基于PLC控制的交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)

目錄摘要III第1章前言11.1基于PLC控制的交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的重要意義11.2PLC控制的交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)述21.3PLC控制的交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)展與現(xiàn)狀2第2章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)42.1瓦楞紙分切壓痕機(jī)電氣控制系統(tǒng)的工藝要求42.2系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖52.3可編程控制器〔PLC〕簡(jiǎn)介62.3.1PLC的根本特點(diǎn)62.3.2PLC的根本結(jié)構(gòu)82.3.3PLC的工作原理92.2.4PLC的分類(lèi)102.3.5PLC的接入方式112.4變頻調(diào)速在控制系統(tǒng)中的運(yùn)用12變頻調(diào)速的開(kāi)展及在調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用12變頻調(diào)速根本原理132.4.3變頻器的分類(lèi)與特點(diǎn)14變頻調(diào)速技術(shù)的開(kāi)展現(xiàn)狀17本設(shè)計(jì)中變頻器與PLC通訊時(shí)的參數(shù)設(shè)置182.5外圍電路硬件設(shè)計(jì)19和變頻器的選型及外部接線(xiàn)192.5.2位置信號(hào)采集及傳感器的信號(hào)采集252.5.3平安回路26第3章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)293.1PLC編程說(shuō)明293.2總體結(jié)構(gòu)313.2.1STEP7-Micro/Win32簡(jiǎn)介31系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)333.2.3軟件設(shè)計(jì)補(bǔ)充說(shuō)明37總結(jié)45參考文獻(xiàn)46致謝47基于PLC控制的交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)摘要交流異步電動(dòng)機(jī)是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最重要的拖動(dòng)設(shè)備之一，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修容易等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用。而在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，有一些設(shè)備需要根據(jù)不同的工作環(huán)境，要調(diào)節(jié)到一個(gè)特定的轉(zhuǎn)速。從而對(duì)交流異步電動(dòng)機(jī)的速度提出了要求，希望能到達(dá)一臺(tái)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，能根據(jù)不同材質(zhì)的加工產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行速度的調(diào)節(jié)，并能穩(wěn)定運(yùn)行。傳統(tǒng)交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)是運(yùn)用串電阻分級(jí)調(diào)速的方式，存在低速時(shí)帶載能力差、能耗大以及有一定的電氣沖擊的特點(diǎn)。隨著電力半導(dǎo)體的不斷開(kāi)展，20世紀(jì)80年代后半期開(kāi)始，美、日、德、英等興旺國(guó)家的VVVF變頻器已投入市場(chǎng)并廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速，從而使交流電機(jī)有更大的調(diào)速范圍和良好的低速性能，實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速。為了實(shí)現(xiàn)在惡劣的工作環(huán)境中對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，引入PLC〔ProgrammableLogicController，可編程邏輯控制器〕控制單元，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的智能控制，使得該調(diào)速系統(tǒng)性能更加優(yōu)越，滿(mǎn)足了現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)的需要。瓦楞紙通常用作包裝箱紙，是生產(chǎn)及生活中用量極大的紙產(chǎn)品。在生產(chǎn)自動(dòng)化程度愈來(lái)愈高的今天，它的生產(chǎn)過(guò)程也早已實(shí)現(xiàn)了智能控制，其生產(chǎn)過(guò)程也采用了先進(jìn)節(jié)能的控制技術(shù)。關(guān)鍵詞：交流異步電動(dòng)機(jī),變頻器,可編程邏輯控制器,變頻調(diào)速BasedonPLCcontrolacmotor’sVariablefrequencyspeedregulationsystemABSTRACTIntheindustrialandagriculturalmanufacture,alternatingcurrentasynchronousmotorisoneofthemostimportantdrivingequipments.Ithasgotvastapplicationforasimpleframeworkandwellmaintainability.Butinmodernindustrialproduction,someequipmentneedaccordingtodifferentworkenvironment,toadjusttoaspecificspeed.Foracinductionmotorspeedproposedrequirements,Hopecanachieveaequipmentinoperation,canaccordingtodifferentmaterialprocessingproducts,therealizationofoperationspeedregulation,andstableoperation.Traditionalacmotorspeedcontrolsystemisusingthewayofresistance,existgradingspeedwithloadcapacitydifferencespeed,highpowerconsumptionandhavethecharacteristicsofelectricshock.Withthecontinuousdevelopmentofpowersemiconductor,secondhalfbeganinthe1980s,America,Japan,Germany,EnglandandotherdevelopedcountrieshasbeenputintomarketandVVVFinverter,realizingthewidelyapplicationofacmotor,thusmakethefrequencycontrolacmotorhavegreaterspeedrangeandexcellentlow-speedcharacteristics,realizeacmotorsmoothspeed.Inordertoattainthebadworkingenvironmentoftheremotecontrol,introducemotorProgrammableController,questionsPLC(ProgrammableLogicController)controlunit,realizethevariablefrequencyspeedregulationsystemofintelligentcontrol,makesthespeedregulationsystemperformancemoresuperior,meettheneedofmodernindustrialproduction.Keywords：Asynchronousmotor,transducer,ProgrammableLogicController,Frequencyconversion第1章前言近年來(lái)，我國(guó)工農(nóng)業(yè)的飛速開(kāi)展對(duì)電能的需求越來(lái)越大，但煤炭、石油等燃料資源的相對(duì)短缺極大限制了電力資源的供給，抬升了電力價(jià)格。在這種情況下采用現(xiàn)實(shí)可行的節(jié)能技術(shù)，節(jié)約用電量、提高能效就成為當(dāng)務(wù)之急。本次設(shè)計(jì)基于瓦楞紙分切壓痕機(jī)的控制系統(tǒng)作為課題，對(duì)PLC控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行研究。1.1基于PLC控制的交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的重要意義電機(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)的不斷開(kāi)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(xiàn)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:l)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，維修本錢(qián)較高。4)交流繞線(xiàn)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)行的可靠性和平安性不能得到有效的保障。因此，需研制更加平安可靠的控制系統(tǒng)，使可調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行有更好的可靠性和平安性。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)的根底上配合變頻調(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)域的絕大局部呢控制要求。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，從而到達(dá)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)速裝置的絕大局部市場(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。圖1.1所示是一種典型的數(shù)字控制通用變頻器-異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理圖。整流電路局部為增大轉(zhuǎn)化效率采用的是二極管整流，由于二極管整流器不能為異步電動(dòng)機(jī)的再生制動(dòng)提供反向電流的通路，所以除特殊情況外，通用變頻器一般采用電阻吸收制動(dòng)能量。減速制動(dòng)時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，首先通過(guò)逆變器的續(xù)流二極管向電容充電，當(dāng)中間直流回路的電壓〔統(tǒng)稱(chēng)泵生電壓〕升高到一定限制值時(shí)，通過(guò)泵升限制電路使開(kāi)關(guān)VTb導(dǎo)通，將電動(dòng)機(jī)釋放出來(lái)的動(dòng)能消耗在電阻Rb上。為了便于散熱，制動(dòng)電阻常作為附件單獨(dú)安裝在變頻器的機(jī)箱外面。