學(xué)士學(xué)位論文--基于plc的電機(jī)控制系統(tǒng)的研制VIP

安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)PAGEPAGE2本科畢業(yè)論文基于PLC的電機(jī)控制系統(tǒng)的研制DEVELOPMENTOFTHEMOTORCONTROLSYSTEMBASEDONPLC學(xué)院：電氣與信息工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)：電氣09-7學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：201安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)PAGEPAGEI基于PLC的電機(jī)控制系統(tǒng)的研制摘要電動(dòng)機(jī)作為電力系統(tǒng)中的主要負(fù)載，電機(jī)用戶消耗了超過(guò)1/2的系統(tǒng)負(fù)荷，但從機(jī)電能量轉(zhuǎn)化的角度來(lái)看，大多數(shù)電機(jī)的效率仍然偏低。隨著工農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的要求也不斷提高，很多的生產(chǎn)過(guò)程中都要求電動(dòng)機(jī)能根據(jù)不同的工況，運(yùn)行在不同的速度狀態(tài)下。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，PLC、變頻器和電氣控制系統(tǒng)在工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在實(shí)際的工程應(yīng)用中往往是根據(jù)工程項(xiàng)目的需要，用PLC進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制，利用變頻器實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速和軟啟動(dòng)控制，利用電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主電路的連接，三個(gè)系統(tǒng)要密切配合才能實(shí)現(xiàn)控制要求。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)的矢量控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)提升電機(jī)在不同時(shí)間階段運(yùn)行在不同速度下。關(guān)鍵詞：PLC，變頻器，三相交流異步電動(dòng)機(jī)DEVELOPMENTOFTHEMOTORCONTROLSYSTEMBASEDONPLCABSTRACTMotorasthemainloadinthepowersystem,motorusersconsumedmorethan1/2systemload,buttheelectromechanicalenergyconversionpointofview,themajorityofthemotorefficiencyisstilllow.Withthecontinuousdevelopmentofagricultureandindustry,themotorisrunning,alotoftheproductionprocessrequirementsofthemotoraccordingtodifferentconditions,runatadifferentspeed.Withthecontinuousdevelopmentofscienceandtechnology,microelectronictechnology,computertechnologyandautomaticcontroltechnologyhasbeenrapiddevelopmentofthePLC,inverterandelectricalcontrolsystemismorewidelyappliedinindustry.Inpracticalengineeringapplications,oftenaccordingtotheneedsoftheproject,withthePLCprogrammingtoimplementcomplexcontrol,theinverterfrequencycontrolandsoftstartcontrol,electricalcontrolsystemtoachievethemaincircuitconnection,thethreesystemsshouldcloselycooperatetoachievethecontrolrequirements.ThedesignwillbeonthebasisofthePLCelectriccontrolsystemwithfrequencycontroldevices,theuseofadvancedvectorcontroltechnologytoachievetoenhancethespeedofthemotoratdifferenttimesandstages.KEYWORDS:PLC,inverter,three-phaseacasynchronousmotor目錄摘要 IABSTRACT II1緒論 11.1引言 11.2PLC控制的交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)述 11.3PLC控制的交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀 21.4PLC與電氣控制的結(jié)合運(yùn)用 21.4.1PLC與電氣控制相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn) 31.4.2PLC與電氣控制發(fā)展的方向 31.5課題研究設(shè)計(jì)的目的和意義 52PLC的基礎(chǔ)知識(shí) 62.1PLC的概述 62.1.1PLC的定義 62.1.2PLC的特點(diǎn) 72.2PLC的基本構(gòu)成 82.2.1中央處理模塊 82.2.2存儲(chǔ)器模塊 92.2.3輸入/輸出（I/O）模塊 92.2.4電源模塊 102.2.5外部設(shè)備 112.3PLC的工作原理 112.3.1PLC的循環(huán)掃描的工作方式 113三相交流異步電動(dòng)機(jī)的基本原理 143.1三相交流異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 143.2三相交流異步電動(dòng)機(jī)工作原理 143.2.1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生 143.2.2三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率 163.3三相交流異步電動(dòng)機(jī)控制電路 173.3.1三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制 173.3.2三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制 193.3.3三相異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)控制 193.3.4三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速和變頻器控制 204提升電機(jī)系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì) 224.1提升電機(jī)對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求 224.2提升電機(jī)模型基于PLC電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 234.3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 244.3.1選擇機(jī)型 244.3.2系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu) 244.3.3系統(tǒng)接線圖 244.3.3控制系統(tǒng)I/O點(diǎn) 264.4設(shè)計(jì)步驟 264.5系統(tǒng)流程框圖 264.6系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì) 274.6.1變頻器參數(shù)設(shè)置表 274.6.2輸出規(guī)格及標(biāo)度變換 275系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì) 295.1STEP7-Micro/Win32簡(jiǎn)介 295.2系統(tǒng)程序主體 305.2.1系統(tǒng)控制主程序 305.2.20－20秒上升加速子程序 315.2.330－40秒減速子程序 325.2.460－65秒減速子程序 336系統(tǒng)調(diào)試程序及結(jié)果 346.1系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程 346.2系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果 34結(jié)論 35參考文獻(xiàn) 36致謝 381緒論1.1引言電動(dòng)機(jī)作為電力系統(tǒng)中的主要負(fù)載，電機(jī)用戶消耗了超過(guò)1/2的系統(tǒng)負(fù)荷，但從機(jī)電能量轉(zhuǎn)化的角度來(lái)看，大多數(shù)電機(jī)的效率仍然偏低。隨著工農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的要求也不斷提高，很多的生產(chǎn)過(guò)程中都要求電動(dòng)機(jī)能根據(jù)不同的工況，運(yùn)行在不同的速度。早期工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)于一些要求調(diào)速精度高的系統(tǒng)，采用了直流電動(dòng)機(jī)，但直流電動(dòng)機(jī)存在啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，換向電刷容易老化產(chǎn)生火花等問(wèn)題。人們又根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，得出了傳統(tǒng)的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法，是利用轉(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)備陳舊、技術(shù)落后。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)的高速發(fā)展，PLC產(chǎn)品高度融合了計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)最先進(jìn)的技術(shù)與工業(yè)自動(dòng)控制的經(jīng)典理論，在其功能及性能指標(biāo)上得以豐富和完善，從而突破了傳統(tǒng)PLC的概念，在中、小型控制領(lǐng)域內(nèi)極大地?cái)U(kuò)展了其應(yīng)用范圍。在特定的范圍內(nèi)，高性能價(jià)格比己成為新型PLC的最突出的特點(diǎn)。PLC以其高可靠性、適應(yīng)性強(qiáng)和使用方便等突出優(yōu)點(diǎn)在自動(dòng)化控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。1.2PLC控制的交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)述所謂交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速，是利用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的規(guī)律：(1-1)對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選用的是交-直-交變頻器。工作原理是，先通過(guò)半導(dǎo)體器件組成的整流電路，把三相電源轉(zhuǎn)換成直流電。然后，再把直流電逆變成所需頻率的交流電，從而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的?，F(xiàn)在通用變頻器大都是采用二極管整流器和由全控開(kāi)關(guān)器件IGBT或功率模塊組成的PWM（脈寬調(diào)制）逆變器，構(gòu)成交-直-交電壓源型變壓變頻器，他們已經(jīng)占據(jù)了全世界0.5到500kV·A中、小容量變頻調(diào)速裝置的絕大部分市場(chǎng)。所謂“通用”，包含著兩方面的含義：一是可以和通用的鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)配套使用；二是具有多種可供選擇的功能，適用于各種不同性質(zhì)的負(fù)載。PLC（可編程控制器）的引入，使得控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度有了很大的提高，也對(duì)一些復(fù)雜的工作環(huán)境實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。其原理是通過(guò)RS-285串行通信技術(shù)，把PLC和上位機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)他們之間的通信，利用STEP_7MicroWIN.V4.0編程軟件，根據(jù)搭建好的硬件線路圖進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)所要實(shí)現(xiàn)的邏輯控制功能。1.3PLC控制的交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀隨著電力電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的日益發(fā)展，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速已經(jīng)從繼電氣時(shí)代發(fā)展到今天的由變頻器控制調(diào)速。