畢業(yè)論文范文——自動(dòng)水位控制系統(tǒng)

1、自動(dòng)水位控制系統(tǒng)是以plc、變頻器作為控制核心，液位傳感器作為數(shù)據(jù)采集，三和異步 電動(dòng)機(jī)、離心泵作為被控制的對(duì)象。其中三相異步電動(dòng)機(jī)與離心泵相配用，變頻器控制著三相 界步電動(dòng)機(jī)高、中、低速運(yùn)轉(zhuǎn)，plc程序控制變頻器，液位傳感器將接收到的水位信號(hào)反饋給 plc這個(gè)控制核心。plc是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)，開發(fā)的新一代工業(yè)控制器。 由于plc具有性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)配置靈活等特點(diǎn)，因此在工業(yè)控制方而得到了廣 泛應(yīng)用。plc作為自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一個(gè)核心部件，要使它能在控制系統(tǒng)中充分發(fā)揮其功能， 就必須了解plc的結(jié)構(gòu)、工作原理等。用戶程序是plc的核心，程序的內(nèi)容決定

2、著控制功能。在設(shè)計(jì)程序的過程中，采用順序控 制的方法，在程序設(shè)計(jì)中巧妙地使用選擇性分支及跳轉(zhuǎn)等實(shí)現(xiàn)控制功能，不相互干擾。在程序 的開始加入了總的啟動(dòng)和停止控制，方便進(jìn)行機(jī)械維修。變頻器是對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)裝置，具有卓越的調(diào)速性能、顯著的節(jié)能 作用和優(yōu)秀的工藝控制方式，是fi前公認(rèn)的三相異步電動(dòng)機(jī)最理想最有前途的調(diào)速裝置。關(guān)鍵字：plc、程序、變頻器、液位傳感器、控制隨著時(shí)代的發(fā)展，人民生活水平的提高。人們對(duì)物質(zhì)文化的耍求越來越精細(xì)化，合理并充 分的利用自然資源是時(shí)下人們考慮最多的問題，水作為人們每日?；畹谋匦杵?，為避免水資源 的浪費(fèi)，我們需要將水源逐漸實(shí)現(xiàn)智能化控制，讓水資源更

3、好的為人類造福。木文介紹了學(xué)院教學(xué)大樓全自動(dòng)水位控制系統(tǒng)的開發(fā)，利用plc系統(tǒng)對(duì)水位進(jìn)行及時(shí)的調(diào) 整。原來的控制系統(tǒng)在全校用水高峰時(shí)，會(huì)出現(xiàn)水流很小的情況。而且向樓頂水箱送水的水泵 一直處于頻繁工作狀態(tài)，使得液位傳感器因頻繁使用，容易損壞。針對(duì)這一狀況我們?cè)跇琼數(shù)?水箱內(nèi)加了七個(gè)液位傳感器，編制plc控制程序，通過三菱fx2n可編程序控制器，根據(jù)水箱 內(nèi)液位傳感器檢測(cè)到的信號(hào)對(duì)水泵電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。通過對(duì)學(xué)院教學(xué)大樓每日用水需求量和用水高峰時(shí)段用水量的實(shí)際調(diào)查，樓頂?shù)乃湓O(shè)計(jì) 為長(zhǎng)2米、寬2米、高2.5米，而地下水源蓄儲(chǔ)室則是樓頂水箱容積的4倍，即滿足正常供水, 又不會(huì)造成水的滯留。三相異步電動(dòng)

4、機(jī)與水泵裝置在地下水源蓄儲(chǔ)室的旁邊，可以方便進(jìn)水與 機(jī)械維修。樓頂水箱與地下工作間用兩根上水管（消防管、生活用水管且消防管是生活用水管 直徑的2倍）相連，即是樓頂水箱的供水管。樓頂水箱內(nèi)的水位狀態(tài)通過液位傳感器向plc傳 送開關(guān)量信號(hào)，plc按照預(yù)定程序控制水泵的運(yùn)行狀態(tài)，即進(jìn)水量。注滿水后能白動(dòng)停止進(jìn)水。當(dāng)用水量增大時(shí)，plc按照預(yù)定程序控制水泵的運(yùn)行狀態(tài)，即加大進(jìn)水量，使水箱水位基本保持。供水系統(tǒng)框圖如下圖所示。整套系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是它集節(jié)水和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，給師生員工的生活帶來了方便。消防進(jìn)水.樓頂水箱消防用水生活用水第1章水泵1.1水泵的分類及泵的性能參數(shù)泵的種類繁多，有不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

5、和使用范圍，根據(jù)工作原理可分成三類：葉片泵、容積 泵、噴射泵。葉片泵是利用葉輪的葉片來輸送液體的，如離心泵、混流泵、軸流泵和旋渦泵等。木次設(shè) 計(jì)采用的是離心泵，所以下面詳述一下離心泵。離心泵的主要性能參數(shù)(1) 泵的流量流量是泵在單位時(shí)間內(nèi)所抽送液體的數(shù)量，有體積流量和重量流量?jī)煞N表示方法。常用的流量是體積流量，以。表示，其單位是m'/h。重量流量以g表示，其單位是kgf/h。g與°的關(guān)系是：g/q(1-1)式中了 液體重度(kgf/m)°泵的流量(m3/h)(2) 泵的揚(yáng)程揚(yáng)程是單位重量的液體通過泵后獲得的能量，有的也稱總揚(yáng)程或全揚(yáng)程，通常用所抽送液 體的液柱高度

6、h表示，其單位是m。(3) 泵的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速是指泵的轉(zhuǎn)子每分鐘旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，以料表示，其單位是r/mino(4) 泵的功率葉片泵的功率是指泵的軸功率，也是原動(dòng)機(jī)傳給泵的功率，用戶表示，單位是kw。泵的輸出功率，也稱有效功率，用甩表示，它是單位時(shí)間內(nèi)泵輸送出去的液體從泵屮獲得的有效能量。yqhp0的習(xí)慣計(jì)算式為：pe= 102 (kw)(1-2)式中了 液體重度(kgf/m ')。泵的流量(m3/h)刃泵的揚(yáng)程(m)(5) 泵的效率葉片泵的軸功率p與有效功率甩的差值，是泵工作時(shí)損失的功率。其大小用效率來衡量。pe_效率是甩與p的比值，以表示，77的計(jì)算式為n=p我們知道泵的有效功率甩(或 流量

7、q、揚(yáng)程h)和效率后，就可以計(jì)算出泵的軸功率：p=pe = h7710勾(kw)(1-3)(6) 泵的比轉(zhuǎn)數(shù)公比轉(zhuǎn)數(shù)比是水力機(jī)械的一個(gè)重要參數(shù)。但了解該參數(shù)前，必須搞清楚相似定律。泵的相似定律：在葉片泵的設(shè)計(jì)研究中，由于經(jīng)濟(jì)性或技術(shù)條件的限制，經(jīng)常將實(shí)型泵縮 小成模型泵進(jìn)行試驗(yàn)，再將模型泵放人成實(shí)型泵，這就必須用到流體動(dòng)力相似定律。工況相似 的實(shí)型泵和模型泵，其流量、揚(yáng)程、功率與泵的尺寸。轉(zhuǎn)速及效率之間有以下三個(gè)關(guān)系：泵的流量相似定律:qqmnm(1-4)(1-5)泵的揚(yáng)程相似定律:式中6葉輪外徑尺寸久容積效率7" 機(jī)械效率上角標(biāo)加表示模型泵，無上角標(biāo)表示實(shí)型泵。如果兩個(gè)工況相似的泵