PLC〔可編程邏輯控制器件〕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_7-MicroWIN_V4_SP3編程軟件，根據(jù)搭建好的硬件線(xiàn)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)的開(kāi)展與現(xiàn)狀隨著電力電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的日益開(kāi)展，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速已經(jīng)從繼電氣時(shí)代開(kāi)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)控制了電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。交流調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)展與應(yīng)用領(lǐng)域，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)的大局部年代里，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)那么采用交流電動(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)控技術(shù)的開(kāi)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)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)興旺國(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)方向開(kāi)展和應(yīng)用?！?〕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^(guān)的?！?〕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、本錢(qián)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。見(jiàn)圖1.2利用PLC控制變頻調(diào)速的瓦楞紙分切機(jī)。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)迅猛開(kāi)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)域開(kāi)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)開(kāi)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。圖1.2瓦楞紙分切機(jī)第2章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)瓦楞紙通常用作包裝箱紙，是生產(chǎn)及生活中用量極大的紙產(chǎn)品。圖2.1所示是瓦楞紙生產(chǎn)工藝示意圖。整個(gè)工藝過(guò)程分為開(kāi)卷、壓痕、涂膠、烘干、分切等工序。從圖中可以看出，分切壓痕機(jī)是瓦楞紙生產(chǎn)過(guò)程中的重要設(shè)備。除了以上所述工序外，分切壓痕機(jī)還設(shè)有磨刀功能。圖2.1瓦楞紙生產(chǎn)工藝流程圖2.1瓦楞紙分切壓痕機(jī)電氣控制系統(tǒng)的工藝要求①壓痕機(jī)的線(xiàn)速度要求與送來(lái)紙板的的速度保持一致，即與主軸開(kāi)卷機(jī)軸的線(xiàn)速度相等，由于開(kāi)卷機(jī)的速度是可調(diào)的，所以壓痕輥有變頻器控制。根據(jù)開(kāi)卷機(jī)的速度調(diào)整范圍，要求壓痕軸的速度范圍為0～1500r/min，主軸的速度由測(cè)速機(jī)檢測(cè)，輸出電壓的范圍為0～10V。②分切裝置上有四片分切刀片，如圖2.2所示，刀片位置可根據(jù)要求調(diào)整。刀片的速度應(yīng)根據(jù)紙板的速度變化而變化，所以分切裝置的驅(qū)動(dòng)也采用變頻器驅(qū)動(dòng)，但又有最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速的限制，根據(jù)主軸速度的上、下限要求就可以確定刀片的速度范疇為300～1200r/min。③分切裝置上的刀片在分切一段時(shí)間變鈍后，磨刀裝置應(yīng)對(duì)刀片進(jìn)行磨削銳化，以保持分切刀片的銳利。分切刀片由銳利變鈍的時(shí)間與分切裝置的轉(zhuǎn)速及切削紙板的多少有圖2.2分切裝置示意圖關(guān)，因此每次磨刀的時(shí)間間隔應(yīng)與分切裝置的速度保持一定關(guān)聯(lián)。磨刀時(shí)間與粗設(shè)的摸到時(shí)間由PLC上的模擬量電位器設(shè)定，設(shè)定刀片每次磨削的時(shí)間范圍為5000～1000ms，磨刀時(shí)間間隔為5000～10000ms。磨刀片裝置上的四片磨刀砂輪由不同的電磁閥控制，分別對(duì)四片刀片磨削，磨刀要求有手動(dòng)與自動(dòng)兩種控制方式。手動(dòng)時(shí)，按一次磨刀按鈕進(jìn)行一次磨刀操作；自動(dòng)時(shí)，分切只要運(yùn)行，PLC便根據(jù)粗設(shè)的磨刀間隔時(shí)間和根據(jù)刀片的速度微調(diào)的間隔時(shí)間，自動(dòng)地進(jìn)行磨刀操作。每個(gè)刀片的磨刀裝置都可以人為地設(shè)定為工作及停止?fàn)顟B(tài)。④生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)發(fā)生紙板跑偏現(xiàn)象，橫向移動(dòng)裝置應(yīng)隨時(shí)自動(dòng)地進(jìn)行跟蹤糾偏，它也可以手動(dòng)橫向移動(dòng)進(jìn)行糾偏，用兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)作為糾偏的位置檢測(cè)，用兩個(gè)行程開(kāi)關(guān)進(jìn)行限制橫向移動(dòng)的行程范圍。2.2系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖本設(shè)計(jì)中我們用PLC實(shí)現(xiàn)各種故障保護(hù)和對(duì)繼電器I/O口觸點(diǎn)的控制，大大節(jié)約了人力物力財(cái)力，使系統(tǒng)變得平安可靠。來(lái)自系統(tǒng)各局部的保護(hù)信號(hào)能夠直接引入到PLC中，PLC將其處理后分為立即施閘、電氣制動(dòng)和報(bào)警三類(lèi)，根據(jù)不同故障控制閘控系統(tǒng)，控制光報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警，并送監(jiān)視器顯示故障類(lèi)型。由保護(hù)PLC根據(jù)系統(tǒng)的平安要求，構(gòu)成軟件平安回路。還將由測(cè)速發(fā)電機(jī)信號(hào)經(jīng)軟件計(jì)算后處理成電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度，進(jìn)行后備速度保護(hù)?；赑LC控制的交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)由動(dòng)力裝置、變頻器、操作臺(tái)和控制監(jiān)視系統(tǒng)組成，本次設(shè)計(jì)的邏輯框圖如下，圖2.3所示。各局部功能如下。動(dòng)力裝置：包括兩臺(tái)主電機(jī)、一臺(tái)輔助電動(dòng)機(jī)、電源模塊、制動(dòng)器和底座，完成瓦楞紙分切機(jī)的生產(chǎn)要求。PLCPLC變頻調(diào)速模塊操作臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)380v電源速度傳感器M測(cè)速發(fā)電機(jī)切刀位置傳感器TG圖2.3PLC控制的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)邏輯框圖變頻調(diào)速器：是動(dòng)力裝置的能量供給單元，通過(guò)它可將輸入工頻電能轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的電能提供給交流電動(dòng)機(jī)，以到達(dá)控制交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。從而實(shí)現(xiàn)不同紙質(zhì)的加工工藝要求，滿(mǎn)足了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需求。操作臺(tái)：設(shè)有完成生產(chǎn)功能的所有控制開(kāi)關(guān)器件，能對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，且能夠和監(jiān)控系統(tǒng)配合控制，使得系統(tǒng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠。2.3可編程控制器〔PLC〕簡(jiǎn)介可編程控制器是以微處理器為根底，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開(kāi)展起來(lái)的一種通用工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它面向控制過(guò)程、面向用戶(hù)、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱〔PLC、機(jī)器人和CAD/CAM〕之一。PLC控制技術(shù)代表著當(dāng)前程序控制的先進(jìn)水平，PLC裝置已成為自動(dòng)化系統(tǒng)的根本裝置。2.3.1PLC的根本特點(diǎn)PLC的誕生給工業(yè)控制帶來(lái)革命性的飛躍,與傳統(tǒng)的繼電器控制相比有著突出的特點(diǎn).第一,靈活性、通用性強(qiáng)。繼電器控制系統(tǒng)如果工藝要求稍有變化,控制電路必須隨之作相應(yīng)的變動(dòng),所有布線(xiàn)和控制柜極有可能重新設(shè)計(jì),耗時(shí)且費(fèi)力然而是利用存儲(chǔ)在機(jī)內(nèi)的程序?qū)崿F(xiàn)各種控制功能的。因此當(dāng)工藝過(guò)程改變時(shí),只需修改程序即可,外部接線(xiàn)改動(dòng)極小,甚至可以不必改動(dòng),其靈活性和通用性是繼電器控制電路無(wú)法比較的。第二,可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)"繼電器控制系統(tǒng)中,由于器件的老化、脫焊、觸點(diǎn)的抖動(dòng)以及觸點(diǎn)電弧等現(xiàn)象是不可防止的,大大降低了系統(tǒng)的可靠性。而在控制系統(tǒng)中,大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作是由無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成的,加之在硬件和軟件方面都采取了強(qiáng)有力的措施,使產(chǎn)品具有極高的可靠性和抗干擾能力可以直接安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定地工作。PLC在硬件方面采取電磁屏蔽、光電隔離、多級(jí)濾波等措施在軟件方面采取警戒時(shí)鐘、故障診斷、自動(dòng)恢復(fù)等措施,并利用后備電池對(duì)程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù),因此被稱(chēng)為“專(zhuān)為適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)〞。第三,編程簡(jiǎn)單,使用方便。PLC采用面向過(guò)程,面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言〞編程方式,直觀(guān)易懂,主要采用梯形圖和語(yǔ)句表編寫(xiě)程序,使得廣闊電氣技術(shù)人員更容易接納和理解。同時(shí)設(shè)計(jì)人員也可根據(jù)自己的喜好和實(shí)際應(yīng)用的要求選擇其他編程語(yǔ)言。標(biāo)準(zhǔn)是編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn),除了梯形圖!語(yǔ)句表之外,還存在順序流程圖!結(jié)構(gòu)化文本和功能塊圖三種編程語(yǔ)言的表達(dá)方式。