畢業(yè)設(shè)計第一稿未完成

1、PLC變頻器在交流電動機調(diào)速控制中的應(yīng)用PLC inverter in the application of ac motor speed control 專 業(yè)：機械工程及自動化 姓 名：徐建鵬 指 導(dǎo) 老 師：韓振梅 提 交 日 期：二零一二年十二月摘 要隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，科技飛躍的進步，工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)伴隨科技的進步而前進，在市場經(jīng)濟環(huán)境中，企業(yè)要生存就要尋求發(fā)展，不僅產(chǎn)品的改良和開發(fā)要適應(yīng)市場需要，而且生產(chǎn)設(shè)備也要改造。無論是機床、生產(chǎn)線或是自動控制系統(tǒng)等很多現(xiàn)代化設(shè)備都廣泛使用交流電動機變速拖動控制，比較傳統(tǒng)的控制方法十分復(fù)雜的控制線路，許多線路交織在一起，器件繁瑣數(shù)量多，維修十分不方

2、便，既費時費力又影響生產(chǎn)，使企業(yè)效益無法提高。傳統(tǒng)控制線路中電動機調(diào)速不精確，生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量也不是很好。為了保障產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，要使電動機調(diào)速更精確，我設(shè)計了采用可編程過程控制器PLC與變頻器，自動控制交流電動機轉(zhuǎn)速，自動調(diào)節(jié)壓力的方法。PLC的通用性、可擴展性優(yōu)于傳統(tǒng)接觸器，線路簡單利于設(shè)備的檢修維護，而且控制準(zhǔn)確系統(tǒng)誤差小。用變頻器調(diào)速交流異步電動機的轉(zhuǎn)速，可以精確控制電動機拖動系統(tǒng)的每一個環(huán)節(jié)，可以節(jié)省電能的消耗，把握好生產(chǎn)過程；而且系統(tǒng)的抗干擾性強，控制轉(zhuǎn)速的快速性、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性也很好。通過PLC程序驅(qū)動變頻器控制，一臺交流三相異步電動機調(diào)整轉(zhuǎn)速，以此取代由現(xiàn)場人工調(diào)節(jié)閥門從

3、而調(diào)整壓力的控制系統(tǒng)，不但達到同樣的控制目的，而且同時也便于設(shè)備維護。關(guān)鍵詞：PLC； 變頻器； 變頻調(diào)速ABSTRACTWith the rapid development of economy, science and technology leap progress, industrial production technology along with the progress of science and technology and forward, in a market economy environment, the enterprise wants to survive s

4、eek development, not only the product improvement and development in order to adapt to the needs of the market, but also to improve production equipment. Whether machine, production line or automatic control system and so on many modern equipment are widely used ac motor speed motion control, compar

5、e the traditional control method is very complex control circuit, many line mixed together, device trival quantity, which is convenient for maintenance, both time-consuming and affect production, make the enterprise benefit can't improve. The traditional control circuit of motor speed control in

6、accuracy, production of the product quality is not very good. In order to ensure product quality and production efficiency, to make the motor speed control more accurate, and I designed by using the programmable process controller PLC and frequency converter, automatic control of ac motor speed, aut

7、omatic regulating pressure method. PLC generality, scalability is better than traditional contactor, the circuitry is simple for the equipment maintenance, and control accurate system error is smaller. With frequency converter speed control ac asynchronous motor speed, can accurate control motor dri

8、ve system in every aspect, can save electric energy consumption, and grasp the good production process; And the robust of system, the control speed of rapidity, accuracy and stability is also very good. Through the PLC program drive inverter control, a ac three-phase asynchronous motor speed adjustm

9、ent, so as to replace by the artificial regulation valve so as to adjust the pressure control system, not only to achieve the same control purpose, and at the same time also facilitate maintenance.Key words：PLC; inverter; variable frequency speed regulation目 錄第一章 變頻器的介紹及其相關(guān)知識(1)第一節(jié) 變頻器的簡介(1)第二節(jié) 變頻器的