且在工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域中得到了極為廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，最為常見(jiàn)的是由PLC控制變頻器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。該方法主要通過(guò)程序來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。直流電氣傳動(dòng)和交流電氣傳動(dòng)在十九世紀(jì)先后誕生。在二十世紀(jì)的大部分年代里，鑒于直流傳動(dòng)具有優(yōu)越的調(diào)速性能，高性能可調(diào)速傳動(dòng)都采用直流電動(dòng)機(jī)，而約占電氣傳動(dòng)總?cè)萘?0%的不變速傳動(dòng)則采用交流電動(dòng)機(jī)，這種狀況在一段時(shí)期內(nèi)已成為一種舉世公認(rèn)的格局。二十世紀(jì)七十年代后，隨著大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，交流調(diào)速系統(tǒng)逐步具備了寬的調(diào)速范圍、高的穩(wěn)速范圍、高的穩(wěn)速精度、快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，且實(shí)現(xiàn)了在四相限運(yùn)行的良好技術(shù)性能。它的調(diào)速性能與可靠性不斷完善，價(jià)格不斷降低，特別是變頻調(diào)節(jié)省電效果明顯，而且易于實(shí)現(xiàn)過(guò)程自動(dòng)化在調(diào)速性能方面可以和直流電力拖動(dòng)相媲美。目前交流調(diào)速技術(shù)在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已得到廣泛應(yīng)用。例如在通用變頻器方面，針對(duì)中、低壓應(yīng)用領(lǐng)域的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）的高開(kāi)關(guān)頻率使得高性能的變頻器成為了可能，而在以后出現(xiàn)的只能功率模塊（IPM），更加簡(jiǎn)化了通用變頻器的設(shè)計(jì)。此后，交流調(diào)速系統(tǒng)主要沿用下述兩個(gè)方向發(fā)展和應(yīng)用。（1）一般性能的節(jié)能調(diào)速。在過(guò)去大量的所謂不變速交流傳動(dòng)中，風(fēng)機(jī)、水泵等機(jī)械總?cè)萘繋缀跽脊I(yè)電氣傳動(dòng)總?cè)萘康囊话?，其中有不少的?chǎng)合并不是不需要調(diào)速，只是因?yàn)檫^(guò)去交流電機(jī)本身不具備調(diào)速性能，不得不依賴(lài)擋板和閥門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)送風(fēng)和供水的流量，許多電能因此白白的浪費(fèi)掉了。如果把這些設(shè)備的控制系統(tǒng)換成交流調(diào)速系統(tǒng)，就能節(jié)省消耗在擋板和閥門(mén)上的能量。根據(jù)有關(guān)計(jì)算統(tǒng)計(jì)，由于風(fēng)機(jī)、水泵對(duì)調(diào)速范圍和動(dòng)態(tài)性能的要求都不高只需要一般的調(diào)速性能就已足夠，那么換成交流調(diào)速系統(tǒng)后，每臺(tái)風(fēng)機(jī)、水泵平均約可節(jié)能20%，這種節(jié)能效果是非?？捎^的。（2）高性能交流調(diào)速系統(tǒng)。許多在工藝上就需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，過(guò)去多用直流傳動(dòng)，鑒于交流電機(jī)比直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、工作可靠、維護(hù)方便、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、效率高，如果改成交流調(diào)速傳動(dòng)，顯然能夠帶來(lái)不少的效益。交流調(diào)速系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來(lái)隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)迅猛發(fā)展以及現(xiàn)代控制理論和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用，交流調(diào)速領(lǐng)域發(fā)展非常迅速，交流傳動(dòng)技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，獲得了許多創(chuàng)造性成果。自七十年代矢量控制技術(shù)發(fā)展以來(lái)，從理論上解決了交流調(diào)速系統(tǒng)在靜、動(dòng)態(tài)性能上與直流傳動(dòng)相媲美的問(wèn)題。1.4PLC與電氣控制的結(jié)合運(yùn)用作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，30年來(lái)，可編程控制器從無(wú)到有，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍。其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步。其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡(jiǎn)單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制、及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在世界各地發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。1.4.1PLC與電氣控制相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)PLC的優(yōu)點(diǎn)是外部接線簡(jiǎn)單，內(nèi)部程序可變，在不改變接線的情況下，可以重新設(shè)計(jì)程序，而且相應(yīng)的施工周期較短，內(nèi)部軟繼電器是寄存器，沒(méi)有觸動(dòng)，故障率低，壽命長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng)，執(zhí)行時(shí)間短，應(yīng)用指令多，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能等等。傳統(tǒng)繼電器的不足之處是有觸動(dòng)系統(tǒng)，故而故障率高，平均修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，壽命短，功耗大，如需改變系統(tǒng)功能將需重新的接線，工作量相對(duì)較大且容易出錯(cuò)，執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)等等。然而PLC對(duì)于高壓控制元件的控制卻沒(méi)有繼電器等系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，在許多工廠的電力系統(tǒng)中有許多的高壓電力設(shè)備所需的控制系統(tǒng)只能通過(guò)大型的繼電元件來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作，而對(duì)于要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化程度較高的工廠生產(chǎn)線而言，這種繼電系統(tǒng)卻沒(méi)有PLC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，然而將這兩種系統(tǒng)相結(jié)合卻可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠電氣系統(tǒng)的控制，使之更科學(xué)，更簡(jiǎn)潔，更加具有高速的運(yùn)行速度，讓工廠的自動(dòng)化成度更高。1.4.2PLC與電氣控制發(fā)展的方向從工業(yè)革命時(shí)期到現(xiàn)在電氣控制已經(jīng)發(fā)展了一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，再發(fā)展也不會(huì)有什么突出的表現(xiàn)，而PLC技術(shù)的發(fā)展還處于一個(gè)不斷創(chuàng)新的階段，所以PLC的發(fā)展與電氣控制的發(fā)展已然成為一種主從關(guān)系，即PLC的發(fā)展帶動(dòng)電氣控制的發(fā)展，而未來(lái)PLC的發(fā)展其中有兩個(gè)趨勢(shì)。一方面，PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)不再是自成體系的封閉系統(tǒng)，而是迅速向開(kāi)放式系統(tǒng)發(fā)展，各大品牌PLC除了形成自己各具特色的PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，完成設(shè)備控制任務(wù)之外，還可以與上位計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息交流，成為整個(gè)信息管理系統(tǒng)的一部分。1.PLC向網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)發(fā)展PLC向網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)發(fā)展，其中有兩個(gè)趨勢(shì)：一方面，PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)不再是自成體系的封閉系統(tǒng)，而是迅速向開(kāi)放式系統(tǒng)發(fā)展，各大品牌PLC除了形成自己各具特色的PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，完成設(shè)備控制任務(wù)之外，還可以與上位計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息交流，成為整個(gè)信息管理系統(tǒng)的一部分；另一方面，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)得到廣泛的采用，PLC與其他安裝在現(xiàn)場(chǎng)的智能化設(shè)備，比如智能化儀表，傳感器，智能型電磁閥，智能型驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，通過(guò)一根傳輸介質(zhì)(比如雙絞線，同軸電纜，光纜)連接起來(lái)，并按照同一通信規(guī)約互相傳輸信息，由此構(gòu)成一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)與單純的PLC遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)相比，配置更靈活，擴(kuò)容更方便，造價(jià)更低，性能價(jià)格比更好，也更具開(kāi)放性意義。2.PLC向高性能小型化發(fā)展PLC的功能正越來(lái)越豐富，而體積則越來(lái)越小。比如西門(mén)子的S7-200系列PLC，最小的機(jī)種，體積僅為60×90×70，相當(dāng)于一個(gè)繼電器，但卻具有高速計(jì)數(shù)、斜坡、交替輸出及16位四則運(yùn)算等能力，還具有可調(diào)電位器時(shí)間設(shè)定功能。PLC已不再是早期那種只能進(jìn)行開(kāi)關(guān)量邏輯運(yùn)算的產(chǎn)品了，而是具有越來(lái)越強(qiáng)的模擬量處理能力，以及其他過(guò)去只有在計(jì)算機(jī)上才能具有的高級(jí)處理能力，如浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，PID調(diào)節(jié)，溫度控制，精確定位，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)，報(bào)表統(tǒng)計(jì)等。從這種意義上說(shuō)，PLC系統(tǒng)與DCS(集散控制系統(tǒng))的差別已經(jīng)越來(lái)越小了。用PLC同樣可以構(gòu)成一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)。3.預(yù)測(cè)發(fā)展前景（1）增強(qiáng)抗干擾性如果生產(chǎn)環(huán)境過(guò)于惡劣，或是電磁干擾異常強(qiáng)烈則也可造成PLC控制系統(tǒng)的運(yùn)算或是控制錯(cuò)誤，導(dǎo)致在某些生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤而不能保證正常的生產(chǎn)運(yùn)行，因此，提高PLC的可靠性是其未來(lái)發(fā)展的主要方向，其一方面要提高抗干擾能力同時(shí)在設(shè)計(jì)、安裝以及使用過(guò)程中引起重視，盡量減少對(duì)其造成負(fù)面影響。（2）進(jìn)一步網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化目前用于火電系統(tǒng)控制系統(tǒng)的DCS雖技術(shù)日益成熟但近年來(lái)其發(fā)展日趨緩慢，PLC的產(chǎn)生及發(fā)展使其與DCS相互吸收彼此特點(diǎn)，逐步同化，并逐步發(fā)展成為新的控制系統(tǒng)——FCS系統(tǒng)，其既保留了原來(lái)系統(tǒng)的特性又實(shí)現(xiàn)了工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，并使數(shù)作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，30年來(lái)，可編程控制器從無(wú)到有，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍。