基于PLC和變頻器運料小車的控制系統(tǒng)設(shè)計

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摘 要 早期運料小車電氣控制系統(tǒng)多為繼電器—接觸器組成的復雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設(shè)計周期長、體積大、成本高等缺陷，無數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專人負責操作，將PLC應(yīng)用到運料小車電氣控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)運料小車的自動化控制，降低系統(tǒng)的運行費用，PLC運料小車電氣控制系統(tǒng)具有連線簡單，控制速度快，可靠性和可維護性好，易于安裝、維修和改造等優(yōu)點。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，運料小車不斷擴大到各個領(lǐng)域，從手動到自動，逐漸形成了機械化、自動化。 運料小車是焦化廠及其它工業(yè)運料的主要設(shè)備之一，廣泛應(yīng)用于冶金、有色金屬、煤礦等行業(yè)。早期運料小車電氣控制系統(tǒng)多為“繼電器—接觸器”組成的復雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設(shè)計周期長、體積大、成本高等缺陷，幾乎無數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專人負責操作。本文將介紹一種先進控制系統(tǒng)來對焦化廠運料小車進行自動控制。 此系統(tǒng)把PLC控制技術(shù)與變頻器調(diào)速相結(jié)合，利用PLC控制變頻器，再通過變頻器優(yōu)良的調(diào)速性能，可實現(xiàn)運料小車的自動化控制，降低系統(tǒng)的運行費用。此運料小車自動控制系統(tǒng)以可編程序控制器為核心。其中PLC在現(xiàn)場對變頻調(diào)速系統(tǒng)進行控制，變頻器按PLC的命令對小車電機進行變頻調(diào)速控制，整個系統(tǒng)具有連線簡單，控制速度快，精度高，穩(wěn)定性、可靠性和可維護性好，安裝、維修和改造方便等優(yōu)點。 【關(guān)鍵詞】：運料小車控制系統(tǒng)；PLC；變頻器 目 錄 第一章 緒論………………………………………………………………………………1 1.1 課題的提出背景 ………………………………………………………………………………1 1.2 運料小車的發(fā)展概況 …………………………………………………………………………2 第二章 可編程控制器（PLC）概況……………………………………………………………3 2.1 PLC的定義………………………………………………………………………………………3 2.2 PLC的發(fā)展………………………………………………………………………………………3 2.3 PLC的特點………………………………………………………………………………………4 2.4 PLC的基本組成及各部分作用…………………………………………………………………4 2.5 PLC的選型………………………………………………………………………………………7 2.6 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域…………………………………………………………………………………7 2.7 PLC的使用注意事項……………………………………………………………………………8 第三章 變頻器的概況………………………………………………………………………… 10 3.1 變頻器的主電路 ……………………………………………………………………………11 3.2 變頻器的控制電路………………………………………………………………………… 12 3.3 變頻器的保護電路 …………………………………………………………………………12 3.4 變頻器的分類和控制方式 …………………………………………………………………13 3.5 變頻器的使用注意事項 ………………………………………………………………15 第四章 運料小車控制系統(tǒng)設(shè)計 …………………………………………………………17 4.1 運料小車的系統(tǒng)介紹 ………………………………………………………………………17 4.2 運料小車控制系統(tǒng)圖 ………………………………………………………………………18 4.3 I/O分配地址表 ……………………………………………………………………………20 4.4運料小車的狀態(tài)流程圖 ……………………………………………………………………21 4.5運料小車的控制梯形圖 ……………………………………………………………………22 結(jié)束語……………………………………………………………………………………………25 致謝………………………………………………………………………………………………26 參考文獻…………………………………………………………………………………………27 前 言 隨著國民經(jīng)濟和科技的飛速發(fā)展，一個國家的自動化程度的高低，已經(jīng)成為衡量一個國家發(fā)展水平的重要標志，而且在許多方面已經(jīng)將它提高到?jīng)Q定性的高度，其中工業(yè)控制的水平又是反映自動化程度的關(guān)鍵。 首先，由于焦化廠工藝流程的特點，這是一個生產(chǎn)環(huán)境很惡劣的地方，有很多對人體有害的灰塵、氣體和液體，如各種苯的化合物，硫的化合物，煤氣等。但焦化是一個很復雜很長的過程，需要對原料進行多次處理，這就需要有機電車對這些原料進行上料、運輸、卸載，并且精準度要求也很高，如果由人在現(xiàn)場控制這些機電車，現(xiàn)場的惡劣環(huán)境對人體的傷害是很大的。其次，小車運料機電車屬于中型機械設(shè)備，一般體積較大(如煤車的重量達2噸以上)，行走時慣性較大，運行軌道長度一般不小于50m,煤車按照生產(chǎn)工序的要求，需要處于一種“運行—對正停車—運行”很精確的往復行走狀態(tài)。再者，焦爐生產(chǎn)處于露天工作環(huán)境，受天氣的影響較大，加之車輛是在溫度高、粉塵大、腐蝕性氣體嚴重的惡劣環(huán)境中作業(yè)，車輛分散、活動頻繁、運行時自身振動大，使系統(tǒng)的準確檢測與定位控制難以保證，相互間信息聯(lián)系不能及時可靠的傳遞。 