基于PLC的變頻器多段速調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院基于PLC的變頻器多段速調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)：機(jī)電一體化班級(jí)：機(jī)電1105班姓名：馮志超 指導(dǎo)教師：司老師 書(shū)目1緒論 12課題的背景 1背景分析 23PLC和變頻器的介紹 54PLC的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 55PLC的工作原理 76PLC的應(yīng)用 77PLC發(fā)展趨勢(shì) 88PLC限制變頻器帶電機(jī)多段速運(yùn)行 89變頻器的介紹 810變頻器的限制方式 911變頻器的應(yīng)用 912PLC與變頻器的組合 1013變頻器和PLC進(jìn)行協(xié)作時(shí)所需留意的事項(xiàng) 1014變頻調(diào)速系統(tǒng) 1115變頻調(diào)速的基本限制方式 1116系統(tǒng)的限制要求 1217方案的確定 1218S7-200PLC 219MicroMaster420變頻器 1320外部電路設(shè)計(jì) 1421變頻開(kāi)環(huán)調(diào)速 1422．按項(xiàng)目限制要求設(shè)計(jì)PLC和變頻器 1523PLC程序設(shè)計(jì) 1524變頻器參數(shù)設(shè)置 1625任務(wù)拓展 1726項(xiàng)目實(shí)現(xiàn) 17附錄 20結(jié)論 23致謝 24參考文獻(xiàn) 25緒論課題的背景最先制成電動(dòng)機(jī)的人是德國(guó)的雅可比，在兩個(gè)u型電磁鐵中間，裝一六臂輪，每臂帶兩根棒型磁鐵。通電后，棒型磁鐵與u型磁鐵之間產(chǎn)生相互吸引和排斥作用，帶動(dòng)輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)。后來(lái)，雅可比做了一具大型的裝置安在小艇上，用320個(gè)丹尼爾電池供電，1838年小艇在易北河上首次航行，時(shí)速只有2.2公里，與此同時(shí)，美國(guó)的達(dá)文波特也勝利地制出了驅(qū)動(dòng)印刷機(jī)的電動(dòng)機(jī)，印刷過(guò)美國(guó)電學(xué)期刑《電磁和機(jī)械情報(bào)》，但這兩種電動(dòng)機(jī)都沒(méi)有多大商業(yè)價(jià)值，用電池作電源，成本太大、不好用。直到第一臺(tái)好用直流發(fā)動(dòng)機(jī)問(wèn)世，電動(dòng)機(jī)被廣泛應(yīng)用。1870年比利時(shí)工程師格拉姆獨(dú)創(chuàng)了直流發(fā)電機(jī)，在設(shè)計(jì)上，直流發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)很相像。后來(lái)，格拉姆證明向直流發(fā)動(dòng)機(jī)輸入電流，其轉(zhuǎn)子會(huì)象電動(dòng)機(jī)一樣旋轉(zhuǎn)。于是，這種格拉姆型電動(dòng)機(jī)大量制造出來(lái)，效率也不斷提高。與此同時(shí)，西門(mén)子起先著手探討由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛，于是西門(mén)子公司制成了世界電車(chē)。1879年，在柏林工業(yè)展覽會(huì)上，西門(mén)子公司不冒煙的電車(chē)贏得觀(guān)眾的一片喝彩。西門(mén)子電機(jī)車(chē)當(dāng)時(shí)只有3馬力，后來(lái)美國(guó)獨(dú)創(chuàng)大王愛(ài)迪生試驗(yàn)的電機(jī)車(chē)已達(dá)12—15馬力，但當(dāng)時(shí)的電動(dòng)機(jī)全是直流電機(jī)，只限于驅(qū)動(dòng)電車(chē)。1888年南斯拉夫誕生的美國(guó)獨(dú)創(chuàng)家特斯拉獨(dú)創(chuàng)了溝通電動(dòng)機(jī)。它是依據(jù)電磁感應(yīng)原理制成，又稱(chēng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，運(yùn)用溝通電，無(wú)需整流，無(wú)火花，因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)的家庭電器中，溝通電動(dòng)機(jī)通常用三相溝通供電。1902年瑞典工程師丹尼爾森首先提出同步電動(dòng)機(jī)構(gòu)想。同步電動(dòng)機(jī)工作原理同感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一樣，由定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)速固定不變，不受負(fù)載影響。因此同步電動(dòng)機(jī)特殊適用于鐘表，電唱機(jī)和磁帶錄音機(jī)。當(dāng)今世界，電機(jī)的發(fā)展已成為衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化程度的標(biāo)記之一。近二十年來(lái)，科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)。隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和限制理論發(fā)展，電機(jī)調(diào)速技術(shù)得到快速發(fā)展，使得電機(jī)的應(yīng)用不再局限于工業(yè)應(yīng)用而且在商業(yè)及家用設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域獲得更加廣泛的應(yīng)用；而隨著新材料如稀土永磁材料Nd-Fe-B、磁性復(fù)合材料的出現(xiàn)，更給電機(jī)設(shè)計(jì)插上翅膀，各種新型、高效、特種電機(jī)層出不窮。這些都極大地豐富了電機(jī)理論，拓寬了電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)也給電機(jī)設(shè)計(jì)和制造工藝提出更高的要求。變頻技術(shù)是近年來(lái)國(guó)際家電領(lǐng)域全面開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的一項(xiàng)高新技術(shù)，它采納新型變頻器，將50Hz的固定供電頻率轉(zhuǎn)換為30-130Hz的變更頻率，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率的自動(dòng)調(diào)整，達(dá)到節(jié)能和提高效率的目的。上個(gè)世紀(jì)80年頭初，變頻器實(shí)現(xiàn)了商品化。在近20年的時(shí)間內(nèi)，經(jīng)驗(yàn)了由模擬限制到全數(shù)字限制和由采納BJT到采納IGBT兩個(gè)大發(fā)展過(guò)程。80年頭初采納的BJT的PWM變頻器實(shí)現(xiàn)了通用化。到了90年頭初，BJT通用變頻器的容量達(dá)到了600KVA,400KVA以下。前幾年主開(kāi)關(guān)器件起先采納IGBT，僅三、四年的時(shí)間，IGBT變頻器的單機(jī)容量己達(dá)800IVA，隨著IGBT容量的擴(kuò)大，通用變頻器的容量也將隨之?dāng)U大。變頻器主電路中功率電路的模塊化，限制電路采納大規(guī)模集成電路和全數(shù)字限制技術(shù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采納“平面安裝技術(shù)”等一系列措施，促進(jìn)了變頻電源裝置的小型化。另外，一種混合式功率集成器件，采納厚薄膜混合集成技術(shù)，把功率電橋、驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路、愛(ài)護(hù)電路等封裝在一起，構(gòu)成了一種“智能電力模塊”這種器件屬于絕緣金屬基底結(jié)構(gòu)，所以防電磁干擾實(shí)力強(qiáng)，愛(ài)護(hù)電路和檢測(cè)電路與功率開(kāi)關(guān)間的距離盡可能的小，因而愛(ài)護(hù)快速且牢靠，傳感信號(hào)也特別快速。電力電子器件和限制技術(shù)的不斷進(jìn)步，使變頻器向多功能化和高性能化方向發(fā)展。特殊是微機(jī)的應(yīng)用，為變頻器多功能化和高性能化供應(yīng)了牢靠的保證。人們總結(jié)了溝通調(diào)速電氣傳動(dòng)限制的大量實(shí)踐閱歷，并不斷融入軟件功能。日益豐富的軟件功能使通用變頻器的多功能化和高性能化為用戶(hù)供應(yīng)了一種可能，即可以把原有生產(chǎn)機(jī)械的工藝水平“升級(jí)”，達(dá)到以往無(wú)法達(dá)到的境界，使其變成一種具有高度軟件限制功能的新機(jī)種。目前出現(xiàn)了一類(lèi)“多限制方式”通用變頻器。