10、結(jié)構(gòu)(1)第三節(jié) 變頻器種類(2)第四節(jié) 變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域(4)第五節(jié) 變頻器的維護(5)第六節(jié) 變頻器的類型分析(6)第二章 可編過程控制器（PLC）的介紹(7)第一節(jié) PLC定義及發(fā)展歷程(7)第二節(jié) PLC的構(gòu)成與實現(xiàn)控制的原理(7)第三節(jié) PLC的基本特點(11)第四節(jié) PLC的運行模式與應(yīng)用(12)第三章 變頻器在恒壓供水控制系統(tǒng)的應(yīng)用方案(12)第一節(jié) 系統(tǒng)構(gòu)成與選型(12)第二節(jié) 控制系統(tǒng)的I/O點及地址分配(20)第三節(jié) 電氣控制原理圖及程序設(shè)計(21)參考文獻(28)致謝(29)第一章 變頻器的介紹及其相關(guān)知識第一節(jié) 變頻器的簡介變頻器（frequency changer /

11、 frequency converter）是一種用來改變交流電頻率的電氣設(shè)備。此外，它還具有改變交流電電壓的輔助功能。過去，變頻器一般被包含在電動發(fā)電機、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器等電氣設(shè)備中。隨著半導(dǎo)體電子設(shè)備的出現(xiàn)，人們已經(jīng)可以生產(chǎn)完全獨立的變頻器。變頻器通常包含2個組成部分：整流器（rectifier）和逆變器（Inverter）。其中，整流器將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，逆變器將直流電再轉(zhuǎn)換成所需頻率的交流電。除了這2個部分之外，變頻器還有可能包含變壓器和電池。其中，變壓器用來改變電壓并可以隔離輸入/輸出的電路，電池用來補償變頻器內(nèi)部線路上的能量損失。不同的變頻器能夠處理的電源功率是不一樣的，從幾瓦到幾

12、兆瓦都有。通過變頻器把50（或60）Hz的交流電變成頻率可調(diào)的交流電，供給交流電動機，用以改變交流電動機的運轉(zhuǎn)速度的技術(shù)，稱為交流電動機的變頻調(diào)速技術(shù)第二節(jié) 變頻器的結(jié)構(gòu)變頻器主要是由主電路、控制電路組成。一、主電路是給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。（1）整流器：最近大量使用的是

13、二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進行再生運轉(zhuǎn)。（2）平波回路：在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。（3）逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6個開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型pwm逆變器為例示出開關(guān)時間和電壓波形。二、控制電路是給異步電動機供電（電壓、頻率可調(diào)）的

14、主電路提供控制信號的回路，它有頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”，將運算電路的控制信號進行放大的“驅(qū)動電路”，以及逆變器和電動機的“保護電路”組成。（1）運算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。（2）電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。（3）驅(qū)動電路：驅(qū)動主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。（4）速度檢測電路:以裝在異步電動機軸機上的速度檢測器(tg、plg等)的信號為速度信號，送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉(zhuǎn)。（5）保護電路

15、:檢測主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。第三節(jié) 變頻器的種類一、按變換環(huán)節(jié)分類變頻器根據(jù)其變頻的原理分為直接變頻和間接變頻。直接變頻為交交變頻。交交變頻器把頻率固定的交流電直接變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電。間接變頻為交直交變頻；間接變頻是指將交流經(jīng)整流器后變?yōu)橹绷?，然后再?jīng)逆變器調(diào)制為頻率可調(diào)的交流電。這兩類變頻器的主要特點比較如：表1-1所示。交直交變頻器又分為兩種，其區(qū)別在于整流器，即可控整流器和不可控整流。表1-1交交變頻器交直交變頻器換能方式一次換能，效率較高二次換能，效率略低換流方式電網(wǎng)電壓換流強迫換流

16、或負(fù)載換流裝置元件數(shù)量比較多比較少組件利用率比較低比較高調(diào)頻范圍輸出最高功率為電網(wǎng)功率的1/3-1/2頻率調(diào)節(jié)范圍寬電網(wǎng)功率因數(shù)比較低如用可控整流，則低頻低壓是功率因數(shù)比較低；用不可控整流PWM方式調(diào)壓，則功率因數(shù)高適用場合低速大功率用于各種拖動裝置、穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源和不間斷電源二、按濾波方式分類（1）電壓型變頻器在交直交變壓變頻裝置中，當(dāng)中間直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波時，直流電壓波形比較平直，在理想情況下可以等效成一個內(nèi)阻抗為零的恒壓源，輸出的交流電壓是矩形波或階梯波，這類變頻裝置叫做電壓型變頻器。（2）電流型變頻器在交直交變壓變頻裝置中，當(dāng)中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波時，直流電流波形比較平直，因而電