所以這就需要有一套穩(wěn)定性很好的并且智能化程度高的自動化機電車來完成這些工作。怎么來穩(wěn)定準確的控制這些電機車就是系統(tǒng)的關(guān)鍵。結(jié)合生產(chǎn)工藝的各種需要，應(yīng)選擇適合惡劣生產(chǎn)環(huán)境的PLC來控制運料小車的運行，使其脫離人工的控制，減少控制的誤差，提高生產(chǎn)的效率與質(zhì)量?？删幊绦蚩刂破?PLC)是一種為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的計算機，它應(yīng)用微電子技術(shù)，按照用戶編制的程序?qū)崿F(xiàn)控制和數(shù)據(jù)處理的功能。由于其可靠性高、編程簡單、易于維護而廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)。 本文將設(shè)計一種基于PLC和變頻器的運料小車控制系統(tǒng)，根據(jù)對運輸機械電氣控制的分析，設(shè)計具有控制管理級和現(xiàn)場設(shè)備級的運料小車的PLC控制系統(tǒng)，具有操作簡單，運行穩(wěn)定可靠，工藝參數(shù)修改方便，自動化程度高，能節(jié)省大量人力、物力、財力，能使國內(nèi)各行各業(yè)的運料環(huán)節(jié)節(jié)約大量資金，帶來很好的經(jīng)濟效益。 第一章 緒論 1.1 課題的提出背景 隨著我國社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，人民物質(zhì)文化生活水平日益提高，隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)展,控制器的需求量逐年增大。為了改變落后的生產(chǎn)狀態(tài),緩解日趨緊張的供求關(guān)系,我們研究了多功能天車。 新中國成立特別是改革開放以來，我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)取得了舉世矚目的偉大成就。同時，必須清醒地看到，我國正處于并將長期處于社會主義初級階段。全面建設(shè)小康社會，既面臨難得的歷史機遇，又面臨一系列嚴峻的挑戰(zhàn)。經(jīng)濟增長過度依賴能源資源消耗，環(huán)境污染嚴重；經(jīng)濟結(jié)構(gòu)不合理，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)發(fā)展滯后；自主創(chuàng)新能力較弱，企業(yè)核心競爭力不強，經(jīng)濟效益有待提高。在擴大勞動就業(yè)、理順分配關(guān)系、提供健康保障和確保國家安全等方面，有諸多困難和問題亟待解決。從國際上看，我國也將長期面臨發(fā)達國家在經(jīng)濟、科技等方面占有優(yōu)勢的巨大壓力。為了抓住機遇、迎接挑戰(zhàn)，我們需要進行多方面的努力，包括統(tǒng)籌全局發(fā)展，深化體制改革，健全民主法制，加強社會管理等。與此同時，我們比以往任何時候都更加需要緊緊依靠科技進步和創(chuàng)新，帶動生產(chǎn)力質(zhì)的飛躍，推動經(jīng)濟社會的全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。 進入21世紀，我國作為一個發(fā)展中大國，加快科學技術(shù)發(fā)展、縮小與發(fā)達國家的差距，還需要較長時期的艱苦努力，同時也有著諸多有利條件。中華民族擁有5000年的文明史，中華文化博大精深、兼容并蓄，更有利于形成獨特的創(chuàng)新文化。只要我們增強民族自信心，貫徹落實科學發(fā)展觀，深入實施科教興國戰(zhàn)略和人才強國戰(zhàn)略，奮起直追、迎頭趕上，經(jīng)過15年乃至更長時間堅韌不拔的艱苦奮斗，就一定能夠創(chuàng)造出無愧于時代的輝煌科技成就。 科技工作的指導方針是：自主創(chuàng)新，重點跨越，支撐發(fā)展，引領(lǐng)未來。自主創(chuàng)新，就是從增強國家創(chuàng)新能力出發(fā)，加強原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進消化吸收再創(chuàng)新。重點跨越，就是堅持有所為、有所不為，選擇具有一定基礎(chǔ)和優(yōu)勢、關(guān)系國計民生和國家安全的關(guān)鍵領(lǐng)域，集中力量、重點突破，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。支撐發(fā)展，就是從現(xiàn)實的緊迫需求出發(fā)，著力突破重大關(guān)鍵、共性技術(shù)，支撐經(jīng)濟社會的持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。引領(lǐng)未來，就是著眼長遠，超前部署前沿技術(shù)和基礎(chǔ)研究，創(chuàng)造新的市場需求，培育新興產(chǎn)業(yè)，引領(lǐng)未來經(jīng)濟社會的發(fā)展。這一方針是我國半個多世紀科技發(fā)展實踐經(jīng)驗的概括總結(jié)，是面向未來、實現(xiàn)中華民族偉大復興的重要抉擇。 要把提高自主創(chuàng)新能力擺在全部科技工作的突出位置。在對外開放條件下推進社會主義現(xiàn)代化建設(shè)，必須認真學習和充分借鑒人類一切優(yōu)秀文明成果。改革開放20多年來，我國引進了大量技術(shù)和裝備，對提高產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平、促進經(jīng)濟發(fā)展起到了重要作用。但是，必須清醒地看到，只引進而不注重技術(shù)的消化吸收和再創(chuàng)新，勢必削弱自主研究開發(fā)的能力，拉大與世界先進水平的差距?？傊仨毎烟岣咦灾鲃?chuàng)新能力作為國家戰(zhàn)略，貫徹到現(xiàn)代化建設(shè)的各個方面，貫徹到各個產(chǎn)業(yè)、行業(yè)和地區(qū)，大幅度提高國家競爭力。