例如安川公司的VS616—G5變頻器就有:無(wú)PG(速度傳感器)V/f限制:有PGV/f限制:無(wú)PG矢量限制:有PG矢量限制等四種限制方式。通過(guò)限制面板，可以限制上述四種限制方式中的一種，以滿(mǎn)意用戶(hù)的需要。通用變頻器經(jīng)驗(yàn)了模擬限制、數(shù)字限制、數(shù)?；旌舷拗?，直到全數(shù)字限制的演化，逐步地實(shí)現(xiàn)了多功能化和高性能化，進(jìn)而使之對(duì)各類(lèi)生產(chǎn)機(jī)械、各類(lèi)生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性不斷增加。最初通用變頻器僅用于風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)負(fù)載的節(jié)能調(diào)速和化纖工業(yè)中高速纏繞的多機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行等，到目前為止，其應(yīng)用領(lǐng)域得到了相當(dāng)?shù)臄U(kuò)展。如搬運(yùn)機(jī)械，從抗拒性負(fù)載的搬運(yùn)車(chē)輛、帶式運(yùn)輸機(jī)到位能負(fù)載的起重機(jī)、提升機(jī)、立體倉(cāng)庫(kù)、立體停車(chē)廠(chǎng)等都已采納了通用變頻器。各類(lèi)切削機(jī)床直到高速磨床乃至數(shù)控機(jī)床、加工中心超高速伺服機(jī)的精確位置限制都己應(yīng)用通用變頻器。本系統(tǒng)是通過(guò)可編程限制器限制三相溝通異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速功能。具體內(nèi)容如下：⑴在理論探討的基礎(chǔ)上，對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行總體方案的設(shè)計(jì)。⑵對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，包括變頻器參數(shù)的設(shè)置、變頻開(kāi)環(huán)調(diào)速、多段速限制以及觸摸屏通信方式的設(shè)計(jì)。⑶在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，包括程序的編寫(xiě)和分析。⑷實(shí)現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)的觸摸屏設(shè)計(jì)。⑸采納良好的抗干措施使系統(tǒng)更具穩(wěn)定性。1背景分析（1）項(xiàng)目選題背景該項(xiàng)目選自于高等職業(yè)院校機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)核心課程《電氣限制與可編程序限制器應(yīng)用》，課程的主要任務(wù)是使學(xué)生駕馭常用電氣限制元件，常用電氣限制線(xiàn)路，可編程序限制器（PLC）的原理、結(jié)構(gòu)、編程元件與指令系統(tǒng)，梯形圖設(shè)計(jì)原則與技巧，PLC限制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，以及計(jì)算機(jī)協(xié)助編程和PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（2）學(xué)生背景機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)高職二年級(jí)某班，學(xué)生40人，該課程開(kāi)設(shè)在第三學(xué)期，該專(zhuān)業(yè)的學(xué)生在此之前學(xué)習(xí)了《電工技術(shù)》、《電子技術(shù)》、《電機(jī)電氣限制技術(shù)》等前序課程。本項(xiàng)目任務(wù)處于《電氣限制與可編程序限制器應(yīng)用》課程的后期，即學(xué)生通過(guò)本課程前幾章的學(xué)習(xí)，已經(jīng)嫻熟駕馭了電氣限制系統(tǒng)常用器件及常用電氣限制線(xiàn)路設(shè)計(jì)，了解S7-200PLC的原理、結(jié)構(gòu)、編程元件與指令系統(tǒng)，梯形圖設(shè)計(jì)原則與技巧，熟識(shí)常用基本環(huán)節(jié)的編程以及計(jì)算機(jī)協(xié)助編程?？梢罁?jù)限制要求能自己讀懂書(shū)上已設(shè)計(jì)好的梯形圖，了解PLC在實(shí)際應(yīng)用中的若干問(wèn)題，具有嫻熟編程，調(diào)試及實(shí)際操作的實(shí)力。（3）學(xué)習(xí)條件10套THMDTK-1型機(jī)械設(shè)備裝調(diào)與限制技術(shù)實(shí)訓(xùn)裝置。實(shí)訓(xùn)裝置和學(xué)習(xí)場(chǎng)所的實(shí)訓(xùn)室布局如下圖1所示。集中講授區(qū)低壓電器元件展臺(tái)工位集中講授區(qū)低壓電器元件展臺(tái)工位1工位3工位5工具存放區(qū)分組教學(xué)區(qū)工位2工位4工位1工位8工位10工位7工位9低壓電器元件展臺(tái)圖1實(shí)訓(xùn)設(shè)備和實(shí)訓(xùn)室布局圖PLC和變頻器的介紹4PLC的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)(1)PLC的結(jié)構(gòu)如下①電源PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著特別重要的作用。假如沒(méi)有一個(gè)良好的、牢靠的電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也特別重視。一般溝通電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不實(shí)行其它措施而將PLC干脆連接到溝通電網(wǎng)上去②中心處理單元(CPU)中心處理單元(CPU)是PLC的限制中樞。它依據(jù)PLC系統(tǒng)程序給予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶(hù)程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以?huà)呙璧姆绞浇邮宅F(xiàn)場(chǎng)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(hù)程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶(hù)程序，經(jīng)過(guò)吩咐說(shuō)明后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等全部的用戶(hù)程序執(zhí)行完畢之后，最終將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)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的牢靠性，近年來(lái)對(duì)大型PLC還采納雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采納三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。③存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為用戶(hù)程序存儲(chǔ)器。④輸入輸出接口電路現(xiàn)場(chǎng)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PLC與現(xiàn)場(chǎng)限制的接口界面的輸入通道。2、現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷懇求電路集成，作用PLC通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的限制信號(hào)。⑤功能模塊如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊。⑥通信模塊如以太網(wǎng)、RS485、Profibus-DP通訊模塊等。(2)PLC其特點(diǎn)如下：①牢靠性高，抗干擾實(shí)力強(qiáng)傳統(tǒng)的繼電器限制系統(tǒng)中運(yùn)用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器。由于觸點(diǎn)接觸不良，簡(jiǎn)潔出現(xiàn)故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線(xiàn)可削減到繼電器限制系統(tǒng)的1/10~1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為削減。