基于PLC與觸摸屏的電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)資料

1、基于PLC與觸摸屏的電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目： 基于PLC與觸摸屏的電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) 系 部： 電子工程系 專 業(yè)： 電氣自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 10137207 學(xué)生姓名： 文峰 指導(dǎo)教師： 王立鳳 職 稱： 講師 二0一二 年 月 日 目錄摘要1前 言2第一章 變頻器調(diào)速系統(tǒng)的方案確定41.1變頻器調(diào)速系統(tǒng)41.2系統(tǒng)的控制要求71.3 方案的確定7第二章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)82.1 PLC82.2 變頻器122.3 外部電路設(shè)計(jì)14第三章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)153.1 編程軟件的介紹153.2 PLC的工作原理173.3 PLC編程語(yǔ)言193.4 基本指令簡(jiǎn)介203.5

2、可編程控制器梯形圖設(shè)計(jì)規(guī)則223.6 變頻調(diào)速系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)23第四章 觸摸屏的設(shè)計(jì)284.1 觸摸屏的介紹284.2 觸摸屏基礎(chǔ)知識(shí)294.3 觸摸屏的使用294.4 軟件簡(jiǎn)單介紹304.5 實(shí)施內(nèi)容與步驟32第五章 結(jié) 論35參考文獻(xiàn)36致 謝3637摘要介紹了基于西門子PLC 和臺(tái)達(dá)觸摸屏的交流電機(jī)變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及軟件設(shè)計(jì)。開(kāi)關(guān)量輸入的觸摸屏和外部按鈕的雙重方式提高了調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,模塊化程序設(shè)計(jì)思想增強(qiáng)了程序的擴(kuò)展性和實(shí)用性。該系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果表明,人機(jī)交互界面友好,運(yùn)行安全穩(wěn)定,有利于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)簡(jiǎn)單工業(yè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想的掌握,達(dá)到了較好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。關(guān)鍵詞:可編

3、程控制器;觸摸屏;變頻器;調(diào)速系統(tǒng)AbstractThe design of hardware and sof tware of a f requency conversion speed system based on Siemens PLC andHitech touch screen are int roduced. Since the switch signals are input dually by touch screen and external buttons ,respectively ,the speed regulating system is of higher re

4、liability. Moreover ,the modularization programming methods enhance the extensibility and applicability. Practical test proves that this system is of performable human interface and higher stability and security ,it is helpful to enlighten the design idea of modern cont rolling systems for student s

5、 ,and thus acquires better teaching effect .Keywords :programmable logic cont roller ;touch screen ;f requency converter ; speed regulation system前 言 最先制作成電動(dòng)機(jī)的人是德國(guó)的雅可比，在兩個(gè)U型電磁鐵中間，裝異六臂輪，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

6、波特也成功地制出了驅(qū)動(dòng)印刷機(jī)的電動(dòng)機(jī)，印刷過(guò)美國(guó)電學(xué)期刊電磁和機(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，不實(shí)用。直到第一臺(tái)實(shí)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)工程師格拉姆發(fā)明了直流發(fā)電機(jī)。在設(shè)計(jì)上，直流發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)很相似。后來(lái)，格拉姆證明向直流發(fā)電機(jī)輸入電流，其轉(zhuǎn)子會(huì)像電動(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)，西門子開(kāi)始著手研究由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛，于是西門子公司制成了世界電車。1879年，在柏林工業(yè)展覽會(huì)上，西門子不冒煙的電車贏得觀眾的一片喝彩，西門子電機(jī)車當(dāng)時(shí)只有3馬力，后來(lái)美國(guó)發(fā)明大王愛(ài)迪生實(shí)驗(yàn)室的電機(jī)車已

7、達(dá)1215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。1888年南斯拉夫出生地美國(guó)發(fā)明家特斯拉發(fā)明了交流電動(dòng)機(jī)，它是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成，又稱感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用交流電，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，交流電動(dòng)機(jī)通常用三相交流電。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)特別適用于鐘表、電唱機(jī)和磁帶錄音機(jī)。當(dāng)今世界，電動(dòng)機(jī)的發(fā)展已成為衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化的標(biāo)準(zhǔn)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)和控制理論發(fā)展，電機(jī)調(diào)速技

8、術(shù)得到迅速發(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)，更給電動(dòng)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)，它采用新型變頻器，將50Hz的固定供電頻率轉(zhuǎn)換為30-130Hz的變化頻率，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率的自動(dòng)調(diào)節(jié)，達(dá)到節(jié)能和提高效率的目的。上個(gè)世紀(jì)80年代初，變頻器實(shí)現(xiàn)了商品化。在近20年的時(shí)間內(nèi)，經(jīng)歷了由模式控制到全數(shù)字控制和由采用BJ

9、T到采用IGBT兩大發(fā)展過(guò)程。80年代初采用的BJT的PWM變頻器實(shí)現(xiàn)了通用化。到了90年代初，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)器件開(kāi)始采用IGBT，僅三、四年的時(shí)間，IGBT變頻器的單機(jī)容量已達(dá)8000KVA，隨著IGBT容量的擴(kuò)大，通用變頻器的容量也將隨之?dāng)U大。變頻器主要電路中功率電路的模塊化，控制電路采用大規(guī)模集成電路和全數(shù)字控制技術(shù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用“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，采用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、保護(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

10、于絕緣金屬基底結(jié)構(gòu)，所以防電磁干擾能力強(qiáng)，保護(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，因而保護(hù)迅速且可靠，傳感信號(hào)也十分迅速。電力電子器件和控制技術(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。特別是微機(jī)的應(yīng)用，為變頻器多功能化和高性能化提供了可靠的保證。人們總結(jié)了交流調(diào)速電氣傳動(dòng)控制的大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，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提供了一種可能，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，使其成為一種具有高度軟件控制功能的新機(jī)種。目前出現(xiàn)了一類“多控制方式”通用變頻器。例如安用公司的VS616G5變頻器就有：無(wú)PG（速度

