)到調(diào)速目的。特點(diǎn)如下：具有較硬的機(jī)械特性，穩(wěn)定性良好； 無轉(zhuǎn)差損耗，效率高； 接線簡單、控制便、價(jià)格低； 有級調(diào)速，級差較大，不能獲得平滑調(diào)速； 可以與調(diào)壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器配合使用，獲得較高效率的平滑調(diào)速特性。1.2.2 變頻調(diào)速變頻調(diào)速是改變電動機(jī)定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。變頻

11、調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流直流交流變頻器和交流交流變頻器兩大類，目前國大都使用交直交變頻器。其特點(diǎn)：效率高，調(diào)速過程中沒有附加損耗； 應(yīng)用圍廣，可用于籠型異步電動機(jī)； 調(diào)速圍大，特性硬，精度高； 技術(shù)復(fù)雜，造價(jià)高，維護(hù)檢修困難。 本方法適用于要求精度高、調(diào)速性能較好場合。1.2.3 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 串級調(diào)速方法：串級調(diào)速是指繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入可調(diào)節(jié)的附加電勢來改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)差，達(dá)到調(diào)速的目的。大部分轉(zhuǎn)差功率被串入的附加電勢所吸收，再利用產(chǎn)生附加的裝置，把吸收的轉(zhuǎn)差功率返回電網(wǎng)或轉(zhuǎn)換能量加以利用。根據(jù)轉(zhuǎn)差功率吸收利用方式，串級調(diào)速可分為電機(jī)串級調(diào)速、機(jī)械串級調(diào)

12、速與晶閘管串級調(diào)速形式，多采用晶閘管串級調(diào)速。其特點(diǎn)為：可將調(diào)速過程中的轉(zhuǎn)差損耗回饋到電網(wǎng)或生產(chǎn)機(jī)械上，效率較高； 裝置容量與調(diào)速圍成正比，投資省，適用于調(diào)速圍在額定轉(zhuǎn)速7090的生產(chǎn)機(jī)械上； 調(diào)速裝置故障時(shí)可以切換至全速運(yùn)行，避免停產(chǎn)； 晶閘管串級調(diào)速功率因數(shù)偏低，諧波影響較大。 本方法適合于風(fēng)機(jī)、水泵與軋鋼機(jī)、礦井提升機(jī)、擠壓機(jī)上使用。繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法：繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串入附加電阻，使電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率加大，電動機(jī)在較低的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。串入的電阻越大，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速越低。此方法設(shè)備簡單，控制方便，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬有級調(diào)速，機(jī)械特性較軟。定子調(diào)壓調(diào)速方法：當(dāng)改

13、變電動機(jī)的定子電壓時(shí)，可以得到一組不同的機(jī)械特性曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速。由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，因此最大轉(zhuǎn)矩下降很多，其調(diào)速圍較小，使一般籠型電動機(jī)難以應(yīng)用。為了擴(kuò)大調(diào)速圍，調(diào)壓調(diào)速應(yīng)采用轉(zhuǎn)子電阻值大的籠型電動機(jī)，如專供調(diào)壓調(diào)速用的力矩電動機(jī)，或者在繞線式電動機(jī)上串聯(lián)頻敏電阻。為了擴(kuò)大穩(wěn)定運(yùn)行圍，當(dāng)調(diào)速在2：1以上的場合應(yīng)采用反饋控制以達(dá)到自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速目的。調(diào)壓調(diào)速的主要裝置是一個(gè)能提供電壓變化的電源，目前常用的調(diào)壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以與晶閘管調(diào)壓等幾種。晶閘管調(diào)壓方式為最佳。調(diào)壓調(diào)速的特點(diǎn)：調(diào)壓調(diào)速線路簡單，易實(shí)現(xiàn)自動控制； 調(diào)壓過程中轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗在轉(zhuǎn)子電阻