我國科學技術(shù)發(fā)展的總體目標是：自主創(chuàng)新能力顯著增強，科技促進經(jīng)濟社會發(fā)展和保障國家安全的能力顯著增強，為全面建設(shè)小康社會提供強有力的支撐；基礎(chǔ)科學和前沿技術(shù)研究綜合實力顯著增強，取得一批在世界具有重大影響的科學技術(shù)成果，進入創(chuàng)新型國家行列，為在本世紀中葉成為世界科技強國奠定基礎(chǔ)，形成比較完善的中國特色國家創(chuàng)新體系。 企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大和深化，使得生產(chǎn)物的輸送成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)。運料小車自動控制正是用來實現(xiàn)輸送生產(chǎn)物的控制系統(tǒng)，隨著PLC的發(fā)展，國外生產(chǎn)線上的運輸控制系統(tǒng)非常廣泛的采用該控制系統(tǒng)，而且有些制造廠還開發(fā)研制了出了專用的邏輯處理控制芯片，我國的大部分工控企業(yè)的運料小車自動控制系統(tǒng)都是從國外引進的，成本高，為了滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)流通的需要，讓PLC技術(shù)與自動化技術(shù)相結(jié)合，充分的利用到我國的工控企業(yè)生產(chǎn)線上，讓該系統(tǒng)在各種環(huán)境下都能夠工作，而且成本低，易控制，安全可靠，效率高。 1.2 運料小車的發(fā)展概況 由于PLC的不斷發(fā)展和革新，使得生產(chǎn)線的運輸控制也將得到不斷的改善和生產(chǎn)率的不斷提高，運料小車控制經(jīng)歷了以下幾個階段： （1）手動控制：在20世紀60年代末70年代初期，便有一些工業(yè)生產(chǎn)采用PLC來實現(xiàn)運料小車的控制，但是由于當時的技術(shù)還不夠成熟，只能夠用手動的方式來控制機器，而且早期運料小車控制系統(tǒng)多為繼電器一接觸器組成的復雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設(shè)計周期長、體積大、成本高等缺陷，幾乎無數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專人負責操作。 （2）自動控制：在20世紀80年代，由于計算機的價格下降，這時的大型工控企業(yè)將PLC充分的與計算機相結(jié)合，通過機器人技術(shù)，自動化設(shè)備終于實現(xiàn)了PLC在運料小車控制系統(tǒng)在自動方面的應(yīng)用。 （3）全自動控制：現(xiàn)階段，由于PLC技術(shù)的向高性能 高速度、大容量發(fā)展大型PLC大多采用多CPU結(jié)構(gòu)，不斷向高性能、高速度和大容量方向發(fā)展。將PLC運用到運料小車控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)運料小車的全自動控制，降低系統(tǒng)的運行費用。PLC運料小車自動控制系統(tǒng)具有連線簡單控制速度快，精度高，可靠性和可維護性好，維修和改造方便等優(yōu)點。 第二章　可編程控制器（PLC）概況 2.1 PLC的定義 PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller，是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，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)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計?！? 2.2 PLC 的發(fā)展 1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電器控制裝置的要求，并公開招標提出十項標準: (1)編程方便，現(xiàn)場可修改程序； (2)維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)； (3)可靠性高于繼電器控制裝置； (4)體積小于繼電器控制裝置； (5)數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機； (6)成本可與繼電器控制裝置競爭； (7)輸入可以是交流115V； (8)輸出為交流115V, 2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等； (9)在擴展時，原系統(tǒng)只要很小變更； (10)用戶程序存儲器容量至少能擴展到4K。 1969年，美國數(shù)字公司(DEC)研制出了第一臺可編程序控制器，滿足了GM公司裝配線的要求。這種新型的工業(yè)控制裝置簡單易懂、操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長，很快在美國其它工業(yè)領(lǐng)域推廣使用。隨著集成電路技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已有了第五代PLC產(chǎn)品。 2.3 PLC的特點 (1)可靠性高，抗干擾能力強 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。 (2)配套齊全，功能完善，適用性強 PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 (3)易學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 (4)系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造 PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 (5)體積小，重量輕，能耗低 以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。 2.4 PLC的基本組成及各部分作用 PLC實質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)和微機是基本一 的。如圖下圖所示， PLC硬件的基本結(jié)構(gòu)圖所示： 編程器 中央處理單元 （CPU） 輸入電路 輸出電路 系統(tǒng)程序存儲區(qū) 用戶程序存儲區(qū) 電源 1、中央處理單元(CPU)： CPU在PLC中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，它是PLC的運算、控制中心。