其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步。其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡(jiǎn)單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制、及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在世界各地發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。PLC的優(yōu)點(diǎn)是外部接線簡(jiǎn)單，內(nèi)部程序可變，在不改變接線的情況下，可以重新設(shè)計(jì)程序，而且相應(yīng)的施工周期較短，內(nèi)部軟繼電器是寄存器，沒(méi)有觸動(dòng)，故障率低，壽命長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng)，執(zhí)行時(shí)間短，應(yīng)用指令多，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能等等。傳統(tǒng)繼電器的不足之處是有觸動(dòng)系統(tǒng)，故而故障率高，平均修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，壽命短，功耗大，如需改變系統(tǒng)功能將需重新的接線，工作量相對(duì)較大且容易出錯(cuò)，執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)等等。然而PLC對(duì)于高壓控制元件的控制卻沒(méi)有繼電器等系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，在許多工廠的電力系統(tǒng)中有許多的高壓電力設(shè)備所需的控制系統(tǒng)只能通過(guò)大型的繼電元件來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作，而對(duì)于要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化程度較高的工廠生產(chǎn)線而言，這種繼電系統(tǒng)卻沒(méi)有PLC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，然而將這兩種系統(tǒng)相結(jié)合卻可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠電氣系統(tǒng)的控制，使之更科學(xué)，更簡(jiǎn)潔，更加具有高速的運(yùn)行速度，讓工廠的自動(dòng)化成度更高。從工業(yè)革命時(shí)期到現(xiàn)在電氣控制已經(jīng)發(fā)展了一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，再發(fā)展也不會(huì)有什么突出的表現(xiàn)，而PLC技術(shù)的發(fā)展還處于一個(gè)不斷創(chuàng)新的階段，所以PLC的發(fā)展與電氣控制的發(fā)展已然成為一種主從關(guān)系，即PLC的發(fā)展帶動(dòng)電氣控制的發(fā)展，而未來(lái)PLC的發(fā)展其中有兩個(gè)趨勢(shì)。一方面，PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)不再是自成體系的封閉系統(tǒng)，而是迅速向開(kāi)放式系統(tǒng)發(fā)展，各大品牌PLC除了形成自己各具特色的PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，完成設(shè)備控制任務(wù)之外，還可以與上位計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息交流，成為整個(gè)信息管理系統(tǒng)的一部分PLC向網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)發(fā)展，其中有兩個(gè)趨勢(shì)：一方面，PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)不再是自成體系的封閉系統(tǒng)，而是迅速向開(kāi)放式系統(tǒng)發(fā)展，各大品牌PLC除了形成自己各具特色的PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，完成設(shè)備控制任務(wù)之外，還可以與上位計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息交流，成為整個(gè)信息管理系統(tǒng)的一部分；另一方面，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)得到廣泛的采用，PLC與其他安裝在現(xiàn)場(chǎng)的智能化設(shè)備，比如智能化儀表，傳感器，智能型電磁閥，智能型驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，通過(guò)一根傳輸介質(zhì)(比如雙絞線，同軸電纜，光纜)連接起來(lái)，并按照同一通信規(guī)約互相傳輸信息，由此構(gòu)成一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)與單純的PLC遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)相比，配置更靈活，擴(kuò)容更方便，造價(jià)更低，性能格比更好，也更具開(kāi)放性意義。PLC的功能正越來(lái)越豐富，而體積則越來(lái)越小。比如西門(mén)子的S7-200系列PLC，最小的機(jī)種，體積僅為60×90×70，相當(dāng)于一個(gè)繼電器，但卻具有高速計(jì)數(shù)、斜坡、交替輸出及16位四則運(yùn)算等能力，還具有可調(diào)電位器時(shí)間設(shè)定功能。PLC已不再是早期那種只能進(jìn)行開(kāi)關(guān)量邏輯運(yùn)算的產(chǎn)品了，而是具有越來(lái)越強(qiáng)的模擬量處理能力，以及其他過(guò)去只有在計(jì)算機(jī)上才能具有的高級(jí)處理能力，如浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，PID調(diào)節(jié)，溫度控制，精確定位，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)，報(bào)表統(tǒng)計(jì)等。從這種意義上說(shuō)，PLC系統(tǒng)與DCS(集散控制系統(tǒng))的差別已經(jīng)越來(lái)越小了。用PLC同樣可以構(gòu)成一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)。如果生產(chǎn)環(huán)境過(guò)于惡劣，或是電磁干擾異常強(qiáng)烈則也可造成PLC控制系統(tǒng)的運(yùn)算或是控制錯(cuò)誤，導(dǎo)致在某些生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤而不能保證正常的生產(chǎn)運(yùn)行，因此，提高PLC的可靠性是其未來(lái)發(fā)展的主要方向，其一方面要提高抗干擾能力同時(shí)在設(shè)計(jì)、安裝以及使用過(guò)程中引起重視，盡量減少對(duì)其造成負(fù)面影響。目前用于火電系統(tǒng)控制系統(tǒng)的DCS雖技術(shù)日益成熟但近年來(lái)其發(fā)展日趨緩慢，PLC的數(shù)字化、智能化控制得到進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用，因此其近年來(lái)在火電廠的應(yīng)用日益廣泛。PLC產(chǎn)品還可以用于離散、制程和混合式自動(dòng)化產(chǎn)品領(lǐng)域，并在各個(gè)制造行業(yè)保持穩(wěn)固增長(zhǎng)?；趯?duì)更高自動(dòng)化程度和更高能效的需要，制造業(yè)會(huì)越來(lái)越多地應(yīng)用PLC。在制造過(guò)程中，以最低生產(chǎn)設(shè)備生命周期成本來(lái)實(shí)現(xiàn)適應(yīng)性和靈活性的日益增加的需求，給PLC的創(chuàng)新與發(fā)展提供了不竭的動(dòng)力。一些新興行業(yè)的運(yùn)用以及新能源產(chǎn)生、儲(chǔ)存和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需要，無(wú)疑給PLC帶來(lái)了巨大的機(jī)遇。為了能夠更廣泛的適應(yīng)未來(lái)各種工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中控制場(chǎng)所的需要，PLC控制系統(tǒng)作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要部分其產(chǎn)品將會(huì)更加豐富，規(guī)格也會(huì)更加齊全，并將在人類(lèi)電氣自動(dòng)化發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮更加廣泛的作用。隨著社會(huì)的日益進(jìn)步，人們對(duì)生活水平要求的不斷提高，未來(lái)的PLC與電氣制的目標(biāo)將朝著工業(yè)自動(dòng)化水平更高的方向發(fā)展，在西方國(guó)家這一目標(biāo)已經(jīng)得到一定的實(shí)現(xiàn)，而我國(guó)正朝著這一目標(biāo)努力前進(jìn)。一個(gè)國(guó)家的發(fā)達(dá)水平與該國(guó)家的工業(yè)自動(dòng)化程度有著密不可分的關(guān)系，而電、氣、水的控制又與工業(yè)自動(dòng)化的成度密不可分，而要實(shí)現(xiàn)這一系列的動(dòng)作控制無(wú)疑通過(guò)PLC控制系統(tǒng)的統(tǒng)一集中控制是最能體現(xiàn)自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)的。1.5課題研究設(shè)計(jì)的目的和意義電機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中最重要的拖動(dòng)設(shè)備之一，交流異步電機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修容易等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)及其他生產(chǎn)當(dāng)中。但隨著工農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的要求也不斷提高，很多的生產(chǎn)過(guò)程中都要求電動(dòng)機(jī)能根據(jù)不同的工況，運(yùn)行在不同的速度。早期工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)于一些要求調(diào)速精度高的系統(tǒng)，采用了直流電動(dòng)機(jī)，但直流電動(dòng)機(jī)存在啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，換向電刷容易老化產(chǎn)生火花等問(wèn)題。人們又根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，得出了傳統(tǒng)的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法，是利用轉(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)備陳舊、技術(shù)落后。而且這種控制方式存在著很多的問(wèn)題:（1）轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費(fèi)。（2）電阻分級(jí)切換，為有級(jí)調(diào)速，設(shè)備運(yùn)行不平穩(wěn)，容易引起電氣及機(jī)械沖擊。（3）繼電器、接觸器頻繁動(dòng)作，電弧燒蝕觸點(diǎn)，影響接觸器使用壽命，維修成本較高。（4）交流繞線異步電動(dòng)機(jī)的滑環(huán)存在接觸不良問(wèn)題，容易引起設(shè)備事故。（5）電動(dòng)機(jī)依靠轉(zhuǎn)子電阻獲得的低速，其運(yùn)行特性較軟。上述問(wèn)題使提升機(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)，使可調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行有更好的可靠性和安全性。就計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況而言，可編程控制器(PLC)是目前作為工業(yè)控制最理想的機(jī)型，它是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、按照事先編好并儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)部一段程序來(lái)完成設(shè)備的操作控制。采用PLC控制，硬件簡(jiǎn)潔、軟件靈活性強(qiáng)、調(diào)試方便、維護(hù)量小，PLC技術(shù)己經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)。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)的矢量控制技術(shù)，適合和現(xiàn)在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的絕大部分控制要求。