14、中，效率較低。 調(diào)壓調(diào)速一般適用于100KW以下的生產(chǎn)機(jī)械。第二章 硬件設(shè)計(jì)2.1 變頻調(diào)速原理異步電機(jī)的VVVF調(diào)速系統(tǒng)一般簡稱變頻調(diào)速系統(tǒng)。由于在變頻調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)差功率不變，在各種異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中效率較高，同時(shí)性能也最好，故是交流調(diào)速的主要發(fā)展方向。交流調(diào)速系統(tǒng)的控制量最基本上是轉(zhuǎn)矩、速度、位置，根據(jù)不同的用途適當(dāng)組合可構(gòu)成各種閉環(huán)系統(tǒng)。對電機(jī)的調(diào)速有兩個(gè)方向的能力，線面進(jìn)行分析：1.基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速這是考慮從基頻(電動機(jī)額定頻率AN)向下調(diào)速的情況，為了保持電動機(jī)的負(fù)載能力， 應(yīng)保持氣隙主磁通m不變， 這就要求降 低供電頻率的同時(shí)降低感應(yīng)電動勢，保持E1/ f1 = 常數(shù)， 即保持

15、電動勢和頻率之比為常數(shù)進(jìn)行控制。 這種控制又稱為恒磁通變頻調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。但是，E1難于檢測和直接控制。當(dāng)El和f1值較高時(shí)，定子的漏阻抗壓降相對比較小，如果忽略不計(jì)，則可以近似的保持定子相電壓U1和頻率f1的比值為常數(shù)即可。這就是恒壓頻比，是近似的恒磁通控制。當(dāng)頻率較低時(shí)，U1和E1都變小， 定子漏阻抗壓降(主要是定子電阻壓降)不能再忽略,這種情況下，可以適當(dāng)?shù)奶岣叨ㄗ与妷阂匝a(bǔ)償定子電阻壓降的影響,使氣隙磁通基本保持不變 。2 .基頻以上的弱磁變頻調(diào)速這是考慮由基頻開始向上調(diào)速的情況，頻率由額定值.f1n向上增大，但電壓U1受額定電 壓U1N的限制不能再升高，只能保持U1 =U1n

16、不變。必然會使主磁通隨著f1的上升而減小，相當(dāng)于直流電動機(jī)弱磁調(diào)速的情況，屬于近似的恒功率調(diào)速方式。綜合兩種情況，異步電動機(jī)變頻調(diào)速的基本控制方式如圖2.1所示，為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)，低頻調(diào)速時(shí)通過電壓補(bǔ)償?shù)姆绞絹肀３趾戕D(zhuǎn)矩。 圖2.1 異步電動機(jī)變頻調(diào)速時(shí)的控制特性2.2 變頻器結(jié)構(gòu) 變頻器可以分為四個(gè)部分，如圖2.2所示。 通用變頻器由主電路和控制回路組成。給異步電動機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為主電路。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。圖2.2變頻器簡化結(jié)構(gòu)圖(1) 整流器。它的作用是把工頻電源變換成直流電源。(2) 平波回路（中間直流環(huán)節(jié)）。由于逆變器的負(fù)

17、載為異步電動機(jī)，屬于感性負(fù)載。無論電動機(jī)處于電動狀態(tài)還是發(fā)電狀態(tài)，起始功率因數(shù)總不會等于1。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動機(jī)之間總會有無功功率的交換，這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件電容器或電感器來緩沖，所以中間直流環(huán)節(jié)實(shí)際上是中間儲能環(huán)節(jié)。（3）逆變器。與整流器的作用相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率。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。通過有規(guī)律的控制逆變器中主開關(guān)的導(dǎo)通和斷開，可以得到任意頻率的三相交流輸出波形。 （4）控制回路?？刂苹芈烦Ｓ蛇\(yùn)算電路，檢測電路，控制信號的輸入、輸出電路，驅(qū)動電路和制動電路等構(gòu)成。其主要任務(wù)是完成對逆變器的開