高牢靠性是電氣限制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采納現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路實(shí)行了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的牢靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無(wú)故障時(shí)間高達(dá)30萬(wàn)小時(shí)。一些運(yùn)用冗余CPU的PLC的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從PLC的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，運(yùn)用PLC構(gòu)成限制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線(xiàn)及開(kāi)關(guān)接點(diǎn)已削減到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可剛好發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷愛(ài)護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的牢靠性也就不奇怪了。②硬件配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今日，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶(hù)選用，用戶(hù)能敏捷便利地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線(xiàn)也很便利，一般用接線(xiàn)端子連接外部接線(xiàn)。PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載實(shí)力，可干脆驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和溝通接觸器，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)限制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算實(shí)力，可用于各種數(shù)字限制領(lǐng)域。近年來(lái)PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置限制、溫度限制、CNC等各種工業(yè)限制中。加上PLC通信實(shí)力的增加及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用PLC組成各種限制系統(tǒng)變得特別簡(jiǎn)潔。③易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)限制計(jì)算機(jī)，是面對(duì)工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口簡(jiǎn)潔，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開(kāi)關(guān)量邏輯限制指令就可以便利地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人運(yùn)用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)限制打開(kāi)了便利之門(mén)。④系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)便利，簡(jiǎn)潔改造PLC的梯形圖程序一般采納依次限制設(shè)計(jì)法。這種編程方法很有規(guī)律，很簡(jiǎn)潔駕馭。對(duì)于困難的限制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。PLC限制變頻器帶電機(jī)多段速運(yùn)行PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線(xiàn)邏輯，大大削減了限制設(shè)備外部的接線(xiàn)，使限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及。建立的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得簡(jiǎn)潔起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)變更程序變更生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。⑤體積小，重量輕，能耗低。5PLC的工作原理：當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶(hù)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(chēng)作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以肯定的掃描速度重復(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，以?huà)呙璺绞揭来蔚刈x入全部輸入狀態(tài)和數(shù)PLC據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶(hù)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)生變更，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(huì)變更。因此，假如輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何狀況下，該輸入均能被讀入。(2)用戶(hù)程序執(zhí)行階段在用戶(hù)程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的依次依次地掃描用戶(hù)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)成的限制線(xiàn)路，并按先左后右、先上后下的依次對(duì)由觸點(diǎn)構(gòu)成的限制線(xiàn)路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后依據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線(xiàn)圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線(xiàn)圈在I/O映象區(qū)中對(duì)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(hù)程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變更，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(chǔ)區(qū)內(nèi)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(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線(xiàn)圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線(xiàn)圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過(guò)程中假如運(yùn)用馬上I/O指令則可以干脆存取I/O點(diǎn)。即運(yùn)用I/O指令的話(huà)，輸入過(guò)程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序干脆從I/O模塊取值，輸出過(guò)程影像寄存器會(huì)被馬上更新，這跟馬上輸入有些區(qū)分。(3)輸出刷新階段黃河水院自動(dòng)化工程系畢業(yè)論文當(dāng)掃描用戶(hù)程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU依據(jù)I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新全部的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。6PLC的應(yīng)用最初，PLC主要用于開(kāi)關(guān)量的邏輯限制。