畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-多段速PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1引言1.1論文研究的背景及意義在現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)中許多機(jī)械由于工藝需要，要求對(duì)電動(dòng)機(jī)調(diào)速。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的開展和成熟，交流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，采用變頻調(diào)速能夠更好的提高生產(chǎn)機(jī)械的控制精度、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化，和工作經(jīng)濟(jì)的需要.使交流拖動(dòng)系統(tǒng)具有優(yōu)良的控制性能，而且在許多生產(chǎn)場(chǎng)合具有顯著的節(jié)能效果，交流調(diào)速正逐步取代直流調(diào)速，往往需要進(jìn)行是失量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制，來滿足各種工藝要求[1]。近年來，隨著大功率電力晶體管和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的開展，變頻器被廣泛應(yīng)用于三相交流異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速、節(jié)能改造、改善生產(chǎn)工藝等。異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的根本途徑有：改變電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)p〔即變極調(diào)速〕、改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s〔即變轉(zhuǎn)差率調(diào)速〕和改變電動(dòng)機(jī)的電源頻率f1〔即變頻調(diào)速〕。本文是針對(duì)變頻調(diào)速的設(shè)計(jì)，采用變頻對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，具有調(diào)速范圍廣、靜態(tài)穩(wěn)定性好、運(yùn)行效率高、使用方便、可靠性高、經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)[2]。1.2多段速的應(yīng)用現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，在不同場(chǎng)合下要求生產(chǎn)機(jī)械采用不同的速度進(jìn)行工作，以保證生產(chǎn)機(jī)械的合理運(yùn)行，并提高產(chǎn)品的質(zhì)量。改變生產(chǎn)機(jī)械的速度就是調(diào)速。如金屬切削機(jī)械在進(jìn)行精加工時(shí)，為提高工件的外表光潔度而需要提高切削速度，對(duì)鼓風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載，用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量的方法，比通過閥門來調(diào)節(jié)的方法更要節(jié)能等等。20世紀(jì)70年代，隨著交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制理論、電力電子技術(shù)、以微處理為核心的全數(shù)字化控制等關(guān)鍵技術(shù)的開展，交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)逐步成熟。目前，變頻技術(shù)的運(yùn)用幾乎已經(jīng)擴(kuò)展到了工業(yè)的所有領(lǐng)域，并且在空調(diào)、洗衣機(jī)、電冰箱等家電產(chǎn)品中也得到了廣泛的應(yīng)用[3]。變頻調(diào)速的核心是變頻器，本設(shè)計(jì)主要針對(duì)變頻器控制電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)八段速運(yùn)行作相應(yīng)介紹。2MCGS通用版組態(tài)軟件簡(jiǎn)介計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速開展，為工業(yè)自動(dòng)化開辟了廣闊的開展空間，用戶可以方便快捷地組建優(yōu)質(zhì)高效的監(jiān)控系統(tǒng)，并且通過采用遠(yuǎn)程監(jiān)控及診斷、雙機(jī)熱備等先進(jìn)技術(shù)，使系統(tǒng)更加平安可靠，在這方面，MCGS系列〔通用版、網(wǎng)絡(luò)版、嵌入版〕工控組態(tài)軟件將為您提供強(qiáng)有力的軟件支持。2.1MCGS組態(tài)軟件的功能和特點(diǎn)MCGS即"監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)"，英文全稱為MonitorandControlGeneratedSystem。MCGS是為工業(yè)過程控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域效勞的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件，具有功能完善、操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn)。MCGS工控組態(tài)軟件的功能和特點(diǎn)可歸納如下：〔1〕概念簡(jiǎn)單，易于理解和使用。普通工程人員經(jīng)過短時(shí)間的培訓(xùn)就能正確掌握、快速完成多數(shù)簡(jiǎn)單工程工程的監(jiān)控程序設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作。用戶可避開復(fù)雜的計(jì)算機(jī)軟硬件問題，集中精力解決工程本身的問題[4]，按照系統(tǒng)的規(guī)定，組態(tài)配置出高性能、高可靠性、高度專業(yè)化的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)?！?〕功能齊全，便于方案設(shè)計(jì)。MCGS為解決工程監(jiān)控問題提供了豐富多樣的手段，從設(shè)備驅(qū)動(dòng)〔數(shù)據(jù)采集〕到數(shù)據(jù)處理、報(bào)警處理、流程控制、動(dòng)畫顯示、報(bào)表輸出、曲線顯示等各個(gè)環(huán)節(jié)，均有豐富的功能組件和常用圖形庫可供選用，用戶只需根據(jù)工程作業(yè)的需要和特點(diǎn)，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和組態(tài)配置，即可生成用戶應(yīng)用軟件系統(tǒng)[5]。(3)實(shí)時(shí)性與并行處理。MCGS充分利用了Windows操作平臺(tái)的多任務(wù)、按優(yōu)先級(jí)分時(shí)操作的功能，使PC機(jī)廣泛應(yīng)用于工程測(cè)控領(lǐng)域成為可能。工程作業(yè)中，大量的數(shù)據(jù)和信息需要及時(shí)收集，即時(shí)處理，在計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域稱其為實(shí)時(shí)性任務(wù)關(guān)鍵任務(wù)，如數(shù)據(jù)采集、設(shè)備驅(qū)動(dòng)和異常處理等[6]。