18、關(guān)控制，對整流器的電壓控制，以與完成各種保護(hù)功能?？刂品绞接心M控制或數(shù)字控制.2.3 變頻器的控制方式電壓/頻率(U/f)恒定控制：這種控制方法在低頻時(shí)定子電壓較低，定子漏抗壓降所占的份量不能忽略，因此需要人為地把電壓抬高一些，用以補(bǔ)償定子壓降，負(fù)載不同時(shí)需要補(bǔ)償?shù)亩ㄗ訅航抵狄膊灰粯?，在控制軟件中備有不同斜率的補(bǔ)償特性，以便用戶選擇。矢量變換控制：它的方法是模擬直流電動機(jī)的控制特點(diǎn)來進(jìn)行交流電動機(jī)的控制，通過電機(jī)統(tǒng)一理論和坐標(biāo)變換理論，把交流電動機(jī)定子電流分解成磁場定向坐標(biāo)的磁場電流分量和與之相垂直的坐標(biāo)轉(zhuǎn)矩電流分量，把固定的坐標(biāo)系變換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系后，交流量的控制變?yōu)橹绷髁康目刂?，于是等同?/p>

19、直流電動機(jī)。直接轉(zhuǎn)矩控制：也叫直接自控，它避開了矢量控制中的兩次坐標(biāo)變換與求矢量模與相角的復(fù)雜計(jì)算工作，直接在定子坐標(biāo)系上計(jì)算電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與磁通，使轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間控制在一拍以，且無超調(diào)，控制性能更好。2.4 變頻器的選擇隨著變頻器性能價(jià)格比的提高，交流變頻調(diào)速己應(yīng)用到許多領(lǐng)域，由于變頻調(diào)速的諸多優(yōu)點(diǎn)，使得交流變頻調(diào)速得到廣泛應(yīng)用。其功能較強(qiáng)，使用靈活，但其價(jià)格相對較貴。所以我選用了通用變頻器，通過合理的配置、設(shè)計(jì)和編程，同樣可以達(dá)到專用變頻器的控制效果。本設(shè)計(jì)采用的變頻器是西門子公司面向世界推出的21世紀(jì)通用型變頻器MM420。它可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作和精確控制，使電動機(jī)達(dá)到理想輸出，這種變頻器不僅考慮

20、了V/f控制，而且還實(shí)現(xiàn)了矢量控制，通過其本身的自動調(diào)諧功能與無速度傳感器電流矢量控制，很容易得到高起動轉(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速圍。MM420變頻器的特點(diǎn)如下： = 1 * GB2 包括電流矢量控制在的四種控制方式均實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。 = 2 * GB2 有豐富的藏與選擇功能。 = 3 * GB2 由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。 = 4 * GB2 保護(hù)功能完善、維修性能好。 = 5 * GB2 通過LCD操作裝置，可提高操作性能。第三章 軟件設(shè)計(jì)3.1 可編程控制器（PLC）簡介 可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起

21、來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。它面向控制過程、面向用戶、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機(jī)器人和CAD/CAM）之一。PLC控制技術(shù)代表著當(dāng)前程序控制的先進(jìn)水平，PLC裝置已成為自動化系統(tǒng)的基本裝置。3.1.1 PLC的基本特點(diǎn)PLC的誕生給工業(yè)控制帶來革命性的飛躍,與傳統(tǒng)的繼電器控制相比有著突出的特點(diǎn)。第一,靈活性、通用性強(qiáng)。繼電器控制系統(tǒng)如果工藝要求稍有變化,控制電路必須隨之作相應(yīng)的變動,所有布線和控制柜極有可能重新設(shè)計(jì),耗時(shí)且費(fèi)力然而是利用存儲在機(jī)的程序?qū)崿F(xiàn)各種控制功能的。因此當(dāng)工藝過程改變時(shí),只需修改程序即可,外部接線改動極小,甚至可以不必改動,其

22、靈活性和通用性是繼電器控制電路無法比擬的。第二,可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)繼電器控制系統(tǒng)中,由于器件的老化、脫焊、觸點(diǎn)的抖動以與觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象是不可避免的,大大降低了系統(tǒng)的可靠性。而在控制系統(tǒng)中,大量的開關(guān)動作是由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成的,加之在硬件和軟件方面都采取了強(qiáng)有力的措施,使產(chǎn)品具有極高的可靠性和抗干擾能力可以直接安裝在工業(yè)現(xiàn)場穩(wěn)定地工作。PLC在硬件方面采取電磁屏蔽、光電隔離、多級濾波等措施在軟件方面采取警戒時(shí)鐘、故障診斷、自動恢復(fù)等措施,并利用后備電池對程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù),因此被稱為“專為適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)”。第三,編程簡單,使用方便。PLC采用面向過程,面向問題的“自