隨著PLC技術(shù)的進(jìn)步，它的應(yīng)用如今，PLC不僅用于開(kāi)關(guān)量限制，還用于模擬量及數(shù)字量的限制，可采集與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，還可對(duì)限制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控；還可聯(lián)網(wǎng)、通訊，實(shí)現(xiàn)大范圍、跨地域的限制用PLC進(jìn)行開(kāi)關(guān)量限制實(shí)例是很多的。PLC限制系統(tǒng)可應(yīng)用于三相異步電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)限制、三相異步電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)轉(zhuǎn)控制、水塔水位限制、自動(dòng)送料裝車(chē)限制、交通信號(hào)燈限制、液體混合裝置限制、大小球分類(lèi)傳送限制、人行橫道與車(chē)道燈限制、電動(dòng)機(jī)的丫-△減壓起動(dòng)限制、送料車(chē)限制和天塔之光限制等。目前PLC在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、輕紡。汽車(chē)。交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化消遣等各個(gè)行業(yè)，運(yùn)用狀況主要分為：開(kāi)關(guān)量邏輯限制、模擬量限制、運(yùn)動(dòng)量限制、數(shù)據(jù)采集及處理、信號(hào)監(jiān)控、通信及聯(lián)網(wǎng)。由于PLC上述幾個(gè)方面的應(yīng)用，而且PLC限制系統(tǒng)使其網(wǎng)絡(luò)又可大可小，所以PLC已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)行業(yè)，如冶金、機(jī)械、化工、輕工、食品、建材等等，不僅如此，PLC也應(yīng)用于一些非工業(yè)過(guò)程，如樓宇自動(dòng)化、電梯限制、以及農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境參數(shù)調(diào)控等。7PLC發(fā)展趨勢(shì)由于PLC的性能優(yōu)越，兼具計(jì)算機(jī)的功能完備，敏捷性強(qiáng)，通用性好和繼電接觸器限制簡(jiǎn)潔易懂，修理便利等雙重優(yōu)點(diǎn)，形成以微電腦為核心的電子限制設(shè)備?？删幊绦蛳拗破骷夹g(shù)在世界上己廣泛應(yīng)用，成為自動(dòng)化系統(tǒng)中的基本電控裝置PLC在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)際生活中有著廣泛的應(yīng)用，由于可編程限制器（PLC）具有編程軟件采自易學(xué)易懂的梯形圖語(yǔ)言、限制敏捷便利、抗干擾實(shí)力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定牢靠等特點(diǎn)，現(xiàn)在的工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)限制多采納可編程限制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)今，國(guó)內(nèi)外的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)已由勞動(dòng)力密集型態(tài)轉(zhuǎn)移至技術(shù)密集型態(tài)，低成本、省力化及自動(dòng)化已成為大家始終追求的目標(biāo)。PLC由于其性能優(yōu)越、牢靠性高、程序編寫(xiě)容易、安裝與修理便利，且只要變更其軟件程序即可變更其限制依次，從而輕易地達(dá)成控制上的不同需求。近年來(lái)大量的運(yùn)用于電力系統(tǒng)訓(xùn)練、故障檢測(cè)、配電自動(dòng)化及電廠(chǎng)遙控、系統(tǒng)監(jiān)控中。由于工業(yè)生產(chǎn)對(duì)自動(dòng)限制系統(tǒng)需求的多樣性，PLC的發(fā)展方向有兩個(gè)：8PLC限制變頻器帶電機(jī)多段速運(yùn)行(1)朝著小型、簡(jiǎn)易、價(jià)格低廉方向發(fā)展。近年來(lái)，單片機(jī)的出現(xiàn)，促進(jìn)了PLC向緊湊型發(fā)展，體積減小，價(jià)格降低，牢靠性不斷提高。這種PLC可以廣泛取代繼電器控制系統(tǒng)，應(yīng)用于單機(jī)限制和規(guī)模比較小的自動(dòng)線(xiàn)限制，如日本立石公司的C20P\C40P\C60P\C20H\C40H等。(2)朝著大型、高速、多功能方向發(fā)展。大型的PLC一般為多處理器系統(tǒng)，由字處理器、位處理器和浮點(diǎn)處理器等組成，有較大的存儲(chǔ)實(shí)力和功能很強(qiáng)的輸入輸出接口。通過(guò)豐富的智能外圍接口，可以獨(dú)立完成位置限制、閉環(huán)調(diào)整等特殊功能；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口，可級(jí)連不同類(lèi)型的PLC和計(jì)算機(jī)，從而組成限制范圍很大的局部網(wǎng)絡(luò)，適用于大型自動(dòng)化限制系統(tǒng)，如霍尼韋爾的9000系列等。從PLC的發(fā)展趨勢(shì)看，PLC限制技術(shù)將成為今后工業(yè)自動(dòng)化的主要手段。在將來(lái)的工業(yè)生產(chǎn)中，PLC技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)和CAD/CAM技術(shù)將成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大支柱。9變頻器的介紹1.2.1變頻器的工作原理變頻器，英文名是Variable-frequencyDrive，簡(jiǎn)稱(chēng)VFD。變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)變更電機(jī)工作電源的頻率和幅度的方式來(lái)限制溝通電動(dòng)機(jī)的電力傳動(dòng)元件。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能限制裝置。主要是由“整流器”、“平波回路”、“逆變器”組成。其限制電路則主要是由“運(yùn)算電路”、“電壓、電流檢測(cè)電路”、“驅(qū)動(dòng)電路”、“速度檢測(cè)電路”、“愛(ài)護(hù)電路”組成。而限制電路的作用是給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路供應(yīng)限制信號(hào)的回路。溝通電輸入整流器，變?yōu)橹绷魍ㄟ^(guò)中間電路，最終變回溝通從逆變器輸出。期間可通過(guò)限制電路調(diào)整限制電流的大小、傳輸速率和逆變狀況等。溝通電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式見(jiàn)式1.1：n＝60f(1－s)/p(1.1)式1.1中n———異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；f———異步電動(dòng)機(jī)的頻率；s———電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；p———電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。由式可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要變更頻率f即可變更電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0～50Hz的范圍內(nèi)變更時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍特別寬。變頻器就是通過(guò)變更電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)整的，是一種志向的高效率、高性能的調(diào)速手段。10變頻器的限制方式低壓通用變頻輸出電壓為380～650V，輸出功率為0.75～400kW，工作頻率為0～400Hz，它的主電路都采納交—直—交電路。其限制方式經(jīng)驗(yàn)了以下四代。(1)U/f=C的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）限制方式：其特點(diǎn)是限制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、成本較低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿(mǎn)意一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種限制方式在低頻時(shí)，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。