17、源內(nèi)阻抗很大，對負(fù)載來說基本上是一個電流源，輸出交流電流是矩形波或階梯波，這類變頻裝置叫做電流型變頻器。三、按電壓的調(diào)制方式分類（1）PAM（脈幅調(diào)制）所謂PAM，是pulse amplitude modulation的簡稱。PAM是通過調(diào)節(jié)輸出脈沖的幅值來調(diào)節(jié)輸出電壓的一種方式。（2）PWM（脈寬調(diào)制）所謂PWM，是pulse width modulation的簡稱。它是通過改變輸出脈沖的寬度和占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓的一種方式。四、按輸入電源的相數(shù)分類（1）三進三出變頻器變頻器的輸入側(cè)和輸出側(cè)都是三相交流電，絕大多數(shù)變頻器都屬于此類。（2）單進三出變頻器變頻器的輸入側(cè)為單相交流電，輸出側(cè)是三相

18、交流電，家用電器里的變頻器都屬于此類，通常容量較小。五、按控制方式分類（1）V/f控制（即VVVF變頻器控制）V/f控制的基本特點是對變頻器輸出的電壓和頻率同時進行控制。V/f控制相對簡單，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求，已在各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。（2）轉(zhuǎn)差頻率控制變頻調(diào)速轉(zhuǎn)差頻率控制需檢測出電動機的轉(zhuǎn)速，構(gòu)成速度閉環(huán)。速度調(diào)節(jié)器的輸出為轉(zhuǎn)差頻率，然后以電動機速度與轉(zhuǎn)差頻率之和作為變頻器的給定輸出頻率。與V/f控制方式相比，加減速特性和限制過電流的能力得到提高。另外，還有速度調(diào)節(jié)器，它是利用速度反饋進行速度閉環(huán)調(diào)制。（3）矢量控制變頻調(diào)速技術(shù)矢量控制是一種高性能異步電動機控

19、制方式，它的基本思路是：將異步電動機的定子電流分為磁場電流的分量（勵磁電流）和與其垂直的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量（轉(zhuǎn)矩電流），并分別加以控制。（4）直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)矢量控制在實際應(yīng)用中比較復(fù)雜，使實際的控制效果難以達到理想分析的結(jié)果。直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)在很大程度上解決了矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的動靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。六、按用途分類（1）通用變頻器通用變頻器是指能與普通的籠型異步電動機配套使用，能適應(yīng)各種不同性質(zhì)的負(fù)載，并具有多種可供選擇功能的變頻器。（2）高性能專用變頻器與通用變頻器相比，其大多數(shù)采用矢量控制方式，驅(qū)動對象通常是變頻器廠家指定的專用電動機

20、。（3）高頻變頻器為了滿足高速電動機的驅(qū)動要求，出現(xiàn)了采用PAM控制方式的高頻變頻器，其輸出頻率可達到3KHz。七、按變頻器的供電電壓的高低分類（1）低壓變頻器：低壓變頻器指輸入電源電壓為110V-1KV的中、小容量的變頻器。（3）高壓變頻器高壓變頻器指輸入電壓為1KV以上的變頻器。第四節(jié) 變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域通用變頻器控制異步電動機電力傳動，實現(xiàn)被控對象的調(diào)速所構(gòu)成的調(diào)速控制系統(tǒng)，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域和民用生活領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。由于其發(fā)揮的作用日益巨大，市場前景廣闊，生產(chǎn)廠家展開了技術(shù)上和商業(yè)上的競爭，變頻器的設(shè)計和制造還在不斷的發(fā)展。從變頻器使用的目的和傳動的效能來看，其目的和應(yīng)用領(lǐng)域如表1-

21、2所示。表1-2序號變頻器傳動的效能應(yīng)用領(lǐng)域主要相關(guān)技術(shù)適用變頻器1節(jié)能風(fēng)機、泵、提升機、擠壓機、攪拌機、傳送帶、工業(yè)洗衣機等調(diào)速控制通用型2提高生產(chǎn)率提升機、起重機、機床、食品機械、擠壓機、自動倉庫中傳動等運行程序或加工工業(yè)的最佳速度、原有設(shè)備增速運行、運轉(zhuǎn)可靠性提高通用型、專用型3產(chǎn)品質(zhì)量的提高風(fēng)機、機床、食品機械、造紙機和薄膜生產(chǎn)線、鋼板生產(chǎn)線、高速機械等平滑加減速、最佳速度選擇、高精度轉(zhuǎn)矩控制、高精度定位控制、高速傳動通用型、矢量通用型、高速通用型4設(shè)備合理化：少維護、低成本、機械標(biāo)準(zhǔn)化和簡單化、全自動化（FA）搬送機械、金屬加工、纖維機械、造紙機和薄膜生產(chǎn)線、鋼板生產(chǎn)線等增速運行、高