23、然語言”編程方式,直觀易懂,主要采用梯形圖和語句表編寫程序,使得廣大電氣技術(shù)人員更容易接納和理解。同時(shí)設(shè)計(jì)人員也可根據(jù)自己的喜好和實(shí)際應(yīng)用的要求選擇其他編程語言。標(biāo)準(zhǔn)是編程語言的標(biāo)準(zhǔn),除了梯形圖!語句表之外,還存在順序流程圖!結(jié)構(gòu)化文本和功能塊圖三種編程語言的表達(dá)方式。一個(gè)程序的不同部分可用任何一種語言來描述,支持復(fù)雜的順序操作功能處理以與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。第四,功能強(qiáng)大,可擴(kuò)展。的主要功能包括開關(guān)量的邏輯控制、模擬量控制部分還具備控制或模糊控制功能、數(shù)字量智能控制、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、通信、聯(lián)網(wǎng)與集散控制等功能。PLC的功能擴(kuò)展也極為方便,硬件配置相當(dāng)靈活,根據(jù)控制要求的改變,可以隨時(shí)變動特殊功能單元的

24、種類和個(gè)數(shù),再相應(yīng)修改用戶程序就可以達(dá)到變換和增加控制功能的目的。3.1.2 可編程控制器的分類可編程序控制器發(fā)展到今天，已經(jīng)有多種形式，而且功能也不盡一樣。按不同的原則可有不同的分類。1.按I/O點(diǎn)數(shù)與存儲器的容量分類一般而言，處理的I/O點(diǎn)數(shù)比較多，則控制關(guān)系比較復(fù)雜，用戶要求的程序存儲器容量比較大，要求PLC指令與其他功能比較多，指令執(zhí)行的過程也比較快等。按PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)可將PLC分為以下三類：（1）小型PLC小型PLC的功能一般以開關(guān)量控制為主，小型PLC輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)一般在256點(diǎn)以下，用戶程序存儲器容量在4K字以下?，F(xiàn)在的高性能小型PLC還具有一定的通訊能力和少量的模擬量處

25、理能力。這類PLC的特點(diǎn)是價(jià)格低廉，體積小巧，適合于控制單臺設(shè)備，開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品。典型的小型機(jī)有SIEMENS公司的S7200系列、Rockwell（AB）公司的SLC500系列、OMRON公司的CPM2A系列、MITSUBISH公司的FX系列等產(chǎn)品。（2）中型PLC 中型PLC的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在2561024點(diǎn)之間，用戶程序存儲器容量大于8K字。中型PLC不僅具有開關(guān)量和模擬量的控制功能，還具有更強(qiáng)的數(shù)字計(jì)算能力，它的通訊功能和模擬量處理能力更強(qiáng)大。中型機(jī)的指令比小型機(jī)更豐富，中型機(jī)適用于復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)以與連續(xù)生產(chǎn)過程控制場合。典型的中型機(jī)有SIEMENS公司的S7300系列、Ro

26、ckwell（AB）公司的ControlLogix系列、OMRON公司的C200H系列模塊式PLC等產(chǎn)品。（3）大型PLC大型PLC的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)以上，用戶程序存儲器容量達(dá)到816M。大型PLC的性能已經(jīng)與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相當(dāng)，它具有計(jì)算、控制和調(diào)節(jié)的功能，還具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通訊聯(lián)網(wǎng)能力。它可以連接HMI作為系統(tǒng)監(jiān)視或操作界面，能夠表示過程的動態(tài)流程，記錄各種曲線，PID調(diào)節(jié)參數(shù)選擇圖，可配備多種智能模塊，構(gòu)成一個(gè)多功能系統(tǒng)。這種系統(tǒng)還可以和其他型號的控制器互聯(lián)，和上位機(jī)相連，組成一個(gè)集中分散的生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量控制系統(tǒng)。大型機(jī)適用于設(shè)備自動化控制、過程自動化控制和過程監(jiān)控系