2PLC的基礎(chǔ)知識(shí)2.1PLC的概述2.1.1PLC的定義PLC的技術(shù)從誕生之日起,就不斷地發(fā)展，PLC的定義也經(jīng)過(guò)多次變動(dòng)。1987年國(guó)際電工委員會(huì)IEC頒布了可編程控制器最新的定義：可編程控制器（PLC）是一種能夠直接應(yīng)用于專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)核算數(shù)計(jì)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各類(lèi)的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)?？梢?jiàn)，PLC的定義實(shí)際是根據(jù)PLC的硬件和軟件技術(shù)進(jìn)展而發(fā)展的。這些發(fā)展不僅改進(jìn)了PLC的設(shè)計(jì)，也改變了恐怖感知系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念。1.PLC的硬件發(fā)展（1）采用新的先進(jìn)的微處理器和電子技術(shù)達(dá)到快速的掃描時(shí)間。（2）小型的、低成本的PLC，可以代替4~10個(gè)繼電器，現(xiàn)在獲得了更大的發(fā)展動(dòng)力。（3）高密度的I/O系統(tǒng)，以低成本提供了節(jié)省空間的接口。（4）基于微處理器的智能I/O接口擴(kuò)展了分布式控制能力，典型的接口有PID、網(wǎng)絡(luò)、CAN總線、現(xiàn)場(chǎng)總線、ASCII通信、定位、主機(jī)通信模塊和語(yǔ)言模塊等。（5）包括輸入/輸出模塊和端子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)，使端子更加集成。（6）特殊接口允許某些期間可以直接接到控制器上，如熱電偶、熱電阻、應(yīng)力測(cè)量級(jí)快速響應(yīng)脈沖等。（7）外部設(shè)備改進(jìn)了操作員界面技術(shù)，系統(tǒng)文檔功能成為PLC的標(biāo)準(zhǔn)功能。以上這些硬件的改進(jìn)，使PLC的產(chǎn)品系列豐富和發(fā)展，PLC從最小只有10個(gè)I/O點(diǎn)的微型PLC，發(fā)展到可以達(dá)到8000個(gè)I/O點(diǎn)的大型PLC。2.PLC的軟件進(jìn)展（1）PLC引入了面向?qū)ο蟮木幊坦ぞ?，并根?jù)國(guó)際電工委員會(huì)的IEC61131-3的標(biāo)準(zhǔn)形成了多種語(yǔ)言。（2）小型PLC也提供了強(qiáng)大的編程指令，并且延伸了應(yīng)用領(lǐng)域。（3）高級(jí)語(yǔ)言如BASIC和C語(yǔ)言在某些控制器模塊中已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，并在與外部通信和處理數(shù)據(jù)時(shí)提供了更大的編程靈活性。（4）形圖邏輯中可以實(shí)現(xiàn)高級(jí)的功能塊指令，使用戶用簡(jiǎn)單的編程方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的軟件功能。（5）診斷和錯(cuò)誤檢測(cè)功能是從簡(jiǎn)單的系統(tǒng)控制器的過(guò)賬診斷擴(kuò)大到對(duì)所控制的機(jī)器和設(shè)備的過(guò)程診斷。（6）浮點(diǎn)算術(shù)可以進(jìn)行控制應(yīng)用中計(jì)量、平衡和統(tǒng)計(jì)的所牽涉的復(fù)雜計(jì)算。（7）數(shù)據(jù)處理指令得到簡(jiǎn)化和改進(jìn)，可以進(jìn)行涉及大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、跟蹤和存取復(fù)雜控制，以及數(shù)據(jù)采集和處理功能。2.1.2PLC的特點(diǎn)PLC發(fā)展如此迅速是因?yàn)樗哂幸恍┢渌刂葡到y(tǒng)所不及的一些特點(diǎn)。1.可靠性可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。PLC的可靠性高，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）PLC不需要大量的活動(dòng)部件和電子元件，接線大大減少，與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡(jiǎn)單、維修時(shí)間縮短，使可靠性得到提高。（2）PLC采用一系列可靠性設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。（3）PLC有較強(qiáng)的易操作性，它具有編程簡(jiǎn)單、操作方便、編程的出錯(cuò)大大降低及為工業(yè)惡劣操作環(huán)境而設(shè)計(jì)的硬件，使可靠性大大提高。2.易操作性PLC的易操作性表現(xiàn)在下列三個(gè)方面：（1）操作方便。對(duì)PLC的操作包括程序的輸入和程序更改的操作，大多數(shù)PLC采用編程器進(jìn)行程序輸入和程序更改操作。（2）編程簡(jiǎn)單。PLC有多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言可以使用，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電器人員來(lái)說(shuō)，由于梯形圖與電氣原理圖相似，因此，梯形圖很容易理解和掌握。采用語(yǔ)句表編程時(shí)，由于編程語(yǔ)句是功能的縮寫(xiě)，便于記憶，并且與梯形圖有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，所以有利于編程人員的編程操作。功能圖表語(yǔ)言以過(guò)程流程進(jìn)展為主線，十分適合設(shè)計(jì)人員與工藝專(zhuān)業(yè)人員設(shè)計(jì)思想的溝通。功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言編程方法具有功能清晰、易于理解等優(yōu)點(diǎn)。（3）維修方便。PLC所具有的自診斷功能對(duì)維修人員的技術(shù)要求降低。3.靈活性PLC的靈活性主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：（1）編程的靈活性。PLC采用的標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言有梯形圖、指令表、功能圖表、功能模塊圖和結(jié)構(gòu)化文本編程語(yǔ)言等。（2）擴(kuò)展的靈活性。PLC的擴(kuò)展靈活性是指可以根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不斷擴(kuò)大，即進(jìn)行容量的擴(kuò)展、功能的擴(kuò)展、應(yīng)用和控制范圍的擴(kuò)展。（3）操作的靈活性。操作的靈活性是指涉及工作量、編程工作量和安裝施工的工作量的減少。2.2PLC的基本構(gòu)成PLC實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)用于工業(yè)控制的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，它與一般計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)機(jī)組成相似。主要是由中央處理（CPU）模塊、編程器、電源模塊、存儲(chǔ)器模塊和專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成。結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：圖2-1PLC的基本結(jié)構(gòu)圖主機(jī)內(nèi)的各部分均通過(guò)電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接。根據(jù)實(shí)際控制對(duì)象的需要配備一定的外部設(shè)備，可構(gòu)成不同的PLC控制系統(tǒng)。2.2.1中央處理模塊中央處理模塊（CPU）一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個(gè)芯片內(nèi)。CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入/輸出接口電路相連接。CPU是PLC的核心部件，它完成PLC所進(jìn)行的邏輯運(yùn)算、數(shù)值運(yùn)算及信號(hào)變換等任務(wù)，并發(fā)出管理、協(xié)調(diào)PLC各部分工作的控制信號(hào)。CPU主要作用如下：（1）接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，送入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。（2）用掃描方式接收輸入設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)。（3）監(jiān)測(cè)和診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和用戶編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。（4）執(zhí)行用戶程序，從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶指令，完成各種數(shù)據(jù)的運(yùn)算、傳送和存儲(chǔ)等功能。（5）根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，刷新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器表的內(nèi)容，再經(jīng)輸出部件實(shí)現(xiàn)輸出控制，制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。2.2.2存儲(chǔ)器模塊PLC的存儲(chǔ)器是存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的地方，PLC運(yùn)行所需的程序分為系統(tǒng)程序及用戶程序，存儲(chǔ)器也分為系統(tǒng)存儲(chǔ)器（EPROM）和用戶存儲(chǔ)器（RAM）兩部分。（1）系統(tǒng)存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器是用來(lái)存放PLC生產(chǎn)廠家編寫(xiě)的系統(tǒng)程序，并固化在只讀存儲(chǔ)器ROM內(nèi)，用戶不能更改。（2）用戶存儲(chǔ)器。用戶存儲(chǔ)器包括用戶程序存儲(chǔ)區(qū)和用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)兩部分。用戶程序存儲(chǔ)區(qū)存放針對(duì)具體控制任務(wù)，用規(guī)定的PLC編程語(yǔ)言編寫(xiě)的控制程序。用戶程序存儲(chǔ)區(qū)的內(nèi)容可以由用戶任意修改和增刪。用戶程序存儲(chǔ)器的容量一般代表PLC的標(biāo)稱(chēng)容量，通常小型機(jī)小于8KB，中型機(jī)小于64KB，大型機(jī)在64KB以上。用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)用于存放PLC在運(yùn)行過(guò)程中所用到的和生成的各種工作數(shù)據(jù)。用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)包括輸入數(shù)據(jù)映像區(qū)、輸出數(shù)據(jù)映像區(qū)、定時(shí)器、計(jì)算器的預(yù)置值和當(dāng)前值的數(shù)據(jù)區(qū)，以及存放中間結(jié)果的緩沖區(qū)等。這些數(shù)據(jù)是不斷變化的，但不需要長(zhǎng)久保存，因此采用隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器RAM，由于隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器RAM是一種揮發(fā)性的器件，即當(dāng)供電電源關(guān)掉后，其存儲(chǔ)的內(nèi)容會(huì)丟失，因此，在實(shí)際使用中通常為其配備掉電保護(hù)電路。當(dāng)正常電源關(guān)斷后，由備用電池為其供電，保護(hù)其存儲(chǔ)內(nèi)容不丟失。2.2.3輸入/輸出（I/O）模塊輸入/輸出（I/O）模塊是PLC與工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)信號(hào)連接的部分，起著PLC與被控制對(duì)象間傳遞輸入/輸出信息的作用。由于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的輸入信號(hào)多種多樣，信號(hào)電平各不相同，而PLC所能處理的信號(hào)只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，因此必須通過(guò)輸入模塊講這些此信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU能夠接受和處理得標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)。同樣，外部執(zhí)行元件如電磁閥、接觸器、繼電器等所需的控制信號(hào)電平也有差別，也必須通過(guò)輸出模塊將CPU輸出的標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成這些執(zhí)行元件所能接收的控制信號(hào)。PLCI/O模塊的接口電路結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示。為了提高抗干擾能力，一般的I/O模塊都有光電隔離裝置。