22、精度轉(zhuǎn)矩控制、多臺電動機聯(lián)機運行、運轉(zhuǎn)可靠性提高、傳送控制通用型、矢量通用型、矢量專用型5改善或適應(yīng)環(huán)境空調(diào)、風(fēng)機、壓縮機、電梯等靜音化、平滑加減速、防暴電動機等安全技術(shù)通用型、專業(yè)型第五節(jié) 變頻器的維護一、日常維護和檢查變頻器是一種精密的電子裝置，雖然在制造過程中，制造商進行了可靠性設(shè)計，但是如果使用不當(dāng)，仍可能發(fā)生故障或出現(xiàn)運行不佳等情況，因此日常維護和檢查是必不可少的。（一）日常檢查項目1.安裝地點的環(huán)境是否有異常。2.冷卻系統(tǒng)是否正常。3.變頻器、電動機、變壓器、電抗器等是否過熱、變色或有異味。4.變頻器和電動機是否有異常振動、異常聲音。5.主電路電壓是否三相平衡，電壓是否正常，控制電

23、路電壓是否正常。6.導(dǎo)線連接是否牢固可靠。7.濾波電容器是否有異味。8.各種顯示是否正常。（二）定期檢查項目1.清掃空氣過濾器，同時檢查冷卻系統(tǒng)是否正常。2.檢查有關(guān)緊固件是否松動，并進行必要的緊固。3.導(dǎo)體絕緣物是否有腐蝕過熱的痕跡、變色或破損。4.檢查絕緣電阻是否在正常范圍內(nèi)，控制電路要使用絕緣電阻表測試絕緣電阻。5.檢查及更換冷卻扇葉、濾波電容器、接觸器等。6.檢查端子排是否有損傷，繼電器觸點是否燒蝕。7.確認(rèn)控制電壓的正確性，進行順序保護動作實驗，確認(rèn)保護、顯示回路有無異常。8.確認(rèn)變頻器在單體運行時輸出電壓的平衡度。二、變頻器的保護功能現(xiàn)代通用變頻器不但在產(chǎn)品性能上有很大提高，而且自

24、診斷功能、報警及保護功能也非常齊全。變頻器的保護功能主要有過電流、過電壓、欠電壓、散熱板過熱、外部報警輸入、逆變器過熱、電動機過載、逆變器過載、熔斷器燒斷、通訊出錯、CPU出錯和運轉(zhuǎn)出錯等功能。變頻器在保護功能動作后，面板上會有相應(yīng)的顯示，指示故障原因。第六節(jié) 變頻器的類型分析根據(jù)控制功能將通用變頻器分為三種類型：普通功能型V/f制變頻器、具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型V/f控制變頻器和矢量控制高性能型變頻器。直接轉(zhuǎn)矩控制功能型變頻器目前正處于推廣階段。變頻器類型的選擇，要根據(jù)負(fù)載的要求來進行。1風(fēng)機、泵類負(fù)載，通?？梢赃x擇普通功能型。2恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載，有兩種情況：（1）采用普通功能型變頻器。為了實

25、現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，常采用加大電動機和變頻器容量的辦法，以提高低速轉(zhuǎn)矩，避免低頻補償?shù)睦щy。（2）采用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型變頻器實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的恒速運行，是比較理想的。（3）對動態(tài)性能要求較高的生產(chǎn)機械，采用矢量控制高性能型通用變頻器是一種很好的方案。第二章 可編過程控制器（PLC）的介紹第一節(jié) PLC定義及發(fā)展歷程可編程序控制器，英文稱Programmable Logic Controller，簡稱PLC。國際電工委員會（IEC）對PLC作了如下定義：PLC是一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算