8、的尺寸比不是很大(不 超過23),轉(zhuǎn)速比值不超過2,而且是抽送同一種液體(即廠=1,則可認(rèn)為兩臺(tái)泵的各種 效率均相等，于是得到：q =乳(d 3(1-7)qm nm dm(1-8)(1-9)在工況相似時(shí)的實(shí)型泵和模型泵的參數(shù)，應(yīng)該滿足以上公式所謂比轉(zhuǎn)數(shù)就是把某一葉輪的幾何尺寸相似縮小為標(biāo)準(zhǔn)葉輪，使這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)葉輪所產(chǎn)牛的揚(yáng)程為m,流量為°-075 m/s,有效功率等于746w (1馬力)時(shí)的轉(zhuǎn)速。它的表達(dá)式為:3.65hjq-(1-10)式中仁轉(zhuǎn)速(r/min)° 流量(m3 /h)h 揚(yáng)程(m)比轉(zhuǎn)數(shù)是有因次的，但通常都省略其單位。比轉(zhuǎn)數(shù)是以單吸離心泵為基準(zhǔn)來比較的。對(duì)3.6

9、5 辟® =于雙吸單級(jí)離心泵，比轉(zhuǎn)數(shù)為：h4(1-1d對(duì)于多級(jí)泵，比轉(zhuǎn)數(shù)為:3.6 5/7(1-12)式中匚多級(jí)泵葉輪極數(shù)（7）泵的汽蝕余量汽蝕余量是指為了保證泵不汽蝕，泵葉輪吸入口處單位重量液體所具有的能量必須比飽和 蒸汽壓力（相應(yīng)于液體所處溫度）時(shí)液體所具有的能量的富裕程度大，以表示，其單位為m 這是用能量的觀點(diǎn)來表示泵的汽蝕性能。'ps ,pv力的表達(dá)式中，二（9® 2g 丿 9.8/ （m）（1-13）式屮 * 泵吸入口處的壓力（pa）兒液體重度（kgf/ms） "液體吸入口處的平均流速（m/s）pv液體所處溫度下的飽和蒸汽壓力（pa）j重力加速度

10、（m/s?）等式右邊括號(hào)內(nèi)兩項(xiàng)表示泵吸入口處單位重量液體具有的能量，第三項(xiàng)是飽和蒸汽壓力下 單位重量液體具有的能量。（8）泵的吸上真空高度泵的吸上真空高度是指為了保證泵運(yùn)行時(shí)不發(fā)生汽蝕而具有的最大的吸上真空高度，以hs max表示，其單位為m。在實(shí)際使用中規(guī)定留有0.3m的安全量，即將叢max減去0.3m作為允許最大吸上真空高度，以h$表示，hs = hs max -0.3 （m）（1-14）泵吸入口處的吸上真空高度不僅與水泵幾何安裝高度刃有關(guān)，而且還與吸入口處的流速vs%,吸入管路損失加僅及液面壓力幾有關(guān)，如果水泵在某一流量下運(yùn)行，則2g項(xiàng)是定值，而 管路水力損失加卩也幾乎是定值，則吸上真空

11、高度hs隨著幾何安裝高度的歷的增大而逐漸增大。 當(dāng)幾何安裝高度旳増大到某一數(shù)值后，泵就不能工作。對(duì)應(yīng)于這一工況的吸上真空高度即為上 面所述的最大吸上真空高度目前mmax只能靠試驗(yàn)得出。對(duì)于泵的樣本上或泵的銘牌上都己明確規(guī)定的允許吸上真空高度川,并不等于幾何安裝高度切，其相互關(guān)系應(yīng)為:hj =hs_( 2g +hw )(m)(1-15)1.2離心泵的選用（1）選型的意義泵的選型是一項(xiàng)十分重要的工作。如果選用不當(dāng)，泵在工作中流量偏大或偏小，揚(yáng)程偏高 或偏低，材料不耐腐蝕等，都會(huì)造成使用時(shí)滿足不了生產(chǎn)要求，且效率低壽命短。（2）泵型號(hào)的確定按結(jié)構(gòu)、口徑、性能的不同，泵的種類繁多。所以在確定泵的型號(hào)前

12、，首先要掌握整個(gè)裝 置所需要的流量和揚(yáng)程，再選擇泵型（系列）然后才能確定泵的型號(hào)。流量是選泵的重要性能數(shù)據(jù)之一。它關(guān)系到整個(gè)裝置的生產(chǎn)能力。在對(duì)裝置工藝流程設(shè)計(jì) 吋，泵所給出的設(shè)計(jì)流量不僅要與裝置設(shè)備的生產(chǎn)能力相協(xié)調(diào)，而口還需了解在生產(chǎn)中流量的 變化范圍，即最小流量和最大流量，以適應(yīng)工況變化要求。選泵時(shí)以最大流量作為依據(jù)。如沒 有給出最大流量，通?？扇≌Ａ髁康?.1倍。揚(yáng)程是選泵的另一個(gè)重要的性能數(shù)據(jù)。它與管路系統(tǒng)的布置情況，容器間的壓差，克服液 體在系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)時(shí)的摩擦阻力（包括閥門、彎頭、管徑的大小、長(zhǎng)短、材料）等一系列因素有 關(guān)。同時(shí)還要注意，選泵用的揚(yáng)程應(yīng)考慮到最低吸入液面和最高輸出高

13、度，并取系統(tǒng)揚(yáng)程的 1.051.1倍作為選型依據(jù)。掌握了所需要選用的泵的用途，目的和工作的液體的性質(zhì)、流量、 總揚(yáng)程等，再和各種泵型的特性相對(duì)照，則泵型（系列）的選用范圍白然就限定了。（3）水泵應(yīng)用于實(shí)際水泵普遍采用交流異步電動(dòng)機(jī)作原動(dòng)機(jī)。這是因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，維修 方便，價(jià)格便宜。單臺(tái)水泵調(diào)速運(yùn)行泵的調(diào)速范圍是隨實(shí)際工況的不同而變化的。一般來說，調(diào)速降低不宜超過50%,否則水泵 效率很低，不能保證安全供水，當(dāng)轉(zhuǎn)速太低時(shí)，甚至無法抽水。如圖11所示，學(xué)校生活用水要 求出水壓力在高峰和低谷時(shí)不能低于也不要高于ha,管路系統(tǒng)性能曲線與調(diào)速運(yùn)行的泵的 性能曲線相交于a和b點(diǎn)（即水泵工

14、況點(diǎn)）。這種情況下，調(diào)速裝置的調(diào)速范圍在na到nb之間,qb qa圖11單泵供水時(shí)調(diào)速范圍的控制選用了兩個(gè)離心泵，一個(gè)是冠力片離心泵它的型號(hào)是650l-3,揚(yáng)程為48m,流量為30m3/h, 轉(zhuǎn)速為1350r/min,配套功率為7.5kw。另一個(gè)是清水離心泵型號(hào)是80dlx2,揚(yáng)程為40m,流 量50m3/h,額定電壓36v,配套功率1 lkw,轉(zhuǎn)速1450r/mino實(shí)物如圖12圖12水泵實(shí)物圖第2章三相異步電動(dòng)機(jī)2.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)由兩個(gè)基本部分組成：定子和轉(zhuǎn)子。定子、轉(zhuǎn)子之間留有空隙，一般小型 電機(jī)的空隙為0.35mm0.5mm,大型電機(jī)的空隙約為11.5mm。定