一個(gè)程序的不同局部可用任何一種語(yǔ)言來(lái)描述,支持復(fù)雜的順序操作功能處理以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。第四,功能強(qiáng)大,可擴(kuò)展。的主要功能包括開(kāi)關(guān)量的邏輯控制、模擬量控制局部還具備控制或模糊控制功能、數(shù)字量智能控制、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、通信、聯(lián)網(wǎng)及集散控制等功能。PLC的功能擴(kuò)展也極為方便,硬件配置相當(dāng)靈活,根據(jù)控制要求的改變,可以隨時(shí)變動(dòng)特殊功能單元的種類(lèi)和個(gè)數(shù),再相應(yīng)修改用戶(hù)程序就可以到達(dá)變換和增加控制功能的目的。PLC以原有的繼電器、邏輯運(yùn)算、順序控制為根底逐步開(kāi)展起來(lái)的。與繼電器控制系統(tǒng)相比較,它以軟器件代替了硬器件,以軟觸點(diǎn)代替了硬觸點(diǎn),以軟接線(xiàn)代替了硬接線(xiàn),從而使其器件、觸點(diǎn)的壽命達(dá)數(shù)萬(wàn)甚至十萬(wàn)小時(shí),而改變接線(xiàn)的速度那么極為迅速。它是由計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)化而來(lái)的，又有著諸多自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。如下所述：1.系列化各大生產(chǎn)公司一般都有小型、中型、大型三種系列產(chǎn)品.2.多處理器一般小型機(jī)是單處理器系統(tǒng)中型機(jī)是雙處理器系統(tǒng),包括位處理器和字處理器大型機(jī)那么為多處理器系統(tǒng),由字處理器!位處理器和浮點(diǎn)處理器等組成.3.較大的存儲(chǔ)能力4.很強(qiáng)的I/O口5.智能外圍接口6.網(wǎng)絡(luò)化PLC可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),一般有低速網(wǎng)絡(luò)和高速網(wǎng)絡(luò)兩種。這兩類(lèi)網(wǎng)絡(luò)可級(jí)連,網(wǎng)上可兼容不同類(lèi)型的和計(jì)算機(jī),從而組成控制范圍很大的局域網(wǎng)絡(luò)。7.緊湊及高可靠性8.通俗化的編程語(yǔ)言和豐富的指令目前常用的有三種編程語(yǔ)言：1〕順序控制用的梯形圖用以進(jìn)行邏輯運(yùn)算,完成時(shí)間上的順序控制2〕適用于數(shù)值控制的系統(tǒng)流程圖,具有算術(shù)運(yùn)算、比較、濾波等功能；3〕類(lèi)似匯編語(yǔ)言的指令表。2.3.2PLC的根本結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種專(zhuān)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)根本上與微型計(jì)算機(jī)相同，如圖2.4所示：a.中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC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(hù)程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶(hù)程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以?huà)呙璧姆绞浇邮宅F(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶(hù)程序，經(jīng)過(guò)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)存放器內(nèi)。等所有的用戶(hù)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)或輸出存放器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性，近年來(lái)對(duì)大型PLC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。b、存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為用戶(hù)程序存儲(chǔ)器。C、電源PLC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PLC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)上去圖2.4PLC的根本結(jié)構(gòu)圖2.3.3PLC的工作原理PLC一般采用循環(huán)掃描的工作方式。PLC上電后,執(zhí)行系統(tǒng)程序規(guī)定的任務(wù),周而復(fù)始地掃描并執(zhí)行用戶(hù)程序。完成一次掃描所用的時(shí)間稱(chēng)為掃描周期。一次循環(huán)過(guò)程可歸納為五個(gè)階段,循環(huán)掃描過(guò)程為公共處理執(zhí)行用戶(hù)程序掃描周期計(jì)算輸入輸出刷新外設(shè)端口效勞--公共處理。1.公共處理在公共處理階段,要進(jìn)行復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器、硬件檢查、用戶(hù)內(nèi)存檢查等操作。假設(shè)有異常情況,故障顯示燈亮,判斷并顯示故障的性質(zhì)。假設(shè)屬于一般性故障,那么只報(bào)警,但不需要停機(jī),可等待處理。2.執(zhí)行用戶(hù)程序執(zhí)行用戶(hù)程序階段,逐條解釋和執(zhí)行用戶(hù)程序,其所需的全部信息都是從映像存放器中讀取的.映像存放器包括輸入映像存放器和元件映像存放器。輸入映像存放器存儲(chǔ)著輸入繼電器的通斷狀態(tài),輸入繼電器接通為1,斷開(kāi)為0。元件映像存放器存儲(chǔ)著輸出繼電器、各種輔助繼電器等的狀態(tài),同樣用和表示它們的通斷狀態(tài)。PLC在執(zhí)行用戶(hù)程序時(shí)所需的外部輸入信息,不是直接從輸入端讀取的,而是從輸入映像存放器中讀取的。在每個(gè)掃描周期的I/O刷新階段,CPU從PLC輸入端讀取一次信息并存入輸入映像存放器中。在此后的一個(gè)掃描周期中,盡管PLC輸入端的狀態(tài)可能發(fā)生過(guò)變化,但輸入映像存放器中的數(shù)據(jù)也保持不變。同樣,所需的輸出繼電器或其他編程元件的狀態(tài)信息,是從元件映像存放器中讀取的。在執(zhí)行用戶(hù)程序過(guò)程中,根據(jù)用戶(hù)程序給出的邏輯關(guān)系進(jìn)行邏輯運(yùn)算,運(yùn)算結(jié)果再寫(xiě)入元件映像存放器中?？梢?jiàn),在一個(gè)掃描周期中元件映像存放器中的內(nèi)容是可變的。3.掃描周期的計(jì)算在掃描周期的計(jì)算階段,假設(shè)預(yù)先設(shè)定了掃描周期的值,那么進(jìn)入等待,直至到達(dá)該設(shè)定值時(shí)掃描再往下進(jìn)行假設(shè)掃描周期設(shè)為不定時(shí),那么要進(jìn)行掃描周期的計(jì)算。4.I/O刷新在I/O刷新階段,主要作兩件事情.(1)讀各輸入點(diǎn)的狀態(tài)從輸入電路中讀取各輸入點(diǎn)的狀態(tài)并將此狀態(tài)寫(xiě)入輸入映像存放器中,也就是刷新輸入映像存放器的內(nèi)容"自此輸入映像存放器就與外界隔離,無(wú)論輸入信號(hào)的狀態(tài)怎樣變化,輸入映像存放器的內(nèi)容都保持不變,一直到下一個(gè)掃描周期的I/O刷新階段,才會(huì)寫(xiě)進(jìn)新內(nèi)容.(2)讀輸出元件映像存放器中的狀態(tài)將對(duì)應(yīng)輸出繼電器的元件映像存放器的狀態(tài)傳送到輸出鎖存器電路中,再經(jīng)輸出電路的隔離和功率放大送到的輸出端,驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行元件動(dòng)作。5.外設(shè)口效勞在外設(shè)口效勞階段,完成與外設(shè)口連接的外圍設(shè)備如編程器或通信適配器的通信處理。完成上述各階段的處理后,又返回公共處理階段,周而復(fù)始的進(jìn)行掃描。2.2.4PLC的分類(lèi)PLC一般可按控制規(guī)模和結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)一、按PLC得控制規(guī)模分類(lèi)按PLC的控制規(guī)模分類(lèi)，PLC可分為小型機(jī)、中型機(jī)、大型機(jī)。通常小型機(jī)的控制點(diǎn)數(shù)小于256點(diǎn)，用戶(hù)程序存儲(chǔ)器的容量小于8K字。小型機(jī)常用于單機(jī)控制和小型控制場(chǎng)合，在通信網(wǎng)絡(luò)中常作從站。例如，西門(mén)子公司的S7-200PLC屬于小型機(jī)。小型機(jī)中，控制點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)的為超小型機(jī)或微型PLC。中型機(jī)的控制點(diǎn)數(shù)一般在256點(diǎn)到2048點(diǎn)范圍內(nèi)，用戶(hù)程序存儲(chǔ)器的容量小于50K字。中型機(jī)控制點(diǎn)數(shù)較多、控制功能強(qiáng)，常用于中型控制場(chǎng)合，在通信網(wǎng)絡(luò)中可做主站也可做從站。例如，西門(mén)子公司的S7-300PLC就屬于中型機(jī)。大型機(jī)的控制點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，用戶(hù)程序存儲(chǔ)器的容量達(dá)50K字以上。大型機(jī)控制點(diǎn)數(shù)多、功能很強(qiáng)、運(yùn)算速度很快，常用于大型控制場(chǎng)合，在通信網(wǎng)絡(luò)中常作主站。例如，西門(mén)子公司的S7-400PLC就屬于大型機(jī)。以上分類(lèi)沒(méi)有十分嚴(yán)格的界限，隨著PLC技術(shù)的飛速開(kāi)展，這些界限會(huì)發(fā)生變更。二、按PLC得結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)PLC按結(jié)構(gòu)形式可分為整體式、模塊式和疊裝式三類(lèi)?！?〕整體式PLC整體式PLC是將電源、CPU、I/O部件集中在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低。一般小型PLC采用這種結(jié)構(gòu)。整體式PLC由不同I/O點(diǎn)數(shù)的根本單元和擴(kuò)展單元組成。根本單元內(nèi)有CPU、I/O和電源。擴(kuò)展單元內(nèi)只有I/O和電源。整體式PLC一般配備有特殊功能單元，如模擬單元、位置控制單元等，使PLC的功能得以擴(kuò)展。例如，美國(guó)GE公司的GE-I/J系列PLC為整體式結(jié)構(gòu)?！?〕模塊式PLC模塊式結(jié)構(gòu)是將PLC各局部分成假設(shè)干個(gè)單獨(dú)的模塊，如電源模塊、CPU模塊、I/O模塊和各種功能模塊。模塊式PLC由機(jī)架和各種模塊組成。模塊插在機(jī)架內(nèi)的插座上。模塊式PLC配置靈活，裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。一般大、中型PLC宜采用模塊式結(jié)構(gòu)，例如，西門(mén)子公司的S7-300PLC、S7-400PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)形式。有的小型PLC也采用這種結(jié)構(gòu)?！?〕疊裝式PLC將整裝式和模塊式結(jié)合起來(lái)，成為疊裝式PLC。它除了根本單元外還有擴(kuò)展模塊和特殊功能模塊，配置比較方便。疊裝式PLC集整體式PLC和模塊式PLC優(yōu)點(diǎn)于一身，它結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、配置靈活、安裝方便。西門(mén)子公司的S7-200PLC就是疊裝式結(jié)構(gòu)形式。2.3.5PLC的接入方式電力線(xiàn)通信技術(shù)，英文簡(jiǎn)稱(chēng)PLC，是指利用電力線(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)和話(huà)音信號(hào)的一種通信方式。