另外許多工作那么是非實(shí)時(shí)性的，或稱為非時(shí)間關(guān)鍵任務(wù)，如畫面顯示，可在主機(jī)運(yùn)行周期時(shí)間內(nèi)插空進(jìn)行。而像打印數(shù)據(jù)一類的工作，可運(yùn)行于后臺(tái)，稱為脫機(jī)作業(yè)。MCGS是真正的32位系統(tǒng)，可同時(shí)運(yùn)行于MicrosoftWindows95，98和MicrosoftWindowsNT平臺(tái)，以線程為單位進(jìn)行分時(shí)并行處理?！?〕建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，便于用戶分步組態(tài)，保證系統(tǒng)平安可靠運(yùn)行。MCGS組態(tài)軟件由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五局部構(gòu)成。其中的“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫〞是整個(gè)系統(tǒng)的核心。在生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，每一局部均可分別進(jìn)行組態(tài)配置，獨(dú)立建造，互不相干；而在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，各個(gè)局部都通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫交換數(shù)據(jù)，形成互相關(guān)聯(lián)的整體[7]。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是一個(gè)數(shù)據(jù)處理中心，是系統(tǒng)各個(gè)局部及其各種功能性構(gòu)件的公用數(shù)據(jù)區(qū)。各個(gè)部件獨(dú)立地向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫輸入和輸出數(shù)據(jù)，并完成自己的過失控制?！?〕設(shè)立“設(shè)備工具箱〞，針對(duì)外部設(shè)備的特征，用戶從中選擇某種“構(gòu)件〞，設(shè)置于設(shè)備窗口內(nèi)，賦予相關(guān)的屬性，建立系統(tǒng)與外部設(shè)備的連接關(guān)系，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)該種設(shè)備的驅(qū)動(dòng)和控制。不同的設(shè)備對(duì)應(yīng)于不同的構(gòu)件，所有的設(shè)備構(gòu)件均通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫建立聯(lián)系，而建立時(shí)又是相互獨(dú)立的，即對(duì)某一構(gòu)件的操作或改動(dòng)，不影響其它構(gòu)件和整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，從這一意義上講，MCGS是一個(gè)“設(shè)備無關(guān)〞的系統(tǒng)，用戶不必因外部設(shè)備局部改動(dòng)，而影響整個(gè)系統(tǒng)?！?〕“面向窗口〞的設(shè)計(jì)方法，增加了可視性和可操作性。以窗口為單位，構(gòu)造用戶運(yùn)行系統(tǒng)的圖形界面，使得MCGS的組態(tài)工作既簡(jiǎn)單直觀，又靈活多變。用戶可以使用系統(tǒng)的缺省構(gòu)架，也可以根據(jù)需要自己組態(tài)配置，生成各種類型和風(fēng)格的圖形界面，包括DOS風(fēng)格的圖形界面、標(biāo)準(zhǔn)Windows風(fēng)格的圖形界面以及帶有動(dòng)畫效果的工具條和狀態(tài)條?！?〕利用豐富的“動(dòng)畫組態(tài)〞功能，快速構(gòu)造各種復(fù)雜生動(dòng)的動(dòng)態(tài)畫面。以圖象、圖符、數(shù)據(jù)、曲線等多種形式，為操作員及時(shí)提供系統(tǒng)運(yùn)行中的的狀態(tài)、品質(zhì)及異常報(bào)警等有關(guān)信息。用變化大小、改變顏色、明暗閃爍、移動(dòng)翻轉(zhuǎn)等多種手段，增強(qiáng)畫面的動(dòng)態(tài)顯示效果。圖元、圖符對(duì)象定義相應(yīng)的狀態(tài)屬性，即可實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫效果。同時(shí)，MCGS為用戶提供了豐富的動(dòng)畫構(gòu)件，模擬工程控制與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作業(yè)中常用的物理器件的動(dòng)作和功能。每個(gè)動(dòng)畫構(gòu)件都對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的動(dòng)畫功能。如：實(shí)時(shí)曲線構(gòu)件、歷史曲線構(gòu)件、報(bào)警顯示構(gòu)件、自由表格構(gòu)件等?！?〕引入“運(yùn)行策略〞的概念。復(fù)雜的工程作業(yè)，運(yùn)行流程都是多分支的。用傳統(tǒng)的編程方法實(shí)現(xiàn)，既繁瑣又容易出錯(cuò)。MCGS開辟了“策略窗口〞，用戶可以選用系統(tǒng)提供的各種條件和功能的“策略構(gòu)件〞，用圖形化的方法構(gòu)造多分支的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)自由、精確地控制運(yùn)行流程，按照設(shè)定的條件和順序，操作外部設(shè)備，控制窗口的翻開或關(guān)閉，與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。同時(shí)，也可以由用戶創(chuàng)立新的策略構(gòu)件，擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。〔9〕MCGS系統(tǒng)由五大功能部件組成，主要的功能部件以構(gòu)件的形式來構(gòu)造。不同的構(gòu)件有著不同的功能，且各自獨(dú)立。三種根本類型的構(gòu)件〔設(shè)備構(gòu)件、動(dòng)畫構(gòu)件、策略構(gòu)件〕完成了MCGS系統(tǒng)三大局部〔設(shè)備驅(qū)動(dòng)、動(dòng)畫顯示和流程控制〕的所有工作。用戶也可以根據(jù)需要，定制特定類型構(gòu)件，使MCGS系統(tǒng)的功能得到擴(kuò)充。這種充分利用“面向?qū)ο蟥暤募夹g(shù)，大大提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)充性。〔10〕支持OLEAutomation技術(shù)。MCGS允許用戶在VisualBasic中操作MCGS中的對(duì)象，提供了一套開放的可擴(kuò)充接口，用戶可根據(jù)自己的需要用VB編制特定的功能構(gòu)件來擴(kuò)充系統(tǒng)的功能?！?1〕MCGS中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)不再使用普通的文件，而是用數(shù)據(jù)庫來管理一切。組態(tài)時(shí)，系統(tǒng)生成的組態(tài)結(jié)果是一個(gè)數(shù)據(jù)庫；運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)對(duì)象、報(bào)警信息的存儲(chǔ)也是一個(gè)數(shù)據(jù)庫。