它按照系統(tǒng)程序所賦予的功能，完成以下任務(wù): (1) 接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)； (2) 診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語法錯誤; (3) 用掃描的方式接收輸入信號，送入PLC的數(shù)據(jù)寄存器保存起來; (4) PLC進入運行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作; (5) 將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端。 現(xiàn)代PLC使用的CPU主要有以下幾種: (1)通用微處理器，如8080, 8088, Z80A, 8085等。通用微處理器的價格便宜，通用性強，還可以借用微機成熟的實時操作系統(tǒng)、豐富的軟硬件資源。 (2) 單片機，如8051等。單片機由于集成度高、體積小、價格低和可擴充性好，很適合在小型PLC上使用，也廣泛地用于PLC的智能UO模塊。 (3) 位片式微處理器，如AMD2900系列等。位片式微處理器是獨立于微型機的另一分支。它主要追求運算速度快，它以4位為一片。用幾個位片級聯(lián)，可以組成任意字長的微處理器。改變微程序存儲器的內(nèi)容，可以改變計算機的指令系統(tǒng)。位片式結(jié)構(gòu)可以使用多個微處理器，將控制任務(wù)劃分為若干個可以并行處理的部分，幾個微處理器同時進行處理。這種高運算速度與可以適應(yīng)用戶需要的指令系統(tǒng)相結(jié)合，很適合于以順序掃描方式工作的PLC使用。 2、存儲器 根據(jù)存儲器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下3種: (1)系統(tǒng)程序存儲器:和各種計算機一樣，PLC也有其固定的監(jiān)控程序、解釋程序，它們決定了PLC的功能，稱為系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序存儲器就是用來存放這部分程序的。系統(tǒng)程序是不能由用戶更改的，故所使用的存儲器為只讀存儲器ROM或EPROM. (2)用戶程序存儲器:用戶根據(jù)控制功能要求而編制的應(yīng)用程序稱為用戶程序，用戶程序存放在用戶程序存儲器中。由于用戶程序需要經(jīng)常改動、調(diào)試，故用戶程序存儲器多為可隨時讀寫的RAM。由于RAM掉電會丟失數(shù)據(jù)，因此使用RAM作用戶程序存儲器的PLC，都有后備電池(鏗電池)保護RAM，以免電源掉電時，丟失用戶程序。當用戶程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動時，可將用戶程序?qū)懭隕PROM.目前較先進的PLC(如歐姆龍公司的CPMIA型PLC)采用快閃存儲器作用戶程序存儲器，快閃存儲器可隨時讀寫，掉電時數(shù)據(jù)不會丟失，不需用后備電池保護。 (3)工作數(shù)據(jù)存儲器:工作數(shù)據(jù)是經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。這部分數(shù)據(jù)存儲在RAM中，以適應(yīng)隨機存取的要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)，開辟有元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。元件映象寄存器用來存儲PLC的開關(guān)量輸入/輸出和定時器、計數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部繼電器的ON/OFF狀態(tài)。數(shù)據(jù)表用來存放各種數(shù)據(jù)，它的標準格式是每一個數(shù)據(jù)占一個字。它存儲用戶程序執(zhí)行時的某些可變參數(shù)值，如定時器和計數(shù)器的當前值和設(shè)定值。它還用來存放A/0轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學運算的結(jié)果等。根據(jù)需要，部分數(shù)據(jù)在停電時用后備電池維持其當前值，在停電時可保持數(shù)據(jù)的存儲器區(qū)域稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。 3、1/0單元 I/0單元也稱為I/0模塊。PLC通過I/0單元與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場相聯(lián)系。輸入單元接收用戶設(shè)備的各種控制信號，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其他一些傳感器的信號。通過接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠識別和處理的信號，并存到輸入映像寄存器。運行時CPU從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進行處理，將處理結(jié)果放到輸出映像寄存器。輸出映像寄存器由輸出點對應(yīng)的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器、指示燈被控設(shè)備的執(zhí)行元件. 4、電源部分 PLC一般使用220V的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為PLC的中央處理器、存儲器等電路提供5V, +12V, +24V的直流電源，使PLC能正常工作。 電源部件的位置形式可有多種，對于整體式結(jié)構(gòu)的CPU，通常電源封裝到機殼內(nèi)部;對于模塊式PLC，有的采用單獨電源模塊，有的將電源與CPU封裝到一個模塊中。 5、擴展接口 擴展接口用于將擴展單元以及功能模塊與基本單元相連，使PLC的配置更加靈活以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。 