該技術(shù)是把載有信息的高頻加載于電流，然后用電線(xiàn)傳輸，接受信息的調(diào)制解調(diào)器再把高頻從電流中別離出來(lái)，并傳送到計(jì)算機(jī)或上，以實(shí)現(xiàn)信息傳遞。該技術(shù)在不需要重新布線(xiàn)的根底上，在現(xiàn)有電線(xiàn)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和視頻等多業(yè)務(wù)的承載，也就是實(shí)現(xiàn)四網(wǎng)合一。終端用戶(hù)只要插上電源插頭，就可以實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)接入。PLC利用1.6M到30M頻帶范圍傳輸信號(hào)。在發(fā)送時(shí)，利用GMSK或OFDM調(diào)制技術(shù)將用戶(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，然后在電力線(xiàn)上進(jìn)行傳輸；在接收端，先經(jīng)過(guò)濾波器將調(diào)制信號(hào)濾出，再經(jīng)過(guò)解調(diào)，就可得到原通信信號(hào)。目前可到達(dá)的通信速率依具體設(shè)備不同在4.5M～45M之間。PLC設(shè)備分為局端和調(diào)制解調(diào)器，局端負(fù)責(zé)與內(nèi)部PLC調(diào)制解調(diào)器的通信和與外部網(wǎng)絡(luò)的連接。在通信時(shí)，來(lái)自用戶(hù)的數(shù)據(jù)進(jìn)入調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后，通過(guò)用戶(hù)的配電線(xiàn)路傳輸?shù)骄侄嗽O(shè)備，局端將信號(hào)解調(diào)出來(lái)，再轉(zhuǎn)到外部的Internet。2.4變頻調(diào)速在控制系統(tǒng)中的運(yùn)用2.4.1變頻調(diào)速的開(kāi)展及在調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)中，直流調(diào)速以其控制容易，調(diào)速精度高等特點(diǎn)長(zhǎng)期占據(jù)了主導(dǎo)地位，但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，過(guò)流能力不強(qiáng)，環(huán)境適應(yīng)差，難以實(shí)現(xiàn)高速度化等原因，一直限制了其應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大。相比較而言，交流異步電機(jī)具有環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、過(guò)流能力大、牢固耐用、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易維護(hù)及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但異步電機(jī)的調(diào)速性能難以滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。隨著電力電子器件的產(chǎn)生和控制理論的飛速開(kāi)展，現(xiàn)代控制理論越來(lái)越多的應(yīng)用到交流調(diào)速系統(tǒng)中，使得交流調(diào)速性能可以和直流調(diào)速相媲美、相競(jìng)爭(zhēng)，交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。近年來(lái)，電力電子技術(shù)的開(kāi)展和DSP微處理器的推出，更為高性能交流調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)奠定了根底，目前己經(jīng)進(jìn)入了實(shí)用化階段，作為眾多調(diào)速方案之一的變頻調(diào)速，其開(kāi)展不超過(guò)40年，卻取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，變頻調(diào)速以其節(jié)能和可平滑調(diào)速，調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用[22]。交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制技術(shù)大體經(jīng)歷了以下幾個(gè)開(kāi)展階段。第一個(gè)階段為電壓/頻率(U/f)恒定控制，這種控制方法在低頻時(shí)定子電壓較低，定子漏抗壓降所占的份量不能忽略，因此需要人為地把電壓抬高一些，用以補(bǔ)償定子壓降，負(fù)載不同時(shí)需要補(bǔ)償?shù)亩ㄗ訅航抵狄膊灰粯樱诳刂栖浖袀溆胁煌甭实难a(bǔ)償特性，以便用戶(hù)選擇。第二個(gè)階段是矢量變換控制，它的方法是模擬直流電動(dòng)機(jī)的控制特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行交流電動(dòng)機(jī)的控制，通過(guò)電機(jī)統(tǒng)一理論和坐標(biāo)變換理論，把交流電動(dòng)機(jī)定子電流分解成磁場(chǎng)定向坐標(biāo)的磁場(chǎng)電流分量和與之相垂直的坐標(biāo)轉(zhuǎn)矩電流分量，把固定的坐標(biāo)系變換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系后，交流量的控制變?yōu)橹绷髁康目刂?，于是等同于直流電?dòng)機(jī)。第三個(gè)階段為直接轉(zhuǎn)矩控制，也叫直接自控，它避開(kāi)了矢量控制中的兩次坐標(biāo)變換及求矢量模與相角的復(fù)雜計(jì)算工作，直接在定子坐標(biāo)系上計(jì)算電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與磁通，使轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間控制在一拍以?xún)?nèi)，且無(wú)超調(diào)，控制性能更好。交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的硬件由模擬技術(shù)轉(zhuǎn)向數(shù)字技術(shù)，全數(shù)字變頻技術(shù)應(yīng)用于交流電動(dòng)機(jī)控制。制動(dòng)減速段速度調(diào)節(jié)采用低頻發(fā)電制動(dòng)方式，將系統(tǒng)的動(dòng)能反應(yīng)給電網(wǎng)，與動(dòng)力制動(dòng)減速相比，不僅調(diào)速性能好，而且節(jié)能效果顯著。采用矢量控制技術(shù)零速起動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)150%，確保帶負(fù)載時(shí)的啟動(dòng)與運(yùn)行特性，輸出頻率跟隨給定頻率，并且頻率與電流值可準(zhǔn)確指示出來(lái)。從而使傳動(dòng)系統(tǒng)獲得高精度、高可靠性。采用直接轉(zhuǎn)矩控制可改善低頻特性，普通變頻器雖然可以輸出較低的頻率，但輸出力矩小，特性較軟，采用特殊的軟件編程，改善低頻特性，即使在輸出0Hz的情況下，也能輸出200%的負(fù)載力矩，到達(dá)了在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程都能輸出滿(mǎn)足負(fù)載要求的力矩。完全防止了帶負(fù)載時(shí)難以啟動(dòng)的現(xiàn)象。電動(dòng)機(jī)使用變頻調(diào)速控制具有以下優(yōu)點(diǎn):(l)調(diào)速平滑、調(diào)速范圍大。通過(guò)控制器的控制，變頻器的輸出頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流小、動(dòng)負(fù)荷小、調(diào)速平滑而無(wú)沖擊。(2)調(diào)速精度高。電動(dòng)機(jī)在自然特性上運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的外特性硬，轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化小。(3)動(dòng)態(tài)品質(zhì)好。可使電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)和調(diào)速過(guò)程的時(shí)間降至最少，具有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。(4)易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的換向，當(dāng)頻率降低至零后即可反向開(kāi)車(chē)，采用控制器改變相序即可實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)，因此可在四象限內(nèi)平滑的過(guò)渡。(5)節(jié)電效果顯著。變頻調(diào)速比轉(zhuǎn)子回路串接電阻的調(diào)速方法節(jié)約電能20%～40%。2.4.2變頻調(diào)速根本原理異步電機(jī)的VVVF調(diào)速系統(tǒng)一般簡(jiǎn)稱(chēng)變頻調(diào)速系統(tǒng)。由于在變頻調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)差功率不變，在各種異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中效率較高，同時(shí)性能也最好，故是交流調(diào)速的主要開(kāi)展方向。交流調(diào)速系統(tǒng)的控制量最根本上是轉(zhuǎn)矩、速度、位置，根據(jù)不同的用途適當(dāng)組合可構(gòu)成各種閉環(huán)系統(tǒng)。對(duì)電機(jī)的調(diào)速有兩個(gè)方向的能力，線(xiàn)面進(jìn)行分析：1.基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速這是考慮從基頻(電動(dòng)機(jī)額定頻率AN)向下調(diào)速的情況，為了保持電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力，應(yīng)保持氣隙主磁通Φm不變，這就要求降低供電頻率的同時(shí)降低感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，保持E1/f1=常數(shù)，即保持電動(dòng)勢(shì)和頻率之比為常數(shù)進(jìn)行控制。這種控制又稱(chēng)為恒磁通變頻調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。但是，E1難于檢測(cè)和直接控制。當(dāng)El和f1值較高時(shí)，定子的漏阻抗壓降相比照較小，如果忽略不計(jì)，那么可以近似的保持定子相電壓U1和頻率f1的比值為常數(shù)即可。這就是恒壓頻比，是近似的恒磁通控制。當(dāng)頻率較低時(shí)，U1和E1都變小，定子漏阻抗壓降(主要是定子電阻壓降)不能再忽略,這種情況下，可以適當(dāng)?shù)奶岣叨ㄗ与妷阂匝a(bǔ)償定子電阻壓降的影響,使氣隙磁通根本保持不變。2.基頻以上的弱磁變頻調(diào)速這是考慮由基頻開(kāi)始向上調(diào)速的情況，頻率由額定值.f1n向上增大，但電壓U1受額定電壓U1N的限制不能再升高，只能保持U1=U1n不變。必然會(huì)使主磁通隨著f1的上升而減小，相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速的情況，屬于近似的恒功率調(diào)速方式。綜合兩種情況，異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的根本控制方式如圖2.5所示，為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)，低頻調(diào)速時(shí)通過(guò)電壓補(bǔ)償?shù)姆绞絹?lái)保持恒轉(zhuǎn)矩。