在數(shù)字量I/O模塊中廣泛采用由發(fā)光二極管和光電三極管組成的光耦合器，在模擬模塊中通常采用隔離放大器。來(lái)自工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)經(jīng)輸入模塊進(jìn)入PLC。這些信號(hào)可以是數(shù)字量、模擬量、直流信號(hào)、交流信號(hào)等，使用時(shí)要根據(jù)輸入信號(hào)的類(lèi)型選擇合適的輸入模塊。有PLC產(chǎn)生的輸出控制信號(hào)經(jīng)過(guò)輸出模塊驅(qū)動(dòng)負(fù)載，如電動(dòng)機(jī)的啟停和正反轉(zhuǎn)、閥門(mén)的開(kāi)閉、設(shè)備的移動(dòng)、升降等。和輸入模塊相同，與輸出模塊相接的負(fù)載所需的控制信號(hào)可以是數(shù)字量、模擬量、直流信號(hào)、交流信號(hào)等，因此，同樣需要根據(jù)負(fù)載性質(zhì)選擇合適的輸出模塊。圖2-2輸入/輸出接口電路結(jié)構(gòu)框圖（a）輸入接口；（b）輸出接口2.2.4電源模塊PLC的電源模塊把交流電源轉(zhuǎn)換成供CPU、存儲(chǔ)器等電子電路工作所需要的直流電源，使PLC正常工作。PLC的電源部件有很好的穩(wěn)壓措施，因此對(duì)外部電源的穩(wěn)定性要求不高，一般允許外部電源電壓的額定值在+10%~-15%的范圍內(nèi)波動(dòng)。有些PLC的電源模塊還能向外提供24V（DC）穩(wěn)壓電源，用于外部傳感器供電。為了防止在外部電源發(fā)生故障的情況下，PLC內(nèi)部程序和數(shù)據(jù)等重要信息的丟失，PLC用鋰電池做停電時(shí)的后備電源。2.2.5外部設(shè)備編程器是PLC開(kāi)發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可或缺的外部設(shè)備，用于編程、調(diào)試、系統(tǒng)設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。編程器分智能型與非智能型，非智能型的是手持編程器，用于狀態(tài)監(jiān)測(cè)；智能型編程器是一臺(tái)運(yùn)行編程軟件的計(jì)算機(jī)，通過(guò)通信適配器與PLC通信完成編程器的功能。2.3PLC的工作原理2.3.1PLC的循環(huán)掃描的工作方式PLC是以執(zhí)行用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制要求的，在存儲(chǔ)器中設(shè)置輸入映像寄存器區(qū)和輸出映像寄存器區(qū)，分別存放執(zhí)行程序之前的各輸入狀態(tài)和執(zhí)行過(guò)程中各結(jié)果狀態(tài)。PLC對(duì)用戶程序的執(zhí)行是以循環(huán)掃描方式進(jìn)行。PLC這種運(yùn)行程序的方式與微型計(jì)算機(jī)相比有較大的不同。微型計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序時(shí)，一旦執(zhí)行到END指令，程序運(yùn)行結(jié)束；而PLC從0000號(hào)存儲(chǔ)地址所存放的第一條用戶程序開(kāi)始，在無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)的情況下，按存儲(chǔ)地址號(hào)遞增的方向順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到END指令結(jié)束，然后再?gòu)念^開(kāi)始執(zhí)行，并周而復(fù)始地重復(fù)，直到停機(jī)或從運(yùn)行（RUN）切換到停止（STOP）工作狀態(tài)。PLC每掃描完一次程序就構(gòu)成一個(gè)掃描周期。PLC采用循環(huán)掃描控制程序的工作方式，即在PLC的工作過(guò)程中，如果某一個(gè)軟繼電器的線圈接通，該縣權(quán)的所有動(dòng)合觸點(diǎn)和動(dòng)斷觸點(diǎn)，并不一定都會(huì)立即動(dòng)作，只有CPU掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。1.PLC的兩種工作狀態(tài)PLC有兩種工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。運(yùn)行狀態(tài)是執(zhí)行應(yīng)用程序，停止?fàn)顟B(tài)一般用于程序的編制與修改。圖2-3給出了運(yùn)行和停止兩種狀態(tài)PLC不同的掃描過(guò)程，在這兩個(gè)不同的工作狀態(tài)中，掃描過(guò)程所要完成的任務(wù)是不同的。PLC在RUN狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一次圖2-3所示的掃描操作所需的時(shí)間稱(chēng)為掃描周期，其典型值為1~100ms。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類(lèi)和CPU執(zhí)行速度有很大的關(guān)系，PLC廠家一般給出每執(zhí)行1K條基本邏輯指令所需的時(shí)間（以ms為單位）。圖2-3PLC的工作過(guò)程2.PLC的工作過(guò)程PLC通電后，在系統(tǒng)程序的監(jiān)控下，周而復(fù)始的按一定的順序?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)部的各種任務(wù)進(jìn)行查詢(xún)、判斷和執(zhí)行，這個(gè)過(guò)程實(shí)質(zhì)上是按順序循環(huán)掃描的過(guò)程。（1）初始化。PLC上電后，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，清除內(nèi)部繼電器區(qū)，復(fù)位定時(shí)器等。（2）CPU自診斷。在每個(gè)掃描周期都要進(jìn)入自診斷階段，對(duì)電源、PLC內(nèi)部電路、用戶程序的語(yǔ)法進(jìn)行檢查，定期復(fù)位監(jiān)控定時(shí)器等，以確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行。（3）通信信息處理。在每個(gè)通信信息處理掃描階段，進(jìn)行PLC之間、PLC與計(jì)算機(jī)之間及PLC與其他帶微處理器的智能裝置通信，在多處理器系統(tǒng)中，CPU還要與數(shù)字處理器交換信息。（4）PLC與外部設(shè)備交換信息。PLC與外部設(shè)備連接時(shí)，在每個(gè)掃描周期內(nèi)要與外部設(shè)備交換信息。這些外部設(shè)備有編程器、終端設(shè)備、彩色圖形顯示器、打印機(jī)等。編程器是人機(jī)交互的設(shè)備，用戶可以進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視等。用戶把應(yīng)用程序輸入到PLC中，PLC與編程器要進(jìn)行信息交換。當(dāng)在線編程、在線修改、在線運(yùn)行監(jiān)控時(shí)，也要求PLC與編程器進(jìn)行信息交換。在每個(gè)掃描周期內(nèi)都要執(zhí)行此項(xiàng)任務(wù)。（5）執(zhí)行用戶程序。PLC在運(yùn)行狀態(tài)下，每一個(gè)掃描周期都要執(zhí)行用戶程序。執(zhí)行用戶程序時(shí)，是以掃描的方式按順序逐句掃描處理的，掃描一條執(zhí)行一條，并把運(yùn)算結(jié)果存入輸入映像區(qū)對(duì)應(yīng)位中。（6）輸入、輸出信息處理。PLC在運(yùn)行狀態(tài)下，每一個(gè)掃描周期都要進(jìn)行輸入、輸出信息處理。以掃描的方式把外部輸入信號(hào)的狀態(tài)存入輸入映像區(qū)，將運(yùn)算處理后的結(jié)果存入輸出映像區(qū)，直到傳送到外部被控設(shè)備。PLC周而復(fù)始的循環(huán)掃描，執(zhí)行上述整個(gè)過(guò)程，直至停機(jī)。3.用戶程序的循環(huán)掃描過(guò)程 PLC的工作過(guò)程，與CPU的操作方式有關(guān)。CPU有STOP方式和RUN方式兩個(gè)操作方式。再掃描周期內(nèi)，STOP方式和RUN方式的主要差別在于RUN方式下執(zhí)行用戶程序，而STOP方式下不執(zhí)行用戶程序。PLC對(duì)用戶程序進(jìn)行循環(huán)掃描的工作方式，每個(gè)掃描周期可分為三個(gè)階段：輸入采樣刷新階段、用戶程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。（1）輸入采樣刷新階段。在此階段，順序讀入所有輸入端子的通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對(duì)應(yīng)的映像寄存器。在此輸入映像寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時(shí)，輸入映像寄存器與外界隔離，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，其映像寄存器的內(nèi)容也不會(huì)發(fā)生變化，只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。（2）用戶程序執(zhí)行階段。根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則，按先左后右先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來(lái)決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。從用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時(shí)，PLC從輸入映像寄存器中讀出上一階段采入的對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映像寄存器讀出對(duì)應(yīng)映像寄存器，根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，存入有關(guān)器件寄存器中。對(duì)每個(gè)器件來(lái)說(shuō)，器件映像寄存器中所寄存的內(nèi)容，會(huì)隨著程序執(zhí)行過(guò)程而變化。（3）輸出刷新階段。程序執(zhí)行完畢后，將輸出映像寄存器，即器件映像寄存器中的Y寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過(guò)隔離電路，驅(qū)動(dòng)功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)PAGE393三相交流異步電動(dòng)機(jī)的基本原理3.1三相交流異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 三相交流異步電動(dòng)機(jī)是一種將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的\o"電力拖動(dòng)"電力拖動(dòng)裝置。它主要由定子、轉(zhuǎn)子和它們之間的氣隙構(gòu)成。對(duì)定子繞組通往三相交流電源后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并切割轉(zhuǎn)子，獲得\o"轉(zhuǎn)矩"轉(zhuǎn)矩。三相交流異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、價(jià)格便宜、過(guò)載能力強(qiáng)及使用、安裝、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。三相異步電動(dòng)機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，定子是靜止不動(dòng)的部分，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)部分，在定子與轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙。定子由鐵心、繞組與機(jī)座三部分組成。轉(zhuǎn)子由鐵心與繞組組成，轉(zhuǎn)子繞組有鼠籠式和線繞式。鼠籠式轉(zhuǎn)子是在轉(zhuǎn)子鐵心槽里插入銅條，再將全部銅條兩端焊在兩個(gè)銅端環(huán)上而組成；線繞式轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組一樣，由\o"線圈"線圈組成繞組放入轉(zhuǎn)子鐵心槽里。鼠籠式與線繞式兩種電動(dòng)機(jī)雖然結(jié)構(gòu)不一樣，但工作原理是一樣的。3.2三相交流異步電動(dòng)機(jī)工作原理3.2.1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生將三相異步電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組接成星形，并且繞組在空間相差120°，在繞組內(nèi)放一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的籠型轉(zhuǎn)子，當(dāng)向三相繞組中通入三相交流電時(shí)，籠型轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。故可得出以下結(jié)論：當(dāng)向三相繞組通入對(duì)稱(chēng)的三相交流電時(shí)，可在繞組空間內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。下面分析旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的原理。1.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的原理以?xún)蓸O電動(dòng)機(jī)即為例說(shuō)明，如圖3-1(a)所示，對(duì)稱(chēng)的三相繞組U1U2、V1V2、W1W2假設(shè)為集中繞組，三相繞組接成星形，并通以三相對(duì)稱(chēng)電流、、，如圖3-1(b)、（c）所示。