(2)電壓空間矢量（SVPWM）限制方式它是以三相波形整體生成效果為前提，以靠近電機(jī)氣隙的志向圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制波形，以?xún)?nèi)切多邊形靠近圓的方式進(jìn)行限制的。經(jīng)實(shí)踐運(yùn)用后又有所改進(jìn)，即引入頻率補(bǔ)償，能消退速度限制的誤差；通過(guò)反饋估算磁鏈幅值，消退低速時(shí)定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動(dòng)態(tài)的精度和穩(wěn)定度。(3)矢量限制（VC）方式矢量限制變頻調(diào)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過(guò)三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的溝通電流Ia1Ib1，再通過(guò)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1、It1（Im1相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流），然后仿照直流電動(dòng)機(jī)的限制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的限制量，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的限制。(4)干脆轉(zhuǎn)矩限制（DTC）方式干脆轉(zhuǎn)矩限制干脆在定子坐標(biāo)系下分析溝通電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，限制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不須要將溝通電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的很多困難計(jì)算；它不須要仿照直流電動(dòng)機(jī)的限制，也不須要為解耦而簡(jiǎn)化溝通電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。(5)矩陣式交—交限制方式VVVF變頻、矢量限制變頻、干脆轉(zhuǎn)矩限制變頻都是交—直—交變頻中的一種。其共同缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流電路須要大的儲(chǔ)能電容，再生能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不能進(jìn)行四象限運(yùn)行。為此，矩陣式交—交變頻應(yīng)運(yùn)而生。由于矩陣式交—交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價(jià)格貴的電解電容。它能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為l，輸入電流為正弦且能四象限運(yùn)行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術(shù)目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學(xué)者深化探討。其實(shí)質(zhì)不是間接的限制電流、磁鏈等量，而是把轉(zhuǎn)矩干脆作為被限制量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。11變頻器的應(yīng)用變頻器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)經(jīng)驗(yàn)大約三十年的研發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐，隨著新型電力電子器件和高性能微處理器的應(yīng)用以及限制技術(shù)的發(fā)展，變頻器的性能價(jià)格比越來(lái)越高，體積越來(lái)越小，而廠(chǎng)家仍舊在不斷地提高牢靠性實(shí)現(xiàn)變頻器的進(jìn)一步小型輕量化、高性能化和多功能化以及無(wú)公害化而做著新的努力。變頻器性能的優(yōu)劣，一要看其輸出溝通電壓的諧波對(duì)電機(jī)的影響，二要看對(duì)電網(wǎng)的諧波污染和輸入功率因數(shù)，三要看本身的能量損耗（即效率）如何。變頻器主要用于溝通電動(dòng)機(jī)（異步電機(jī)或同步電機(jī)）轉(zhuǎn)速的調(diào)整，是公認(rèn)的溝通電動(dòng)機(jī)最志向、最有前途的調(diào)速方案，除了具有卓越的調(diào)速性能之外，變頻器還有顯著的節(jié)能作用，是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的志向調(diào)速裝置。自上世紀(jì)80年頭被引進(jìn)中國(guó)以來(lái)，變頻器作為節(jié)能應(yīng)用與速度工藝限制中越來(lái)越重要的自動(dòng)化設(shè)備，得到了快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。溝通電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速已成為當(dāng)代電機(jī)調(diào)速的潮流，它以體積小、重量輕、轉(zhuǎn)矩大、精度高、功能強(qiáng)、牢靠性高、操作簡(jiǎn)便、便于通信等功能優(yōu)于以往的任何調(diào)速方式，如變極調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、滑差調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、整流子電動(dòng)機(jī)調(diào)速、液力偶合調(diào)速，乃至直流調(diào)速。因而在鋼鐵、有色、石油、石化、化纖、紡織、機(jī)械、電力、電子、建材、煤炭、醫(yī)藥、造紙、注塑、卷煙、吊車(chē)、城市供水、中心空調(diào)及污水處理行業(yè)得到普遍應(yīng)用。運(yùn)動(dòng)限制系統(tǒng)的發(fā)展變頻器是運(yùn)動(dòng)限制系統(tǒng)中的功率變換器，運(yùn)動(dòng)限制系統(tǒng)是作為機(jī)電能量變換器的電氣傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)今的運(yùn)動(dòng)限制系統(tǒng)是包含多種學(xué)科的技術(shù)領(lǐng)域，總的發(fā)展趨勢(shì)是：驅(qū)動(dòng)的溝通化，功率變換器的高頻化，限制的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。因此，變頻器作為系統(tǒng)的重要功率變換部件，供應(yīng)可控的高性能變壓變頻的交流電源而得到迅猛發(fā)展。12PLC與變頻器的組合在工業(yè)自動(dòng)化限制系統(tǒng)中，最為常見(jiàn)的是PLC和變頻器的組合應(yīng)用，并且產(chǎn)生了多種多樣的PLC限制變頻器的方法。通過(guò)PLC與變頻器的組合對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行限制，其優(yōu)點(diǎn)是擁有較強(qiáng)的抗干擾實(shí)力、傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)且節(jié)約部件經(jīng)費(fèi)，從而削減資金消耗。而且PLC限制變頻器這個(gè)組合能更有效率的反應(yīng)故障信息，作用動(dòng)作更快速、測(cè)量更精確，限制更簡(jiǎn)潔便利。13變頻器和PLC進(jìn)行協(xié)作時(shí)所需留意的事項(xiàng)：(1)開(kāi)關(guān)指令信號(hào)的輸入變頻器的輸入信號(hào)中包括對(duì)運(yùn)行/停止、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)、微動(dòng)等運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行操作的開(kāi)關(guān)型指令信號(hào)。變頻器通常利用繼電器接點(diǎn)或具有繼電器接點(diǎn)開(kāi)關(guān)特性的元器件（如晶體管）與PLC相連，得到運(yùn)行狀態(tài)指令。在運(yùn)用繼電器接點(diǎn)時(shí)，經(jīng)常因?yàn)榻佑|不良而帶來(lái)誤動(dòng)作；運(yùn)用晶體管進(jìn)行連接時(shí)，則需考慮晶體管本身的電壓、電流容量等因素，保證系統(tǒng)的牢靠性。