圖2.5異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)的控制特性2.4.3變頻器的分類(lèi)與特點(diǎn)〔1〕普通變頻器的分類(lèi)特點(diǎn)對(duì)交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的裝置稱(chēng)為變頻調(diào)速器，其功能是將電網(wǎng)提供的電壓與頻率固定不變的交流電變換為可變電壓和頻率VVVF〔VariableVoltageVariableFrequency〕的交流電，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速。變頻器有交—交變頻器、交—直—交變頻器兩大類(lèi)，如圖2.6所示。交—交變頻器沒(méi)有明顯的中間濾波環(huán)節(jié)，電網(wǎng)提供的交流電被直接變成可調(diào)頻率與電壓的交流電，又稱(chēng)直接變頻器。交—直—交變頻器是先把電網(wǎng)提供的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，經(jīng)中間濾波后，再進(jìn)行逆變，而轉(zhuǎn)變?yōu)樽冾l變壓的交流電，故稱(chēng)為間接變頻器。直接變頻器只需進(jìn)行一次能量的變換，所以變換的效率高，工作可靠，但頻率的變化范圍有限，多用于低頻大容量的調(diào)速。間接變頻器需進(jìn)行2次電能的逆變換、所以變換效率低，但頻率變換范圍大?！瞐〕〔b〕圖2.6兩種類(lèi)型的變頻器〔a〕交—交變頻器；〔b〕交—直—交變頻器按中間濾波環(huán)節(jié)是電容性的還是電感性的，可將交—直—交變頻器劃分為電壓源型和電流源型。圖2.7為電壓源型變頻器的主電路結(jié)構(gòu)形式，圖2.8為電流源型變頻器的主電路結(jié)構(gòu)形式。圖2.6電壓型變頻器中，因采用電容濾波，故輸出電壓波形是規(guī)那么的。圖2.7(a)結(jié)構(gòu)靠調(diào)節(jié)晶閘管整流器的控制角進(jìn)行調(diào)壓，逆變器只進(jìn)行調(diào)頻。圖2.7(b)結(jié)構(gòu)那么使用不可控整流接入電網(wǎng)，在通過(guò)斬波器進(jìn)行調(diào)壓，逆變器調(diào)頻。圖2.7(a)、圖2.7(b)兩種結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)在都有專(zhuān)門(mén)的調(diào)壓環(huán)節(jié)調(diào)整輸出電壓的幅值，因此，從最后的輸出波形看，它們同屬于脈沖幅度調(diào)制〔PAM〕方式。圖2.7(c)結(jié)構(gòu)是目前通用變頻器最常見(jiàn)的主電路形式，由不可控整流器接入電網(wǎng)，整流之后不調(diào)節(jié)電壓幅值就送入逆變器，由逆變器同時(shí)完成調(diào)頻調(diào)壓，因其電壓幅值不可變，逆變器依靠改變電壓輸出脈沖的寬度來(lái)完成調(diào)壓，所以稱(chēng)為脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式。圖2.7(b)、圖2.7(c)兩種結(jié)構(gòu)因采用不可控整流，功率因數(shù)高，圖2.7(a)結(jié)構(gòu)由采用可控整流，電壓波形不完整，諧波的無(wú)功功率使得輸入端因數(shù)降低。圖2.7(a)、圖2.7(b)兩種結(jié)構(gòu)可互相獨(dú)立地調(diào)壓、調(diào)頻，但系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，圖2.7(c)結(jié)構(gòu)那么動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，且功率因數(shù)高，獨(dú)具優(yōu)勢(shì)。圖2.8電流型變頻器主電路結(jié)構(gòu)中，在整流器與逆變器之間起干擾及無(wú)功能量緩沖作用的濾波器件是電感，因此電流型變頻器的輸出電流波形比較規(guī)那么。圖2.8(a)方案用可控整流器調(diào)節(jié)電壓和電流的大小，用逆變器實(shí)現(xiàn)變頻，該方案輸出電流波形中諧波分量太大，影響了電機(jī)的低速性能，因此，對(duì)電流型變頻器可以采用圖2.8(b)所示的二重化結(jié)構(gòu)。二重化結(jié)構(gòu)中，上下2套變頻器的輸出方波電流頻率一致，但相位錯(cuò)開(kāi)一定的角度，輸出時(shí)，將2套變頻器的輸出電流通過(guò)變頻器〔或直接〕疊加，疊加之后輸出的交流電流將成為多階梯的波形，更接近于正弦波，有利于抑制低速運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，擴(kuò)大運(yùn)行范圍。多套變頻器的疊加稱(chēng)為多重化，但重?cái)?shù)越多，控制電路越復(fù)雜，越難于實(shí)現(xiàn)。圖2.7交—直—交電壓型變頻器的結(jié)構(gòu)形成〔a〕可控整流器調(diào)壓、六拍逆變器變頻；〔b〕二極管整流斬波器調(diào)壓、六拍逆變器變頻；〔c〕二極管整流、PWM逆變器調(diào)壓調(diào)頻。在交—直—交變頻器中，脈寬調(diào)制〔PWM〕型變頻器和正弦波脈寬調(diào)制〔SPWM〕變頻器是當(dāng)前變頻器的主要形式，M1350型磨床數(shù)控砂輪成型系統(tǒng)中采用的是脈寬調(diào)制〔PWM〕型變頻器。〔a〕〔b〕圖2.8交—直—交電流變頻器的結(jié)構(gòu)形式〔a〕可控整流器調(diào)壓、六拍逆變器變頻；〔b〕二重化結(jié)構(gòu)?！?〕脈寬調(diào)制〔PWM〕型變頻器圖2.9為脈寬調(diào)制〔PWM〕型變頻器的示意圖，其整流局部采用的是不可控整流橋，它的輸出電壓經(jīng)電容濾波后形成恒定的直流電壓，逆變局部的主體是6只功率開(kāi)關(guān)器件VT1～VT6，這些功率器件可選用功率晶體管GTR、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET、絕緣門(mén)極晶體管IGBT等，只要按一定規(guī)那么控制VT1～VT6的導(dǎo)通或斷開(kāi)，逆變器的輸出側(cè)即可獲得一系列恒幅、調(diào)寬的交流電壓，實(shí)現(xiàn)了變頻變壓。變頻變壓的協(xié)調(diào)控制均在逆變環(huán)節(jié)中完成。圖2.9PWM交—直—交電流變頻器示意圖2.4.4變頻調(diào)速技術(shù)的開(kāi)展現(xiàn)狀從80年代初通用變頻器問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)近20年，通用變頻器更新?lián)Q代了五次:第一代是80年代初模擬式通用變頻器，第二代是80年代中期數(shù)字式通用變頻器;第三代是90年代初智能型通用變頻器:第四代是90年代中期的多功能型通用變頻器，最近研制上市第五代集中通用變頻器。通用變頻器的開(kāi)展情況可以從幾個(gè)方面來(lái)說(shuō)明:1.通用變頻器的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大通用變頻器不僅在工業(yè)各個(gè)行業(yè)廣泛應(yīng)用，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，產(chǎn)品正向三個(gè)方面開(kāi)展變化:其一，向無(wú)需調(diào)整便能得到最正確運(yùn)行的多功能與高性能型變頻器方向開(kāi)展;其二，向通過(guò)簡(jiǎn)單控制就能運(yùn)行的小型及操作方便的變頻器方向開(kāi)展;其三，向大容量、高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩及具有環(huán)境保護(hù)功能的變頻器方向開(kāi)展。2.通用變頻器使用的功率器件不斷更新?lián)Q代通用變頻器對(duì)功率晶體管的根本要求是:能承受足夠大的電壓和電流;允許長(zhǎng)時(shí)間頻繁地接通和關(guān)斷;接通和關(guān)斷的控制必須十分方便。在80年代初只有大功率晶體管(GTR)能夠滿(mǎn)足上述根本要求條件，后來(lái)隨著工作頻率比GTR提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn)，使變頻調(diào)速技術(shù)又邁向了一步。目前，中小容量的新系列變頻器中的逆變局部，已根本被IGBT壟斷了。時(shí)至90年代末又出現(xiàn)了一種新型半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件—集成門(mén)極換流晶閘管IGCT(integratedgatecommutatedthyristor)，該器件是GTO和IGBT相互取長(zhǎng)補(bǔ)短的結(jié)果，非常適合于中壓(1KV-10KV)開(kāi)關(guān)電路，現(xiàn)在己有系列產(chǎn)品。3.通用變頻器的控制技術(shù)性能到達(dá)了直流電機(jī)調(diào)速水平通用變頻器再80年代初采用的控制技術(shù)是V/fPWM控制方式，90年代初又出現(xiàn)了矢量控制的通用變頻器。矢量控制技術(shù)的實(shí)用化，使異步電動(dòng)機(jī)變頻后的機(jī)械特性到達(dá)了可以和直流電動(dòng)機(jī)變壓后的機(jī)械特性相媲美的程度。如英國(guó)的CT公司的VECTOR系列變頻器采用磁通矢量控制技術(shù)，其性能到達(dá)了直流電機(jī)調(diào)速的水平。在交流異步電動(dòng)機(jī)的諸多調(diào)速方法中，變頻的性能最好，調(diào)速范圍廣，可進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，運(yùn)行效果好，采用變頻器，對(duì)籠型異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，由于使用方便，可靠性高，并且經(jīng)濟(jì)效益明顯，所以逐步得到推廣。目前國(guó)外變頻調(diào)速技術(shù)開(kāi)展較快，性能也非常好，在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，如日本富士、瑞典ABB、德國(guó)西門(mén)子等變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。國(guó)內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)開(kāi)展較慢，產(chǎn)品性能較差，很難滿(mǎn)足連續(xù)化工生產(chǎn)的需求，而且無(wú)法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制。因此國(guó)內(nèi)使用單位主要以進(jìn)口為主，很少使用國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品。2.4.5本設(shè)計(jì)中變頻器與PLC通訊時(shí)的參數(shù)設(shè)置MM440變頻器與S7-200PLC實(shí)現(xiàn)USS通訊需要設(shè)置的參數(shù)。P0700：設(shè)置P0700[0]=5，即控制源來(lái)自COMLink上的USS通信P1000：設(shè)置P1000[0]=5，即設(shè)定源來(lái)自COMLink上的USS通信P2023：決定是否對(duì)COMLink上的USS通信設(shè)定值規(guī)格化，即設(shè)定值將是運(yùn)轉(zhuǎn)頻率的百分比形式，還是絕對(duì)頻率值=0不規(guī)格化USS通信設(shè)定值，即設(shè)定為變頻器中的頻率設(shè)定范圍的百分比形式。1對(duì)USS通信設(shè)定值進(jìn)行規(guī)格化，即設(shè)定值為絕對(duì)的頻率數(shù)值。P2023：設(shè)置COMLink上的USS通信速率。根據(jù)S7-200通信口的限制，支持的通信波特率有：=42400bit/s54800bit/s69600bit/s719200bit/s838400bit/s957600bit/s12115200bit/s2.5外圍電路硬件設(shè)計(jì)2.5.1PLC和變頻器的選型及外部接線(xiàn)一、PLC的選型。通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)要求的分析可知，系統(tǒng)共需開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)14個(gè)，開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)8個(gè)。