26、術(shù)運算等措作的指令，并通過數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機器或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴充其功能的原則設(shè)計。在20世紀(jì)60年代，汽車生產(chǎn)流水線的自動控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的。當(dāng)時汽車的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車型號更新的周期越來越短，這樣，繼電器控制裝置就需要經(jīng)常的重新設(shè)計和安裝，十分費時、費工、費料。為了改變這一現(xiàn)狀，美國通用汽車公司在1969年公開招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項招標(biāo)指標(biāo)。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出第

27、一臺PLC，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。1973年，西歐國家也研制出它們的第一臺PLC。我國從1974年開始研制PLC，于1977年開始工業(yè)應(yīng)用。自第一臺PLC問世以來，已很快被應(yīng)用到汽車制造、機械加工、冶金、礦業(yè)、輕工等各個領(lǐng)域，大大推進了機電一體化進程。PLC的發(fā)展是在繼電器控制邏輯基礎(chǔ)上，與3C技術(shù)（Computer，Control，Communication）相結(jié)合并不斷完善。它從過去的小規(guī)模、單機、順序控制，已經(jīng)發(fā)展到包括過程控制、傳動控制、位置控制、通信控制等場合的大部分現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域和部分商用民用控制領(lǐng)域。現(xiàn)在的PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控

28、制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置，是工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一。第二節(jié) PLC的構(gòu)成與實現(xiàn)控制的原理一、組成部分（一）常見的PLC模塊常見的PLC模塊有：1.CPU模塊，它是PLC的硬件核心。PLC的主要性能，如速度、規(guī)模都由它的性能來體現(xiàn)。2.電源模塊，它為PLC運行提供內(nèi)部工作電源，而且，有的電源模塊還可以為輸入信號提供電源。3.I/O模塊，它包括輸入輸出I/O電路，并根據(jù)類型劃分為不同規(guī)格的模塊。4.內(nèi)存模塊，它主要存儲用戶程序，有的還為系統(tǒng)提供輔助的工作內(nèi)存，在結(jié)構(gòu)上內(nèi)存模塊都是附加于CPU模塊之中。5.底板、機架模塊，它為PLC各模塊的安裝提供基板，并為模塊

29、間的聯(lián)系提供總線。（二）特殊功能模塊除了常見的模塊，PLC還有特殊功能的模塊，如A/D （模數(shù)轉(zhuǎn)換）模塊、D/A（數(shù)模轉(zhuǎn)換）模塊、高速計數(shù)模塊、位置控制模塊、溫度模塊、通信模塊等。這些模塊有自己的處理器，可對信號作預(yù)處理或后處理，以簡化PLC的CPU對復(fù)雜的過程控制量的計算。（三）PLC的外部設(shè)備PLC的外部設(shè)備有四大類：1.編程設(shè)備。簡單的為簡易編程器，復(fù)雜一點的有圖形編程器，可用梯形圖編程。有的還有專用的計算機，可用其他高級語言進行編程。2.監(jiān)控設(shè)備。小的有數(shù)據(jù)監(jiān)視器，可監(jiān)視數(shù)據(jù)；大的還可能有圖形監(jiān)視器，可通過畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。3.存儲設(shè)備。它用于永久性的存儲用戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失。各種P

30、LC大體都有這方面的配套設(shè)施。4.輸入輸出設(shè)備。它用以接收信號或輸出信號，便于與PLC進行人機對話。二、PLC實現(xiàn)控制的過程PLC的用戶程序，是從頭至尾按順序循環(huán)執(zhí)行的。這一過程稱為掃描，而這種處理方式稱之為循環(huán)演算方式。PLC的循環(huán)演算，除中斷處理外一直繼續(xù)下去，直至停止運行為止。如圖2-1所示。（一）初始化處理上電運行或復(fù)位時處理一次，并完成如下任務(wù)。1.復(fù)位輸入輸出模塊。2.進行自診斷。3.清除數(shù)據(jù)區(qū)。4.輸入輸出模塊的地址分配以及種類登記。（二）刷新輸入映像區(qū)用戶程序在演算處理之前，先將輸入端口接點狀態(tài)讀入，并以此刷新輸入映像區(qū)。（三）用戶程序演算處理將用戶程序，從頭至尾依次演算處理。