27、統(tǒng)。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式分整體式PLC（箱體式PLC）整體式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是將PLC的基本部件，如CPU板、輸入板、輸出板、電源板等緊湊地安裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)殼，構(gòu)成一個(gè)整體，組成PLC的一個(gè)基本單元(主機(jī))或擴(kuò)展單元?；締卧蠜]有擴(kuò)展端口，通過擴(kuò)展電纜與擴(kuò)展單元相連。以構(gòu)成PLC不同的配置。整體式結(jié)構(gòu)的PLC體積小，成本低，安裝方便。微型和小型PLC一般為整體式結(jié)構(gòu)。如下圖：模塊式PLC模塊式結(jié)構(gòu)的PLC是由一些模塊單元構(gòu)成，這些標(biāo)準(zhǔn)模塊如CPU模塊、輸人模塊、輸出模塊、電源模塊和各種功能模塊等，將這些模塊插在框架上或基板上即可。各模塊功能是獨(dú)立的，外形尺寸是統(tǒng)一的，插入什么模塊可根據(jù)需要靈活配置。目前，

28、中、大型PLC多采用這種結(jié)構(gòu)形式。如下圖：3.2 可編程控制器基礎(chǔ)3.2.1可編程控制器的結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)一樣，如圖3.3所示： a、中央處理單元(CPU) 中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以與警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象

29、區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 b、存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 c、電源 PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無常工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)圍，可以不采

30、取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。 d、輸入輸出接口電路 1現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。2現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。e、功能模塊如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊。 f、通信模塊圖3.3 PLC的基本結(jié)構(gòu)圖3.2.2可編程控制器的工作原理一、掃描周期當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段， HYPERLINK :/baike.baidu /albums/3180185/3180185/0/0.

31、html即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。1、輸入采樣階段 在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。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)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 2、用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器

32、總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。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)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(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存儲區(qū)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)果會對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

33、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)掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 3、輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)對應(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)動相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。掃描方式 PLC采用循環(huán)掃描工作方式，這個(gè)工作過程一般包括五個(gè)階段：部處理、與編程

34、器等的通信處理、輸入掃描、用戶程序執(zhí)行、輸出處理，其工作過程如圖3.4所示。圖中當(dāng)PLC方式開關(guān)置于RUN（運(yùn)行）時(shí)，執(zhí)行所有階段；當(dāng)方式開關(guān)置于STOP（停止）時(shí)，不執(zhí)行后3個(gè)階段，此時(shí)可進(jìn)行通信處理，如對PLC聯(lián)機(jī)或離線編程。 圖3.4 PLC循環(huán)掃描的工作過程 由于循環(huán)掃描機(jī)制，可編程控制器在I/O處理方面遵守以下幾點(diǎn)：1輸入映象寄存器的數(shù)據(jù)，取決于各個(gè)輸入端子在上一個(gè)刷新時(shí)間的狀態(tài)。2輸出映象寄存器的數(shù)據(jù)，由輸出指令決定。3輸出鎖存寄存器的數(shù)據(jù)，由上一個(gè)刷新時(shí)間輸出映象寄存器的數(shù)據(jù)確定。4輸出端子板上的輸出端的狀態(tài)，由輸出鎖存寄存器確定。5程序如何執(zhí)行，取決于I/O映象寄存器。圖2.3

35、 反映了RUN狀態(tài)下掃描全部過程。 圖3.5 RUN狀態(tài)下掃描的全過程第四章 程序設(shè)計(jì)4.1 變頻器參數(shù)設(shè)置變頻調(diào)速根據(jù)輸入端的控制信號經(jīng)過程序運(yùn)算后由通信端口控制變頻器運(yùn)行。打開啟動開關(guān)，變頻器開始運(yùn)行。首先應(yīng)對變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如表4.1 所示。表4.1變頻器的參數(shù)設(shè)置 序號變頻器參數(shù)出廠值設(shè)定值功能說明P0304230380電動機(jī)的額定電壓( 380V )P03053.250.35電動機(jī)的額定電流( 0.35A )P03070.750.06電動機(jī)的額定功率( 60W )P031050.0050.00電動機(jī)的額定頻率( 50Hz )P031101430電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速( 1430 r/min )P100023固定頻率設(shè)定P108000電動機(jī)的最小頻率( 0Hz )P10825050.00電動機(jī)的最