利用數(shù)據(jù)庫來保存數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行效率，同時(shí)，也使其它應(yīng)用軟件系統(tǒng)能直接處理數(shù)據(jù)庫中的存盤數(shù)據(jù)?！?2〕設(shè)立“對(duì)象元件庫〞，解決了組態(tài)結(jié)果的積累和重新利用問題。所謂對(duì)象元件庫，實(shí)際上是分類存儲(chǔ)各種組態(tài)對(duì)象的圖庫。組態(tài)時(shí)，可把制作完好的對(duì)象〔包括圖形對(duì)象，窗口對(duì)象，策略對(duì)象，以至位圖文件等等〕以元件的形式存入圖庫中，也可把元件庫中的各種對(duì)象取出，直接為當(dāng)前的工程所用。隨著工作的積累，對(duì)象元件庫將日益擴(kuò)大和豐富，組態(tài)工作將會(huì)變得越來越簡(jiǎn)單方便?！?3〕提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)的支持?？紤]到工控系統(tǒng)今后的開展趨勢(shì)，MCGS充分運(yùn)用現(xiàn)今開展的DCCW(DistributedComputerCooperatorWork)技術(shù)，即分布式計(jì)算機(jī)協(xié)同工作方式，來使分散在不同現(xiàn)場(chǎng)之間的采集系統(tǒng)和工作站之間協(xié)同工作。通過MCGS，不同的工作站之間可以實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工控系統(tǒng)的分布式控制和管理。2.2MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成MCGS組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu)MCGS組態(tài)軟件〔以下簡(jiǎn)稱MCGS〕由“MCGS組態(tài)環(huán)境〞和“MCGS運(yùn)行環(huán)境〞兩個(gè)系統(tǒng)組成。兩局部互相獨(dú)立，又緊密相關(guān)。MCGS組態(tài)環(huán)境是生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境，由可執(zhí)行程序McgsSet.exe支持，其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。用戶在MCGS組態(tài)環(huán)境中完成動(dòng)畫設(shè)計(jì)、設(shè)備連接、編寫控制流程、編制工程打印報(bào)表等全部組態(tài)工作后，生成擴(kuò)展名為.mcg的工程文件，又稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫，其與MCGS運(yùn)行環(huán)境一起，構(gòu)成了用戶應(yīng)用系統(tǒng)，統(tǒng)稱為“工程〞。MCGS運(yùn)行環(huán)境是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，由可執(zhí)行程序McgsRun.exe支持，其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。在運(yùn)行環(huán)境中完成對(duì)工程的控制工作。MCGS工程的五大局部MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五局部構(gòu)成，每一局部分別進(jìn)行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的特性。(1)主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一個(gè)設(shè)備窗口和多個(gè)用戶窗口，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的翻開或關(guān)閉。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設(shè)計(jì)封面圖形，確定自動(dòng)啟動(dòng)的窗口，設(shè)定動(dòng)畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時(shí)間等。(2)設(shè)備窗口：是連接和驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的工作環(huán)境。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，注冊(cè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，定義連接與驅(qū)動(dòng)設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。(3)用戶窗口：本窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面，諸如：生成各種動(dòng)畫顯示畫面、報(bào)警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。(4)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫：是工程各個(gè)局部的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個(gè)局部連接成有機(jī)的整體。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動(dòng)畫連接及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的對(duì)象。(5)運(yùn)行策略：本窗口主要完成工程運(yùn)行流程的控制。包括編寫控制程序〔if…then腳本程序〕，選用各種功能構(gòu)件，如：數(shù)據(jù)提取、歷史曲線、定時(shí)器、配方操作、多媒體輸出等。圖2.2MCGS組態(tài)軟件構(gòu)成圖2.3MCGS組態(tài)軟件的工作方式 MCGS如何與設(shè)備進(jìn)行通訊：MCGS通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。包括數(shù)據(jù)采集和發(fā)送設(shè)備指令。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是由VB程序設(shè)計(jì)語言編寫的DLL〔動(dòng)態(tài)連接庫〕文件，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中包含符合各種設(shè)備通訊協(xié)議的處理程序，將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的特征數(shù)據(jù)采集進(jìn)來或發(fā)送出去。MCGS負(fù)責(zé)在運(yùn)行環(huán)境中調(diào)用相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，將數(shù)據(jù)傳送到工程中各個(gè)局部，完成整個(gè)系統(tǒng)的通訊過程。每個(gè)驅(qū)動(dòng)程序獨(dú)占一個(gè)線程，到達(dá)互不干擾的目的。MCGS如何產(chǎn)生動(dòng)畫效果：MCGS為每一種根本圖形元素定義了不同的動(dòng)畫屬性，如：一個(gè)長方形的動(dòng)畫屬性有可見度，大小變化，水平移動(dòng)等，每一種動(dòng)畫屬性都會(huì)產(chǎn)生一定的動(dòng)畫效果。所謂動(dòng)畫屬性，實(shí)際上是反映圖形大小、顏色、位置、可見度、閃爍性等狀態(tài)的特征參數(shù)。