在設(shè)計(jì)變頻器的輸入信號(hào)電路時(shí)還應(yīng)當(dāng)留意，當(dāng)輸入信號(hào)電路連接不當(dāng)時(shí)有時(shí)也會(huì)造成變頻器的誤動(dòng)作。例如，當(dāng)輸入信號(hào)電路采納繼電器等感性負(fù)載時(shí)，繼電器開(kāi)閉產(chǎn)生的浪涌電流帶來(lái)的噪音有可能引起變頻器的誤動(dòng)作，應(yīng)盡量避開(kāi)。圖2與圖3給出了正確與錯(cuò)誤的接線(xiàn)例子。當(dāng)輸入開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)入變頻器時(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)生外部電源和變頻器限制電源（DC24V）之間的串?dāng)_。正確的連接是利用PLC電源，將外部晶體管的集電極經(jīng)過(guò)二極管接到PLC。(2)數(shù)值信號(hào)的輸入輸入信號(hào)防干擾的接法變頻器中也存在一些數(shù)值型（如頻率、電壓等）指令信號(hào)的輸入，可分為數(shù)字輸入和模擬輸入兩種。數(shù)字輸入多采納變頻器面板上的鍵盤(pán)操作和串行接口來(lái)給定；模擬輸入則通過(guò)接線(xiàn)端子由外部給定，通常通過(guò)0～10V/5V的電壓信號(hào)或0/4～20ｍＡ的電流信號(hào)輸入。由于接口電路因輸入信號(hào)而異，因此必需依據(jù)變頻器的輸入阻抗選擇PLC的輸出模塊。當(dāng)變頻器和PLC的電壓信號(hào)范圍不同時(shí)，如變頻器的輸入信號(hào)為0～10V，而PLC的輸出電壓信號(hào)范圍為0～5V時(shí)；或PLC的一側(cè)的輸出信號(hào)電壓范圍為0～10V而變頻器的輸入電壓信號(hào)范圍為0～5V時(shí)，由于變頻器和晶體管的允許電壓、電流等因素的限制，需用串聯(lián)的方式接入限流電阻及分壓方式，以保證進(jìn)行開(kāi)閉時(shí)不超過(guò)PLC和變頻器相應(yīng)的容量。此外，在連線(xiàn)時(shí)還應(yīng)留意將布線(xiàn)分開(kāi)，保證主電路一側(cè)的噪音不傳到限制電路。通常變頻器也通過(guò)接線(xiàn)端子向外部輸出相應(yīng)的監(jiān)測(cè)模擬信號(hào)。電信號(hào)的范圍通常為0～10V/5V及0/4～20ｍＡ電流信號(hào)。無(wú)論哪種狀況，都應(yīng)留意：PLC一側(cè)的輸入阻抗的大小要保證電路中電壓和電流不超過(guò)電路的允許值，以保證系統(tǒng)的牢靠性和削減誤差。另外，在運(yùn)用PLC進(jìn)行依次限制時(shí)，由于CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理須要時(shí)間，存在肯定的時(shí)間延遲，故在較精確的限制時(shí)應(yīng)予以考慮。變頻調(diào)速系統(tǒng)的方案確定14變頻調(diào)速系統(tǒng)1三相溝通異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理三相溝通異步電動(dòng)機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備。一般電動(dòng)機(jī)主要由兩部分組成：固定部分稱(chēng)為定子，旋轉(zhuǎn)部分稱(chēng)為轉(zhuǎn)子。三相溝通異步電動(dòng)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?lè)较蛐D(zhuǎn)，磁極的磁力線(xiàn)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中就感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)的方向由右手定則來(lái)確定。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)是相對(duì)的，假如磁極不動(dòng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，則導(dǎo)條中同樣也能感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)來(lái)。在電動(dòng)勢(shì)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(chǎng)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(dòng)起來(lái)。2變頻調(diào)速原理變頻器可以分為四個(gè)部分，如圖1.1所示。通用變頻器由主電路和限制回路組成。給異步電動(dòng)機(jī)供應(yīng)調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱(chēng)為主電路。主電路包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)（又稱(chēng)平波回路）、逆變器。⑴整流器。它的作用是把工頻電源變換成直流電源。⑵平波回路（中間直流環(huán)節(jié)）由于逆變器的負(fù)載為異步電動(dòng)機(jī)，。屬于感性負(fù)載。無(wú)論電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)還是發(fā)電狀態(tài)，起始功率因數(shù)總不會(huì)等于1。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無(wú)功功率的交換，這種無(wú)功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件—電容器或電感器來(lái)緩沖，所以中間直流環(huán)節(jié)事實(shí)上是中間儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。⑶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(kāi)關(guān)器件組成的三相橋式逆變器電路。通過(guò)有規(guī)律的限制逆變器中主開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通和斷開(kāi)，可以得到隨意頻率的三相溝通輸出波形。⑷限制回路。限制回路常由運(yùn)算電路，檢測(cè)電路，限制信號(hào)的輸入、輸出電路，驅(qū)動(dòng)電路和制動(dòng)電路等構(gòu)成。其主要任務(wù)是完成對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)限制，對(duì)整流器的電壓限制，以及完成各種愛(ài)護(hù)功能。限制方式有模擬限制或數(shù)字限制。15變頻調(diào)速的基本限制方式⑴一般限制型V/f通用變頻器一般限制型V/f通用變頻器是轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)限制，無(wú)需速度傳感器，限制電路比較簡(jiǎn)潔；電動(dòng)機(jī)選擇通用標(biāo)準(zhǔn)異步電動(dòng)機(jī)，因此其通用性比較強(qiáng)，性?xún)r(jià)比比較高，是目前通用變頻器產(chǎn)品中運(yùn)用較多的一種限制方式。具有恒定磁通功能的V/f通用變頻器為了克服一般限制型的V/f通用變頻器對(duì)V/f的值進(jìn)行調(diào)整的困難，假如采納磁通反饋，讓異步電動(dòng)機(jī)所輸入的三相正弦電流在空間產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，那么就會(huì)產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。這樣的限制方法叫做磁鏈跟蹤限制。由于磁鏈的軌跡是靠電壓相加矢量得到的，所以磁鏈跟蹤限制也叫做電壓空間矢量限制。⑵矢量限制方式矢量限制方式的基本思想是：仿照直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特點(diǎn)，使異步溝通電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也能通過(guò)限制兩個(gè)相互獨(dú)立的直流磁場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整。矢量限制方式分為無(wú)速度傳感器的矢量限制和有速度傳感器的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩閉環(huán)矢量限制。無(wú)速度傳感器的矢量限制。它是對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行單電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的典型模式。主要性能是：在1：10的速度范圍內(nèi)。