11、傳感器）V/f控制；有PG V/f控制；無(wú)PG矢量控制；有PG矢量控制等四種控制方式。通過(guò)控制面板，可以控制上述四種控制方式中的一種，一滿足用戶的需要。通用變頻器經(jīng)歷了模擬控制、數(shù)字控制、數(shù)?；旌峡刂?，直到全數(shù)字控制的演變，逐步地實(shí)現(xiàn)了多功能化和高性能化，進(jìn)而使之對(duì)各類生產(chǎn)機(jī)械/各類生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性不斷增強(qiáng)。最初通用變頻器僅是用于風(fēng)機(jī)、泵類負(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)域得到了相應(yīng)的擴(kuò)展。如搬運(yùn)機(jī)械，從反抗性負(fù)載的搬運(yùn)車輛、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)、立體停車廠等都已采用了通用變頻器。各類切削機(jī)床直到高速磨床乃至數(shù)控機(jī)床、加工中心超

12、速伺服機(jī)的精確位置控制都應(yīng)用通用變頻器。本系統(tǒng)是通過(guò)可編程控制三相交流異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速功能。具體內(nèi)容如下：在理論研究的基礎(chǔ)上，對(duì)變頻器調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行總體的設(shè)計(jì)。對(duì)變頻器調(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、多段速控制以及觸摸屏通訊方式的設(shè)計(jì)。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)，包括程序的編寫和分析。實(shí)現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)的觸摸屏設(shè)計(jì)。第一章 變頻器調(diào)速系統(tǒng)的方案確定1.1變頻器調(diào)速系統(tǒng)變頻調(diào)速系統(tǒng)由變頻器，電動(dòng)機(jī)和控制系統(tǒng)三大部分構(gòu)成，有時(shí)還包括負(fù)載。變頻器是一個(gè)能改變頻率的交流電源，它是系統(tǒng)的核心?？刂葡到y(tǒng)主要由控制器和電流，轉(zhuǎn)速等檢測(cè)儀器組成，用于按照給定指令，調(diào)節(jié)電動(dòng)

13、機(jī)的轉(zhuǎn)速和控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，完成傳動(dòng)任務(wù)。電動(dòng)機(jī)主要是異步電動(dòng)機(jī)，少數(shù)場(chǎng)合用同步電動(dòng)機(jī)。負(fù)載即各類工作機(jī)械，設(shè)備，用于完成各種生產(chǎn)任務(wù)。整個(gè)變頻調(diào)速系統(tǒng)如下圖所示。電源變頻器電動(dòng)機(jī)負(fù)載控制系統(tǒng)傳感器器電氣變量驅(qū)動(dòng)信號(hào)電氣變量機(jī)械變量指令輸入圖1.1 變頻調(diào)速系統(tǒng)1.1.1三相交流異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理當(dāng)向三相定子繞組中通過(guò)入對(duì)稱的三相交流電時(shí)，就產(chǎn)生了一個(gè)以同步轉(zhuǎn)速n1沿定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)圓空間作順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以n1轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體開(kāi)始時(shí)是靜止的，故轉(zhuǎn)子導(dǎo)體將切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向用右手定則判定）。由于導(dǎo)子導(dǎo)體兩端被短路環(huán)短接，在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的

14、作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中將產(chǎn)生與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向基本一致的感生電流。轉(zhuǎn)子的載流導(dǎo)體在定子磁場(chǎng)中受到電磁力的作用（力的方向用左手定則判定）。電磁力對(duì)轉(zhuǎn)子軸產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組（各相差120度電角度），通入三相對(duì)稱交流電后，將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路），載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相同。圖1.2 1.1.2變頻調(diào)速原理三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和頻率關(guān)系的表達(dá)式： n=60f(1-s)/p式中n為異步電動(dòng)機(jī)

15、的轉(zhuǎn)速 f為異步電動(dòng)機(jī)的頻率 s為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率 p為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)由上式可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的。變頻器是通過(guò)對(duì)電力半導(dǎo)體器件的通斷控制將電壓和頻率固定不變的交流電電源變換為電壓或頻率可變的交流電的電能控制裝置。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，不僅要實(shí)現(xiàn)調(diào)速，還要求機(jī)械系統(tǒng)能滿足機(jī)械特性和調(diào)速指標(biāo)。1.1.3變頻調(diào)速的基本控制方式 1）V/f控制 按照下圖所示的電壓，頻率關(guān)系對(duì)變頻器的頻率和電壓進(jìn)行控制，稱為V/f控制方式?；l以下可以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，基頻以上則可以實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。 圖1.3V/f控制是轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制，無(wú)需速度傳

16、感器，控制電路簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性好，是目前通用變頻器產(chǎn)品中使用較多的一種控制方式。但在V/f控制方式下，如果富在變化，轉(zhuǎn)速也會(huì)隨之變化，轉(zhuǎn)速的變化量與轉(zhuǎn)差率成正比。V/f控制的靜態(tài)調(diào)速精度較差，可采用轉(zhuǎn)差頻率方式來(lái)提高調(diào)速精度。2）轉(zhuǎn)差頻率控制 轉(zhuǎn)差頻率控制方式是閉環(huán)控制。根據(jù)速度傳感器的檢測(cè)，求出轉(zhuǎn)差頻率，再把它與速度設(shè)定值相疊加，以該疊加值作為逆變器的頻率設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)差補(bǔ)償?shù)拈]環(huán)控制，這種控制方式稱為轉(zhuǎn)差頻率控制方式。由于轉(zhuǎn)差補(bǔ)償?shù)淖饔?，調(diào)速精度提高了。采用V/f控制方式和轉(zhuǎn)差控制方式的控制思想都建立在異步電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型上，因此動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)不高，采用矢量控制方式可提高變頻調(diào)速