然而，我們?cè)诮M態(tài)環(huán)境中生成的畫面都是靜止的，如何在工程運(yùn)行中產(chǎn)生動(dòng)畫效果呢？方法是：圖形的每一種動(dòng)畫屬性中都有一個(gè)“表達(dá)式〞設(shè)定欄，在該欄中設(shè)定一個(gè)與圖形狀態(tài)相聯(lián)系的數(shù)據(jù)變量，連接到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，以此建立相應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，MCGS稱之為動(dòng)畫連接。當(dāng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中測(cè)控對(duì)象的狀態(tài)〔如：儲(chǔ)油罐的液面高度等〕發(fā)生變化時(shí)，通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒆兓臄?shù)據(jù)采集到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的變量中，該變量是與動(dòng)畫屬性相關(guān)的變量，數(shù)值的變化，使圖形的狀態(tài)產(chǎn)生相應(yīng)的變化〔如大小變化〕?，F(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)是連續(xù)被采集進(jìn)來的，這樣就會(huì)產(chǎn)生逼真的動(dòng)畫效果〔如儲(chǔ)油罐的液面的升高和降低〕。用戶也可編寫程序來控制動(dòng)畫界面，以到達(dá)滿意的效果。MCGS如何實(shí)施遠(yuǎn)程多機(jī)監(jiān)控：MCGS提供了一套完善的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，可通過TCP/IP網(wǎng)、Modem網(wǎng)和串口網(wǎng)將多臺(tái)計(jì)算機(jī)連接在一起，構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步、歷史數(shù)據(jù)同步和網(wǎng)絡(luò)事件的快速傳遞。同時(shí)，可利用MCGS提供的網(wǎng)絡(luò)功能，在工作站上直接對(duì)效勞器中的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行讀寫操作。分布式網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)的每一臺(tái)計(jì)算機(jī)都要安裝一套MCGS工控組態(tài)軟件。MCGS把各種網(wǎng)絡(luò)形式，以父設(shè)備構(gòu)件和子設(shè)備構(gòu)件的形式，供用戶調(diào)用，并進(jìn)行工作狀態(tài)、端口號(hào)、工作站地址等屬性參數(shù)的設(shè)置[8]。如何對(duì)工程運(yùn)行流程實(shí)施有效控制：MCGS開辟了專用的“運(yùn)行策略〞窗口，建立用戶運(yùn)行策略。MCGS提供了豐富的功能構(gòu)件，供用戶選用，通過構(gòu)件配置和屬性設(shè)置兩項(xiàng)組態(tài)操作，生成各種功能模塊〔稱為“用戶策略〞〕，使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件，操作實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)畫窗口的任意切換，控制系統(tǒng)的運(yùn)行流程和設(shè)備的工作狀態(tài)。所有的操作均采用面向?qū)ο蟮闹庇^方式，防止了煩瑣的編程工作。2.4MCGS組態(tài)軟件的操作方式系統(tǒng)工作臺(tái)面是MCGS組態(tài)操作的總工作臺(tái)面。鼠標(biāo)雙擊Windows95/98/NT工作臺(tái)面上的“MCGS組態(tài)環(huán)境〞圖標(biāo)，或執(zhí)行“開始〞菜單中的“MCGS組態(tài)環(huán)境〞菜單項(xiàng)，彈出的窗口即為MCGS的工作臺(tái)窗口，設(shè)有：〔1〕標(biāo)題欄：顯示“MCGS組態(tài)環(huán)境-工作臺(tái)〞標(biāo)題、工程文件名稱和所在目錄；〔2〕菜單條：設(shè)置MCGS的菜單系統(tǒng)；〔3〕工具條：設(shè)有對(duì)象編輯和組態(tài)用的工具按鈕。不同的窗口設(shè)有不同功能的工具條按鈕。工作臺(tái)面可進(jìn)行組態(tài)操作和屬性設(shè)置。上部設(shè)有五個(gè)窗口標(biāo)簽，分別對(duì)應(yīng)主控窗口、用戶窗口、設(shè)備窗口、運(yùn)行策略和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫五大窗口[9]。鼠標(biāo)單擊標(biāo)簽按鈕，即可將相應(yīng)的窗口激活，進(jìn)行組態(tài)操作；工作臺(tái)右側(cè)還設(shè)有創(chuàng)立對(duì)象和對(duì)象組態(tài)用的功能按鈕；組態(tài)工作窗口是創(chuàng)立和配置圖形對(duì)象、數(shù)據(jù)對(duì)象和各種構(gòu)件的工作環(huán)境，又稱為對(duì)象的編輯窗口。主要包括組成工程框架的五大窗口，即：主控窗口，用戶窗口，設(shè)備窗口，運(yùn)行策略窗口，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫窗口。分別完成工程命名和屬性設(shè)置、動(dòng)畫設(shè)計(jì)、設(shè)備連接、編寫控制流程、定義數(shù)據(jù)變量等項(xiàng)組態(tài)操作。屬性設(shè)置窗口是設(shè)置對(duì)象各種特征參數(shù)的工作環(huán)境，又稱屬性設(shè)置對(duì)話框。對(duì)象不同，屬性窗口的內(nèi)容各異，但結(jié)構(gòu)形式大體相同。主要由以下幾局部組成：〔1〕窗口標(biāo)題：位于窗口頂部，顯示“××屬性設(shè)置〞字樣的標(biāo)題；〔2〕窗口標(biāo)簽：不同屬性的窗口分頁排列，窗口標(biāo)簽作為分頁的標(biāo)記，各類窗口分頁排列，鼠標(biāo)單擊窗口標(biāo)簽，即可將相應(yīng)的窗口頁激活，進(jìn)行屬性設(shè)置；〔3〕輸入框：設(shè)置屬性的輸入框，左側(cè)標(biāo)有屬性注釋文字，框內(nèi)輸入屬性內(nèi)容。為了便于用戶操作，許多輸入框的右側(cè)帶有“？〞、“▲〞、“…〞等標(biāo)志符號(hào)的選項(xiàng)按鈕，鼠標(biāo)單擊此按鈕，彈出一列表框，鼠標(biāo)雙擊所需要的工程，即可將其設(shè)置于輸入框內(nèi)；〔4〕選項(xiàng)鈕：帶有“○〞標(biāo)記的屬性設(shè)定器件。同一設(shè)置欄內(nèi)有多個(gè)選項(xiàng)鈕時(shí)，只能選擇其一；〔5〕復(fù)選框：帶有“□〞標(biāo)記的屬性設(shè)定器件。同一設(shè)置欄內(nèi)有多個(gè)選項(xiàng)框時(shí)，可以設(shè)置多個(gè)；〔6〕功能按鈕：一般設(shè)有“檢查[C]〞、“確認(rèn)[Y]〞、“取消[N]〞、“幫助[H]〞四種按鈕：“檢查[C]〞按鈕用于檢查當(dāng)前屬性設(shè)置內(nèi)容是否正確；“確認(rèn)[Y]〞按鈕用于屬性設(shè)置完畢，返回組態(tài)窗口；“取消[N]〞按鈕用于取消當(dāng)前的設(shè)置，返回組態(tài)窗口；“幫助[H]〞按鈕用于查閱在線幫助文件。