15、子主要由機(jī)座、定子鐵心和定子繞組三部分組成的，轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞 組組成。2.2三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速的控制三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理：一是導(dǎo)體被磁場(chǎng)切割會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；二是載流導(dǎo)體與磁場(chǎng)相互作用，使載流 導(dǎo)體受力而運(yùn)動(dòng)的理論基礎(chǔ)上的。三相異步電動(dòng)機(jī)和三相同步電動(dòng)機(jī)，它們的轉(zhuǎn)速公式為：nq=60f/p （同步電動(dòng)機(jī)）(2-1)n = nq(l-s) = 60f/p(l-s)(異步電動(dòng)機(jī))(2-2)式中 / 頻率p 極對(duì)數(shù)-轉(zhuǎn)差率（03%或06%）由轉(zhuǎn)速公式可見，只要設(shè)法改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)的供電頻率.f,就能十分方便地改變電動(dòng) 機(jī)的轉(zhuǎn)速，比改變極對(duì)數(shù)p和轉(zhuǎn)差率£兩個(gè)

16、參數(shù)簡(jiǎn)單得多，近二十年來，由于交流變頻調(diào)速器 得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，使得三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速成為當(dāng)前電氣調(diào)速的主流。2.3三相異步電動(dòng)機(jī)的選用應(yīng)考慮額定電壓、額定功率、額定頻率、額定轉(zhuǎn)速、絕緣等級(jí)、安裝結(jié)構(gòu)形式、防護(hù)型式、 傳動(dòng)方式、起動(dòng)狀況以及負(fù)載情況等參數(shù)。（1）電動(dòng)機(jī)銘牌上的性能指標(biāo)：型號(hào)：用以表示電動(dòng)機(jī)的類型、性能、用途、結(jié)構(gòu)特征等。額定功率：也叫容量。以w或kw表示。額定電壓：電動(dòng)機(jī)止常工作時(shí)，加在定子繞組線端的電壓，比如220/380v。額定電流：在額定電壓、額定頻率、額定功率運(yùn)行吋，定子繞組線端的電流。額定頻率：電動(dòng)機(jī)規(guī)定的交流電源的頻率。額定轉(zhuǎn)速：在額定電壓、額定頻率、額定功

17、率、額定電流下運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)的額定電壓、頻率要和電源電壓的電壓值、頻率相一致，尤其對(duì)y/接法的電動(dòng)機(jī) 更應(yīng)注意這一點(diǎn)。電動(dòng)機(jī)的額定功率一般情況下要略大于所用負(fù)載的功率，但不能大于兩倍的負(fù)載功率。額 定轉(zhuǎn)速要依據(jù)被動(dòng)機(jī)械的正常轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)方式?jīng)Q定，額定轉(zhuǎn)速=被拖動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)速x傳動(dòng)比，轉(zhuǎn)速 一致時(shí)，可用聯(lián)軸器傳動(dòng)；轉(zhuǎn)速不一致吋，可用皮帶或齒輪傳動(dòng)；負(fù)載轉(zhuǎn)速很低時(shí)配購(gòu)減速裝 置。（2）電動(dòng)機(jī)電壓的選擇電動(dòng)機(jī)的額定電壓應(yīng)與電源電壓相符。電動(dòng)機(jī)只能在銘牌上規(guī)定的電壓條件下使用，允許 工作電壓的偏差為額定電壓的+10% 5%。如果銘牌上標(biāo)有220v/380v,說明此電動(dòng)機(jī)有兩種 額定電壓。

18、當(dāng)電源電壓為380v時(shí)，將電動(dòng)機(jī)繞組接成y形；當(dāng)電源電壓為220v時(shí)，將繞組接 成形。（3）電動(dòng)機(jī)容量的選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率（容量）必須根據(jù)被拖動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械所需的功率來決定。如果容量選得太 小，負(fù)載超過它的額定功率，則會(huì)使電動(dòng)機(jī)難以起動(dòng)，即使勉強(qiáng)起動(dòng)成功，也會(huì)因電流超過額 定值而使電動(dòng)機(jī)過熱甚至燒毀。反之，如果容量選得太大，就不能充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的作用，不 僅會(huì)造成資金和材料的浪費(fèi)，而且電動(dòng)機(jī)在輕載吋效率和功率因數(shù)都降低，造成電力浪費(fèi)。一 般對(duì)于采用直接傳動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，容量以11倍負(fù)載功率為宜；對(duì)于采用皮帶傳動(dòng)的電動(dòng)機(jī)， 容量以1.051.15倍負(fù)載功率為宜。（4）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇電動(dòng)機(jī)和水泵都有

19、各自的額定轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)水泵后，兩者都應(yīng)在各自的額定轉(zhuǎn)速下運(yùn) 轉(zhuǎn)，選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)注意轉(zhuǎn)速不宜選得過低，這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速越低，則極數(shù) 越多，體積越大，價(jià)格越高，反之，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也不宜選得過高，否則會(huì)使傳動(dòng)裝置過于復(fù) 雜。本系統(tǒng)用了兩個(gè)三相界步電動(dòng)機(jī)一個(gè)型號(hào)為y132m-4,額定頻率為50hz,額定功率為 7.5kw,額定電壓為380v,額定轉(zhuǎn)速為1440r/min,額定電流為15.4a,與冠力片離心泵相配用; 另一個(gè)型號(hào)為y160m-4,額定頻率為50hz,額定功率為1 lkw,額定電壓為380v,額定轉(zhuǎn)速為1460 r/min,額定電流為22.6a,與清水離心泵相配用。第3章

20、變頻器3.1變頻器應(yīng)用概述變頻器即電壓頻率變換器，是一種將固定頻率的交流電變換成頻率、電壓連續(xù)可調(diào)的交流 電，以供給電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的電源裝置。變頻調(diào)速具有頻率范圍寬、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、工作效率高、輸出特性好、使用方便等特點(diǎn)，而 三相異步電動(dòng)機(jī)乂有對(duì)電環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、維修簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)高速大容量的優(yōu)勢(shì)。這兩者結(jié)合 使得變頻調(diào)速技術(shù)在供水行業(yè)獲得廣泛的應(yīng)用。用戶用水的多少是經(jīng)常變動(dòng)的，因此供水不足或供水過剩的情況時(shí)有發(fā)生。而用水和供水 之間的不平衡集中地反映在供水的壓力上：用水多而供水少，則壓力低；用水少而供水多，則 壓力大。保持供水的壓力恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時(shí)供水也多，用水少 吋供水也

21、少，從而提高了供水的質(zhì)量。所以我選用變頻器來調(diào)整進(jìn)水的速度。3.2變頻器的額定值(1) 輸入側(cè)的額定值輸入側(cè)的額定值主要是電壓和相數(shù)。在我國(guó)的屮小容量變頻器屮，輸入電壓的額定值有以 下兒種情況(均為線電壓)：1 ) 380v/50hz,三相，用于絕大多數(shù)電器屮。2) 200230v/50hz或60hz,三相，主要用于某些進(jìn)口設(shè)備中。3) 200230v/50hz,單相，主要用于精細(xì)加工和家用電器。(2) 輸出側(cè)的額定值1）輸出電壓額定值un由于變頻器在變頻的同吋也要變壓，所以輸出電壓的額定值是指輸 岀電壓中的最大值。在大多數(shù)情況下，它就是輸出頻率等于電動(dòng)機(jī)額定頻率時(shí)的輸出電壓值。 通常，輸出電