31、（四）映像區(qū)內(nèi)容輸出刷新用戶程序演算處理完畢，將輸入映像區(qū)內(nèi)容傳送到輸出端口刷新輸出。（五）END處理CPU模塊完成一次掃描后，為進入下一循環(huán)，進行如下處理。1.自診斷。2.計數(shù)器、定時器更新。3.同上位機、通信模塊的通信處理。4.檢查模式設(shè)定鍵狀態(tài)。三、用戶程序程序由用戶需要控制的所有必要因素所組成，一般而言PLC程序被儲存在CPU內(nèi)置EEPROM或外部存儲模塊中。用戶程序的相關(guān)功能說明如表2-1所示。初始化處理刷新輸入映像區(qū)用戶程序演算處理程序頭···程序尾映像區(qū)內(nèi)容輸出刷新END處理運行開始圖2-1表2-1基本功能演算處理內(nèi)容掃描用戶程序每掃描周期內(nèi)，從頭至

32、尾按順序反復(fù)逐條指令演算處理一次內(nèi)部時間中斷程序該中斷程序根據(jù)參數(shù)組中設(shè)定的時間常數(shù)來執(zhí)行中斷程序外部中斷程序可迅速響應(yīng)外部中斷信號，立即予以處理，而不必受掃描周期的約束高速計數(shù)中斷程序當(dāng)使用比較信號時，才執(zhí)行此程序子程序只有程序相同時，才執(zhí)行相應(yīng)子程序第三節(jié) PLC的基本特點1.可靠性高，抗干擾能力強。PLC在出廠試驗項目中，又一項抗干擾試驗。它要求能承受幅值為1000V，上升時間nS，脈沖寬度為1S的干擾脈沖。一般，平均故障間隔時間可達幾十萬上千萬小時；制成系統(tǒng)可達45萬小時甚至更長時間。2.通用性強，控制程序可變，使用方便PLC品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控制系統(tǒng)，用

33、戶不必再自己設(shè)計和制作硬件裝置。用戶在硬件確定后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，不必改變PLC的硬件設(shè)備，只需要改變程序就可以滿足要求。因此，PLC除應(yīng)用于單機控制外，在工廠自動化中也被大量采用。3.功能強，適用面光現(xiàn)代PLC不僅有邏輯運算、計時、計數(shù)、順序控制等功能，還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動、通信、人機對話、自檢、記錄顯示等功能。既可以控制一臺生產(chǎn)機械，一條生產(chǎn)線，又可以控制一個生產(chǎn)過程。4.編程簡單，容易掌握目前，大多數(shù)PLC仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及編程水平，所以非常容易

34、接受和掌握。梯形圖語言的編程原件的符號和表達方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近。通過閱讀PLC的用戶手冊或短期的培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員和技術(shù)員工很快就能學(xué)會用梯形圖編制控制程序。同時還提供了功能圖、語句表等編程語言。5.減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計及施工的工作量由于PLC采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、計數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計安裝界限工作量大為減少。同時，PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調(diào)試，更減少了現(xiàn)場的調(diào)試工作量。并且，由于PLC的低故障率及很強的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。6.體積小、重量輕、功耗低、維護方便PLC是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊、堅固、

35、體積小、重量輕、功耗低。并且由于PLC的強抗干擾能力，易于裝入設(shè)備內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。第四節(jié) PLC的運行模式與應(yīng)用一、PLC的運行模式運行模式是指PLC正常執(zhí)行用戶程序的模式。包括兩部分：一是進入掃描狀態(tài)下的數(shù)據(jù)和程序處理，二是執(zhí)行用戶的程序。在PLC運行模式中，PLC連續(xù)執(zhí)行用戶程序時，任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。如果任務(wù)循環(huán)執(zhí)行一次，則稱之為一個掃描周期。掃描周期包含以下任務(wù)：讀輸入、執(zhí)行程序、處理通信請求、執(zhí)行PLC自診斷測試和寫輸出。二、PLC的基本應(yīng)用1用于開關(guān)量控制2用于模擬量控制3用于脈沖量和運動控制4用于數(shù)據(jù)采集和測控5用于聯(lián)網(wǎng)、通信模擬直觀連接示意見圖2-1圖