圖形庫工具箱包括：〔1〕系統(tǒng)圖形工具箱：進(jìn)入用戶窗口，鼠標(biāo)點(diǎn)擊工具條中的“工具箱〞按鈕，翻開圖形工具箱，其中設(shè)有各種圖元、圖符、組合圖形及動(dòng)畫構(gòu)件的位圖圖符。利用這些最根本的圖形元素，可以制作出任何復(fù)雜的圖形?！?〕設(shè)備構(gòu)件工具箱：進(jìn)入設(shè)備窗口，鼠標(biāo)點(diǎn)擊工具條中的“工具箱〞按鈕，翻開設(shè)備構(gòu)件工具箱窗口，其中設(shè)有與工控系統(tǒng)經(jīng)常選用的測(cè)控設(shè)備相匹配的各種設(shè)備構(gòu)件。選用所需的構(gòu)件，放置到設(shè)備窗口中，經(jīng)過屬性設(shè)置和通道連接后，該構(gòu)件即可實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的驅(qū)動(dòng)和控制?！?〕策略構(gòu)件工具箱：進(jìn)入運(yùn)行策略組態(tài)窗口，鼠標(biāo)點(diǎn)擊工具條中的“工具箱〞按鈕，翻開策略構(gòu)件工具箱，工具箱內(nèi)包括所有策略功能構(gòu)件。選用所需的構(gòu)件，生成用戶策略模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行流程的有效控制。〔4〕對(duì)象元件庫：對(duì)象元件庫是存放組態(tài)完好并具有通用價(jià)值動(dòng)畫圖形的圖形庫便于對(duì)組態(tài)成果的重復(fù)利用。進(jìn)入用戶窗口的組態(tài)窗口，執(zhí)行“工具〞菜單中的“對(duì)象元件庫管理〞菜單命令，或者翻開系統(tǒng)圖形工具箱，選擇“插入元件〞圖標(biāo)，可翻開對(duì)象元件庫管理窗口，進(jìn)行存放圖形的操作?！?〕工具按鈕一覽：工作臺(tái)窗口的工具條一欄內(nèi)，排列標(biāo)有各種位圖圖標(biāo)的按鈕，稱為工具條功能按鈕，簡(jiǎn)稱為工具按鈕。許多按鈕的功能與菜單條中的菜單命令相同，但操作更為簡(jiǎn)便，因此在組態(tài)操作中經(jīng)常使用。在本書的后面，用附表列出了各個(gè)窗口內(nèi)工具按鈕的名稱、位圖、功能，以備用戶查閱。3PLC簡(jiǎn)介3.1PLC開展?fàn)顩r及其前景PLC英文全稱ProgrammableLogicController，中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程.PLC是可編程邏輯電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語言，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用，可以說有半導(dǎo)體的地方就有PLC[10]。PLC是一種專門為在工業(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)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原那么而設(shè)計(jì)。1968年美國GM〔通用汽車〕公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字設(shè)備公司〔DEC〕研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable,是世界上公認(rèn)的第一臺(tái)PLC。20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化開展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器開展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC開展最快的時(shí)期，年增長率一直保持為30~40%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。20世紀(jì)末期，可編程控制器的開展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個(gè)時(shí)期開展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的開展。我國可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。可以預(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地[11]。21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的開展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向開展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的開展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的開展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS〔DistributedControlSystem〕中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的開展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成局部，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。3.2PLC的結(jié)構(gòu)及其功能從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式〔模塊式〕兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)那么組合配置。CPU的構(gòu)成CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的存放器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、存放器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對(duì)各局部的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令[12]。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。存放器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出局部〔I/O〕完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入〔DI〕，開關(guān)量輸出〔DO〕，模擬量輸入〔AI〕，模擬量輸出〔AO〕等模塊。常用的I/O分類如下：開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型〔4-20mA,0-20mA〕、電壓型〔0-10V,0-5V,-10-10V〕等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的根本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源〔220VAC或110VAC〕，直流電源〔常用的為24VDC〕。底板或機(jī)架大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。3.2.5PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(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。