17、的動(dòng)態(tài)性能。3）矢量控制 根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，利用坐標(biāo)變換的手段，將交流電動(dòng)機(jī)的定子電流分解成磁場(chǎng)分量和轉(zhuǎn)矩分量電流，并分別加以控制，即模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方式對(duì)電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)矩分別進(jìn)行控制，可獲得類似于直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 矢量控制方法的出現(xiàn)，是異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速在電動(dòng)機(jī)的調(diào)速領(lǐng)域里全方位地處于優(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。1.2系統(tǒng)的控制要求本文通過(guò)PLC控制變頻器達(dá)到變頻調(diào)速的目的，從而實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、起停、加速、減速控制以及速度的調(diào)節(jié)，并且能夠在觸摸屏上進(jìn)行操作，控制電機(jī)調(diào)速。本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖所示。圖1.3 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖1.3 方案的確

18、定1.3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇在變頻電機(jī)中，電動(dòng)機(jī)類型選擇的原則是，在滿足工作機(jī)械對(duì)于托動(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)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉。因此，在選用電動(dòng)機(jī)種類時(shí)，若機(jī)械工作對(duì)拖行系統(tǒng)無(wú)過(guò)高的要求，應(yīng)優(yōu)先選用交流電動(dòng)機(jī)。在交流電動(dòng)機(jī)中，籠型異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便，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)還有一定的調(diào)速要求，所以本設(shè)計(jì)采用籠型異步電動(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；

19、電流：0.2A；頻率：50HZ；絕緣等級(jí)：E；1.3.2 變頻器的選擇根據(jù)用途對(duì)變頻器進(jìn)行分類，變頻器可以分為通用型系統(tǒng)型和專用型變頻器。西門子公司的MICROMASTER 440變頻器簡(jiǎn)稱MM440變頻器，由微處理器控制，采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極晶體管作為功率輸出器件。它居于矢量控制性能;內(nèi)置的制動(dòng)單元等等。以西門子的0.75W MM440變頻器為例，變頻器的部分技術(shù)參數(shù)如下：額定功率：0.75Kw輸入功率：4763hz輸出功率：0650Hz功率因素：0.98過(guò)載能力：150%,60s保護(hù)特性：過(guò)電壓和欠電壓保護(hù).短路和接地保護(hù).過(guò)負(fù)載保護(hù).變頻器過(guò)熱和電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù).電機(jī)失步保

20、護(hù).參數(shù)連鎖保護(hù).電動(dòng)機(jī)鎖定保護(hù)。第二章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1 PLC可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，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(guò)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(guò)程。  圖2.1可編程邏輯控制器其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本構(gòu)成為： 1）電源 行間距大點(diǎn)可編程邏輯控制器的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此，可編程邏

21、輯控制器的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去 2中央處理單元(CPU) 中央處理單元(CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(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)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(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)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(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

22、內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將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)一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，近年來(lái)對(duì)大型可編程邏輯控制器還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三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)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。 存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。 4輸入輸出接口電路1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，作用是可編程邏輯控制器與現(xiàn)場(chǎng)控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、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作

23、用可編程邏輯控制器通過(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)的控制信號(hào)。 5功能模塊 1高速計(jì)數(shù)器的工作模式高速計(jì)數(shù)器有12種工作模式，模式0模式2采用單路脈沖輸入的內(nèi)部方向控制加/減計(jì)數(shù)；模式3模式5采用單路脈沖輸入的外部方向控制加/減計(jì)數(shù)；模式6模式8采用兩路脈沖輸入的加/減計(jì)數(shù)；模式9模式11采用兩路脈沖輸入的雙相正交計(jì)數(shù)。S7-200 CPU224有 HSC0-HSC5六個(gè)高速計(jì)數(shù)器，每個(gè)高速計(jì)數(shù)器有多種不同的工作模式。高速計(jì)數(shù)器的工作模式和輸入端子的關(guān)系及說(shuō)明如表3-1所示。選用某個(gè)高速計(jì)數(shù)器在某種工作方式下工作后，高速計(jì)數(shù)器所使用的輸入不是任意選擇的，必須按系統(tǒng)指定的輸入點(diǎn)輸入信

24、號(hào)。如HSC1在模式11下工作，就必須用I0.6為A相脈沖輸入端，I0.7為B相脈沖輸入端，I1.0為復(fù)位端，I1.1為啟動(dòng)端。表2-1 高速計(jì)數(shù)器的工作模式和輸入端子的關(guān)系及說(shuō)明 HSC編號(hào)及其對(duì)應(yīng) 的輸入 端子HSC模式功能及說(shuō)明占用的輸入端子及其功能HSC0I0.0I0.1I0.2×HSC4I0.3I0.4I0.5×HSC1I0.6I0.7I1.0I1.1HSC2I1.2I1.3I1.4I1.5HSC3I0.1×××HSC5I0.4×××0單路脈沖輸入的內(nèi)部方向控制加/減計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)方向控制位=0，減計(jì)數(shù)；計(jì)數(shù)