速度精度小于0.5%，轉(zhuǎn)速上升時(shí)間小于100ms；在額定功率10%的范圍內(nèi)，采納電流閉環(huán)限制的轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)限制。工作模式可采納軟件功能選擇。當(dāng)工作頻率高于額定頻率的10%時(shí)，進(jìn)入矢量限制狀態(tài)。轉(zhuǎn)速的實(shí)際值可以利用由微型機(jī)支持的對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行模擬的仿真模型來(lái)計(jì)算。有速度傳感器的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩閉環(huán)矢量限制。這種方式的主要特征更是：在速度設(shè)定值的全范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩上升時(shí)間大約為15ms，速度設(shè)定范圍大于1：100；對(duì)于閉環(huán)限制而言，轉(zhuǎn)速上升時(shí)間不大于60ms。16系統(tǒng)的限制要求本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。由圖1.2可知，本文通過(guò)PLC限制變頻器達(dá)到變頻調(diào)速的目的，從而實(shí)現(xiàn)溝通電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、起停、加速、減速限制以及速度的調(diào)整，并且能夠在在觸摸屏上進(jìn)行操作，限制電機(jī)調(diào)速。17.方案的確定1電動(dòng)機(jī)的選擇在變頻電機(jī)中，電動(dòng)機(jī)類(lèi)型選擇的原則是，在滿(mǎn)意工作機(jī)械對(duì)于拖動(dòng)系統(tǒng)要求的前提下，所選電動(dòng)機(jī)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、運(yùn)行牢靠、維護(hù)便利、價(jià)格低廉。因此，在選用電動(dòng)機(jī)種類(lèi)時(shí)，若機(jī)械工作對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)無(wú)過(guò)高要求，應(yīng)優(yōu)先選用溝通電動(dòng)機(jī)。在溝通電動(dòng)機(jī)中，籠型異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，運(yùn)行最牢靠，維護(hù)最便利，對(duì)起動(dòng)性能無(wú)過(guò)高要求的調(diào)速系統(tǒng)，應(yīng)優(yōu)先考慮。在電機(jī)工作中起動(dòng)、制動(dòng)比較頻繁，為提高生產(chǎn)率，又要求電動(dòng)機(jī)具有較大的起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩以縮短起動(dòng)制動(dòng)時(shí)間，同時(shí)還有肯定的調(diào)速要求，所以本設(shè)計(jì)采納籠型異步電動(dòng)機(jī)，其參數(shù)為：型號(hào)：WDJ26；電壓：380V；接法：角接；轉(zhuǎn)速：1430r/min;功率：40W；電流：0.2A；頻率：50HZ；絕緣等級(jí)：E。2開(kāi)環(huán)限制的選擇開(kāi)環(huán)限制的選擇開(kāi)環(huán)限制是最簡(jiǎn)潔的一種限制方式，他所具有的特點(diǎn)是，限制量與被限制量之間只有前向通路而沒(méi)有反向通路。這種限制方式的特點(diǎn)是限制作用的傳遞具有單向性。由于開(kāi)環(huán)限制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，調(diào)整便利，成本低。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)均有采納。因此，本系統(tǒng)采納開(kāi)環(huán)限制系統(tǒng)。變頻器的選擇隨著變頻器性能價(jià)格比的提高，溝通變頻調(diào)速己應(yīng)用到很多領(lǐng)域，由于變頻調(diào)速的諸多優(yōu)點(diǎn)，使得溝通變頻調(diào)速得到廣泛應(yīng)用。其功能較強(qiáng)，運(yùn)用敏捷，但其價(jià)格相對(duì)較貴。所以我選用了通用變頻器，通過(guò)合理的配置、設(shè)計(jì)和編程，同樣可以達(dá)到專(zhuān)用變頻器的限制效果。本設(shè)計(jì)采納的變頻器是西門(mén)子公司面對(duì)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)操作和精確限制，使電動(dòng)機(jī)達(dá)到志向輸出，這種變頻器不僅考慮了V/f限制，而且還實(shí)現(xiàn)了矢量限制，通過(guò)其本身的自動(dòng)調(diào)諧功能與無(wú)速度傳感器電流矢量限制，很簡(jiǎn)潔得到高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與較高的調(diào)速范圍。MM420變頻器的特點(diǎn)如下：⑴包括電流矢量限制在內(nèi)的四種限制方式均實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。⑵有豐富的內(nèi)藏與選擇功能。⑶由于采納了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。⑷愛(ài)護(hù)功能完善、修理性能好。⑸通過(guò)LCD操作裝置，可提高操作性能。18S7-200PLC本系統(tǒng)選用的是西門(mén)子公司生產(chǎn)的SIMATICS7-200系列小型PLC，可用于代替繼電器的簡(jiǎn)潔限制場(chǎng)合，也可用于困難的自動(dòng)化限制系統(tǒng)。由于它極強(qiáng)的的通信功能，在大型網(wǎng)絡(luò)限制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮其功能。S7-200的牢靠性高，可以用梯形圖語(yǔ)句表功能塊圖三種語(yǔ)言來(lái)編程。它的指令豐富，指令功能強(qiáng)，易于駕馭，操作便利，內(nèi)置有高速計(jì)數(shù)器、高速輸出、PID限制器、RS-485通信/編程接口、PPI通信協(xié)議、MPI通信協(xié)議和自由端口模式通信功能，最大可以擴(kuò)展到248點(diǎn)數(shù)字量I/O或35路模擬量I/O，最多有30多KB的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。MicroMaster42019MicroMaster420變頻器本系統(tǒng)采納的是通用變頻器MicroMaster420，MicroMaster420是全新一代模塊化設(shè)計(jì)的多功能標(biāo)準(zhǔn)變頻器。它有強(qiáng)大的通訊實(shí)力、精確的限制性能、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有更多的敏捷性，操作便利。最新的IGBT技術(shù)，具有7個(gè)固定頻率，4個(gè)跳轉(zhuǎn)頻率。敏捷的斜坡函數(shù)發(fā)生器帶有起始段和結(jié)束段的平滑特性，防止運(yùn)行中不應(yīng)有的跳閘，直流制動(dòng)和復(fù)合制動(dòng)方式提高制動(dòng)性能。用BiCo技術(shù)，實(shí)現(xiàn)I/O端口自由連接。MICROMASTER420是用于限制三相溝通電動(dòng)機(jī)速度的變頻器系列，從單相電源電壓額定功率120W到三相電源電壓額定功率11KW可供選用，由微處理器限制，用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)作為功率輸出器件。因此，具有很高的運(yùn)行牢靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度調(diào)制的開(kāi)關(guān)頻率是可選的，因而降低了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪聲，全面完善的愛(ài)護(hù)功能為變頻器和電動(dòng)機(jī)供應(yīng)了良好的愛(ài)護(hù)。MICROMASTER420具有缺省的工廠(chǎng)設(shè)置參數(shù)，它是給數(shù)量眾多的簡(jiǎn)潔的電動(dòng)機(jī)限制系統(tǒng)供電的志向變頻驅(qū)動(dòng)裝置。由于MICROMASTER420具有全面而完善的限制功能，在設(shè)置相關(guān)參數(shù)以后，它也可用于更高級(jí)的電動(dòng)機(jī)限制系統(tǒng)。