選CPU224可以滿(mǎn)足要求。系統(tǒng)還需要1路模擬量輸入和兩路模擬量輸出，選DM231四路模擬量輸入模塊一塊及EM232兩路模擬量輸出模塊一塊。圖2.10〔a〕主電路圖圖2.10〔b〕電器控制電路圖2.10〔c〕PLC接線(xiàn)圖表2.1PLC的IO口分配I0.0糾偏工作選擇I1.2刀片一手動(dòng)磨刀I0.1左邊檢測(cè)光電開(kāi)關(guān)I1.3刀片二手動(dòng)磨刀I0.2右邊檢測(cè)光電開(kāi)關(guān)I1.4刀片三手動(dòng)磨刀I0.3左邊限位開(kāi)關(guān)I1.5刀片四手動(dòng)磨刀I0.4右面限位開(kāi)關(guān)Q0.0分切裝置橫向電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)I0.5磨刀方式選擇Q0.2分切裝置橫向電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)I0.6磨刀一工作狀態(tài)選擇Q0.4刀片一磨刀操作I0.7磨刀二工作狀態(tài)選擇Q0.5刀片二磨刀操作I1.0磨刀三工作狀態(tài)選擇Q0.6刀片三磨刀操作I1.1磨刀四工作狀態(tài)選擇Q0.7刀片四磨刀操作系統(tǒng)主電路、繼電器接觸器電路與PLC的接線(xiàn)圖如圖2.10所示。其中，圖2.10〔a〕主電路中，M1為分切裝置的橫向移動(dòng)電動(dòng)機(jī)，由接觸器KM1及KM2控制其正反向運(yùn)行。KM1及KM2既可以由PLC的輸出點(diǎn)Q0.0及Q0.2驅(qū)動(dòng)，也可以由手動(dòng)按鈕SB9及SB10控制。電動(dòng)機(jī)M2及M3分別為壓痕電動(dòng)機(jī)及分切電動(dòng)機(jī)，它們由變頻器供電。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由PLC的模擬量輸出控制。而變頻器的電源由接觸器KM3及KM4控制，KM3及KM4的通斷可見(jiàn)圖2.10〔b〕電器控制電路。圖2.10〔c〕為PLC接線(xiàn)圖，除了電源連接外，表2.1還給出了PLC的輸入輸出端口分配。二、變頻器的選擇。在變頻調(diào)速領(lǐng)域，異步電機(jī)的控制方式多種多樣，但從轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)性和過(guò)渡特性來(lái)看，變頻調(diào)速的控制方式分為以下幾種:①U/F控制U/F控制是交流電機(jī)最簡(jiǎn)單的一種控制方法，通過(guò)控制過(guò)程中始終保持U/F為常數(shù)，來(lái)保證轉(zhuǎn)子磁通的恒定。然而U/F控制是一種開(kāi)環(huán)的控制方式，速度動(dòng)態(tài)特性較差，電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率低，控制參數(shù)(如加/減速度等)還需要根據(jù)負(fù)載的不同來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，特別是低速時(shí)由于定子電阻和逆變器等器件開(kāi)關(guān)延時(shí)的存在，系統(tǒng)可能會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。這種控制方式多用于調(diào)速精度不高的場(chǎng)所。②轉(zhuǎn)差頻率控制轉(zhuǎn)差頻率控制是檢測(cè)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，對(duì)轉(zhuǎn)差頻率采取閉環(huán)控制。與U/F控制相比，調(diào)速精度要求較高，且系統(tǒng)容易穩(wěn)定，即能在寬廣的調(diào)速范圍內(nèi)，將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)及效率控制在最正確狀態(tài)。但是采用此法的電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)只能是單機(jī)運(yùn)行，同時(shí)轉(zhuǎn)差頻率控制未能實(shí)施對(duì)電機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制，盡管這種系統(tǒng)的靜態(tài)精度較高，但由于快速性較差，故適用于對(duì)響應(yīng)的快速性要求不高的系統(tǒng)。③矢量控制矢量控制是一種建立在轉(zhuǎn)子磁鏈定向的根底上，通過(guò)一系列的坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)電機(jī)定子電流轉(zhuǎn)矩分量和磁通分量的解藕的控制方法，可以將作為控制對(duì)象的感應(yīng)電機(jī)當(dāng)作直流電機(jī)來(lái)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的控制。目前，實(shí)用中多采用轉(zhuǎn)差頻率矢量控制，由于其沒(méi)有實(shí)現(xiàn)直接磁通的閉環(huán)控制，無(wú)需檢測(cè)出磁通，因而容易實(shí)現(xiàn)。但是其控制器的設(shè)計(jì)在某種程度上依賴(lài)于電機(jī)的參數(shù)，為了減少控制上對(duì)電機(jī)參數(shù)的敏感性，已經(jīng)提出了許多參數(shù)辨識(shí)、參數(shù)補(bǔ)償和參數(shù)自適應(yīng)方案，收到了較好的效果。④直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)也是一種轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制方法，其克服了坐標(biāo)變換和解禍運(yùn)算的復(fù)雜性，直接對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，通過(guò)轉(zhuǎn)矩誤差、磁通控制誤差，按一定的原那么選擇逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)，控制施加在定子端的三相電壓，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率，到達(dá)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。由于DTC直接著眼于轉(zhuǎn)矩控制，對(duì)轉(zhuǎn)子參數(shù)變化表現(xiàn)為狀態(tài)干擾而非參數(shù)干擾，DTC方法比矢量控制方法具有較高的魯棒性。但是DTC也存在缺乏之處，其最大的困難就在于低速性能不理想。異步電動(dòng)機(jī)用變頻器傳動(dòng)的方塊圖，如圖2.11所示，變頻器由變流器、平滑電路、逆變器、控制器四大局部組成，變流器將交流電變?yōu)橹绷麟姡交娐穼⒋酥绷麟娖交?，由逆變器將它變換為頻率可調(diào)的交流電，向電動(dòng)機(jī)提供電壓、電流和頻率。整流器整流器平滑電路逆變器控制器電源M圖2.11變頻器的根本結(jié)構(gòu)在本次的設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，采用了東莞市順景源印刷機(jī)械的壓痕機(jī)、分切機(jī)電動(dòng)機(jī)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，壓痕機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率為11kw，分切機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率為3kw，考慮到與PLC的配合，以及能夠滿(mǎn)足電動(dòng)機(jī)的性能要求，設(shè)計(jì)選用了德國(guó)西門(mén)子的MM440變頻器，對(duì)點(diǎn)生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)頻調(diào)速。調(diào)速原理如下異步電動(dòng)機(jī)定子對(duì)稱(chēng)的三相繞組中通入對(duì)稱(chēng)的三相交流電，在電機(jī)氣隙內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其旋轉(zhuǎn)速度為同步轉(zhuǎn)速〔2-1〕式中——定子繞組電源頻率;P—電機(jī)磁極對(duì)數(shù)。異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率〔2-2〕那么異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速〔2-3〕由上式可知，異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法有如下幾種a.變同步轉(zhuǎn)速:變極p、變頻、b.變轉(zhuǎn)差率s:定子調(diào)壓、轉(zhuǎn)子串電阻、電磁轉(zhuǎn)差離合器、串極調(diào)速。由電機(jī)學(xué)可知，轉(zhuǎn)差功率:〔2-4〕式中—電磁功率;Cu2—轉(zhuǎn)子銅耗。由式可知，變頻調(diào)速與變極調(diào)速為轉(zhuǎn)差功率不變型不管其轉(zhuǎn)速上下，轉(zhuǎn)差功率消耗根本不變，因此調(diào)速效率為最高。由電機(jī)與電力拖動(dòng)可知，異步電動(dòng)機(jī)等效電路如圖2.12所示，對(duì)交流異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，交流異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為:(2-5)式中:—同步轉(zhuǎn)速(r/min);—定子頻率(Hz);—磁極對(duì)數(shù)。而異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為:〔2-6〕式中:s異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率〔2-7〕改變異步電動(dòng)機(jī)的供電頻率，可以改變其同步轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)調(diào)速運(yùn)行。當(dāng)然，也可以通過(guò)改變轉(zhuǎn)差率，和磁極對(duì)數(shù)n，來(lái)改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。但是變極對(duì)數(shù)和變轉(zhuǎn)差率在調(diào)速領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用范圍較小，而變頻調(diào)速具有高效率、高范圍和高精度的調(diào)速性能，是比較合理的調(diào)速方法。交流變頻器正是通過(guò)均勻的改變輸入異步電動(dòng)機(jī)定子的供電頻率來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的。對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制時(shí)，希望電動(dòng)機(jī)的主磁通保持不變。磁通太弱，鐵心利用不充分，同樣的轉(zhuǎn)子電流下，電磁轉(zhuǎn)矩小，電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷能力下降;磁通太強(qiáng)，那么由于過(guò)勵(lì)磁狀態(tài)，使勵(lì)磁電流過(guò)大，這就限制了定子電流的負(fù)載分量，為使電動(dòng)機(jī)不過(guò)熱，負(fù)載能力要下降。異步電動(dòng)機(jī)的氣隙磁通(主磁通)是定、轉(zhuǎn)子合成磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的。由電機(jī)理論知道，三相異步電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值為:。分析原理圖如圖2.12所示圖2.12異步電動(dòng)機(jī)等效電路式中—定子每相由氣隙磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)的均方根值(V);—定子頻率(Hz);—定子相繞組有效匝數(shù);Φm—每相磁通量(Wb)。