6、編程器 編程器的作用是提供用戶進行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。 編程器有簡易型和智能型兩類。簡易型的編程器只能聯(lián)機編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機器語言助記符后，才能輸入。它一般由簡易鍵盤和發(fā)光二級管或其他顯示管件組成。智能型的編程器又稱為圖形編程器，它可以聯(lián)機編程，也可以脫機編程，具有LCD或CRL圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過屏幕對話。還可以利用PC作為編程器，PLC生產(chǎn)廠家配有相應(yīng)的編程軟件，使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、語句表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實現(xiàn)不同編程語言的互相轉(zhuǎn)換。程序被下載到PLC，也可以將PLC中的程序上傳到計算機。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)，還可以實現(xiàn)遠程編程和傳送?，F(xiàn)在很多PLC已不再提供編程器，而是提供微機編程軟件了，并且配有相應(yīng)的通信連接電纜。 2.5 系統(tǒng)PLC的選型 PLC與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過I/O接口模塊來實現(xiàn)的。PLC有許多I/O接口模塊，包括開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊以及其他一些特殊模塊，使用時應(yīng)根據(jù)它們的特點進行選擇。 I/O點數(shù)選擇的內(nèi)容如下： 定義PLC的I/O點數(shù)，包括開關(guān)量的I/O點數(shù)、數(shù)字量的I/O點數(shù)、模擬量的I/O點數(shù)以及特殊功能模塊。根據(jù)系統(tǒng)的需要，確定系統(tǒng)輸入輸出設(shè)備的數(shù)量。 1、輸入點（設(shè)備）的數(shù)量 小車自動控制系統(tǒng)的運行，需要設(shè)置啟動開關(guān)、手/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)以及停車開關(guān)，手動開關(guān)是便于對系統(tǒng)的檢測與維修，當手動有效時，小車應(yīng)可以在低速度下行駛。小車速度改變信號的輸入點(SQ3～SQ6點)，本系統(tǒng)采用行程開關(guān)向PLC發(fā)出信號以此來控制變頻器的頻率變化。 監(jiān)控機對小車的位置監(jiān)控是通過接收旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出信號來實現(xiàn)的。旋轉(zhuǎn)編碼器是一種光電式旋轉(zhuǎn)測量裝置，它將被測的角位移直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號（高速脈沖信號）。因此可將旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出脈沖信號直接輸入給PLC，利用PLC的高速計數(shù)器對其脈沖信號進行計數(shù)，以獲得測量結(jié)果。 變頻器的異常輸出端子Y2、Y3、Y4和Y5是額定值為DC24V/50mA的集電極開路輸出，符合FX2N可編程控制器對輸入信號的要求，因此可以將它們與可編程控制器的輸入端直接相連，作為變頻器的異常信號輸入到PLC，經(jīng)過PLC故障處理子程序進行異常處理。 因此，由PLC組成的控制系統(tǒng)共有17個輸入信號。其中有2個位置檢測輸入信號，11開關(guān)輸入信號，4個變頻器異常輸入信號。 2、輸出點（設(shè)備）的數(shù)量 控制變頻器的抱閘工作、正反向運行、復位、停止及高低速選擇，需要6點開關(guān)量輸出，為了指示電機的運行狀態(tài)，如左行、右行、報警等，設(shè)置8個輸出指示信號，此外，還需要給變頻器一個故障信號輸入，PLC檢測到系統(tǒng)有故障時讓變頻器停止工作。 PLC的選型主要依據(jù)控制所需輸入/輸出點數(shù)和用戶程序的長度來確定?？紤]到系統(tǒng)今后的功能擴展，留有一定余量，本系統(tǒng)選用了功能齊全而且可靠性高的三菱FX2N48MR，這樣共有24輸入點，輸出點24點?？梢詽M足輸入、輸出的要求，并且還有一定的余量。 2.6 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 (1)開關(guān)量的邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 (2)模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 (3)運動控制 PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 (4)過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般 是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 (5)數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 (6)通信及聯(lián)網(wǎng) PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 2.7 PLC使用注意事項 雖然PLC具有很高的可靠性，并且有很強的抗干擾能力，但在過于惡劣的環(huán)境或安裝使用不當?shù)惹闆r下，都有可能引起PLC內(nèi)部信息的破壞而導致控制混亂，甚至造成內(nèi)部元件損壞。為了提高PLC系統(tǒng)運行的可靠性，使用時應(yīng)注意以下幾個方面的問題。 I/O設(shè)備及電動設(shè)備的電源線應(yīng)分開連接，以避免過強的噪聲和過大的電源波動引起PLC的CPU工作異常。 輸入（出）線盡可能的遠離輸出（入）線、高壓線及電機等干擾。信號線應(yīng)該盡量使用屏蔽電纜。 