小編程器PLC一般有手持型編程器[13]，目前一般由計(jì)算機(jī)〔運(yùn)行編程軟件〕充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。人機(jī)界面：最簡(jiǎn)單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏〔或觸摸屏〕式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計(jì)算機(jī)〔運(yùn)行組態(tài)軟件〕充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。PLC的通信聯(lián)網(wǎng)：依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出"網(wǎng)絡(luò)就是控制器"的觀點(diǎn)說法。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC的通信現(xiàn)在主要采用通過多點(diǎn)接口〔MPI〕的數(shù)據(jù)通訊、PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)[14]。3.3松下FP0特點(diǎn)本設(shè)計(jì)基于松下FP0的各種優(yōu)點(diǎn)，選擇了松下FP0系列PLC。松下FP0系列PLC具有以下特點(diǎn)：◆超小型尺寸，具有世界上最小的安裝面積，寬25X高90X長60毫米?！糨p松擴(kuò)展，擴(kuò)展單元可直接連接到控制單元上、不需任何電纜。◆從I/O10點(diǎn)到最大I/O128點(diǎn)的選擇空間?！魮碛袕V泛的應(yīng)用領(lǐng)域。4變頻器簡(jiǎn)介4.1變頻器的組成及作用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控制裝置。它主要由兩局部電路構(gòu)成，一是主電路〔整流模塊、電解電容和逆變模塊〕，二是控制電路〔開關(guān)電源板、控制電路板〕[15]。CPU就安裝在控制電路板上，變頻器的操作軟件燒錄在CPU上，同一型號(hào)的變頻器軟件是固定的，唯一例外的就是三晶變頻器，軟件可根據(jù)使用需求更改。變頻器通常分為4局部：整流單元、高容量電容、逆變器和控制器。整流單元將工作頻率固定的交流電轉(zhuǎn)換為直流電；高容量電容存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換后的電能；逆變器由大功率開關(guān)晶體管陣列組成電子開關(guān)，將直流電轉(zhuǎn)化成不同頻率、寬度、幅度的方波；控制器按設(shè)定的程序工作，控制輸出方波的幅度與脈寬，使疊加為近似正弦波的交流電，驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)。變頻器集成了高壓大功率晶體管技術(shù)和電子控制技術(shù)，得到廣泛應(yīng)用。變頻器的作用是改變交流電機(jī)供電的頻率和幅值，因而改變其運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)的周期，到達(dá)平滑控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。變頻器的出現(xiàn)，使得復(fù)雜的調(diào)速控制簡(jiǎn)單化，用變頻器+交流鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)組合替代了大局部原先只能用直流電機(jī)完成的工作，縮小了體積，降低了維修率，使傳動(dòng)技術(shù)開展到新階段。4.2變頻器的工作原理主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換局部，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。它由三局部構(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(dòng)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(jìn)行再生運(yùn)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(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓〔電流〕。裝置容量小時(shí)，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(jiǎn)單的平波回路?！?〕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(shí)間使6個(gè)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(shí)間和電壓波形?？刂齐娐肥墙o異步電動(dòng)機(jī)供電〔電壓、頻率可調(diào)〕的主電路提供控制信號(hào)的回路，它有頻率、電壓的“運(yùn)算電路〞，主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路〞，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路〞，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的“驅(qū)動(dòng)電路〞，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路〞組成?！?〕運(yùn)算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比擬運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率?！?〕電壓、電流檢測(cè)電路：與主回路電位隔離檢測(cè)電壓、電流等?！?〕驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)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?！?〕速度檢測(cè)電路:以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸機(jī)上的速度檢測(cè)器(tg、plg等)的信號(hào)為速度信號(hào)，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)[16]。〔5〕保護(hù)電路:檢測(cè)主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。4.3松下VF0變頻器簡(jiǎn)介松下VF0變頻器特點(diǎn)◆為了滿足各類機(jī)器小型化的需要，實(shí)現(xiàn)了同類產(chǎn)品中最小型化的目標(biāo)

◆0.2KW和0.4KW型，寬78mm×高110mm，體積僅松下公司過去產(chǎn)品的40%～50%

◆可與PLC直接調(diào)節(jié)頻率、直接接收PLC的PWM信號(hào)并可控制電動(dòng)機(jī)頻率

◆采用了新設(shè)計(jì)的調(diào)頻電位器，用操作盤就可容易地操作正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)