22、壓的額定值總是和輸入電壓相等的。2）輸出電流額定值幾 輸岀電流的額定值是指允許長(zhǎng)時(shí)間輸岀的最大電流。3）輸岀容量sn （kva） sn與5和g的關(guān)系為：sn=®n【n（3-1）4）配用電動(dòng)機(jī)容量匕（kw）變頻器說明書中規(guī)定的配用電動(dòng)機(jī)容量，是根據(jù)下式估算岀 來的。5以川加心必<3-2）式中77耐電動(dòng)機(jī)的效率cos0m電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)由于電動(dòng)機(jī)容量的標(biāo)稱值是比較統(tǒng)一的，而77“和cos0m值卻很不一致，所以容量相同的電 動(dòng)機(jī)配用的變頻器容量往往是不相同的。變頻器銘牌上的“適用電機(jī)容量”是針對(duì)四極的電動(dòng)機(jī)而言的，若拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)是六極或 其他，那么相應(yīng)的變頻器的容量加大。5）過載能力

23、 變頻器的過載能力是指其輸出電流超過額定電流的允許范圍和時(shí)間。大多數(shù) 變頻器都規(guī)定為150%山，60s或180% g，0.5so3.3變頻器的頻率指標(biāo)（1）頻率的名詞術(shù)語(yǔ)1）基底頻率厶 當(dāng)變頻器的輸出電壓等于額定電壓時(shí)對(duì)應(yīng)的最小輸出頻率，稱為基底頻率,用來作為調(diào)節(jié)頻率的基準(zhǔn)。在大多數(shù)情況下，基底頻率等于額定頻率，即fb=fno2）最高頻率才噸 當(dāng)變頻器的頻率給定信號(hào)為最大值時(shí)，變頻器的給定頻率。這是變頻器 的最高工作頻率的設(shè)定值。3）上限頻率九和下限頻率.九根據(jù)拖動(dòng)系統(tǒng)的工作需要，變頻器可設(shè)定上限頻率和下限頻 率，如圖3j所示。與扁和九對(duì)應(yīng)的給定信號(hào)分別是xr和x-則上限頻率的定義是：當(dāng)x x

24、h時(shí)下限頻率的定義是：當(dāng)x wxl時(shí)，.人=.九。圖31變頻器的上下頻率(2)變頻器的頻率指標(biāo)1) 頻率范圍頻率范圍即變頻器能夠輸岀的最高頻率九亦和最低頻率人in。各種變頻器規(guī)定 的頻率范圍不盡一致。通常，最低工作頻率為0.11 hz,最高頻率為120650 hzo2) 頻率精度指變頻器輸岀頻率的準(zhǔn)確程度。用變頻器的實(shí)際輸出頻率與設(shè)定頻率之間的 最大誤差與最高工作頻率之比的百分?jǐn)?shù)表示。例如，用戶給定的最高工作頻率為,/max = 120 hz,頻率精度為0.01%,則最大誤差為：a /max =0.0001 x 120=0.012 hz(3-3)3) 頻率分辨率指輸出頻率的最小改變量，即每相鄰

25、兩擋頻率z間的最小差值。一般分模 擬設(shè)定分辨率和數(shù)字設(shè)定分辨率兩種。例如，當(dāng)工作頻率為fx =25 hz ,如變頻器的頻率分辨率為0.01 hz,則上一擋的最小頻率 f99(人)和下一擋的最大頻率(人)分別為：/=25+0.01=25.01 hz(1-4)fx =25-0.01=24.99 hz(1-5)3.4變頻器的構(gòu)成目前，通用變頻器幾乎都是交一直一交型變頻器，所以就以交一直一交電壓型變頻器為例 講述變頻器的基本構(gòu)成。變頻器的基本構(gòu)成如圖32所示，由主電路和控制電路組成。m】運(yùn)行指令圖3-2變頻器的基本結(jié)構(gòu)(1) 主電路電壓型交一直一交變頻器的主電路由整流電路、中間直流電路和逆變器電路三部

26、分組成。 主電路的基本結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。1) 整流電路部分 二極管整流電路 整流電路由d1d6組成三相不可控整流橋，它們將電源的三相交流全 波整流成直流。整流電路因變頻器輸出功率大小不同而異。功率較小的，輸入電源多用單相 220v,整流屯路為單相全波整流橋；功率較大的，一般用三相380v電源，整流電路為三相橋 式全波整流電路。設(shè)電源的線電壓為匕，那么三相全波整流后平均直流電壓(7。的大小是：ud = 35u 我國(guó)三相電源的線電壓為380v,故全波整流后的平均電壓是513vo圖3-3電壓型交直交變頻器的主電路的基本結(jié)構(gòu) 濾波電容器c整流電路輸出的整流電壓是脈動(dòng)的直流電壓，必須加以濾波。濾波電容

27、器c的作用是：除了濾除整流后的電壓紋波外，還在整流電路與逆變器之間起去 耦作用，以消除相互干擾，這就給作為感性負(fù)載的電動(dòng)機(jī)提供必要的無功功率。因而，中間直 流電路電容器的電容量必須較大，起到儲(chǔ)能的作用，所以中間直流電路的電容器又稱儲(chǔ)能電容 器。由于受到電解電容的電容量和耐壓能力的限制，濾波電路通常由若干個(gè)電容器并聯(lián)成一組, 又由兩個(gè)電容器組串聯(lián)而成，如圖33中的c1和c2。因?yàn)殡娊怆娙莸碾娙萘坑休^大的離散性, 故電容器組c1和c2的電容量常不能完全相等，這將使它們承受的電壓”巾和2不相等，為 了使卩口和卩"相等，在c1和c2旁各并聯(lián)一個(gè)阻值相等的均壓電阻r1和r2。 限流電阻rl與開

28、關(guān)sl由于儲(chǔ)能電容犬，加之在接入電源時(shí)電容器兩端的電壓為零，故 當(dāng)變頻器剛合上電源的瞬間，濾波電容器c的充電電流是很大的。過大的沖擊電流將可能使三 相整流橋的二極管損壞。為了保護(hù)整流橋，在變頻器剛接通電源后的一段時(shí)間里，電路內(nèi)串入了限流電阻，其作用 是將電容器c的充電電流限制到允許的范圍以內(nèi)。開關(guān)sl的功能是：當(dāng)c充電到一定程度吋, 令sl接通，將rl短路。在有些變頻器里，sl用晶閘管代替，如圖33中的虛線所示。 電源指示hl電源指示燈除了表示電源是否接通以外，還有一個(gè)十分重要的功能，即在 變頻器切斷電源后，顯示濾波電容器c上的電荷是否已經(jīng)釋放完畢。由于c的容量較大，而切斷電源又必須在逆變電路

29、停止工作的狀態(tài)下進(jìn)行，所以c沒有快 速放電的回路，其放電時(shí)間往往長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘。乂由于c上的電壓較高，如電荷不放完，在維修 變頻器時(shí)，將對(duì)人身安全構(gòu)成威脅。所以，hl完全熄滅后才能接觸變頻器內(nèi)部的導(dǎo)電部分。2）逆變器電路部分 逆變管q1q6 q1q6組成逆變橋，把d1d6整流后的直流電再“逆變”成頻率、 幅值都可調(diào)的交流電，這是變頻器實(shí)現(xiàn)變頻的執(zhí)行環(huán)節(jié)，因而是變頻器的核心部分。當(dāng)前通用 變頻器中常用的逆變管有絕緣柵雙極晶體管（igbt）、大功率晶體管（gtr）、ipm智能模塊； 大功率變壓變頻器中常用gto （可關(guān)斷晶閘管）。 續(xù)流二級(jí)管d01d06續(xù)流二級(jí)管d01-d06的主要功能有：電動(dòng)機(jī)的繞