由上式可見(jiàn),Φm的值是由E1和f1共同決定的，對(duì)E1和f1進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?就可以使氣隙磁通Φm保持額定值不變。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的控制要求分析，本系統(tǒng)內(nèi)部采用矢量控制的方法，AC380V三相動(dòng)力電源由接線(xiàn)腔R,S,T3個(gè)接線(xiàn)柱接入，變頻器MM440可以將工頻三相交流電經(jīng)過(guò)交—直變換之后經(jīng)過(guò)逆變器，利用設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行逆變，使得輸出為某一相應(yīng)設(shè)定頻率的交流電，經(jīng)變頻后輸出U,V,W來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行。變頻器輸出頻率的變化，將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速變化，二者之間的關(guān)系近似線(xiàn)性。這樣，就起到了調(diào)速的作用。在壓痕、分切電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，控制分切機(jī)運(yùn)行的主速度由PLC編程產(chǎn)生，測(cè)速發(fā)電機(jī)檢測(cè)到的壓痕機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，在PLC中根據(jù)已經(jīng)設(shè)定好的主程序進(jìn)行速度計(jì)算，然后由模擬量輸出口輸出，以驅(qū)動(dòng)變頻器工作；對(duì)變頻器輸出頻率的調(diào)整控制，也可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工況需要，由操作臺(tái)速度控制手柄以輔助給定的方式進(jìn)行控制。測(cè)速發(fā)電機(jī)可以檢測(cè)主電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將此信號(hào)傳送給可編程控制器，PLC通過(guò)該信號(hào)可以累計(jì)計(jì)算電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)紙板的行走距離。操作人員通過(guò)操作臺(tái)向PLC發(fā)送控制壓痕機(jī)、分切機(jī)運(yùn)行的控制命令?？刂票O(jiān)視系統(tǒng)通過(guò)與PLC的通信，將電動(dòng)機(jī)的所有運(yùn)行參數(shù)和故障參數(shù)都顯示出來(lái)，并對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)控。為操作人員分析故障、判斷故障和處理提供依據(jù)。經(jīng)過(guò)分析比較，結(jié)合瓦楞紙分切機(jī)調(diào)速系統(tǒng)屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性，最終選擇PLC與變頻器相結(jié)合的變頻調(diào)速方案。此方案能夠很好解決傳統(tǒng)交流繞線(xiàn)式電機(jī)串電阻調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)，變頻調(diào)速是通過(guò)改變定子供電頻率來(lái)到達(dá)電機(jī)調(diào)速的目的，無(wú)論轉(zhuǎn)速上下，其機(jī)械特性根本上與自然機(jī)械特性平行，能夠滿(mǎn)足壓痕、分切機(jī)特殊工作環(huán)境的要求且有著明顯的節(jié)電效果；采用PLC對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，使系統(tǒng)更加平安可靠。變頻調(diào)速系統(tǒng)將是各種電控系統(tǒng)的開(kāi)展方向。2.5.2位置信號(hào)采集及傳感器的信號(hào)采集一、行程開(kāi)關(guān)設(shè)置。在瓦楞紙分切機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)于紙片的加工精度要求很高，在輥筒放紙過(guò)程中要防止紙板的跑偏，故設(shè)有跑偏傳感器，對(duì)紙帶的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并進(jìn)行調(diào)整。而對(duì)于成品的最終合格率，分切裝置顯得尤為重要，由于所切紙型的大小、尺寸都不一樣故切刀的位置是可以調(diào)節(jié)的，所以在刀坐的兩端都設(shè)有限位開(kāi)關(guān)，保障設(shè)備的平安運(yùn)行。二、傳感器的安裝。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的整體研究不難發(fā)現(xiàn)，在瓦楞紙生產(chǎn)線(xiàn)上，切刀占有很重要的地位。因?yàn)榍械对谇邢鬟^(guò)程中是一件消耗品，很容易鈍化，所以在設(shè)備中參加的磨刀裝置，而磨刀的好壞直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，所以在刀坐和磨刀裝置上裝設(shè)了傳感器，在磨刀過(guò)程中不斷檢測(cè)刀片的位置，返回PLC不斷計(jì)算，做出最優(yōu)化處理。傳感器的安裝如圖2.13所示。在硬紙板輸送機(jī)構(gòu)中還設(shè)置了跑偏傳感器，以防止在切削紙板時(shí)，因?yàn)榧埌迮芷a(chǎn)出過(guò)多的次品。跑偏傳感器選用了兩個(gè)光電耦合傳感器，其原理是，在紙板的兩側(cè)安裝傳感器，當(dāng)一紙板跑偏的時(shí)候，偏離一側(cè)的傳感器就會(huì)感受到光照，從而使得糾偏電路電路導(dǎo)通，對(duì)紙板位置進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)糾偏，見(jiàn)圖2.14。圖2.13瓦楞紙切刀裝置圖2.14光電傳感器原理圖2.5.3平安回路平安回路用于防止和防止各運(yùn)行電機(jī)發(fā)生意外故障。硬平安回路通過(guò)硬件回路實(shí)現(xiàn)，無(wú)論P(yáng)LC單元是否正常工作，一旦出現(xiàn)重度故障信號(hào)，硬平安回路馬上斷開(kāi)。PLC保護(hù)的環(huán)節(jié)較多，可能導(dǎo)致動(dòng)作較慢。當(dāng)電動(dòng)機(jī)短路電流過(guò)大時(shí)，假設(shè)過(guò)流保護(hù)沒(méi)能及時(shí)動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)可能損壞，甚至燒毀。為解決這個(gè)問(wèn)題，系統(tǒng)采用遲滯比較器電路作為電動(dòng)機(jī)硬件過(guò)流保護(hù)。圖2.15為硬件保護(hù)電路的原理圖。硬件保護(hù)電路為由單電源接法的電壓比較器LM339構(gòu)成的遲滯比較器電路。其輸入包括來(lái)自圖2.10〔a〕的電流互感器感應(yīng)出的電流，經(jīng)整流濾波電路的電平信號(hào)，以及來(lái)自PLC的復(fù)位信號(hào)。其輸出包括兩路電平信號(hào)，一路經(jīng)非門(mén)驅(qū)動(dòng)光耦，從而驅(qū)動(dòng)硬件保護(hù)繼電器S1或S2的線(xiàn)圈，保護(hù)電路設(shè)有復(fù)位端子。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的線(xiàn)電流因故障而增大到5倍額定電流時(shí)，本電路需發(fā)出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，使電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)上切除;保護(hù)動(dòng)作后，因?yàn)閬?lái)自圖2.10的線(xiàn)形整流濾波電路的電平信號(hào)已變成零，所以本電路還需有維持保護(hù)動(dòng)作信號(hào)電平的功能。圖2.15硬件保護(hù)電路原理圖當(dāng)輸入電平大于某特定值時(shí)，輸出高電平驅(qū)動(dòng)硬件保護(hù)繼電器S1和S2的線(xiàn)圈，保護(hù)動(dòng)作，輸入電平降為零，此時(shí)R55形成的正反應(yīng)回路使得U4A的5腳電平始終大于4腳的電平，輸出保持在高電平，這也就使得圖2.10〔b〕中的KM3的線(xiàn)圈始終維持在失電狀態(tài)。當(dāng)單片機(jī)發(fā)出低電平復(fù)位信號(hào)時(shí)，D15導(dǎo)通，U4A的輸出低電平，這也就使得KM3的線(xiàn)圈得電，電動(dòng)機(jī)重新接入電網(wǎng)。R56是比較器LM339輸出端的上拉電阻。R51和電位器P2構(gòu)成分壓電路，提供比較參考電壓(可通過(guò)P2調(diào)節(jié))。C4起到抗干擾，穩(wěn)定參考電壓的作用，其值取0.1μF。R54與C5組成的充電回路可使得保護(hù)器上電時(shí)VU4A4>VU4A5，硬件保護(hù)保持在未動(dòng)作狀態(tài)。R54在回路中起限流作用。選擇參數(shù)時(shí)需讓C5的充電回路時(shí)間常數(shù)小于C4的充電回路時(shí)間常數(shù)，這樣就可消除C4對(duì)電路的負(fù)面影響。本設(shè)計(jì)選C5為500nF，根本上可以使保護(hù)器上電時(shí)硬件保護(hù)維持在未動(dòng)作狀態(tài)?，F(xiàn)在對(duì)R51和P2構(gòu)成分壓電路的比較參考電壓的進(jìn)行以下計(jì)算?？紤]到放大器LM324構(gòu)成的整流電路的輸出電壓(也即硬件保護(hù)環(huán)節(jié)和A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的輸入電壓)最大只能到3.8V，此次設(shè)計(jì)將硬件過(guò)流保護(hù)的動(dòng)作值設(shè)為4.5倍的額定電流值。那么硬件過(guò)流保護(hù)的動(dòng)作值=4.5×0.8=3.6VLM339在單電源+5V的工作條件下(帶1K上拉電阻)，輸出的高電平UH至少為4.8V，輸出的低電平UL最多為0.5V。由疊加原理可得:〔2-8〕當(dāng)硬件保護(hù)未動(dòng)作時(shí)，Viz<3.6V，VU4A2=0.5V，VU4A4>VU4A5。代入上式得:VU4A4>2.05V。當(dāng)硬件保護(hù)動(dòng)作后，Viz=OV,VU4A2=4.8V,VU4A<VU4A54。代入得:VU4A4V<2.4V。充分考慮平安余量后，選擇VU4A4=2.2V。第3章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)由于工藝比較復(fù)雜，本程序采用主子程序模塊化順序結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程，程序中的內(nèi)存地址可分成：參數(shù)設(shè)定、上位機(jī)顯示、故障存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、中間量這五局部，系統(tǒng)各種子程序均由主循環(huán)程序調(diào)用執(zhí)行，按事先輸入的控制程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制，系統(tǒng)編程靈活，修改程序方便，僅需修改子程序梯形圖程序就可改變控制功能，便于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)管理，使提升機(jī)運(yùn)行平安性和可靠性得到了大幅度提高。3.1PLC編程說(shuō)明一、PLC執(zhí)行用戶(hù)程序的過(guò)程根據(jù)PLC的工作流程,設(shè)PLC的輸入數(shù)據(jù)為X,輸出數(shù)據(jù)為Y。在用戶(hù)程序第n次掃描執(zhí)行時(shí),其輸入數(shù)據(jù)是第n-1掃描的I/O刷新階段讀取的Xn-1；執(zhí)行用戶(hù)程序過(guò)程中,元件映像存放器中的數(shù)據(jù)既有第n-1次掃描存入的數(shù)據(jù)Yn-1,也有第n次執(zhí)行程序的中間結(jié)果。