25、方向控制位=1，加計(jì)數(shù)。脈沖輸入端×××1×復(fù)位端×2×復(fù)位端起動(dòng)3單路脈沖輸入的外部方向控制加/減計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)方向控制端=0，減計(jì)數(shù)；計(jì)數(shù)方向控制端=1，加計(jì)數(shù)。脈沖輸入端方向控制端××4復(fù)位端×5復(fù)位端起動(dòng)6兩路脈沖輸入的單相加/減計(jì)數(shù)。加計(jì)數(shù)有脈沖輸入，加計(jì)數(shù)；減計(jì)數(shù)端脈沖輸入，減計(jì)數(shù)。加計(jì)數(shù)脈沖輸入端減計(jì)數(shù)脈沖輸入端××7復(fù)位端×8復(fù)位端起動(dòng)9兩路脈沖輸入的雙相正交計(jì)數(shù)。A相脈沖超前B相脈沖，加計(jì)數(shù)；A相脈沖滯后B相脈沖，減計(jì)數(shù)。A相脈沖輸入端B相脈沖輸入端×

26、×10復(fù)位端11復(fù)位端起動(dòng)說(shuō)明：表中×表示沒(méi)有注意：同一個(gè)輸入端不能用于兩種不同的功能。高速計(jì)數(shù)器當(dāng)前模式未使用的輸入端均可用于其他用途，如作為中斷輸入端或作為數(shù)字量輸入端。例如，如果在模式2中使用高速計(jì)數(shù)器HSC0，模式2使用I0.0和I0.2，則I0.1可用于邊緣中斷或用于HSC3。表2-2 高速計(jì)數(shù)器的控制字節(jié)HSC0HSC1HSC2HSC3HSC4HSC5說(shuō)明SM37.0SM47.0SM57.0SM147.0復(fù)位有效電平控制：0=復(fù)位信號(hào)高電平有效；1=低電平有效SM37.1SM47.1SM57.1啟動(dòng)有效電平控制：0=啟動(dòng)信號(hào)高電平有效；1=低電平有效SM37.2

27、SM47.2SM57.2SM147.2正交計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)速率選擇：0=4×計(jì)數(shù)速率；1=1×計(jì)數(shù)速率SM37.3SM47.3SM57.3SM137.3SM147.3SM157.3計(jì)數(shù)方向控制位：0=減計(jì)數(shù)；1=加計(jì)數(shù)SM37.4SM47.4SM57.4SM137.4SM147.4SM157.4向HSC寫入計(jì)數(shù)方向：0=無(wú)更新；1=更新計(jì)數(shù)方向SM37.5SM47.5SM57.5SM137.5SM147.5SM157.5向HSC寫入新預(yù)置值0=無(wú)更新；1=更新預(yù)置值SM37.6SM47.6SM57.6SM137.6SM147.6SM157.6向HSC寫入新的當(dāng)前值：0=無(wú)更新；1

28、=更新當(dāng)前值SM37.7SM47.7SM57.7SM137.7SM147.7SM157.7HSC允許：0=禁用HSC；1=啟用HSC2高速計(jì)數(shù)器的控制字和狀態(tài)字定義了計(jì)數(shù)器和工作模式之后，還要設(shè)置高速計(jì)數(shù)器的有關(guān)控制字節(jié)。每個(gè)高速計(jì)數(shù)器均有一個(gè)控制字節(jié)，它決定了計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)允許或禁用，方向控制（僅限模式0、1和2）或?qū)λ衅渌Ｊ降某跏蓟?jì)數(shù)方向，裝入當(dāng)前值和預(yù)置值。控制字節(jié)每個(gè)控制位的說(shuō)明如表3-2所示。每個(gè)高速計(jì)數(shù)器都有一個(gè)狀態(tài)字節(jié)，狀態(tài)位表示當(dāng)前計(jì)數(shù)方向以及當(dāng)前值是否大于或等于預(yù)置值。每個(gè)高速計(jì)數(shù)器狀態(tài)字節(jié)的狀態(tài)位如表3-3所示。只有在執(zhí)行中斷服務(wù)程序時(shí)，狀態(tài)位才有效，目的是使其它事件能

29、夠產(chǎn)生中斷以完成更重要的操作。表2-3 高速計(jì)數(shù)器狀態(tài)字節(jié)的狀態(tài)位HSC0HSC1HSC2HSC3HSC4HSC5說(shuō)明SM36.5SM46.5SM56.5SM136.5SM146.5SM156.5當(dāng)前計(jì)數(shù)方向狀態(tài)位：0 = 減計(jì)數(shù)；1 = 加計(jì)數(shù)SM36.6SM46.6SM56.6SM136.6SM146.6SM156.6當(dāng)前值等于預(yù)設(shè)值狀態(tài)位：0 = 不相等；1 = 等于SM36.7SM46.7SM56.7SM136.7SM146.7SM156.7當(dāng)前值大于預(yù)設(shè)值狀態(tài)位：0 = 小于或等于；1 = 大于6通信模塊PLC通訊模塊的功能是，當(dāng)PLC本身的通訊口不夠使用時(shí)，因?yàn)橛锌赡躊LC需要和多

30、臺(tái)第三方儀器進(jìn)行通訊。這時(shí)就需要用到通訊模塊，通訊模塊有很多類型，常見(jiàn)的有串口模塊（RS232、RS485、RS422）和以太網(wǎng)通訊模塊2.2 變頻器變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。通過(guò)改變電源的頻率來(lái)達(dá)到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來(lái)提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度

31、的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。變頻器通常分為4部分：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(kāi)關(guān)晶體管陣列組成電子開(kāi)關(guān)，將直流電轉(zhuǎn)化成不同頻率、寬度、幅度的方波?？刂破鳎喊丛O(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)?？刂品绞降蛪和ㄓ米冾l輸出電壓為380650V，輸出功率為0.75400kW，工作頻率為0400Hz，它的主電路都采用交直交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下四代。1U/f=C的正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制方式： 其特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本