30、組是電感性的，其電流具有無功分量。d01d06為無功電流返回直流電源提供 “通道”。當(dāng)頻率下降、電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)的狀態(tài)時(shí)，再生電流將通過d01d06返回直流屯路。q1q6進(jìn)行逆變的基本工作過程：同一橋臂的兩個(gè)逆變管，處于不停的交替導(dǎo)通和截止的 狀態(tài)。在交替導(dǎo)通和截止的換相過程中，不吋地需要d01d06提供通路。 緩沖電路 逆變器在關(guān)斷和導(dǎo)通的瞬間，其電壓和電流的變化率是很大的，有可能使逆 變管受到損害。因此，每個(gè)逆變管旁還應(yīng)接入緩沖電路，以減緩電壓和電流的變化率。在不同 型號(hào)的變頻器中，緩沖電路的結(jié)構(gòu)也不盡相同。在圖33所示為比較典型的一種。其功能如下:逆變管q1q6每次由導(dǎo)通狀態(tài)切換成截止

31、狀態(tài)的關(guān)斷瞬間，集電極（c極）和發(fā)射極（e 極）間的電壓uce將迅速地由近乎0v上升至直流電壓值這過高的電壓增長(zhǎng)率將導(dǎo)致逆變 管的損壞。因此，c01c06的功能便是降低q1q6在每次關(guān)斷時(shí)的電壓增長(zhǎng)率。q1q6每次由截止?fàn)顟B(tài)切換成導(dǎo)通狀態(tài)的接通瞬間，c01c06±所充的電壓（等于將向q1q6放電。此放電電流的初始值將是很大的，并且將疊加到負(fù)載電流上，導(dǎo)致q1q6 的損壞。因此，r01r06的功能是限制逆變管在接通瞬間c01c06的放電電流。r01r06的接入，又會(huì)影響c01-c06在q1q6關(guān)斷時(shí)降低電壓增長(zhǎng)率的效果。d7d12 接入后，在q1q6的關(guān)斷過程中，使r01r06不起作用

32、；而在q1q6的接通過程中，又迫 使c01c06的放電電流流經(jīng)r01r06。3）制動(dòng)電阻和制動(dòng)單元 制動(dòng)電阻rb當(dāng)電動(dòng)機(jī)的工作頻率下降時(shí)，它的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速將超過此時(shí)的同步轉(zhuǎn)速，使得 電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)狀態(tài)，拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能要反饋到直流電路中，使直流電壓7°不斷上升，甚 至可能達(dá)到危險(xiǎn)的地步。因此，必須將再生到直流電路的能量消耗掉，使保持在允許范圍內(nèi)。 制動(dòng)電阻rb就是用來消耗這部分能量的。 制動(dòng)單元vb制動(dòng)單元vb由人功率晶體管gtr或igbt及其驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。其功能是 控制流經(jīng)rb的放電電流ibo（2）控制電路控制電路主要由主控板、鍵盤與顯示板、電源板、外接控制電路等構(gòu)成。1）主控板主控

33、板是變頻器運(yùn)行的控制中心，其主要功能有： 接受從鍵盤輸入的各種信號(hào)。 接受從外部控制電路輸入的各種信號(hào)。 接受內(nèi)部的釆樣信號(hào)，如主電路中電壓與電流的采樣信號(hào)、各部分溫度的采樣信號(hào)、各 逆變管工作狀態(tài)的采樣信號(hào)等。 完成spwm調(diào)制，將接受的各種信號(hào)進(jìn)行判斷和綜合運(yùn)算，產(chǎn)生相應(yīng)的spwm調(diào)制指 令，并分配給各逆變管的驅(qū)動(dòng)電路。 發(fā)出顯示信號(hào)，向顯示板和顯示屏發(fā)出各種顯示信號(hào)。 發(fā)出保護(hù)指令，變頻器必須根據(jù)各種采樣信號(hào)隨時(shí)判斷其工作是否正常，一旦發(fā)現(xiàn)異常 工況，必須發(fā)出保護(hù)指令進(jìn)行保護(hù)。 向外電路發(fā)出控制信號(hào)及顯示信號(hào)，如正常運(yùn)行信號(hào)、頻率到達(dá)信號(hào)、故障信號(hào)等。2）鍵盤與顯示板鍵盤是向主控板發(fā)出各

34、種信號(hào)或指令的，顯示板是將主控板提供的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，兩 者總是組合在一起。3）電源板變頻器的電源板主要提供以下電源：主控板電源、驅(qū)動(dòng)電源、外控電源4）外接控制電路 外接給定電路 外接輸入控制電路 外接輸出電路變頻器內(nèi)設(shè)有多端速度功能，能進(jìn)行7段速度特性運(yùn)行，能連續(xù)、斷續(xù)、保持最終值，對(duì) 各種速度，能任意設(shè)置加速時(shí)間、旋轉(zhuǎn)方向、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間等。本課題采用三速運(yùn)轉(zhuǎn)，高速、中速 和低速指令由外部輸入后，則選定頻率給定信號(hào)給變頻器輸入指令，以所定的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。三速 運(yùn)轉(zhuǎn)外部接線如圖34。變頻器的功能預(yù)置高速：在用水很多的情況下高速進(jìn)水。中速：在用水較多的情況下中速進(jìn)水。低速：在用水少的情況下低速進(jìn)水。加

35、、減時(shí)間：水泵由于水管中有一定壓力的緣故，因此在轉(zhuǎn)速上升和下降的過程中，慣性的作 用極微，但過快地升降或降速，會(huì)在管道屮引起水錘效應(yīng)。所以也應(yīng)將加、減速時(shí)間適當(dāng)預(yù)置 的長(zhǎng)一些。sb1sb2sq1sq2sq3sq4sq5sq6sq7圖34三速運(yùn)轉(zhuǎn)外部接線圖3.5變頻器的選擇變頻器的最人輸出功率按三相異步電動(dòng)機(jī)的額定功率llkw也選用llkw。 變頻器的容量只需按照說明書上表明的“配用電動(dòng)機(jī)容量”進(jìn)行選擇即可。 變頻器容量的計(jì)算連續(xù)恒載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所需的變頻器容量(kva)的計(jì)算式：(3-6)(3-7)/綱丸（3-8）式屮匕負(fù)載所要求的電動(dòng)機(jī)的軸輸岀功率；“ 電動(dòng)機(jī)的效率（通常約0.85）；c o 0電

36、動(dòng)機(jī)的功率因素（通常約0.75）；電動(dòng)機(jī)的電壓v；爲(wèi)電動(dòng)機(jī)工頻電源時(shí)的電流a；電流波形的修正系數(shù)（pwm方式取1.051.10）；&變頻器的額定容量kva；變頻器的額定電流a。此類變頻器容量的計(jì)算公式適用與單臺(tái)變頻器為單臺(tái)電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行的情況，以上三個(gè)等 式是統(tǒng)一的，選擇變頻器吋應(yīng)同吋滿足三個(gè)等式的關(guān)系，尤其變頻器電流是一個(gè)較關(guān)鍵的量。選用的是三菱系列的a540 o a540基本功能參數(shù)表見第二章“表2-1應(yīng)用的變頻器基本功 能參數(shù)表二第4章傳感器在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的現(xiàn)代社會(huì)中，人類已進(jìn)入瞬息萬變的信息時(shí)代。人們?cè)趶氖鹿I(yè)生 產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)中，主要依靠對(duì)信息資源的開發(fā)、獲取、傳輸和