◆內(nèi)裝8段速控制制動(dòng)功能〔0.2KW無制動(dòng)功能〕，再試功能等主電路接線圖4.1主電路接線圖控制電路接線圖4.2控制電路接線圖各端子介紹如下：表4.1端子功能表各局部名稱及功能圖4.3VF0變頻器結(jié)構(gòu)圖5PLC基于三相異步電機(jī)的多段速控制5.1變頻器與電機(jī)連接調(diào)試接線及操作方法主線路接線方式詳見圖4.1接線時(shí)考前須知：將電源連接到輸入端子〔L,N〕上，電動(dòng)機(jī)連接到輸出端子〔U,V,W〕上。電源和電動(dòng)機(jī)的端子請(qǐng)使用帶套筒的圓形壓緊式端子。主電路接線后，一定要確認(rèn)連接的是否牢靠。否那么一旦控制電路接線后會(huì)因電線的進(jìn)出受到限制而不能重新擰緊主電路。以最短方式連接到大容量電源變壓器時(shí)〔500KVA以上〕，在變頻器的輸入端一定要設(shè)置改善功率因數(shù)的扼流圈〔可選件〕[17]。為了適應(yīng)CE標(biāo)記的要求，變頻器的電源輸入端，必須設(shè)置過電流、短路以及漏電的保護(hù)設(shè)備。利用操作板設(shè)定頻率及正反轉(zhuǎn)功能。在操作板上設(shè)定頻率和正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)功能有兩種方式。設(shè)定頻率：電位器設(shè)定方式、數(shù)字設(shè)定方式正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)運(yùn)行：正轉(zhuǎn)運(yùn)行/反轉(zhuǎn)運(yùn)行方式、運(yùn)行/停止·旋轉(zhuǎn)方向模式設(shè)定方式變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的多段調(diào)速功能〔1〕通過設(shè)定SW〔控制電路端子No.7.8.9〕的控制功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的多速控制。將SW功能設(shè)定為多速功能是的SW輸入組合動(dòng)作如下表所示。表5.1多段速SW輸入組合表注1〕第一速為用參數(shù)P09所設(shè)定的頻率設(shè)定信號(hào)的指令值。注2〕第2-8速為用參數(shù)P32-38所設(shè)定的頻率。〔2〕由于多功能輸入端子No.〔SW1，SW2，SW3〕，可選擇9種功能，它們是通過設(shè)定參數(shù)P19，P20，P21的值來實(shí)現(xiàn)的，而多段速SW功能要這三個(gè)參數(shù)設(shè)定為0，所以參數(shù)P19/P20/P21設(shè)定數(shù)據(jù)值為0?！?〕設(shè)定參數(shù)P03：在最大輸出頻率〔50-250Hz〕之中，可單獨(dú)任意設(shè)定50.60Hz和50-250Hz的V/F方式。表5.2參數(shù)P03功能表根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，將P03設(shè)定為FF模式。〔4〕最大輸出頻率和根本頻率的設(shè)定：設(shè)定最大輸出頻率(參數(shù)P15)為100Hz，設(shè)定根本頻率〔參數(shù)P16〕為50Hz?！?〕下限頻率和上限頻率的設(shè)定：設(shè)定下限頻率〔參數(shù)P53〕為0.5Hz，設(shè)定上限頻率〔參數(shù)P54〕為150Hz?！?〕頻率設(shè)定信號(hào)〔參數(shù)P09〕可選擇利用板前操作或遙控操作的輸入信號(hào)來進(jìn)行頻率設(shè)定信號(hào)的操作。表5.3參數(shù)P09功能表注1〕使用4-20mA信號(hào)時(shí)，在端子No.2-3之間必須接上“200歐電阻〞。〔如不接200歐電阻，有可能會(huì)造成變頻器損壞。注2〕在數(shù)據(jù)設(shè)定為“1〞以外的模擬信號(hào)的情況下，變頻器在這個(gè)輸入信號(hào)全刻度的約1/100的條件下進(jìn)行運(yùn)行/停止操作?！擦汶妷和Ｖ构δ埽赫?qǐng)參照第56頁〕根據(jù)上表，本設(shè)計(jì)選擇數(shù)據(jù)設(shè)定為“1〞的模擬信號(hào)，按下操作板上的MODE鍵，選擇頻率設(shè)定模式〔Fr〕，按下SET鍵之后，顯示出用▲上升鍵或▼下降鍵所設(shè)定的頻率，按下SET鍵進(jìn)行設(shè)定確定。設(shè)定P09的指令頻率為5Hz。〔7〕P09的指令頻率即為第一速頻率，參數(shù)P32-38所設(shè)定的值為第2-8速，本設(shè)計(jì)設(shè)定：P32=20Hz；P33=30Hz；P34=40Hz；P35=50Hz；P36=60Hz；P37=70Hz；P38=80Hz。通過以上參數(shù)的設(shè)定，改變控制電路端子No7、8、9的通斷即可實(shí)現(xiàn)多段調(diào)速。實(shí)現(xiàn)電機(jī)啟、停和正、反轉(zhuǎn)功能選擇運(yùn)行指令〔參數(shù)P08〕可選擇用操作板〔面板操作〕或用外控操作的輸入信號(hào)來進(jìn)行運(yùn)行/停止和正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)。表5.4參數(shù)P08功能表*操作板復(fù)位功能異常中斷時(shí)，用外控停止信號(hào)不能復(fù)位，要使用“此操作板上的停止SW信號(hào)進(jìn)行復(fù)位的功能〞。但是，當(dāng)使用復(fù)位鎖定功能時(shí)，復(fù)位鎖定功能將會(huì)優(yōu)先。另外復(fù)位功能也有效?！?〕正轉(zhuǎn)運(yùn)行/反轉(zhuǎn)運(yùn)行方式〔將參數(shù)P08設(shè)定為“1〞〕按下操作板上的▲鍵〔正轉(zhuǎn)〕或▼鍵〔反轉(zhuǎn)〕來選擇旋轉(zhuǎn)方向，按下RUN鍵那么開始運(yùn)行。按下STOP鍵為停止運(yùn)行。注：僅按下RUN鍵時(shí)不會(huì)運(yùn)行。當(dāng)頻率設(shè)定為數(shù)字設(shè)定方式時(shí)，MOP功能不能使用?！?〕運(yùn)行/停止·旋轉(zhuǎn)方向模式設(shè)定方式〔參數(shù)P08設(shè)定為“0〞〕最初按兩次MODE鍵使其變?yōu)樾D(zhuǎn)方向設(shè)定模式，用SET鍵顯示旋轉(zhuǎn)方向數(shù)據(jù)，用▲上升鍵或▼下降鍵改變旋轉(zhuǎn)方向，用SET鍵進(jìn)行設(shè)定[18]。〔出廠時(shí)已設(shè)定為正轉(zhuǎn)狀態(tài)〕然后，按下RUN鍵使其開始運(yùn)行，按下STOP鍵使其停止運(yùn)行。本次變頻器操作運(yùn)用操作板運(yùn)行操作：正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)功能：正轉(zhuǎn)運(yùn)行/反轉(zhuǎn)運(yùn)行〔參數(shù)P08=1〕頻率設(shè)定：電位器設(shè)定〔參數(shù)P09=0〕此時(shí)運(yùn)行頻率為25赫茲時(shí)的正轉(zhuǎn)電源ON(顯示部顯示燈亮)→設(shè)定正轉(zhuǎn)〔按下▲上升鍵將旋轉(zhuǎn)方向設(shè)定為正轉(zhuǎn)，現(xiàn)行狀態(tài)：O為停止，F(xiàn)為正轉(zhuǎn)，r為反轉(zhuǎn)〕狀態(tài)為→運(yùn)行指令〔按下RUN鍵，雖已變?yōu)檫\(yùn)行狀態(tài)，但因頻率受設(shè)定鈕在Min.位置上，所以處于零電壓停止?fàn)顟B(tài)〕狀態(tài)為→設(shè)定頻率〔慢慢向右轉(zhuǎn)動(dòng)頻率設(shè)定鈕，使電動(dòng)機(jī)開始運(yùn)行，當(dāng)顯示為25.0時(shí)，即在25赫茲下運(yùn)行〕狀態(tài)為→改變頻率〔將頻率設(shè)定鈕向右轉(zhuǎn)動(dòng)，使之到達(dá)50赫茲，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度上升，將到達(dá)50赫茲〕狀態(tài)為→停止指令〔按下STOP鍵，電機(jī)開始轉(zhuǎn)速，約5秒后停止〕狀態(tài)為。