32、較低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動(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，這種控制方式在低頻時(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。另外，其機(jī)械特性終究沒(méi)有直流電動(dòng)機(jī)硬，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會(huì)隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時(shí)因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。1變頻器設(shè)置表2-4 快速調(diào)試參數(shù)表參數(shù)號(hào)出廠值設(shè)置值 說(shuō) 明P070022命令源選擇由端子排輸入P100022頻率設(shè)定值選擇為“模擬輸入”P112010

33、.005.00 斜坡上升時(shí)間P112110.005.00 斜坡下降時(shí)間2設(shè)置模擬信號(hào)控制、端子控制參數(shù)按表2-5所示設(shè)置數(shù)字輸入端子控制參數(shù)。表2-6 數(shù)字輸入/輸出端子、控制參數(shù)表參數(shù)號(hào)出廠值設(shè)置值說(shuō) 明P070111ON接通正轉(zhuǎn)、OFF1停止命令P0702122ON接通反轉(zhuǎn)、OFF1停止命令P0705159故障確認(rèn)P072511PNP/NPN 數(shù)字輸入選擇PNP方式P0731152.7數(shù)字輸出1的功能選擇變頻器故障P075600ADC類型選擇單極性電壓輸入0+10VP075700ADC輸入特性標(biāo)定的x1值(V/mA)P07580.00.0ADC輸入特性標(biāo)定的y1值P07591010ADC輸

34、入特性標(biāo)定的x2值(V/mA)P0760100.0100.0ADC輸入特性標(biāo)定的y2值P076100ADC死區(qū)的寬度(V/mA)P103210禁止反轉(zhuǎn)的MOP設(shè)定值選擇允許反向P200050.0050.00基準(zhǔn)頻率(Hz)2.3 外部電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)元件I/O分配表2-1表2-7 I/O分配輸入部分輸出部分元件PLC輸入點(diǎn)觸摸屏對(duì)應(yīng)元件PLC輸出點(diǎn)啟動(dòng)按鈕SB0M0.0正轉(zhuǎn)/停止 M0.2停止按鈕SB1M0.1（2） 繪制PLC硬件接線圖及硬件連接（對(duì)圖描述）圖2 電機(jī)恒速控制電路圖 第三章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1 編程軟件的介紹STEP7-Micro/WIN32是西門子公司專為SIMATI

35、C S7-200系列可編程序控制器研制開(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編程軟件的主界面外觀如下圖所示 界面一般可以分成以下幾個(gè)區(qū)：標(biāo)題欄、菜單條（包含8個(gè)主菜單項(xiàng)）、工具條（快捷按鈕）、引導(dǎo)條（快捷操作窗口）、指令樹(shù)（快捷操作窗口）、輸出窗口、狀態(tài)條和用戶窗口（可同時(shí)或分別打開(kāi)5個(gè)用戶窗口）。除菜單條外，用戶可以根據(jù)需要決定其他窗口的取舍和樣式。（1）菜單條  在菜單條中共有8個(gè)主菜單選項(xiàng)，各主菜單項(xiàng)的功能如下。1）文件（File）菜單項(xiàng)可完成如新建、打開(kāi)、關(guān)

36、閉、保存文件、導(dǎo)入和導(dǎo)出、上載和下載程序、文件的頁(yè)面設(shè)置、打印預(yù)覽和打印設(shè)置等操作。2）編輯（Edit）菜單項(xiàng)提供編輯程序用的各種工具，如選擇、剪切、復(fù)制、粘貼程序塊或數(shù)據(jù)塊的操作，以及查找、替換、插入、刪除和快速光標(biāo)定位等功能。3）視圖（View）菜單項(xiàng)可以設(shè)置編程軟件的開(kāi)發(fā)環(huán)境，如打開(kāi)和關(guān)閉其他輔助窗口（如引導(dǎo)窗口、指令樹(shù)窗口、工具條按鈕區(qū)），執(zhí)行引導(dǎo)條窗口的所有操作項(xiàng)目，選擇不同語(yǔ)言的編程器（LAD、STL或FBD），設(shè)置3種程序編輯器的風(fēng)格（如字體、指令盒的大小等）。4）可編程控制器（PLC）菜單項(xiàng)用于實(shí)現(xiàn)與PLC聯(lián)機(jī)時(shí)的操作，如改變PLC的工作方式、在線編譯、清除程序和數(shù)據(jù)、查看PL

37、C的信息、以及PLC的類型選擇和通信設(shè)置等。5）調(diào)試（Debug）菜單項(xiàng)用于聯(lián)機(jī)調(diào)試。6）工具（Tools）菜單項(xiàng)可以調(diào)用復(fù)雜指令（如PID指令、NETR/NETW指令和HSC指令），安裝文本顯示器TD200，改變用戶界面風(fēng)格（如設(shè)置按鈕及按鈕樣式、添加菜單項(xiàng)），用“選項(xiàng)”子菜單可以設(shè)置三種程序編輯器的風(fēng)格（如語(yǔ)言模式、顏色等）。7）窗口（Windows）菜單項(xiàng)的功能是打開(kāi)一個(gè)或多個(gè)窗口，并進(jìn)行窗口間的切換。可以設(shè)置窗口的排放方式（如水平、垂直或?qū)盈B）。8）幫助（Help）菜單項(xiàng)可以方便地檢索各種幫助信息，還提供網(wǎng)上查詢功能。而且在軟件操作過(guò)程中，可隨時(shí)按F1鍵來(lái)顯示在線幫助。（2）工具條&#