20外部電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要完成異步電機(jī)三種調(diào)速，由于變頻器參數(shù)設(shè)置的不同，調(diào)速方式也有所不同，分別為變頻開(kāi)環(huán)調(diào)速、數(shù)字量方式多段速限制和PLC觸摸屏及變頻器通信限制。21變頻開(kāi)環(huán)調(diào)速變頻開(kāi)環(huán)調(diào)速依據(jù)輸入端的限制信號(hào)經(jīng)過(guò)程序運(yùn)算后由通信端口限制變頻器運(yùn)行。打開(kāi)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，變頻器起先運(yùn)行。首先應(yīng)對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如表2.1所示。其中：在設(shè)置參數(shù)前先將變頻器參數(shù)復(fù)位為工廠(chǎng)的缺省設(shè)定值；設(shè)定P0003=2允許訪(fǎng)問(wèn)擴(kuò)展參數(shù)；設(shè)定電機(jī)參數(shù)時(shí)先設(shè)定P0010=1(快速調(diào)試),電機(jī)參數(shù)設(shè)置完成設(shè)P0010=0(打算)。依據(jù)系統(tǒng)分析，須要九個(gè)輸入量，輸出端由三-八通信線(xiàn)實(shí)現(xiàn)其I/O安排如表PLC輸入輸出安排表輸入輸出電路符號(hào)地址功能地址功能SB1I0.0起動(dòng)按鈕Q0.0STFSB2I0.1停止按鈕Q0.1STRQ0.2RHQ0.3RMQ0.4RLQ0.5MRS22．按項(xiàng)目限制要求設(shè)計(jì)PLC和變頻器FR-E740連接的電氣原理圖PLC與變頻器的連接電氣原理參考圖如下圖3所示。變頻器FR-E740數(shù)字輸入RL、RM、RH端口為三段固定頻率限制端，每一段的頻率可分別由對(duì)應(yīng)的參數(shù)設(shè)置（見(jiàn)下表2）。變頻器數(shù)字輸入STF端口為電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行指令輸入端，STR為電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行指令輸入端，MRS為電動(dòng)機(jī)輸出停止端。23PLC程序設(shè)計(jì)程序執(zhí)行要求：按下起動(dòng)按鈕SB1后，輸入繼電器I0.0得電，輸出繼電器Q0.0和Q0.4置位，同時(shí)定時(shí)器T37得電計(jì)時(shí)。Q0.0輸出，變頻器FR-E740的數(shù)字正轉(zhuǎn)啟動(dòng)端口STF為“ON”，得到正轉(zhuǎn)指令；Q0.4輸出，數(shù)字輸入端口RL為“ON”狀態(tài)，得到低速運(yùn)行指令，電動(dòng)機(jī)以低速固定頻率（20HZ）正向運(yùn)轉(zhuǎn)。T37正轉(zhuǎn)定時(shí)到30S，T37常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，使輸出繼電器Q0.1、Q0.3置位，Q0.0、Q0.4復(fù)位，同時(shí)定時(shí)器T38得電計(jì)時(shí)。Q0.3輸出，變頻器的FR-E740數(shù)字輸入端口STR為“ON”,得到反轉(zhuǎn)指令；Q0.3輸出，數(shù)字輸入端口RM為“ON”狀態(tài)，得到中速運(yùn)行指令，電動(dòng)機(jī)以中速固定頻率（30HZ）反向運(yùn)轉(zhuǎn)。T38反轉(zhuǎn)定時(shí)到50s，T38位常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，輸出繼電器Q0.0Q0.2置位，Q0.1Q0.3復(fù)位。Q0.0輸出，變頻器數(shù)字正轉(zhuǎn)啟動(dòng)端口STF為“ON”狀態(tài)，得到正傳指令；Q0.2輸出得到高速運(yùn)行指令，電動(dòng)機(jī)以高速固定頻率（50HZ）正向運(yùn)轉(zhuǎn)。按下停止按鈕SB2時(shí)，PLC輸入繼電器I0.1得電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合使輸出繼電器Q0.5置位，變頻器FR-E740的數(shù)字輸入端口輸出停止MRS為“ON”狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)Q0.0—Q0.4復(fù)位，此時(shí)變頻器FR-E740的數(shù)字輸入端口STF、STR、RH、RM、RL均為“OFF”狀態(tài)，返回啟動(dòng)前初始狀態(tài)。PLC運(yùn)行參考程序如下圖4所示。24變頻器參數(shù)設(shè)置變頻器操作步驟省略，主要參數(shù)設(shè)置見(jiàn)下表。表2變頻器參數(shù)設(shè)置值序號(hào)參數(shù)代號(hào)初始值設(shè)置值說(shuō)明1P7903運(yùn)行模式選擇2P112050上限頻率（Hz）3P200下限頻率（Hz）4P35050電機(jī)額定頻率5P4050高速運(yùn)行6P5030中速運(yùn)行7P6020低速運(yùn)行8P750加速時(shí)間9P850減速時(shí)間25任務(wù)拓展用PLC和變頻器聯(lián)機(jī)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)15段頻率運(yùn)行。按下電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)按鈕，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行在5Hz所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速；延時(shí)20s后，電動(dòng)機(jī)升速運(yùn)行在10Hz對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，再延時(shí)20s后，電動(dòng)機(jī)接著升速運(yùn)行在20Hz對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速；以后每隔20s，則速度按下圖依次變更，一個(gè)運(yùn)行周期完后會(huì)自動(dòng)重新運(yùn)行。按下停止按鈕，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。設(shè)計(jì)出電路原理圖，寫(xiě)出PLC限制程序和相應(yīng)參數(shù)設(shè)置。二、項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)MM440變頻器的設(shè)置變頻器的設(shè)置MM440變頻器數(shù)字輸入“5”、“6”、“7”、“8”端子通過(guò)P0701、P0702、P0703、P0704參數(shù)設(shè)為15段固定頻率限制端，每一頻段的頻率分別由P1001～P1015參數(shù)設(shè)置。變頻器數(shù)字輸入“16”端子設(shè)為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行、停止限制端，可由P0705參數(shù)設(shè)置。3、PLC的I/O安排I0.0，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行按鈕SB1；I0.1，電動(dòng)機(jī)停止，對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)停止按鈕SB2；Q0.0，固定頻率設(shè)置，接MM440數(shù)字輸入端子“5”；Q0.1，固定頻率設(shè)置，接MM440數(shù)字輸入端子“6”；Q0.2，固定頻率設(shè)置，接MM440數(shù)字輸入端子“7”；Q0.3，固定頻率設(shè)置，接MM440數(shù)字輸入端子“8”；Q0.4電動(dòng)機(jī)運(yùn)行/停止限制，接MM440數(shù)字輸入端子“16”。4、PLC程序設(shè)計(jì)PLC程序應(yīng)包括以下限制：（1）當(dāng)按下正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB1時(shí)，PLC的Q0.4應(yīng)置位為ON，允許電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。（2）PLC輸出接口狀態(tài)、變頻器輸出頻率、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變更如表18-1所示。（3）當(dāng)按下停止按鈕SB2時(shí)，PLC的Q0.4應(yīng)復(fù)位為OFF，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。、操作步驟（1）連接電路圖，檢查接線(xiàn)正確后，接通PLC和變頻器電源