反轉(zhuǎn)運(yùn)行操作一致，狀態(tài)出現(xiàn)正常，可通過頻率改變實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，但是操作比擬麻煩，人力需要多[19]。5.2PLC、變頻器及電動(dòng)機(jī)的連接調(diào)試PLC控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)圖5.1FP0控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)梯形圖上圖為松下FP0系列PLC實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的梯形圖。其中X0為正轉(zhuǎn)按鈕，X1為反轉(zhuǎn)按鈕，X2為停止按鈕。5.2.2PLC實(shí)現(xiàn)電機(jī)的八段調(diào)速圖5.2FP0實(shí)現(xiàn)電機(jī)八段調(diào)速梯形圖上圖為PLC實(shí)現(xiàn)電機(jī)八段速控制的梯形圖，其中X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、XA分別為八個(gè)段速的控制按鈕[20]。5.3MCGS軟件設(shè)計(jì)的整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試MCGS設(shè)計(jì)的系統(tǒng)圖本設(shè)計(jì)為執(zhí)行多段調(diào)速，控制電機(jī)正、反轉(zhuǎn)及啟、停，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。設(shè)計(jì)圖如下：圖5.3多段速PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖本系統(tǒng)設(shè)定了八個(gè)按鈕，來實(shí)現(xiàn)頻率的八段調(diào)速，同時(shí)設(shè)有正、反、停按鈕來控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)[21]，而指示燈就是為了指示電機(jī)的運(yùn)行狀況。各局部的屬性設(shè)置〔1〕按鈕的屬性設(shè)置圖5.4輸入按鈕屬性設(shè)置圖如上圖所示，分別對(duì)按鈕1-8進(jìn)行屬性設(shè)置。如此設(shè)定的目的是當(dāng)按鈕1工作時(shí)，其他按鈕都不工作?！?〕正、反轉(zhuǎn)按鈕屬性設(shè)置圖5.5正、反轉(zhuǎn)按鈕屬性設(shè)置圖如上圖所示，對(duì)正、反轉(zhuǎn)按鈕進(jìn)行屬性設(shè)置，以到達(dá)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的目的?！?〕停止按鈕及其指示燈的屬性設(shè)置圖5.6停止按鈕屬性設(shè)置圖圖5.7指示燈屬性設(shè)置圖以上兩圖分別是停止按鈕和指示燈的屬性設(shè)置。MCGS設(shè)備驅(qū)動(dòng)的設(shè)置本設(shè)備構(gòu)件用于MCGS讀寫松下FP系列PLC設(shè)備的各種存放器。MCGS通過上位機(jī)中的串行口設(shè)備和PLC上的通訊單元建立串行通訊連接，從而到達(dá)操作PLC設(shè)備的目的[22]。串口父設(shè)備設(shè)置串口父設(shè)備用來設(shè)置通信參數(shù)和通信端口。通信參數(shù)必須設(shè)置成與PLC的設(shè)置一樣。否那么就無法通信。在MCGS設(shè)備窗口中，右擊窗口，從設(shè)備工具箱中添加通用串口父設(shè)備，然后將松下FP系列PLC設(shè)備掛接在串口父設(shè)備下，最后進(jìn)行屬性編輯。松下FP系列PLC設(shè)備的通信參數(shù)建議設(shè)置為：波特率9600，1位停止位，奇校驗(yàn)，8位數(shù)據(jù)位。如圖：圖5.8串口設(shè)備屬性設(shè)置圖〔2〕松下FP系列PLC設(shè)備屬性設(shè)置在串口父設(shè)備下掛接松下FP系列PLC設(shè)備，然后進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置方法如下：設(shè)備名稱：可根據(jù)需要來對(duì)設(shè)備進(jìn)行重新命名，但不能和設(shè)備窗口中已有的其它設(shè)備構(gòu)件同名。采集周期：為運(yùn)行時(shí)，MCGS對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作的時(shí)間周期，單位為毫秒，一般在靜態(tài)測(cè)量時(shí)設(shè)為1000ms，在快速測(cè)量時(shí)設(shè)為200ms。初始工作狀態(tài)：用于設(shè)置設(shè)備的起始工作狀態(tài)，設(shè)置為啟動(dòng)時(shí)，在進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境時(shí)，MCGS即自動(dòng)開始對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作，設(shè)置為停止時(shí)，MCGS不對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作，但可以用MCGS的設(shè)備操作函數(shù)和策略在MCGS運(yùn)行環(huán)境中啟動(dòng)或停止設(shè)備[23]。PLC地址：在通信時(shí)必須知道PLC的地址，默認(rèn)的為1，具體是多少與系統(tǒng)存放器的415對(duì)應(yīng)。假設(shè)只有一個(gè)PLC可以設(shè)置為1。系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試圖〔1〕模擬運(yùn)行環(huán)境的啟動(dòng)運(yùn)行圖圖5.9MCGS模擬運(yùn)行環(huán)境啟動(dòng)運(yùn)行圖〔2〕模擬運(yùn)行第一段速運(yùn)行圖圖5.10第一段速啟動(dòng)運(yùn)行圖〔3〕模擬運(yùn)行第一段速正轉(zhuǎn)運(yùn)行圖圖5.11第一段速正轉(zhuǎn)運(yùn)行圖〔4〕模擬運(yùn)行第六段速反轉(zhuǎn)運(yùn)行圖圖5.12第六段速反轉(zhuǎn)運(yùn)行圖如上圖所示，分別對(duì)八個(gè)按鈕即八段速進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，即可完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能調(diào)試。6結(jié)論隨著PLC本錢的降低，其功能越來越多，集成度越來越高，網(wǎng)絡(luò)能越來越強(qiáng)，具有良好的控制精度和高可靠性[24]，使得PLC成為現(xiàn)代自動(dòng)化的支柱。本設(shè)計(jì)利用松下VF0變頻器控制三相電機(jī)以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的多段調(diào)速，PLC的生產(chǎn)廠家和型號(hào)、種類繁多，不同型號(hào)自成體系有不同的程序語言和使用方法，本文擬用松下PF0型PLC，設(shè)計(jì)PLC在三相異步電機(jī)控制中的應(yīng)用，最后本設(shè)計(jì)采用了MCGS軟件設(shè)計(jì)了整個(gè)控制系統(tǒng)[25]，以便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)端控制。參考文獻(xiàn)[1]劉光起，周亞夫.PLC技術(shù)及應(yīng)用.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2021:15～37.[2]王阿根.PLC控制程序精編108例.北京:電子工