38、160; 將STEP7-Micro/WIN32編程軟件最常用的操作以按鈕形式設(shè)定到工具條，提供簡(jiǎn)便的鼠標(biāo)操作。可以用“視圖”菜單中的“工具”選項(xiàng)來(lái)顯示或隱藏3種按鈕：標(biāo)準(zhǔn)、調(diào)試和指令。（3）引導(dǎo)條  在編程過(guò)程中，引導(dǎo)條提供窗口快速切換的功能，可用“視圖”菜單中的“引導(dǎo)條”選項(xiàng)來(lái)選擇是否打開(kāi)引導(dǎo)條。引導(dǎo)條中有以下七種組件。1）程序塊（Program Block）由可執(zhí)行的程序代碼和注釋組成。程序代碼由主程序（OB1）、可選的子程序（SBR0）和中斷程序（INT0）組成。2）符號(hào)表（Symbol Table）用來(lái)建立自定義符號(hào)與直接地址間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并可附加注釋，使得用戶可以使用具有實(shí)

39、際意義的符號(hào)作為編程元件，增加程序的可讀性。例如，系統(tǒng)的停止按鈕的輸入地址是I0.0，則可以在符號(hào)表中將I0.0的地址定義為stop，這樣梯形圖所有地址為I0.0的編程元件都由stop代替。當(dāng)編譯后，將程序下載到PLC中時(shí)，所有的符號(hào)地址都將被轉(zhuǎn)換成絕對(duì)地址。3）狀態(tài)圖（Status Chart）用于聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)監(jiān)視各變量的狀態(tài)和當(dāng)前值。只需要在地址欄中寫入變量地址，在數(shù)據(jù)格式欄中標(biāo)明變量的類型，就可以在運(yùn)行時(shí)監(jiān)視這些變量的狀態(tài)和當(dāng)前值。4）數(shù)據(jù)塊（Data Block）可以對(duì)變量寄存器V進(jìn)行初始數(shù)據(jù)的賦值或修改，并可附加必要的注釋。5）系統(tǒng)塊（System Block）主要用于系統(tǒng)組態(tài)。系統(tǒng)組

40、態(tài)主要包括設(shè)置數(shù)字量或模擬量輸入濾波、設(shè)置脈沖捕捉、配置輸出表、定義存儲(chǔ)器保持范圍、設(shè)置密碼和通信參數(shù)等。在本附錄中對(duì)系統(tǒng)組態(tài)的設(shè)置不作詳細(xì)介紹。6）交叉索引（Cross Reference）可以提供交叉索引信息、字節(jié)使用情況和位使用情況信息，使得PLC資源的使用情況一目了然。只有在程序編輯完成后，才能看到交叉索引表的內(nèi)容。在交叉索引表中雙擊某個(gè)操作數(shù)時(shí)，可以顯示含有該操作數(shù)的那部分程序。7）通信（Communications）可用來(lái)建立計(jì)算機(jī)與PLC之間的通信連接，以及通信參數(shù)的設(shè)置和修改。在引導(dǎo)條中單擊“通信”圖標(biāo)，則會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“通信”對(duì)話框，雙擊其中的“PC/PPI”電纜圖標(biāo)，將出現(xiàn)“P

41、G/PC”接口對(duì)話框，此時(shí)可以安裝或刪除通信接口，檢查各參數(shù)設(shè)置是否正確，其中波特率的默認(rèn)值是9600。設(shè)置好參數(shù)后，就可以建立與PLC的通信聯(lián)系。雙擊“通信”對(duì)話框中的“刷新”圖標(biāo)，STEP7-Micro/WIN32將檢查所有已連接的S7-200的CPU站，并為每一個(gè)站建立一個(gè)CPU圖標(biāo)。建立計(jì)算機(jī)與PLC的通信聯(lián)系后，可以設(shè)置PLC的通信參數(shù)。單擊引導(dǎo)條中“系統(tǒng)塊”圖標(biāo)，將出現(xiàn)“系統(tǒng)塊”對(duì)話框，單擊“通信口（Port）”選項(xiàng)，檢查和修改各參數(shù)，確認(rèn)無(wú)誤后，單擊“確認(rèn)（OK）”按鈕。最后單擊工具條的“下載（Download）”按鈕，即可把確認(rèn)后的參數(shù)下載到PLC主機(jī)。用指令樹(shù)窗口或視圖（Vi

42、ew）菜單中的選項(xiàng)也可以實(shí)現(xiàn)各編程窗口的切換。（4）指令樹(shù)  指令樹(shù)提供編程所用到的所有命令和PLC指令的快捷操作?？梢杂靡晥D（View）菜單的“指令樹(shù)”選項(xiàng)來(lái)決定其是否打開(kāi)。（5）輸出窗口  該窗口用來(lái)顯示程序編譯的結(jié)果信息。如各程序塊的信息、編譯結(jié)果有無(wú)錯(cuò)誤以及錯(cuò)誤代碼和位置等。（6）狀態(tài)條  狀態(tài)條也稱任務(wù)欄，用來(lái)顯示軟件執(zhí)行情況，編輯程序時(shí)顯示光標(biāo)所在的網(wǎng)絡(luò)號(hào)、行號(hào)和列號(hào)，運(yùn)行程序時(shí)顯示運(yùn)行的狀態(tài)、通信波特率、遠(yuǎn)程地址等信息。（7）程序編輯器  可以用梯形圖、語(yǔ)句表或功能表圖程序編輯器編寫和修改用戶程序。（8）局部變量表  每個(gè)程序塊都

43、對(duì)應(yīng)一個(gè)局部變量表，在帶參數(shù)的子程序調(diào)用中，參數(shù)的傳遞就通過(guò)局部變3.2 PLC的工作原理（不完整）當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段， 可編程邏輯控制器即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 3.2.1輸入采樣階段 在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(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)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)