PLC的各單元的地線相連，接地線應(yīng)用專用的，其直徑應(yīng)在2mm以上，且不能和其他設(shè)備共用，更不能接到建筑物的大型金屬結(jié)構(gòu)上。 PLC要求環(huán)境溫度應(yīng)該在0℃～55℃。安裝時不能把發(fā)熱量大的元件放在PLC下面，并且周圍應(yīng)該有足夠的通風散熱空間。 安裝PLC的控制柜應(yīng)當遠離有強烈振動和沖擊場所，尤其是連續(xù)、頻繁的振動。必要時可以采取相應(yīng)措施來減輕振動和沖擊的影響，以免造成接線或插件的松動。 不宜把PLC安裝在有大量污染物（如灰塵、油煙、鐵粉等）、腐蝕性氣體和可燃性氣體的場所，尤其是有腐蝕性氣體的地方，易造成元件及印刷線路板的腐蝕。 第三章　變頻器的概述 異步電動機用變頻器調(diào)速運轉(zhuǎn)時的結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示。通常由變頻器主電路（IGBT、BJT、或GTO做逆變元件）給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源。此電源輸出的電壓或電源及頻率，由控制回路指令進行控制。而控制指令則根據(jù)外部的運轉(zhuǎn)指令進行運算獲得。對于需要精密速度或快速響應(yīng)的場合，運算還應(yīng)包含由變頻器主電路和傳動系統(tǒng)檢測出來的信號和保護電路信號，即防止因變頻器主電路的過電壓，過電流引起的損壞外就，還應(yīng)保護異步電動機及傳動系統(tǒng)等。 圖3-1 變頻器的構(gòu)成 圖3-2 典型的電壓型逆變器一例 3.1 變頻器的主電路 給異步電動機提供調(diào)速調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為主電路。圖4-2示出了典型的電壓逆變器的例子，其住電路由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在整流和逆變時產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。另外，異步電動機需要制動時，有時需附加“制動回路”。 1、整流器 最近大量使用的是二極管的變流器，如圖4-2所示，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)成可逆變器，由于其功率方向可逆，可以進行再生運轉(zhuǎn)。 2、平波回路 在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路的構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波電路。 3、逆變器 同整流器相反，逆變器的作用是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，根據(jù)PWM控制信號使6個開關(guān)器件導通、關(guān)斷，就可以得到三相頻率相同的交流輸出。 4、制動電路 異步電動機在再生制動區(qū)域使用時（轉(zhuǎn)差率為負），再生能量儲存于平波回路電容器中，使直流電壓升高。一般說來，由機械系統(tǒng)（含電動機）慣量積蓄的能量比電容能儲存的能量大，需要快速制動時，可用逆變器向電源反饋或設(shè)置制動回路（開關(guān)和電阻）把再生功率消耗掉，以免直流電路電壓升高。 3.2 變頻器的控制電路 給異步電動機供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，稱為控制電路。如圖3-1所示，控制電路由以下電路組成，頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓/電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”，將運算電路的控制回路信號進行放大的“驅(qū)動電路”，以及逆變器和電動機的“保護電路”。 在圖3-1點劃線內(nèi)，僅以控制A部分構(gòu)成控制電路時，無速度檢測電路，為開環(huán)控制。在控制電路B部分增加了速度檢測電路，即增加了速度指令，可以對異步電動機的速度進行控制更精確的閉環(huán)控制。 控制電路主要包括： 1、運算電路 將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。 2、電壓/電流檢測電路 與主回路電位隔離，檢測電壓、電流等。 3、驅(qū)動電路 為驅(qū)動主電路器件的電路。它使主電路器件導通、關(guān)斷。 4、速度檢測電路 以裝在異步電動機軸上的速度檢測器（TG、PLG等）的信號為速度信號，送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉(zhuǎn)。 5、保護電路 檢測主電路的電壓、電流等，當發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。 3.3 變頻器的保護電路 1、逆變器保護 (1)瞬時過電流保護。由于逆變器負載側(cè)短路等，流過逆變器器件的電流達到異常值（超過容許值）時，瞬時停止逆變器運轉(zhuǎn)，切斷電流。變流器的輸出電流達到異常值，也同樣停止逆變器運轉(zhuǎn)。 (2)過載保護。逆變器輸出電流超過額定值，且持續(xù)通達規(guī)定的時間以上，為了防止逆變器期間、線路等損壞要停止運轉(zhuǎn)。恰當?shù)谋Ｗo需要反時限特性，采用熱繼電器或者電子熱保護（使用電子電路）。過負載是由于負載的GD（慣性）過大或因負載過大使電機堵轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的。 (3)再生過電壓保護。采用逆變器使電動機快速時，由于再生功率直流電路電壓將升高，有時超過容許值?？梢圆扇⊥Ｖ鼓孀兤鬟\轉(zhuǎn)或快速減速的辦法，防止過電壓。 (4)瞬時停電保護。對于數(shù)毫秒以內(nèi)的瞬時停電，控制電路工作正常。但瞬時停電時間在10s以上時，通常會使控制電路誤動作，主電路也不能供電，所以檢出后使逆變器停止工作。 (5)接地過電流保護。逆變器負載側(cè)接地設(shè)計，為了保護逆變器，有時要有接地過電流保護功能。但為了確保人身安全，需要裝設(shè)漏電斷路器。 (6)冷卻風機異常。有冷卻風機的裝置，當風機異常時裝置內(nèi)的溫度將上升。因此采用風機熱繼電器或器件散熱片傳感器，檢出異常后停止逆變器。 