假定電流的瞬時(shí)值為正時(shí)電流是從各繞組的首段流入，末端流出。電流流入端用“×”表示，流出端用“”表示。當(dāng)時(shí)，，為負(fù)值，即由末端V2流入，首端V1流出；為正值，即由首端W1流入，末端W2流出。利用右手螺旋定則可確定在瞬間由三相電流所產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)方向，如圖3-1（d）所示?？梢?jiàn)合成磁場(chǎng)是一對(duì)磁極，磁場(chǎng)方向與縱軸軸線方向一致，上方為北極，下方為南極。當(dāng)時(shí)，為最大值，即由首端U1流入，末端U2流出；為負(fù)值，即由末端V2流入，首端V1流出；為負(fù)值，即由首端W2流入，末端W1流出。其合成磁場(chǎng)的方向，如圖3-1（e）所示?？梢?jiàn)合成磁場(chǎng)方向以較時(shí)按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)90°。同理可畫(huà)出、、時(shí)的合成磁場(chǎng)，分別如圖3-1（f）～（h）所示，可看出磁場(chǎng)的方向逐步按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，共轉(zhuǎn)過(guò)360°，即旋轉(zhuǎn)一周。圖3-1兩極定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（a）簡(jiǎn)化的三相繞組分布圖；（b）按星形連接的三相繞組接通三相電源；（c）三相對(duì)稱(chēng)電流波形圖；（d）～（h）兩極繞組的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)綜上所述，在三相交流電動(dòng)機(jī)定子上布置有結(jié)構(gòu)完全相同在空間位置各相差120°的三相繞組，分別通入三相交流電，則定子與轉(zhuǎn)子的空氣隙間所產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)是沿定子內(nèi)圓旋轉(zhuǎn)的，故稱(chēng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。2.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向由圖3-1可見(jiàn)，三相交流電的變化次序（相序）為A相達(dá)到最大值→B相達(dá)到最大值→C相達(dá)到最大值→A相……。將A相交流電接U相繞組，B相交流電接V相繞組，C相交流電接W相繞組，則產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)閁相→V相→W相（順時(shí)針旋轉(zhuǎn)），即與三相交流電的變化相序一致。如果任意調(diào)換電動(dòng)機(jī)兩相繞組所接的交流電源的相序，即A相交流電仍接U相繞組，將B相交流電改接W相繞組，C相交流電接V相繞組，則合成磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向已經(jīng)變?yōu)槟鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)。綜上所述，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向由通入定子繞組中的三相交流電源的相序決定。只要任意調(diào)換電動(dòng)機(jī)的兩相繞組所接的交流電源的相序，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)即反轉(zhuǎn)。3.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度由圖3-1可見(jiàn)，兩極三相異步電動(dòng)機(jī)（即）定子繞組所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，當(dāng)三相交流電變化一周后，其所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)也正好旋轉(zhuǎn)一周。故在兩極電動(dòng)機(jī)中旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速等于三相交流電的變化速度，即。當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組為對(duì)磁極時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度為：（3-1）式中——旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)速度（又稱(chēng)同步轉(zhuǎn)速），r/min；——三相交流電源的頻率，Hz；——磁極對(duì)數(shù)。3.2.2三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速間的關(guān)系如下。（1）當(dāng)，轉(zhuǎn)子切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)轉(zhuǎn)速為最大，故轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流最大。（2）當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增加時(shí)，開(kāi)始下降，故轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流下降。（3）當(dāng)時(shí)，則，此時(shí)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子中就沒(méi)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及電流產(chǎn)生，也就不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。因此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在一般情況下不可能等于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速兩者的步伐不可能一致，異步電動(dòng)機(jī)由此而得名。因此和的差異是異步電動(dòng)機(jī)能夠產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的必要條件，又由于異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組并不直接與電源相接，而是依靠電磁感應(yīng)原理來(lái)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流的，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，又可稱(chēng)之為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。我們將旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的\o"同步轉(zhuǎn)速"同步轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速之比稱(chēng)為\o"轉(zhuǎn)差率"轉(zhuǎn)差率，用表示，描述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速相差的程度。（3-2）轉(zhuǎn)差率是衡量異步電動(dòng)機(jī)性能的一個(gè)重要參數(shù)，分析幾個(gè)特性工作狀態(tài)下的值。（1）電動(dòng)機(jī)靜止或在啟動(dòng)的瞬間，，。（2）電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，需克服的阻力很小，故轉(zhuǎn)速很高，很小。（3）電動(dòng)機(jī)在額定工作狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，對(duì)于中小型異步電動(dòng)機(jī)而言，轉(zhuǎn)差率為0.01~0.06。（4）電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)時(shí)，0<<1。由轉(zhuǎn)差率，可得到三相交流異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。T-S的曲線圖如下圖左；T-n的曲線圖如下圖右，即為電動(dòng)機(jī)的\o"機(jī)械特性"機(jī)械特性曲線。圖3-2三相交流異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性圖在機(jī)械特性圖中，存在兩個(gè)工作區(qū)：穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)和不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。在機(jī)械特性曲線的AB段，當(dāng)作用在電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)能適應(yīng)負(fù)載的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行，故為穩(wěn)定區(qū)。機(jī)械特性曲線的BC段，因電動(dòng)機(jī)工作在該區(qū)段時(shí)其電磁轉(zhuǎn)矩不能自動(dòng)適應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化，故為不穩(wěn)定區(qū)。3.3三相交流異步電動(dòng)機(jī)控制電路3.3.1三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制三相異步電動(dòng)機(jī)從接通電源開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速逐漸上升直到穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，這一過(guò)程稱(chēng)為啟動(dòng)。按照啟動(dòng)方式不同，它可以分為直接啟動(dòng)和降壓?jiǎn)?dòng)。直接啟動(dòng)的啟動(dòng)電流大，對(duì)供電變壓器影響較大，容量較大的鼠籠異步電動(dòng)機(jī)一般都采用降壓?jiǎn)?dòng)。降壓?jiǎn)?dòng)就是將電源電壓適當(dāng)降低后，再加到電動(dòng)機(jī)的定子繞組上進(jìn)行啟動(dòng)，待電機(jī)啟動(dòng)結(jié)束或?qū)⒁Y(jié)束時(shí)，再使電動(dòng)機(jī)的電壓恢復(fù)到額定值。這樣做的目的主要是為了減小\o"啟動(dòng)電流"啟動(dòng)電流，但是因?yàn)榻祲?，電?dòng)機(jī)的\o"啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩"啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也將降低。因此，降壓?jiǎn)?dòng)僅適用于空載或輕載啟動(dòng)。1.直接啟動(dòng)（1）采用開(kāi)關(guān)直接啟動(dòng)：采用開(kāi)關(guān)直接啟動(dòng)的電路僅適用于不頻繁啟動(dòng)的小容量電動(dòng)機(jī)，它不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和自動(dòng)控制，也不能實(shí)現(xiàn)零壓、欠壓和過(guò)載保護(hù)。（2）采用接觸器點(diǎn)動(dòng)控制：采用接觸器點(diǎn)控制電路，可控制容量稍大或者啟動(dòng)頻繁的電動(dòng)機(jī)，并且實(shí)現(xiàn)“一點(diǎn)就動(dòng)，松開(kāi)不動(dòng)”的功能。（3）采用接觸器長(zhǎng)動(dòng)控制：采用接觸器長(zhǎng)動(dòng)控制的電動(dòng)機(jī)，在按下啟動(dòng)按鈕后，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，因?yàn)榫哂凶枣i觸點(diǎn)，所以如果想讓電機(jī)停轉(zhuǎn)，必須按下停止按鈕。（4）長(zhǎng)動(dòng)與點(diǎn)動(dòng)混合控制：如果電動(dòng)機(jī)既要點(diǎn)動(dòng)控制，又要連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)控制，那么可以結(jié)合一下，采用三個(gè)按鈕和自鎖觸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)與長(zhǎng)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)控制。2.降壓?jiǎn)?dòng)（1）定子繞組串電阻（電抗器）降壓?jiǎn)?dòng)：電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，在三相定子電路中串入電阻，使電動(dòng)機(jī)定子繞組電壓降低，限制了啟動(dòng)電流，待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定值后，將電阻切除，使電動(dòng)機(jī)在額定電壓下穩(wěn)定運(yùn)行。（2）\o"星形三角形降壓?jiǎn)?dòng)"星形三角形降壓?jiǎn)?dòng)星形三角形降壓?jiǎn)?dòng)是指電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，把定子繞組接成星形，以降低啟動(dòng)電壓，限制啟動(dòng)電流；待電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，再把定子繞組改接成三角形，使電動(dòng)機(jī)從現(xiàn)在起運(yùn)行。