44、也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 3.2.2用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(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)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(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)

45、據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，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)程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過(guò)程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過(guò)程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。3.2.3輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O

46、映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。3.3 PLC編程語(yǔ)言PLC的用戶程序，是設(shè)計(jì)人員根據(jù)控制系統(tǒng)的工藝控制要求，通過(guò)PLC編程語(yǔ)言的編制規(guī)范，按照實(shí)際需要使用的功能來(lái)設(shè)計(jì)的。只要用戶能夠掌握某種標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言，就能夠使用PLC在控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)各種自動(dòng)化控制功能。 根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)制定的工業(yè)控制編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)（IEC1131-3），PLC有五種標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言：梯形圖語(yǔ)言（LD）、指令表語(yǔ)言（IL）、功能模塊語(yǔ)言（FBD）、順序功能流程圖語(yǔ)言（SFC）、結(jié)構(gòu)文化本語(yǔ)言（ST）。這五標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言，十分簡(jiǎn)單易學(xué)。 3.3.1

47、梯形圖語(yǔ)言（LD）梯形圖語(yǔ)言是PLC程序設(shè)計(jì)中最常用的編程語(yǔ)言。它是與繼電器線路類似的一種編程語(yǔ)言。由于電氣設(shè)計(jì)人員對(duì)繼電器控制較為熟悉，因此，梯形圖編程語(yǔ)言得到了廣泛的歡迎和應(yīng)用。 梯形圖編程語(yǔ)言的特點(diǎn)是：與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀性和對(duì)應(yīng)性；與原有繼電器控制相一致，電氣設(shè)計(jì)人員易于掌握。 梯形圖編程語(yǔ)言與原有的繼電器控制的不同點(diǎn)是，梯形圖中的能流不是實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，應(yīng)用時(shí)，需要與原有繼電器控制的概念區(qū)別對(duì)待。 3.3.2、指令表語(yǔ)言（IL）指令表編程語(yǔ)言是與匯編語(yǔ)言類似的一種助記符編程語(yǔ)言，和匯編語(yǔ)言一樣由操作碼和操作數(shù)組成。在無(wú)計(jì)算機(jī)的情況下，適

48、合采用PLC手持編程器對(duì)用戶程序進(jìn)行編制。同時(shí)，指令表編程語(yǔ)言與梯形圖編程語(yǔ)言圖一一對(duì)應(yīng)，在PLC編程軟件下可以相互轉(zhuǎn)換。圖3就是與圖2PLC梯形圖對(duì)應(yīng)的指令表。 指令表表編程語(yǔ)言的特點(diǎn)是：采用助記符來(lái)表示操作功能，具有容易記憶，便于掌握；在手持編程器的鍵盤上采用助記符表示，便于操作，可在無(wú)計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合進(jìn)行編程設(shè)計(jì)；與梯形圖有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。其特點(diǎn)與梯形圖語(yǔ)言基本一致。 3.3.3、功能模塊圖語(yǔ)言（FBD）功能模塊圖語(yǔ)言是與數(shù)字邏輯電路類似的一種PLC編程語(yǔ)言。采用功能模塊圖的形式來(lái)表示模塊所具有的功能，不同的功能模塊有不同的功能。 功能模塊圖編程語(yǔ)言的特點(diǎn)：功能模塊圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的特點(diǎn)是：以功

49、能模塊為單位，分析理解控制方案簡(jiǎn)單容易；功能模塊是用圖形的形式表達(dá)功能，直觀性強(qiáng)，對(duì)于具有數(shù)字邏輯電路基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)人員很容易掌握的編程；對(duì)規(guī)模大、控制邏輯關(guān)系復(fù)雜的控制系統(tǒng)，由于功能模塊圖能夠清楚表達(dá)功能關(guān)系，使編程調(diào)試時(shí)間大大減少。 3.3.4、 順序功能流程圖語(yǔ)言（SFC）順序功能流程圖語(yǔ)言是為了滿足順序邏輯控制而設(shè)計(jì)的編程語(yǔ)言。編程時(shí)將順序流程動(dòng)作的過(guò)程分成步和轉(zhuǎn)換條件，根據(jù)轉(zhuǎn)移條件對(duì)控制系統(tǒng)的功能流程順序進(jìn)行分配，一步一步的按照順序動(dòng)作。每一步代表一個(gè)控制功能任務(wù)，用方框表示。在方框內(nèi)含有用于完成相應(yīng)控制功能任務(wù)的梯形圖邏輯。這種編程語(yǔ)言使程序結(jié)構(gòu)清晰，易于閱讀及維護(hù)，大大減輕編程的工作

50、量，縮短編程和調(diào)試時(shí)間。用于系統(tǒng)的規(guī)模校大，程序關(guān)系較復(fù)雜的場(chǎng)合。圖5是一個(gè)簡(jiǎn)單的功能流程編程語(yǔ)言的示意圖。 順序功能流程圖編程語(yǔ)言的特點(diǎn)：以功能為主線，按照功能流程的順序分配，條理清楚，便于對(duì)用戶程序理解；避免梯形圖或其他語(yǔ)言不能順序動(dòng)作的缺陷，同時(shí)也避免了用梯形圖語(yǔ)言對(duì)順序動(dòng)作編程時(shí)，由于機(jī)械互鎖造成用戶程序結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以理解的缺陷；用戶程序掃描時(shí)間也大大縮短。 3.3.5、結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言（ST）結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言是用結(jié)構(gòu)化的描述文本來(lái)描述程序的一種編程語(yǔ)言。它是類似于高級(jí)語(yǔ)言的一種編程語(yǔ)言。在大中型的PLC系統(tǒng)中，常采用結(jié)構(gòu)化文本來(lái)描述控制系統(tǒng)中各個(gè)變量的關(guān)系。主要用于其他編程語(yǔ)言較難實(shí)現(xiàn)的