2、異步電動機的保護 (1)過載保護。過載檢出裝置與逆變器保護共用，但考慮低速運轉(zhuǎn)的過熱時，在異步電動機內(nèi)埋入溫度檢出器，或者利用裝在逆變器內(nèi)的電子熱保護來檢出過熱。動作頻繁時，可以考慮減輕電動機負載、增加電動機及逆變器容量等。 (2)超頻（超速）保護。逆變器的輸出頻率或者異步電動機的速度超過規(guī)定值時，逆變器停止運轉(zhuǎn)。 3、其他保護 (1)防止失速過電流。急加速時，如果異步電動機跟蹤遲緩，則過電流保護電路動作，運轉(zhuǎn)就不能繼續(xù)進行（失速），所以，在負載電流 減小之前要進行控制，抑制頻率上升或使頻率下降。對于 恒速運轉(zhuǎn)中的過電流，也進行同樣的控制。 (2)防止失速再生電壓。減速時產(chǎn)生的再生能量使主電路直流電壓上升，為了防止再生過電壓保護電路動作，在直流電壓下降之前要進行控制，抑制頻率下降，防止失速再生過壓。 3.4 變頻器的分類和控制方式 變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關(guān)方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。 變頻器中常用的控制方式： 1、非智能控制方式 在交流變頻器中使用的非智能控制方式有V/f協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。 (1) V/f控制 V/f控制是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩-速度特性，基于在改變電源頻率進行調(diào)速的同時，又要保證電動機的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。V/f控制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡單，但是這種變頻器采用開環(huán)控制方式，不能達到較高的控制性能，而且，在低頻時，必須進行轉(zhuǎn)矩補償，以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。 (2) 轉(zhuǎn)差頻率控制 轉(zhuǎn)差頻率控制是一種直接控制轉(zhuǎn)矩的控制方式，它是在V/f控制的基礎(chǔ)上，按照知道異步電動機的實際轉(zhuǎn)速對應(yīng)的電源頻率，并根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，就可以使電動機具有對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。這種控制方式，在控制系統(tǒng)中需要安裝速度傳感器，有時還加有電流反饋，對頻率和電流進行控制，因此，這是一種閉環(huán)控制方式，可以使變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對急速的加減速和負載變動有良好的響應(yīng)特性。 (3) 矢量控制 矢量控制是通過矢量坐標電路控制電動機定子電流的大小和相位，以達到對電動機在d、q、0坐標軸系中的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進行控制，進而達到控制電動機轉(zhuǎn)矩的目的。通過控制各矢量的作用順序和時間以及零矢量的作用時間，又可以形成各種PWM波，達到各種不同的控制目的。例如形成開關(guān)次數(shù)最少的PWM波以減少開關(guān)損耗。目前在變頻器中實際應(yīng)用的矢量控制方式主要有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種。 基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制方式與轉(zhuǎn)差頻率控制方式兩者的定常特性一致，但是基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制還要經(jīng)過坐標變換對電動機定子電流的相位進行控制，使之滿足一定的條件，以消除轉(zhuǎn)矩電流過渡過程中的波動。因此，基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制方式比轉(zhuǎn)差頻率控制方式在輸出特性方面能得到很大的改善。但是，這種控制方式屬于閉環(huán)控制方式，需要在電動機上安裝速度傳感器，因此，應(yīng)用范圍受到限制。 無速度傳感器矢量控制是通過坐標變換處理分別對勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行控制，然后通過控制電動機定子繞組上的電壓、電流辨識轉(zhuǎn)速以達到控制勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的目的。這種控制方式調(diào)速范圍寬，啟動轉(zhuǎn)矩大，工作可靠，操作方便，但計算比較復雜，一般需要專門的處理器來進行計算，因此，實時性不是太理想，控制精度受到計算精度的影響。 (4) 直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制是利用空間矢量坐標的概念，在定子坐標系下分析交流電動機的數(shù)學模型，控制電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，通過檢測定子電阻來達到觀測定子磁鏈的目的，因此省去了矢量控制等復雜的變換計算，系統(tǒng)直觀、簡潔，計算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在開環(huán)的狀態(tài)下，也能輸出100%的額定轉(zhuǎn)矩，對于多拖動具有負荷平衡功能。 (5) 最優(yōu)控制 最優(yōu)控制在實際中的應(yīng)用根據(jù)要求的不同而有所不同，可以根據(jù)最優(yōu)控制的理論對某一個控制要求進行個別參數(shù)的最優(yōu)化。例如在高壓變頻器的控制應(yīng)用中，就成功的采用了時間分段控制和相位平移控制兩種策略，以實現(xiàn)一定條件下的電壓最優(yōu)波形。 (6)其他非智能控制方式 在實際應(yīng)用中，還有一些非智能控制方式在變頻器的控制中得以實現(xiàn)，例如自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、差頻控制、環(huán)流控制、頻率控制等。 