37、處理。傳感器處于研究對(duì) 象與測(cè)控系統(tǒng)的接口位置，是感知、獲取與檢測(cè)信息的窗口，一切科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)過程，特別 是自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)要獲取的信息，都要通過傳感器將其轉(zhuǎn)換為容易傳輸與處理的電信 號(hào)。4.1傳感器的概念及組成(1) 傳感器的概念：傳感器通常是指按一定規(guī)律將所感受的被測(cè)非電量(包括物理量、化學(xué)量、生物量等)轉(zhuǎn) 換成便于處理與傳輸?shù)碾娏?少數(shù)為其他物理量，如光信號(hào))的器件或裝置。傳感器包含兩個(gè) 必不可少的內(nèi)容：一是拾取信息，二是將拾取到的信息進(jìn)行變換，使z變成為一種與被測(cè)量有 確定函數(shù)關(guān)系且便于處理與傳輸?shù)奈锢砹?，多?shù)為電量。(2) 傳感器的組成：一般是由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件組成。敏感元

38、件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)非電量, 并將其送到“轉(zhuǎn)換元件”轉(zhuǎn)換成電量的部分。轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性惺芑蝽憫?yīng) 的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)部分。因?yàn)檎n題用于水中因此選用液位傳感器，利用液體浮力測(cè)液位的原理應(yīng)用廣泛，靠浮子隨 液而升降的位移反映液位變化的，屬于恒浮力式；靠液而升降對(duì)物體浮力改變反映液位的屈于 變浮式力。自由狀態(tài)下的浮子能跟隨液面升降，這是人盡皆知的水漲船高規(guī)律。當(dāng)浮子的升降程度到 達(dá)設(shè)定的刻度時(shí)，行程開關(guān)開始工作。并將采集到的信號(hào)傳送給plc。第5章可編程序控制器冃前的控制器有很多種，有可編程序控制器、單片機(jī)、工業(yè)計(jì)算機(jī)等，而可編程序控制器 具有驅(qū)動(dòng)能力

39、好、通信接口不復(fù)雜、指令簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，所以木課題選用可編程序控 制器plc的硬件的主機(jī)由cpu、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口、電源等兒大部分組成，此外配備的各 種外部設(shè)備如計(jì)算機(jī)可通過通信接口與主機(jī)連接?？删幊绦蚩刂破鳎ê?jiǎn)稱plc）是在繼電順序控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的以微處理器為核心的通 用自動(dòng)控制裝置，plc是電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電邏輯自動(dòng)控制系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物。plc 作為自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一個(gè)核心部件，要使它能在控制系統(tǒng)中充分發(fā)揮其功能，就必須了解plc 的結(jié)構(gòu)、工作原理等。5.1可編程序控制系統(tǒng)的組成及作用以可編程控制器為核心單元的控制系統(tǒng)稱為可編程控制系統(tǒng)。可編程控制系統(tǒng)一般由控制 器

40、、編程器、信號(hào)輸入部件、輸出執(zhí)行部件等組成。（1）可編程控制系統(tǒng)中各部分的作用1）控制器控制器是控制系統(tǒng)的核心，它將邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等控制功能 以一-系列指令形式存放在存儲(chǔ)器中，然后根據(jù)檢測(cè)到的輸入條件按存儲(chǔ)的程序，通過輸出部件 對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。2）編程器編程器是開發(fā)、維護(hù)可編程自動(dòng)控制系統(tǒng)不可缺少的外部設(shè)備。編程器在系統(tǒng)屮的作用是: 對(duì)可編程控制器進(jìn)行編程、發(fā)出命令和監(jiān)視可編程控制器的工作狀態(tài)等。所以，編程器的工作方 式有下列三種： 編程方式編程器在這種方式下可以把用戶程序送入plc主機(jī)的內(nèi)存，也可對(duì)原有的程 序進(jìn)行顯示、修改、插入、刪除等編輯操作。 命令方式 此

41、方式可對(duì)plc發(fā)出各種命令。 監(jiān)視方式 此方式可對(duì)plc進(jìn)行檢索，觀察各個(gè)輸入、輸出點(diǎn)的通、斷狀態(tài)和內(nèi)部線圈、計(jì)數(shù)器、定吋器、寄存器的工作狀況及當(dāng)前值，也可跟蹤程序的運(yùn)行過程，對(duì)故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)等。 我采用的是三菱公司的fx2n系列可編程控制器配接rs232轉(zhuǎn)換后，在計(jì)算機(jī)中運(yùn)行 melsec-medoc軟件可實(shí)現(xiàn)上述功能。3）信號(hào)輸入部件信號(hào)輸入部件是指安裝在現(xiàn)場(chǎng)的按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)，以及各種傳感器等。信號(hào)輸 入部件的作用是接收系統(tǒng)的運(yùn)行條件，并將這些條件傳送給plco工程中用得最多的是按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)等輸入部件，但現(xiàn)在己有許多系列的可編 程控制器能接收溫度、壓力等傳感器送出的模擬

42、量，這是可編程控制器能在白控領(lǐng)域得到迅速 發(fā)展的重要因素。4）輸出執(zhí)行部件輸出執(zhí)行部件是指接觸器，以及安裝在現(xiàn)場(chǎng)的變頻器等，其作用是在plc輸出驅(qū)動(dòng)下控制 設(shè)備的運(yùn)行。輸出執(zhí)行部件是plc的直接控制對(duì)象。（2）可編程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)可編程控制器作為一種通用的自動(dòng)控制裝置，它在控制系統(tǒng)中具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。例如, 在不改變系統(tǒng)硬件接線的情況下，通過改變程序的辦法，可改變被控對(duì)象的運(yùn)行方式，這在繼 電控制系統(tǒng)中是無法實(shí)現(xiàn)的。plc所具有的這一特點(diǎn)大大提高了控制系統(tǒng)的靈活性，特別對(duì)那 些需要經(jīng)常改變生產(chǎn)工藝的自動(dòng)流水線有著重大的實(shí)際意義。5.2 plc的工作原理它的工作有兩個(gè)要點(diǎn)：輸入、輸出信息變換和

43、可靠物理實(shí)現(xiàn)。輸入、輸出信息變換主要由運(yùn)行存儲(chǔ)于plc內(nèi)存中的程序?qū)崿F(xiàn)。這程序（監(jiān)控程序）既有 系統(tǒng)的，又有用戶的。系統(tǒng)程序?yàn)橛脩舫绦蛱峁┚庉嬇c運(yùn)行的平臺(tái)，同時(shí)還進(jìn)行必要的公共處 理，如自檢、i/o刷新上位計(jì)算機(jī)或其他plc通信等。用戶程序由用戶按照控制的要求進(jìn)行設(shè) 計(jì)。可靠物理實(shí)現(xiàn)主要通過輸入（i, input）及輸出（o, output）電路。每一個(gè)輸入點(diǎn)或輸出 點(diǎn)就有一個(gè)i或0電路。而且總是把若干個(gè)這樣的電路集成在一個(gè)模塊中，然后再由若干個(gè)模 塊集成為plc完整的i/o系統(tǒng)。盡管這些模塊相當(dāng)多，占了 plc體積的大部分，但由于它們都 是高度集成的，所以plc的體積還是不太大的。輸入電路吋