凡是在正常運(yùn)行時(shí)定子繞組做成三角形連接的異步電動(dòng)機(jī)，均可用這種降壓方法。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，接成Y形，加在每相定子繞組上的啟動(dòng)電壓只有三角形接法的，啟動(dòng)電流為三角形接法的1/3，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也只有三角形接法的1/3。所以這種降壓?jiǎn)?dòng)方法，只適用于輕載或空載下啟動(dòng)。圖3-3左邊為星形接法，右邊為三角（3）\o"自耦變壓器"自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)自耦降壓?jiǎn)?dòng)是在啟動(dòng)時(shí)將電源電壓加在自耦變壓器的原邊繞組上，電動(dòng)機(jī)的定子繞組與自耦變壓器的副邊繞組連接，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，將自耦變壓器切除，電動(dòng)機(jī)直接與電源相接，在正常電壓下運(yùn)行。3.3.2三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的原理，三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向取決于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向，并且兩者的轉(zhuǎn)向相同，因此只要改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向，就能使三相異步電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，而磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向又取決于電源的相序，所以電源的相序決定了電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。任意改變電源的相序時(shí)，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向就會(huì)隨之改變，即要改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，只要把接到三相異步電動(dòng)機(jī)的三相交流電源線中的任意兩相對(duì)調(diào)，即可以實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。正反轉(zhuǎn)控制方法主要有以下四種：（1）手動(dòng)控制；（2）接觸器互鎖控制；（3）按鈕互鎖控制；（4）按鈕、接觸器雙重互鎖控制。3.3.3三相異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)控制三相電動(dòng)機(jī)在切斷電源后，由于\o"慣性"慣性作用不會(huì)馬上停止轉(zhuǎn)動(dòng)，總要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能完全停止。有時(shí)候，要求電機(jī)在斷電后能迅速停止運(yùn)轉(zhuǎn)，這就需要對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)。制動(dòng)，就是給電動(dòng)機(jī)一個(gè)與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的轉(zhuǎn)矩使它迅速停轉(zhuǎn)（或限制其轉(zhuǎn)速）。制動(dòng)的方法大致可分\o"機(jī)械制動(dòng)"機(jī)械制動(dòng)和\o"電氣制動(dòng)"電氣制動(dòng)兩類(lèi)。常用的機(jī)械制動(dòng)裝置有\(zhòng)o"電磁抱閘"電磁抱閘和\o"電磁離合器"電磁離合器兩種。電氣制方法有反接制動(dòng)、能耗制動(dòng)、\o"回饋制動(dòng)"回饋制動(dòng)和\o"電容制動(dòng)"電容制動(dòng)等。（1）\o"反接制動(dòng)"反接制動(dòng)控制的方法異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)有兩種，一種方法是在負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用下使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)的倒拉反轉(zhuǎn)反接制動(dòng)，但它不能準(zhǔn)確停車(chē)；另一種方法是依靠改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)定子繞組中三相電源的相序產(chǎn)生制動(dòng)力矩，迫使電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)。反接制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)力強(qiáng)，制動(dòng)迅速；缺點(diǎn)是制動(dòng)準(zhǔn)確性差，制動(dòng)過(guò)程中沖擊強(qiáng)烈，易損壞傳動(dòng)零件，制動(dòng)能量消耗大、不宜經(jīng)常制動(dòng)。（2）\o"能耗制動(dòng)"能耗制動(dòng)控制能耗制動(dòng)控制電路是當(dāng)電動(dòng)機(jī)停車(chē)后，立即在電動(dòng)機(jī)定子繞組中通入兩相直流電源，使之產(chǎn)生一個(gè)恒定的靜止磁場(chǎng)，由運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子切割該磁場(chǎng)后，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流。這個(gè)電流又受到靜止磁場(chǎng)的作用產(chǎn)生電磁力矩，產(chǎn)生的電磁力矩的方向正好與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向相反，從而使電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)。應(yīng)用較多的有變壓器橋式整流單向運(yùn)轉(zhuǎn)能耗制動(dòng)。能耗制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)，且能量消耗小，沖擊小；缺點(diǎn)是需附加直流電源裝置，設(shè)備費(fèi)用較高，制動(dòng)力較弱，在低速時(shí)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。3.3.4三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速和變頻器控制根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率表達(dá)式為（3-3）可知交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為（3-4）式中——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，單位r/min；——電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)；——電源頻率，單位為Hz；——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率。由上式分析，通過(guò)改變定子電壓頻率、極對(duì)數(shù)以及轉(zhuǎn)差率都可以實(shí)現(xiàn)交流異步電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)，具體可歸納為變極調(diào)速、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速和變頻調(diào)速三大類(lèi)。在交流異步電動(dòng)機(jī)的諸多調(diào)速方法中，變頻調(diào)速的性能最好，其特點(diǎn)是\o"調(diào)速范圍"調(diào)速范圍大、穩(wěn)定性好、運(yùn)行效率高。對(duì)異步電動(dòng)機(jī)實(shí)行調(diào)速時(shí)，希望主磁通保持不變，因?yàn)橹鞔磐ㄌ?，鐵芯利用不充分，同樣轉(zhuǎn)子電流下，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力下降；若主磁通太強(qiáng)，鐵芯發(fā)熱，波形變壞。為了保持磁通不變，必須使電動(dòng)機(jī)定子的每相電動(dòng)勢(shì)與定子頻率成正比。因?yàn)?（3-5）式中——電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)；——電動(dòng)機(jī)定子頻率；——定子相繞組有效砸數(shù)；——每極磁通量。從公式可知，要使保持基本不變，必須保持和的比例不變或者微小變化。因此，異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速必須按照一定的規(guī)律，同時(shí)改變其定子電壓和頻率，即必須通過(guò)變頻器獲得電壓和頻率均可調(diào)節(jié)的供電電源。基于變頻調(diào)速的原理構(gòu)成的變頻器有以下幾種控制方式：1.轉(zhuǎn)差頻率控制轉(zhuǎn)差頻率控制就是通過(guò)控制轉(zhuǎn)差頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)矩和電流。轉(zhuǎn)差頻率控制需要檢出電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)速度與轉(zhuǎn)差頻率之和作為變頻器的給定頻率。與U/f控制相比，其加減速特性和限制過(guò)電流的能力得到提高。另外，它有速度調(diào)節(jié)器，利用速度反饋構(gòu)成閉環(huán)控制，速度的靜態(tài)誤差小。然而要達(dá)到自動(dòng)控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)控制，還達(dá)不到良好的動(dòng)態(tài)性能。2.矢量控制矢量控制，也稱(chēng)磁場(chǎng)定向控制。它是70年代初由西德F.Blasschke等人首先提出，以直流電機(jī)和交流電機(jī)比較的方法闡述了這一原理。由此開(kāi)創(chuàng)了交流電動(dòng)機(jī)和等效直流電動(dòng)機(jī)的先河。矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流、、。通過(guò)三相-二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流、，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、(相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流，相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流)，然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，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)的控制。矢量控制方法的出現(xiàn)，使異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速在電動(dòng)機(jī)的調(diào)速領(lǐng)域里全方位的處于優(yōu)勢(shì)地位。但是，矢量控制技術(shù)需要對(duì)電動(dòng)機(jī)參數(shù)進(jìn)行正確估算，如何提高參數(shù)的準(zhǔn)確性是一直研究的話題。3.直接轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)越性在于，轉(zhuǎn)矩控制是控制定子磁鏈，在本質(zhì)上并不需要轉(zhuǎn)速信息，控制上對(duì)除定子電阻外的所有電機(jī)參數(shù)變化魯棒性良好，所引入的定子磁鏈觀測(cè)器能很容易估算出同步速度信息，因而能方便的實(shí)現(xiàn)無(wú)速度傳感器，這種控制被稱(chēng)為無(wú)速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制。4.恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載多數(shù)負(fù)載具有恒轉(zhuǎn)矩特性，但在轉(zhuǎn)速精度及動(dòng)態(tài)性能等方面要求一般不高，例如擠壓機(jī)，攪拌機(jī)，傳送帶，廠內(nèi)運(yùn)輸電車(chē)，吊車(chē)的平移機(jī)構(gòu)，吊車(chē)的提升機(jī)構(gòu)和提升機(jī)等。選型時(shí)可選V/f控制方式的變頻器，但是最好采用具有恒轉(zhuǎn)矩控制功能的變頻器。要求控制系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)，靜態(tài)性能。由于被控對(duì)象的千差萬(wàn)別，性能指標(biāo)要求的各不相同，變頻器的選擇及配置遠(yuǎn)不如上述所列幾種。要做到熟練應(yīng)用還應(yīng)在工程實(shí)踐中認(rèn)真探索。變頻器的控制方式代表著變頻器的性能和水平，在工程應(yīng)用中根據(jù)不同的負(fù)載及不同控制要求，合理選擇變頻器以達(dá)到資源的最佳配置，具有重要的意義。4提升電機(jī)系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)4.1提升電機(jī)對(duì)電氣控制系統(tǒng)的要求圖4-1轉(zhuǎn)速與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系本提升電機(jī)模型要求完美模擬礦山現(xiàn)場(chǎng)提升機(jī)的運(yùn)行方式，故電機(jī)轉(zhuǎn)速與時(shí)間函數(shù)的關(guān)系如圖4-1所示。