36、2-1第三章 變頻器在恒壓供水控制系統(tǒng)的應(yīng)用方案第一節(jié) 系統(tǒng)構(gòu)成與選型一、控制要求變頻恒壓供水控制系統(tǒng)通過測到的管網(wǎng)壓力，經(jīng)變頻器的內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器運算后，調(diào)節(jié)輸出頻率，實現(xiàn)管網(wǎng)的恒壓供水。用的是4-20MA的壓力變送器信號來作為變頻器的頻率超限信號（一般可作為管網(wǎng)壓力極限信號）可適時通知PLC進行變頻泵邏輯切換，以便滿足我廠在外網(wǎng)熱負(fù)荷變化需加大供氣量時使化水車間，上煤系統(tǒng)，冷卻水系統(tǒng)，生活系統(tǒng)的水壓可較快恢復(fù)穩(wěn)定，保證生產(chǎn)正常進行。二、可編程序控制器（PLC）PLC選型為西門子S7-224型。外觀如圖3-2所示圖3-2CPU 224DC/DC/DC 詳細(xì)說明如下表所示總體特性外形尺寸（長&

37、#215;寬×高）120.5mm×80mm×62mm重量360g功耗8WCPU特性本機數(shù)字輸入14路數(shù)字量輸入本機數(shù)字輸出10路數(shù)字量輸出高速計數(shù)器（32 值）總數(shù)6個高速計數(shù)器單相計數(shù)器個數(shù)6個都是20KHZ時鐘速率兩相計數(shù)器個數(shù)4個都是21KHZ時鐘速率脈沖輸出2個，20KHZ脈沖速率模擬電位器1個，8位分辯率時間中斷2個，1ms分辯率邊沿中斷4個上升沿和/或4個下降沿可選擇的輸入濾波時間7個，范圍0.2ms12.8ms脈沖捕捉14個脈沖捕捉輸入時鐘（時鐘精度）25時，2分鐘/每月 055時，7分鐘/每月程序空間（永久保存）4096字?jǐn)?shù)據(jù)塊空間（永久保存）25

38、60字 永久保存2560字 由超級電容或電池保存2561字?jǐn)U展模塊的數(shù)量7個模塊最大的數(shù)字量I/O256最大的模擬量I/O16AI/16AO內(nèi)部存儲器位256位 掉電永久保存112位 由超級電容或電池保存256位定時器總數(shù)256定時器 由超級電容或電池保存64定時器 1ms4定時器 10ms16定時器 100ms236定時器計數(shù)器總數(shù)256計數(shù)器 由超級電容或電池保存256計數(shù)器布爾量執(zhí)行速度0.37S每條指令傳送字的執(zhí)行速度34S每條指令定時器/計數(shù)器執(zhí)行速度50S64S每條指令單精度數(shù)學(xué)運算執(zhí)行速度46S每條指令實數(shù)運算執(zhí)行速度100S400S每條指令超級電容的數(shù)據(jù)保存數(shù)據(jù)190小時/典型

39、，120小時/最小，40本機通訊通訊口數(shù)1口電氣接口RS485隔離（外部信號到邏輯電路）不隔離PPI/MPI波特率9.6、19.2、和187.5k波特自由口波特率0.3、0.6、1.2、2.4、4.8、9.6、19.2和38.4k波特每網(wǎng)絡(luò)段最大電纜長度 直到38.4k波特1200m 187.5k波特1000m最大站數(shù) 每個網(wǎng)絡(luò)段/每個網(wǎng)絡(luò)32站/126站最大主站數(shù)32主站PPI主站模式（NETR/NETW）是MPI連接共4個；2個保留：一個給PG，另一個給OP可選的卡存儲器卡（永久保存）程序、數(shù)據(jù)和組態(tài)電池卡（數(shù)據(jù)保存時間）200天/典型電源電源電壓允許范圍20.428.8VDC輸入電流 僅

40、 CPU/最大負(fù)載120/900mA,24VDC沖擊電流（最大）10A，28.8VDC隔離（輸入電源到邏輯電路）不隔離保持時間（從斷開電源）10ms,24VDC內(nèi)部應(yīng)用（用戶不能替換）2A,250V,慢速熔斷5V擴展I/O模塊電源(最大)660mA24VDC傳感器電源輸出電壓范圍15.428.8VDC最大電流180mA紋波找聲躁聲和電源相同電流限制600mA隔離（傳感器到邏輯電路）不隔離主機輸入數(shù)14輸入輸入類型匯行/源行（IEC Type 1)輸入電壓允許的最大連續(xù)值30VDC浪涌35VDC/0.5s標(biāo)稱值24VDC/4s 標(biāo)準(zhǔn)值邏輯1信號（最小）15VDC/2.5s 最小邏輯0信號（最大）