44、刻監(jiān)視著輸入點(diǎn)的（通on或斷off）狀態(tài)，并將此狀態(tài)暫存于它的輸入暫存 器中，每一輸入點(diǎn)都有一個(gè)與其對(duì)應(yīng)的輸入暫存器。輸出電路有輸出鎖存器。它也有兩個(gè)狀態(tài)，高、低電位狀態(tài)，并可鎖存。同時(shí)它還有相應(yīng) 的物理電路，可把這個(gè)高、低電位的狀態(tài)傳送給輸出點(diǎn)。每一個(gè)輸出點(diǎn)都有一個(gè)與其對(duì)應(yīng)的輸 岀鎖存器。這里的輸入暫存器與輸出鎖存器實(shí)際是plc的i/o電路的寄存器。它們與plc內(nèi)存交換信 息，通過plc i/o總線及運(yùn)行plc的系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。把輸入暫存器的信息讀到plc的內(nèi)存中，稱輸入刷新。plc內(nèi)存有專門開辟的存放輸入信 息的映射區(qū)。這個(gè)區(qū)的每一對(duì)應(yīng)位（bit）稱為輸入繼電器，或稱軟觸點(diǎn)，或稱為過程映射射

45、入 寄存器。這些位（bit）置成1,表示觸點(diǎn)通，置成0,表示觸點(diǎn)斷。由于它的狀態(tài)是由輸入刷新 得到的，所以它反映的就是輸入點(diǎn)的狀態(tài)。輸出鎖存器與plc內(nèi)存中的輸出映射區(qū)也是對(duì)應(yīng)的。一個(gè)輸出鎖存器也有一個(gè)內(nèi)存位(bit) 與其對(duì)應(yīng)，這個(gè)位稱為輸出繼電器。通過plc i/o總線與運(yùn)行系統(tǒng)程序，輸出繼電器的狀態(tài)將 映射給輸出鎖存器。這個(gè)映射的完成也稱輸岀刷新。plc除了有可接收開關(guān)信號(hào)的輸入電路，有時(shí)還有接收模擬信號(hào)的輸入電路。只是后者先 要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后再把轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存入plc相應(yīng)的內(nèi)存單元里。如要產(chǎn)生模擬量輸岀，則要配有模擬量輸岀電路?？克鼘?duì)plc相應(yīng)的內(nèi)存單元的內(nèi)容進(jìn)行 數(shù)模轉(zhuǎn)換，并產(chǎn)生

46、輸出。這樣用戶所要編的程序只是plc輸入有關(guān)的內(nèi)存區(qū)到輸出有關(guān)的內(nèi)存區(qū)的變換。這是一個(gè) 數(shù)據(jù)及邏輯處理的問題。由于plc有強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，編寫出滿足這個(gè)要求的程序是完全有可 能的。圖51對(duì)以上敘述作了說明，其中框圖代表信息存儲(chǔ)的地點(diǎn)，箭頭代表信息的流向及實(shí)現(xiàn)信 息流動(dòng)的手段。此圖，即反映了 plc實(shí)現(xiàn)控制的兩個(gè)基本要點(diǎn)，同吋也反映了信息在plc中的 空間關(guān)系。圖52簡(jiǎn)化工作流程圖圖5-1 plc控制圖簡(jiǎn)單地說，plc工作過程是：輸入刷新-運(yùn)行用戶程序-輸出刷新。一直循環(huán)往復(fù)地進(jìn)行 著這個(gè)過程，用plc實(shí)現(xiàn)控制顯然是可能的。因?yàn)橛辛溯斎胨⑿?，可把輸入電路監(jiān)視得到的輸 入信息存入plc的輸入映射區(qū)

47、；經(jīng)運(yùn)行用戶程序，輸岀映射區(qū)將得到變換后的信息；再經(jīng)輸岀 刷新，輸出鎖存器將反映輸出映射區(qū)的狀態(tài)，并通過輸出電路產(chǎn)牛相應(yīng)的輸出。又由于這個(gè)過 程是永不停止、循環(huán)往復(fù)地進(jìn)行著，所以輸出總是反映輸入的變化，只是響應(yīng)的時(shí)間上略有滯 后。但由于plc的工作速度很快，所以這個(gè)“略有滯后”的時(shí)間是很短的，一般也就是兒毫秒、 幾十毫秒，最多也不會(huì)超過100200ms。圖5-2所示的是簡(jiǎn)化過程，實(shí)際的plc工作過程述要復(fù)雜些。除了 i/o刷新及運(yùn)行用戶程 序，還要做些其它的公共處理工作。公共處理工作有：循環(huán)口寸間監(jiān)視、外設(shè)服務(wù)及通信處理等。1輸入刷新1公共處理1運(yùn)行用戶程序1輸岀刷新圖53實(shí)際工作流程圖監(jiān)視循

48、環(huán)吋間的目的是避免用戶程序“死循環(huán)”，證plc能正常工作。為避免用戶程序“死 循環(huán)”的方法是用watching dog,即設(shè)一個(gè)定時(shí)器，監(jiān)測(cè)用戶程序的運(yùn)行時(shí)間。只要循環(huán)超時(shí), 即報(bào)警或做相應(yīng)的處理。外設(shè)服務(wù)是讓plc可接受編程器對(duì)它的操作或向編程器輸出數(shù)據(jù)。通信處理是實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)、其他plc、或智能操作器、傳感器進(jìn)行信息交換的，這也是增 強(qiáng)plc控制能力的需要。也就是說，實(shí)際的plc工作過程是：公共處理-1/0刷新一運(yùn)行用戶程序一再公共處理 反復(fù)不停的重復(fù)著。圖53所示的是實(shí)際的工作過程。此外，plc±電后，也要進(jìn)行系統(tǒng)自檢及內(nèi)存的初始化工作，為plc的正常運(yùn)行做好準(zhǔn)備。 用這種不斷

49、地重復(fù)運(yùn)行程序以實(shí)現(xiàn)控制，稱掃描方式工作。是plc基本的工作方式。此外, 為了應(yīng)對(duì)緊急任務(wù)，plc還有中斷工作方式。在中斷方式下，需處理的任務(wù)先申請(qǐng)中斷，被響 應(yīng)后停止運(yùn)行的程序，轉(zhuǎn)而去處理中斷工作(運(yùn)行有關(guān)中斷的服務(wù)程序)。待處理完中斷，又返 回運(yùn)行原來的程序。plc的中斷方式的任務(wù)或稱事件，是分等級(jí)的。同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)中斷事件則優(yōu)先級(jí)高 的先處理，繼而處理低的。直到屮斷任務(wù)全部處理完，再轉(zhuǎn)為執(zhí)行掃描程序。plc對(duì)大量控制都用掃描方式工作，而對(duì)個(gè)別急需的處理，則用中斷方式。這樣即可做到 所有的控制都能照顧到，而個(gè)別應(yīng)急的任務(wù)也能及吋進(jìn)行處理。5.3 plc的功能plc有豐富的指令系統(tǒng)，有各