提升電機(jī)控制系統(tǒng)方案的選用應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求速度圖。所以需要先來(lái)分析提升機(jī)電控系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)特性。提升機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的給定速度如圖4-1所示，根據(jù)動(dòng)力學(xué)方程式（3-6）式中——電動(dòng)機(jī)電動(dòng)力矩；——傳動(dòng)系統(tǒng)的靜阻轉(zhuǎn)矩；——傳動(dòng)系統(tǒng)的飛輪力矩，，其中為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(㎏·㎡)，g為重力加速度；——傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩；——加速度?？梢缘贸霭唇o定速度圖所需轉(zhuǎn)矩的特性，從而可以得到拖動(dòng)系統(tǒng)所需的力。提升電機(jī)的負(fù)載靜力決定于提升機(jī)滾筒承受的靜張力差，在雙罐籠的平衡提升系統(tǒng)中，靜力凡也就是提升物體的凈載重。由于提升系統(tǒng)的負(fù)載為位勢(shì)負(fù)載，所以靜力的作用方向始終是提升重物的重力方向，而與系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和方向無(wú)關(guān)。因此在電動(dòng)機(jī)不帶電時(shí)，為了使重的罐籠處于靜止?fàn)顟B(tài)(便于罐籠的裝卸載)，對(duì)滾筒必須施加機(jī)械閘。要使提升電機(jī)按照給定的速度圖運(yùn)行，電動(dòng)力矩可能為正，也可能為負(fù)。這意味著電動(dòng)機(jī)不僅要工作在電動(dòng)狀態(tài)，還應(yīng)能工作在制動(dòng)狀態(tài)。由于不同的負(fù)載，不同的提升電機(jī)運(yùn)行階段，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)也各不相同。綜合以上提升機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，提升電機(jī)工藝對(duì)提升機(jī)電控系統(tǒng)的要求如下：（1）加(減)速度符合國(guó)家有關(guān)安全生產(chǎn)規(guī)程的規(guī)定。提升人員時(shí)，加速度，升降物料時(shí)，加速度，另外不得超過(guò)提升機(jī)的減速器所允許的動(dòng)力矩。（2）具有良好的調(diào)速性能。要求速度平穩(wěn)，調(diào)速方便，調(diào)速范圍大，能滿足各種運(yùn)行方式及提升階段(加速、減速、等速、爬行等)。（3）有較好的起動(dòng)性能。提升機(jī)不同于其他機(jī)械，穩(wěn)定運(yùn)行的要求。不可能待系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)后再裝加物料，因此，必須能重載啟動(dòng)，有較高的過(guò)載能力。（4）特性曲線要硬。要保證負(fù)載變化時(shí)，提升速度基本上不受影響，防止負(fù)載不同時(shí)速降過(guò)大，影響系統(tǒng)正常工作(當(dāng)然，當(dāng)負(fù)載超過(guò)一定的限度時(shí)，還要求系統(tǒng)能有效的自我保護(hù)。迅速安全制動(dòng)停車(chē)，即所謂要具備挖土機(jī)機(jī)械特性)。（5）工作方式轉(zhuǎn)換容易。要能夠方便的進(jìn)行自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)、驗(yàn)繩、調(diào)繩等工作方式的轉(zhuǎn)換，操作方便，控制靈活，不至于因工作方式的轉(zhuǎn)換影響正常生產(chǎn)。（6）采用新技術(shù)和節(jié)能設(shè)備，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和提高整個(gè)系統(tǒng)的工作效率。具備必要的連鎖和安全保護(hù)環(huán)節(jié)，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行.盡量節(jié)約能源和降低運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。4.2提升電機(jī)模型基于PLC電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)圖4-2提升電機(jī)模型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖4-3電機(jī)提升控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案4.3.1選擇機(jī)型本次設(shè)計(jì)采用西門(mén)子S7-200系列PLC進(jìn)行控制，從以上分析可以知道，該系統(tǒng)只需開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)2個(gè)，模擬量輸出點(diǎn)1個(gè)。本系統(tǒng)變頻器采用普傳科技PI8000系列變頻器。4.3.2系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)由PLC和變頻器組成的控制系統(tǒng)，開(kāi)關(guān)量輸入端由兩輸入，開(kāi)始與停止按鈕；PLC輸出端是從0—10V的模擬量作為變頻器的輸入。實(shí)現(xiàn)如下控制：0V輸出頻率為0Hz，對(duì)應(yīng)同步轉(zhuǎn)速為0r/min；5V輸出頻率為50Hz，對(duì)應(yīng)同步轉(zhuǎn)速為1500r/min；7.5V輸出頻率為75Hz，對(duì)應(yīng)同步轉(zhuǎn)速為2250r/min；10V輸出頻率為100Hz，對(duì)應(yīng)同步轉(zhuǎn)速為3000r/min。4.3.3系統(tǒng)接線圖1.主電路圖主電路圖是由三相電供電，變頻器控制三相異步電動(dòng)機(jī)電機(jī)，其中有熱繼電器保護(hù)裝置。如圖4-4所示。圖4-4系統(tǒng)主電路圖2.控制電路圖圖4-5系統(tǒng)控制電路圖4.3.3控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)表4-1PLC的I/O分配輸入輸出外接元件地址功能地址功能SB1I0.1電機(jī)啟動(dòng)按鈕AQW0電機(jī)啟動(dòng)SB2I0.2電鈕停止按鈕4.4設(shè)計(jì)步驟（1）使用PLC的兩個(gè)輸入點(diǎn)I0.1和I0.2分別作為系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止信號(hào)的輸入點(diǎn)；（2）使用PLC的一個(gè)模擬量輸出點(diǎn)AQW0作為使電機(jī)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)的輸出信號(hào)，接PI8000變頻器的AI1、GND端子上；（3）調(diào)節(jié)變頻器使其輸出頻率受模擬量輸入電壓控制；（4）然后編制輸出按時(shí)間函數(shù)循環(huán)的梯形圖程序；（5）最后調(diào)試并運(yùn)行。4.5系統(tǒng)流程框圖圖4-6系統(tǒng)流程框圖4.6系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)4.6.1變頻器參數(shù)設(shè)置表表4-2變頻器參數(shù)設(shè)置表代碼描述/LCD鍵盤(pán)顯示功能描述數(shù)量參數(shù)組號(hào)S監(jiān)視功能組監(jiān)視頻率，電流等16種監(jiān)視對(duì)象160BF基本功能組頻率設(shè)定，控制方式，加減速時(shí)間等5100A用戶功能組監(jiān)視，保護(hù)，通信功能設(shè)定5601oIO功能組模擬，數(shù)字量輸入，輸出功能6102H多段速度PLC組多段速度設(shè)定，PLC運(yùn)行5603UV/F參數(shù)組用戶自定義V/F曲線1604PPID功能組內(nèi)置PID參數(shù)設(shè)定1305E擴(kuò)展功能組恒壓供水等功能參數(shù)設(shè)定2406C速度環(huán)參數(shù)組電流環(huán)，速度環(huán)，PG參數(shù)3207b電機(jī)參數(shù)組電機(jī)參數(shù)設(shè)定2308y系統(tǒng)功能組參數(shù)復(fù)位，故障查詢(xún)，產(chǎn)品信息，參數(shù)保護(hù)18094.6.2輸出規(guī)格及標(biāo)度變換1.輸出規(guī)格如果設(shè)置值超過(guò)下面提供的規(guī)定，將發(fā)生輸出設(shè)置錯(cuò)誤，并將輸出有輸出保持功能規(guī)定的輸出量，如圖4-7所示。根據(jù)設(shè)計(jì)要求選取輸出范圍：0~10V。圖4-7輸出規(guī)格圖2.標(biāo)度變換輸出范圍：0~10V所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為：00000~32000標(biāo)度變換公式：。5系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)5.1STEP7-Micro/Win32簡(jiǎn)介本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是根據(jù)系統(tǒng)給定的時(shí)間函數(shù)運(yùn)行的，所以軟件的設(shè)計(jì)主要是以時(shí)間原則來(lái)設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的PLC程序是基于STEP7-Micro/Win32的開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行編程的。STEP7-Micro/Win32是西門(mén)子公司專(zhuān)為SIWATICS7-200系列可編程控制器研制開(kāi)發(fā)的編程軟件，它是基于Windows的應(yīng)用軟件，功能強(qiáng)大，既可用于開(kāi)發(fā)用戶程序，又可實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。STEP7-Micro/Win32的基本功能是協(xié)助用戶開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件，在該環(huán)境下可創(chuàng)建用戶程序，修改和編輯原有的用戶程序，實(shí)現(xiàn)用戶所編輯程序的管理。該軟件還具有語(yǔ)法檢查功能，可在編程中檢查用戶程序的語(yǔ)法錯(cuò)誤。利用該軟件的監(jiān)控功能還可以實(shí)現(xiàn)用戶程序的調(diào)試及監(jiān)控。軟件的大部分功能，如程序的編制、編譯、調(diào)試相關(guān)的組態(tài)等工作，在離線工作方式——計(jì)算機(jī)并未和PLC連接時(shí)即可實(shí)現(xiàn)，部分功能需在在線情況下實(shí)現(xiàn)。STEP7-Micro/WIN32V3.1編程軟件可以對(duì)CPU221/222/224/224XP/226功能進(jìn)行編程。同時(shí)也可以使用STEP7-Micro/WIN16V2.1軟件包，但是它只支持對(duì)S7-21x同樣具有的功能進(jìn)行編程。如果使用STEP7-Micro/WIN32V3.1編程軟件，則也可以通過(guò)SIMATICCP5511或CP5611編程。在這種情況下，通訊速率可高達(dá)187.5kbit/s?？梢岳肞C/PPI電纜和自由口通訊功能把S7-200CPU連接到許多和RS-232標(biāo)準(zhǔn)兼容的設(shè)備。用STEP7-Micro/WIN創(chuàng)建用戶程序：要打開(kāi)STEP7-Micro/WIN，可以雙擊STEP7-Micro/WIN圖標(biāo)，也可以在命令菜單中選擇開(kāi)始>SIMATIC>STEP7-Micro/WIN32V4.0。STEP7-Micro/WIN項(xiàng)目窗口為創(chuàng)建的控制程序提供了一個(gè)便利的工作環(huán)境。工具欄提供有常用的菜單命令的快捷按鈕。您可以顯示或者隱藏任意工具欄。操作欄為訪問(wèn)STEP7-Micro/WIN中不同的程序組件提供了一組圖標(biāo)。指令樹(shù)顯示了所有的項(xiàng)目對(duì)象和創(chuàng)建的控制程序所需要的指令?？梢詫⒅噶顝闹噶顦?shù)中拖到您的應(yīng)用程序中，也可用雙擊指令的方法將該指令插入到程序編輯器中的當(dāng)前光標(biāo)所在地。程序編輯器中包括程序邏輯和局部變量表。您可以在局部變量表中為臨時(shí)的局部變量定義符號(hào)名。在程序編輯器的底部有子程序和中斷服務(wù)程序的標(biāo)簽。點(diǎn)擊這些標(biāo)簽，您可以在主程序、子程序和中斷服務(wù)程序之間切換。STEP7-Micro/WIN提供三種編輯器來(lái)創(chuàng)建您的程序：梯形圖（LAD）、語(yǔ)句表（STL）和功能塊圖（FBD）。盡管有一定限制，但是用任何一種程序編輯器編寫(xiě)的程序都可以用另外一種程序編輯器來(lái)瀏覽和編輯。在這里我們使用的是梯形圖（LAD）。LAD編輯器以圖形方式顯示程序，與電氣接線圖類(lèi)似。梯形圖程序允許程序仿真來(lái)自電源的電流通過(guò)一系列的邏輯輸入條件，決定是否使能邏輯輸出。一個(gè)LAD程序包括左側(cè)提供能流的能量線。閉合的觸點(diǎn)允許能量通過(guò)它們流到下一個(gè)元素，而打開(kāi)的觸點(diǎn)阻止能量的流動(dòng)。邏輯控制是分段的，程序在同一時(shí)間執(zhí)行一段，從左到右，從上到下。不同的指令用不同的圖形符號(hào)表，它包括三種基本形式。觸點(diǎn)代表邏輯輸入條件，例如；開(kāi)關(guān)、按鈕或者內(nèi)部條件等。線圈通常表示邏輯輸出結(jié)果，例如：燈負(fù)載、電機(jī)啟動(dòng)器、中間繼電器或者