41、5VDC/1s 最大隔離（現(xiàn)場側(cè)到邏輯電路）光電隔離500VAC，1分鐘隔離組8點和6點輸入延時濾波輸入和中斷輸入0.212.8，用戶可選HSC時鐘輸入速率單相 邏輯1電平1530VDC20kHZ 邏輯1電平1526VDC30kHZ兩相 邏輯1電平1530VDC10kHZ 邏輯1電平1526VDC20kHZ連結(jié)線接近開關(guān)傳感器（Bero)允許漏電流最大1mA輸入特性電纜長度 不屏蔽（不是HSC）300m 屏蔽500m 屏蔽的HSC輸入50m輸入同時接通的數(shù)目4014輸入5514輸入輸出特性主機輸出數(shù)10輸出輸出類型固態(tài)-MOSFET輸出電壓允許范圍20.428.8VDC標(biāo)稱值24VDC 最大電

42、流時邏輯1型號20VDC，最小帶10K負(fù)載時邏輯0信號0.1VDC，最大輸出電流邏輯1信號 0.75A輸出組數(shù)2輸出接通個數(shù)（最多)10每組水平安裝（最多）5每組垂直安裝（最多）5每組的最大電流3.75A燈負(fù)載5W接通電阻（觸電電阻）0.3每點的漏電流最大10A浪涌電流8A,400ms（最大）過載保護無隔離光電隔離500VAC，1分鐘隔離電阻線圈到觸電的隔離觸電間的隔離組5點感性負(fù)載嵌位重復(fù)的能量吸收<0.5LI×開關(guān)速率1W，所有通道嵌位電壓限制正負(fù)48V輸出延時Off到On（O0.0和O0.1）2s，最大On到Off（O0.0和O0.1）10s，最大Off到On（O0.2和

43、O1.1）15s，最大On到Off（O0.2和O1.1）100s，最大開關(guān)頻率（脈沖率輸出）O0.0和O0.120kHZ繼電器開關(guān)延時機械壽命（無負(fù)載）帶標(biāo)稱負(fù)載時觸電壽命電纜長度不屏蔽150m屏蔽500mCPU DC/DC/DC 連接端子圖圖3-3三、變頻器 擬采用ABB公司的ACS510-01 變頻器 1、 ACS510系列變頻器是ABB公司生產(chǎn)的作為一種高品質(zhì)的電機變頻調(diào)速控制設(shè)備，它具有很寬的功率范圍，優(yōu)良的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制特性,完整的保護功能以及靈活的編程能力，較高的可靠性和較小的體積。該系列是一款低壓交流傳動產(chǎn)品。其產(chǎn)品從1.1KW-110KW，容量范圍廣，應(yīng)用領(lǐng)域更廣，典型的應(yīng)

44、用如恒壓系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)等。此系列內(nèi)置RFI濾波、有八種不同的應(yīng)用宏可供選擇，高級控制盤、內(nèi)置兩個獨立的PID調(diào)節(jié)器：PID1和PID2。PID1可設(shè)置兩套參數(shù)，通過PID2可控制一個獨立的外部閥門；多點U/F曲線控制可自由定義5點U/F曲線。其安裝、設(shè)置和使用都很簡單，可以節(jié)省大量時間，合理選用不同內(nèi)置功能的變頻器能夠給我們帶來事半功倍的成效2、更經(jīng)濟：噪音最優(yōu)化，當(dāng)傳動溫度降低時增加開關(guān)頻率，可控的冷卻風(fēng)機，僅在需要時啟動；可隨機分布開關(guān)頻率，從而降低噪音，極大改善了電機噪音，降低傳動噪音并提高功效，負(fù)載降低時自動降低電機磁通；極大地降低能耗和噪音，簡單安裝，可并排安裝，容易連接電纜，通過多種I/O連接和即插式可選件方便地連接到現(xiàn)場總線系統(tǒng)上；減少安裝時間，節(jié)約安裝空間，可靠的電纜連接3、更環(huán)保：適用于第一及第二環(huán)境的RFI濾波器為標(biāo)配；不需要額外的外部濾波器變感電抗器：根據(jù)不同的負(fù)載匹配電感量，因此抑制和減少諧波；降低總諧波 其外觀如（如下圖3-4所示）圖3-4其控制盤如圖3-5所示圖3-51主要技術(shù)數(shù)據(jù)電壓范圍：單相電源電壓：200V15240V10 三相電源電壓：380/400/415/440/460/480/500VAC 3相±10%電源頻率：48-6