51、用戶程序編制。 結(jié)構(gòu)化文本編程語(yǔ)言采用計(jì)算機(jī)的描述方式來(lái)描述系統(tǒng)中各種變量之間的各種運(yùn)算關(guān)系，完成所需的功能或操作。大多數(shù)PLC制造商采用的結(jié)構(gòu)化文本編程語(yǔ)言與BASIC語(yǔ)言、PASCAL語(yǔ)言或C語(yǔ)言等高級(jí)語(yǔ)言相類似，但為了應(yīng)用方便，在語(yǔ)句的表達(dá)方法及語(yǔ)句的種類等方面都進(jìn)行了簡(jiǎn)化。結(jié)構(gòu)化文本編程語(yǔ)言的特點(diǎn)：采用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行編程，可以完成較復(fù)雜的控制運(yùn)算；需要有一定的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言的知識(shí)和編程技巧，對(duì)工程設(shè)計(jì)人員要求較高。直觀性和操作性較差。3.4 輸入輸出點(diǎn)分配（名字不合適）1.根據(jù)任務(wù)分析，PLC需要2個(gè)輸入點(diǎn)，3個(gè)輸出點(diǎn)，輸入輸出點(diǎn)分配見(jiàn)表3-8。表3-1 輸入輸出點(diǎn)分配表輸 入輸 出輸入

52、繼電器輸入元件名稱輸出繼電器輸出元件名稱I0.0CHA脈沖輸入Q0.0INV5正轉(zhuǎn)I0.4INV19變頻運(yùn)行Q0.1INV6反轉(zhuǎn)Q0.4INV7復(fù)位2組態(tài)軟件變量與PLC的地址分配根據(jù)任務(wù)分析，觸摸屏的組態(tài)軟件變量與PLC的的地址分配見(jiàn)表3-2。表3-2 組態(tài)軟件變量與PLC的地址分配表 輸 入 輸 出名稱PLC地址組態(tài)軟件變量名稱PLC地址組態(tài)軟件變量啟動(dòng)M0.0啟動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)M2.0運(yùn)行狀態(tài):0停止1運(yùn)行停止M0.1停止變頻故障燈M2.4運(yùn)行故障:0無(wú)1有正反轉(zhuǎn)M0.2正反轉(zhuǎn):0正轉(zhuǎn)1反轉(zhuǎn)電機(jī)狀態(tài)VW0電機(jī)狀態(tài):0停止1正轉(zhuǎn)2反轉(zhuǎn)手自動(dòng)M0.3手動(dòng)自動(dòng):0手動(dòng)1自動(dòng)手動(dòng)輸出VD750手動(dòng)輸出

53、%復(fù)位按鈕M0.4復(fù)位實(shí)際輸出VD850實(shí)際輸出%參數(shù)修改M1.0PID參數(shù):0顯示1修改模擬輸出AQW0032000設(shè)定值VD600設(shè)定轉(zhuǎn)速曲線實(shí)際VW950曲線實(shí)際值:字實(shí)際值VD500運(yùn)行轉(zhuǎn)速曲線設(shè)定VW952曲線設(shè)定值:字增益VD912P參數(shù)采樣時(shí)間VD916Ts參數(shù)積分時(shí)間VD920Ti參數(shù)微分時(shí)間VD924Td參數(shù)3.雙擊STEP 7-Micro/WIN圖標(biāo)，創(chuàng)建一個(gè)新的工程項(xiàng)目并命名為電機(jī)恒速控制。表3-3 電機(jī)控制符號(hào)表符號(hào)地址注釋I0.0脈沖輸入變頻故障I0.4變頻故障:變頻器21正轉(zhuǎn)Q0.0正轉(zhuǎn):變頻器5反轉(zhuǎn)Q0.1反轉(zhuǎn):變頻器6變頻復(fù)位Q0.4復(fù)位:變頻器16啟動(dòng)M0.0

54、啟動(dòng):觸摸屏停止M0.1停止:觸摸屏正反轉(zhuǎn)M0.2正反轉(zhuǎn):0正轉(zhuǎn)1反轉(zhuǎn)手自動(dòng)M0.3手動(dòng)自動(dòng):0手動(dòng)1自動(dòng)復(fù)位按鈕M0.4復(fù)位運(yùn)行狀態(tài)M2.0運(yùn)行狀態(tài):0停止1運(yùn)行變頻故障燈M2.4運(yùn)行故障:0無(wú)1有參數(shù)修改M1.0PID參數(shù):0顯示1修改電機(jī)狀態(tài)VW0電機(jī)狀態(tài):0停止1正轉(zhuǎn)2反轉(zhuǎn)脈沖數(shù)VD100200ms脈沖數(shù)實(shí)際值VD500實(shí)際轉(zhuǎn)速值:實(shí)數(shù)實(shí)際值字VW550實(shí)際轉(zhuǎn)速值:字設(shè)定值VD600設(shè)定轉(zhuǎn)速值手動(dòng)輸出VD700手動(dòng)輸出01手輸出百VD750手動(dòng)輸出0100PID輸出VW800PID輸出032000實(shí)輸出百VD850實(shí)際輸出0100模擬輸出AQW0032000PID參數(shù)VD9124個(gè)PID參數(shù)曲線實(shí)際VW950曲線實(shí)際值:字曲線設(shè)定VW952曲線設(shè)定值:字3.5 變頻調(diào)速系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)圖3 電機(jī)恒速控制梯形圖主程序圖3 電機(jī)恒速控制梯形圖主程序（續(xù)）