50、種各樣的i/o接口、通信接口，有大容量的內(nèi)存，有可靠的 操作系統(tǒng)，因而具有豐富的功能。信號(hào)采集功能： 輸出控制功能： 邏輯處理功能： 數(shù)據(jù)運(yùn)算功能：可采集開關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)及脈沖信號(hào)。可控制輸出開關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)及脈沖信號(hào)?？蛇M(jìn)行各種位、字節(jié)、字、雙字邏輯運(yùn)算?？蛇M(jìn)行各種字、雙字整數(shù)運(yùn)算，有的還可以進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算。定時(shí)功能：可進(jìn)行延時(shí)或定時(shí)控制，時(shí)間可精確到毫秒。有的還有內(nèi)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘。 計(jì)數(shù)功能：可進(jìn)行計(jì)數(shù)，高速計(jì)數(shù)頻率可達(dá)幾百khz。中斷處理功能：可實(shí)現(xiàn)種種內(nèi)外中斷，以提高對(duì)輸入的響應(yīng)速度。程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能：可存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)定、程序及數(shù)據(jù)，并可保證這些數(shù)據(jù)在掉電時(shí)不丟失。 此外，還有聯(lián)網(wǎng)通信、自

51、檢測(cè)、自診斷等功能。豐富的功能為plc的廣泛應(yīng)用提供了可能；同時(shí)也為工業(yè)系統(tǒng)的自動(dòng)化、遠(yuǎn)程化、信息化 及智能化創(chuàng)造了條件。5.4 fx系列可編程控制器的基本構(gòu)成硬件構(gòu)成：(1)單片機(jī)plc中的單片機(jī)包含了中央處理器、隨機(jī)存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、串行接口 sio、u寸鐘ctc等，是plc的指揮系統(tǒng)。fx2系列中大部分都采用表面封裝技術(shù)的芯片，主板中只含兩片超大規(guī)模集成電路：一片 是通用16位cpu,用于處理一般邏輯指令；另一片是專用邏輯處理器，用于處理高速指令、中 斷等。（2）電源fx2系列plc基本單元和擴(kuò)展單元均采用開關(guān)電源。開關(guān)電源輸出dc5v、dc12v.dc24v 三種電壓等級(jí)的直流電：5

52、v的一路供內(nèi)部ic用，12v的一路用以驅(qū)動(dòng)輸出繼電器，24v的一 路提供給用戶以作傳感器的電源。（3）通信接口fx2系列plc的基本單元帶有三個(gè)與外部裝置相連的通信接口，一個(gè)是連接編程器的接口， 一個(gè)是連接擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊的接口，還有一個(gè)是連接特殊功能適配器的接口。（4）編程器編程器的主要功能是編寫用戶程序，并將用戶程序送入plc基本單元的用戶存儲(chǔ)器中，有 些編程器還兼有監(jiān)控和向主機(jī)發(fā)出各種命令的功能。（5）輸入、輸出接口電路1）輸入接口電路fx2型plc輸入接口電路如圖54,電路中光耦的輸出端設(shè)有rc濾波 器，這是為防止由于輸入點(diǎn)的抖動(dòng)及信號(hào)輸入線屮混入的噪聲引起誤動(dòng)作而設(shè)計(jì)的，所以輸入

53、信號(hào)從onoff或從offon變化時(shí)，plc輸入接口電路內(nèi)部約有10ms的響應(yīng)滯后。可變程序控制圖5-4 fx2型plc輸入接口電路輸入接口電路中一個(gè)不容忽視的參數(shù)是輸入靈敏度，也就是輸入的動(dòng)作電流。fx2型plc 的輸入電流為7ma,能引起輸入動(dòng)作的最小電流為2.53ma,但為使動(dòng)作可靠，輸入電流必須 大于4.5ma,為了保證可靠切斷，輸入電流必須小于1.5ma。因此，當(dāng)輸入回路中串有二極管 或電阻，或者有并聯(lián)電阻，或有漏電流吋應(yīng)特別注意，以免造成系統(tǒng)誤動(dòng)作。與plc輸入端x相連的信號(hào)輸入元件可以是按鈕、行程開關(guān)等無源觸點(diǎn)或接近開關(guān)、光電 開關(guān)等npn型集電極開路輸出方式的傳感器。對(duì)無源觸點(diǎn)

54、，應(yīng)直接接在x端與公共端com之 間；對(duì)npn型集電極開路輸岀的傳感器，應(yīng)按照?qǐng)D54所示的方式連接。當(dāng)x端與com端接 通時(shí)，輸入指示燈亮表示有輸入信號(hào)。2）輸出接口電路fx2型的plc輸出接口電路共有三種形式：一種是繼電器輸岀型，一 種是晶閘管輸出型，一種是晶體管輸出型。 輸出接口電路的隔離方式繼電器輸出型是利用繼電器線圈與輸出觸點(diǎn)，將plc內(nèi)部電路與外部負(fù)載電路進(jìn)行電氣隔 離；晶閘管輸出型是釆用光控晶閘管，將plc的內(nèi)部電路與外部負(fù)載電路進(jìn)行電氣隔離；晶體 管輸出型是采用光電耦合器將plc內(nèi)部電路與輸出晶體管進(jìn)行隔離。無論哪種隔離方式都能有 效地防止因外部電路故障而波及到內(nèi)部電路，保證pl

55、c的輸出安全可靠。 輸岀接口電路的主要技術(shù)參數(shù)響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間是表示plc輸出器件從on狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閛ff狀態(tài)，或從off狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閛n狀 態(tài)所需要的時(shí)間。繼電器型響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)，從輸出繼電器的線圈通電或斷電到輸出觸點(diǎn)on或 off的響應(yīng)時(shí)間均為10ms；晶閘管型從光控晶閘管獲得驅(qū)動(dòng)信號(hào)或失去驅(qū)動(dòng)信號(hào)到晶閘管完全 導(dǎo)通或完全截止的時(shí)間在1ms以下；晶體管型從光耦獲得驅(qū)動(dòng)信號(hào)或失去驅(qū)動(dòng)信號(hào)到輸岀晶體 管完全導(dǎo)通或完全截止的吋間在0.2ms以下（24v、200ma吋）。輸出電流繼電器型具有較大的輸出電流，一般對(duì)電壓為ac 250v以下的電路驅(qū)動(dòng)純電阻負(fù)載的能力 為2a/點(diǎn)，晶閘管型和晶體管型輸出電流都

56、較小。對(duì)于感性負(fù)載，由于在斷開的瞬間會(huì)產(chǎn)生較高 的自感電勢(shì)，因此在考慮plc的輸出電流時(shí)應(yīng)留有余地。此外對(duì)交流電路中的感性負(fù)載應(yīng)在負(fù) 載兩端并接rc （般r取1200 , c取0“f）浪涌吸收電路，對(duì)直流電路屮的感性負(fù)載要 在負(fù)載兩端并接續(xù)流二極管。開路漏屯流開路漏電流指plc輸出處于off狀態(tài)時(shí)，輸出回路中的電流。繼電器型輸出為off時(shí)沒 有漏電流。晶閘管輸出型由于在plc內(nèi)部與輸出晶閘管并聯(lián)了 rc吸收支路，故將引起開路漏 電流，此開路漏電流可能使plc外部所接的小型繼電器保持吸合，應(yīng)加以重視。品體管輸出型 開路漏電流一般較?。?00“4以下），一般不會(huì)造成輸出誤動(dòng)作。3）輸出公共端plc的輸出端子有兩種接法：一種