第n次掃描I/O數(shù)據(jù)是Yn。以O(shè)MRONPLC為例，如圖3.1所示給出PLC執(zhí)行用戶(hù)程序的過(guò)程示意圖。執(zhí)行第一個(gè)梯級(jí)時(shí),PLC從輸入映像存放器中讀取輸入端00000的狀態(tài),設(shè)其為1那么輸入繼電器00000的狀態(tài)。再讀出輸入端00001的狀態(tài),設(shè)其為0,那么輸入繼電器的00001的狀態(tài)為0。再由常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)00000和常閉觸點(diǎn)00001的狀態(tài)運(yùn)算出繼電器01000當(dāng)當(dāng)前的狀態(tài)是1。假設(shè)此前的狀態(tài)是0，要改寫(xiě)與其對(duì)應(yīng)的元件映像存放器的狀態(tài)向下繼續(xù)執(zhí)行第二個(gè)梯級(jí),從元件映像存放器中讀出繼電器01000的狀態(tài)1〔前一步存入的〕,所以常開(kāi)觸點(diǎn)為01000為1，繼電器010001的狀態(tài)是1。假設(shè)此前01001的狀態(tài)是0，那么要改圖3.1PLC執(zhí)行用戶(hù)程序的過(guò)程示意圖寫(xiě)與其對(duì)應(yīng)的元件映像存放器的狀態(tài)。本次掃描刷新時(shí)元件映像存放器中存的內(nèi)容是繼電器為,繼電器為1。由上述分析可得出,執(zhí)行用戶(hù)程序過(guò)程的特點(diǎn)是：1〕在執(zhí)行用戶(hù)程序的過(guò)程中,輸入映像存放器的狀態(tài)保持不變,一直保存到下一次I/O刷新之前。2)元件映像存放器的內(nèi)容隨程序的執(zhí)行而改變,前一步的運(yùn)算結(jié)果隨即可作為下一步的運(yùn)算條件,與輸入映像存放器不同。3〕不同于繼電器控制,PLC執(zhí)行程序是按由上而下、自左向右的順序進(jìn)行的。所以不同梯級(jí)中的繼電器線(xiàn)圈及其觸點(diǎn)的狀態(tài)不可能同時(shí)發(fā)生改變。二、梯形圖的表示繪制梯形圖時(shí),我們首先要用符號(hào)表示出各種元素如常開(kāi)觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)、輸出、并聯(lián)常開(kāi)、并聯(lián)常閉等。整個(gè)梯形圖指令由假設(shè)干個(gè)梯級(jí)組成,每個(gè)梯級(jí)又是一個(gè)或幾個(gè)輸入元件和一個(gè)輸出元件組成，輸出元件應(yīng)出現(xiàn)在梯級(jí)的最右邊,輸入元件出現(xiàn)在輸出元件的左邊。我們?cè)诰嶮FC程序中,經(jīng)常要用到一些資源,如位圖、對(duì)話(huà)框、光標(biāo)、字符串表、菜單、工具欄等,每種資源都有其特定的ID樣我們?cè)谟梦粓D這種資源時(shí)就可以利用其具有特定ID這個(gè)特性區(qū)分識(shí)別各個(gè)位圖。如圖3.2所示,很顯然,計(jì)算機(jī)繪制圖形都是位圖格式的,它只能按要求畫(huà)出圖形中的直線(xiàn)、圓、矩形等元素,而不知道各個(gè)圖形元素之間的邏輯關(guān)系,但是在繪制梯形圖的時(shí)候,各個(gè)圖形元素之間都是由一定的邏輯關(guān)系組成的,最簡(jiǎn)單的問(wèn)題就是如果計(jì)算機(jī)不能識(shí)別各個(gè)元素的話(huà),它如何知道在哪兩個(gè)圖形元素之間畫(huà)連接線(xiàn)？為了解決這個(gè)問(wèn)題,我們將梯形圖元素“放在〞個(gè)個(gè)小單位區(qū)域中,每一個(gè)圖形元素在單位區(qū)域中的相對(duì)位置都是統(tǒng)一固定的,這樣每一個(gè)單位區(qū)域連接的時(shí)候,就能解決連線(xiàn)連接的問(wèn)題。這樣我們將每一個(gè)圖形元素事先繪制在每一個(gè)單位區(qū)域中,然后在繪制梯級(jí)的時(shí)候,將每一個(gè)單位區(qū)域連接起來(lái)就可以了?？梢赃@樣說(shuō)我們繪制的梯形圖是繪制的每一個(gè)包含各種圖形元素的單元區(qū)域,在圖一中,我們可以清楚地看到,每一個(gè)圖形元素被分別放在單元區(qū)域中,而每一單元區(qū)域又組成了整個(gè)梯級(jí)。其實(shí),拋開(kāi)梯形圖的圖像表象,我們可以發(fā)現(xiàn)梯形圖中每個(gè)元件其實(shí)都有一個(gè)共同的屬性,該屬性可以用一個(gè)四元組表示元件類(lèi)型,所在位置,名稱(chēng)。其中,元件類(lèi)型表示元件的種類(lèi),如常開(kāi)觸點(diǎn)!常閉觸點(diǎn)、輸出觸點(diǎn)、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等要表示所在位置我們可以將整個(gè)梯形圖看成一個(gè)平面,再將這個(gè)平面劃分成一個(gè)網(wǎng)格矩陣,使用元件在網(wǎng)格矩陣中的行列就可以表示名稱(chēng)也是元件的一個(gè)必要屬性,因?yàn)樗碛布械木唧w地址。圖3.2梯形圖簡(jiǎn)圖三、梯形圖的編程規(guī)那么梯形圖語(yǔ)言作為一種標(biāo)準(zhǔn)PLC編程語(yǔ)言，在編制時(shí)必須遵循一定的規(guī)那么，具體如下:(1)梯形圖的每一行指令都在母線(xiàn)右邊開(kāi)始畫(huà)起。(2)輸出指令不能直接跟母線(xiàn)連接。(3)觸點(diǎn)應(yīng)在水平線(xiàn)上，不能在垂直分支上，且應(yīng)遵循自左至右、自上而下的原那么。(4)不包含觸點(diǎn)的分支應(yīng)放在垂直方向，不可放在水平位置，以便于識(shí)別觸點(diǎn)的組合和對(duì)輸出線(xiàn)圈的控制路徑。(5)在有幾個(gè)串聯(lián)回路相并聯(lián)時(shí)，應(yīng)將觸點(diǎn)最多的那個(gè)串聯(lián)回路放在梯形圖的最上面;而在有幾個(gè)并聯(lián)回路相串聯(lián)時(shí)，應(yīng)將觸點(diǎn)最多的并聯(lián)回路放在梯形圖的最左面。(6)不能將觸點(diǎn)畫(huà)在輸出線(xiàn)圈的右邊，線(xiàn)圈僅能畫(huà)在同一行中所有觸點(diǎn)的最右邊。3.2總體結(jié)構(gòu)STEP7-Micro/Win32簡(jiǎn)介本設(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(hù)程序，又可實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶(hù)程序的執(zhí)行狀態(tài)。STEP7-Micro/Win32的根本功能是協(xié)助用戶(hù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件，在該環(huán)境下可創(chuàng)立用戶(hù)程序，修改和編輯原有的用戶(hù)程序，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)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(hù)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(hù)程序的調(diào)試及監(jiān)控。軟件的大局部功能，如程序的編制、編譯、調(diào)試相關(guān)的組態(tài)等工作，在離線(xiàn)工作方式——計(jì)算機(jī)并未和PLC連接時(shí)即可實(shí)現(xiàn)，局部功能需在在線(xiàn)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，那么也可以通過(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)立用戶(hù)程序：要翻開(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>STEP7Micro/WIN32V4.0。，STEP7--Micro/WIN工程窗口為創(chuàng)立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(fǎng)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)顯示了所有的工程對(duì)象和創(chuàng)立的控制程序所需要的指令。可以將指令從指令樹(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效勞程序的標(biāo)簽。點(diǎn)擊這些標(biāo)簽，您可以在主程序、子程序和中斷效勞程序之間切換。STEP7--Micro/WIN提供三種編輯器來(lái)創(chuàng)立您的程序：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(xiàn)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(xiàn)。閉合的觸點(diǎn)允許能量通過(guò)它們流到下一個(gè)元素，而翻開(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，它包括三種根本形式。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(xiàn)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、中間繼電器或者內(nèi)部輸出條件。3.2.2系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的控制程序按功能分為四局部，分別為兩個(gè)變頻器的速度控制、自動(dòng)糾偏、磨刀控制及磨刀時(shí)間和間隔時(shí)間設(shè)定。梯形圖見(jiàn)附表1。變頻器的速度根據(jù)主軸的速度設(shè)定，主軸測(cè)速機(jī)輸出送入模擬通道后變換為數(shù)字量存儲(chǔ)在AIW0中，程序用定時(shí)中斷方式控制采樣。采樣周期為100ms，采樣結(jié)果存放在VW10中，數(shù)據(jù)范圍為0～32000，對(duì)應(yīng)主軸速度為0～1500r/s，詳見(jiàn)主程序的網(wǎng)絡(luò)1和中斷程序。壓痕電動(dòng)機(jī)的速度為0～1500r/s，所以將采到的主軸速度通過(guò)AQW0對(duì)壓痕變頻器輸出頻率進(jìn)行設(shè)定。分切電動(dòng)機(jī)要求的速度為300～1200r/s所以只要將主軸的速度上限〔26000r/s〕和下限〔8000r/s〕，然后通過(guò)AQW2對(duì)分切變頻器進(jìn)行設(shè)定即可。S7-200PLCCPU提供兩個(gè)模擬電位器，可以通過(guò)調(diào)節(jié)這些電位器來(lái)增加或降低存儲(chǔ)于特殊存放器SMB28或SMB29中的值〔0～255〕，這些值在程序中可以作為定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的設(shè)定值等。在本設(shè)計(jì)中，就是利用這兩個(gè)電位器作為磨刀時(shí)間和磨刀間隔時(shí)間的設(shè)定值的。本設(shè)計(jì)中，對(duì)兩個(gè)特殊存儲(chǔ)器中的值進(jìn)行屢次讀取并求的平均值，再將平均值通過(guò)一定的轉(zhuǎn)化，得到符合要求的磨刀時(shí)間〔VW54〕和粗設(shè)磨刀間隔時(shí)間〔VW64〕的設(shè)定值。其后在根據(jù)主軸的速度將磨刀間隔時(shí)間進(jìn)行微量調(diào)整，得到磨刀間隔時(shí)間〔VW66〕。操操作系統(tǒng)主程序子程序調(diào)用子程序調(diào)用子程序調(diào)用圖3.3PLC軟件結(jié)構(gòu)圖自動(dòng)磨刀時(shí)，停止間隔時(shí)間到，就按順序分別對(duì)四片刀進(jìn)行磨削。手動(dòng)磨刀時(shí)，某一時(shí)刻只能磨一片刀。自動(dòng)糾偏時(shí)，如果邊緣光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到紙板走偏，那么通過(guò)橫向移動(dòng)電機(jī)將這個(gè)機(jī)構(gòu)作相應(yīng)的移動(dòng)，移動(dòng)時(shí)間為2s，移動(dòng)后停止一段時(shí)間〔2s〕，再根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)處理。開(kāi)始開(kāi)始程序初始化自檢正常封鎖輸