2、智能控制方式 智能控制方式主要有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、專家系統(tǒng)、學習控制等。在變頻器的控制中采用智能控制方式在具體應(yīng)用中有一些成功的范例。 (1) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方式應(yīng)用在變頻器的控制中，一般是進行比較復雜的系統(tǒng)控制，這時對于系統(tǒng)的模型了解甚少，因此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)既要完成系統(tǒng)辨識的功能，又要進行控制。而且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方式可以同時控制多個變頻器，因此在多個變頻器級聯(lián)時進行控制比較適合。但是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)太多或者算法過于復雜都會在具體應(yīng)用中帶來不少實際困難。 (2) 模糊控制 模糊控制算法用于控制變頻器的電壓和頻率，使電動機的升速時間得到控制，以避免升速過快對電機使用壽命的影響以及升速過慢影響工作效率。模糊控制的關(guān)鍵在于論域、隸屬度以及模糊級別的劃分，這種控制方式尤其適用于多輸入單輸出的控制系統(tǒng)。 (3) 專家系統(tǒng) 專家系統(tǒng)是利用所謂“專家”的經(jīng)驗進行控制的一種控制方式，因此，專家系統(tǒng)中一般要建立一個專家?guī)?，存放一定的專家信息，另外還要有推理機制，以便于根據(jù)已知信息尋求理想的控制結(jié)果。專家?guī)炫c推理機制的設(shè)計是尤為重要的，關(guān)系著專家系統(tǒng)控制的優(yōu)劣。應(yīng)用專家系統(tǒng)既可以控制變頻器的電壓，又可以控制其電流。 (4) 學習控制 學習控制主要是用于重復性的輸入，而規(guī)則的PWM信號(例如中心調(diào)制PWM)恰好滿足這個條件，因此學習控制也可用于變頻器的控制中。學習控制不需要了解太多的系統(tǒng)信息，但是需要1~2個學習周期，因此快速性相對較差，而且，學習控制的算法中有時需要實現(xiàn)超前環(huán)節(jié)，這用模擬器件是無法實現(xiàn)的，同時，學習控制還涉及到一個穩(wěn)定性的問題，在應(yīng)用時要特別注意。 3、變頻器控制的展望 隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)的發(fā)展，變頻器的控制方式今后將向以下幾個方面發(fā)展。 (1) 數(shù)字控制變頻器的實現(xiàn) 現(xiàn)在，變頻器的控制方式用數(shù)字處理器可以實現(xiàn)比較復雜的運算，變頻器數(shù)字化將是一個重要的發(fā)展方向，目前進行變頻器數(shù)字化主要采用單片機MCS51或80C196MC等，輔助以SLE4520或EPLD液晶顯示器等來實現(xiàn)更加完善的控制性能。 (2) 多種控制方式的結(jié)合 單一的控制方式有著各自的優(yōu)缺點，并沒有“萬能”的控制方式，在有些控制場合，需要將一些控制方式結(jié)合起來，例如將學習控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制相結(jié)合，自適應(yīng)控制與模糊控制相結(jié)合，直接轉(zhuǎn)矩控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制相結(jié)合，或者稱之為“混合控制”，這樣取長補短，控制效果將會更好。 (3) 遠程控制的實現(xiàn) 計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，使“天涯若咫尺”，依靠計算機網(wǎng)絡(luò)對變頻器進行遠程控制也是一個發(fā)展方向。通過RS485接口及一些網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對變頻器進行遠程控制，這樣在有些不適合于人類進行現(xiàn)場操作的場合，也可以很容易的實現(xiàn)控制目標。 (4) 綠色變頻器 隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，對于環(huán)境的保護越來越受到人們的重視。變頻器產(chǎn)生的高次諧波對電網(wǎng)會帶來污染，降低變頻器工作時的噪聲以及增強其工作的可靠性、安全性等等這些問題，都試圖通過采取合適的控制方式來解決，設(shè)計出綠色變頻器。 3.5 變頻器使用注意事項 為防止觸電，燃燒事故和減小電氣干擾，必須將變頻器和電機接地，變頻器使用專用接地端子，接地線盡量粗，使用22 mm2 線，電機接地端子使用4芯電纜中的一根線，在變頻器側(cè)接地。 不要將任何電容器連接于變頻器的輸出側(cè)，因過大的諧波電流將使電容器或變頻器過熱而受損。 電機電源線的端子用帶套管的壓裝端子。 控制電路的連線應(yīng)該盡量遠離主功率電路的連線（兩者距離至少大于10厘米），以防止由于干擾噪聲引起誤動作。如果兩者必須相交叉，應(yīng)該使用雙絞線和屏蔽線。 控制回路輸入信號是微弱信號，為防止接觸不良，使用孖生接點。 保護回路動作時，為防止控制回路電源斷開，異常輸出信號不能保持，控制端子電源信號R0、T0接到不間斷電源UPS上。 制動電阻應(yīng)連接到制動單元的P（+）和N（-）端子，不能直接連接于變頻器，否則變頻器將會過熱和引起故障，制動電阻也會燒毀。 當使用開路集電極輸出端信號時，應(yīng)該確認連接電源的極性是正確的，如接錯電壓極性，則可能造成損壞。 第四章 運料小車控制系統(tǒng)設(shè)計 4.1 運料小車的系統(tǒng)介紹 1、系統(tǒng)工作概況：運料系統(tǒng)流程示意圖如4-1圖所示。運料小車由三相交流電動機驅(qū)動。 4-1運料小車工作流程圖 注：SQ1-X11,SQ2-X12,SQ3-X13,SQ4-X14,SQ5-X15,KM1-Y5,KM2-Y6,KM3-Y7,KM4-Y4，KM5-Y1,KM6-Y2。 本運料系統(tǒng)具有自動工作方式與手動點動工作方式,具體由自動工作與手動點動工作轉(zhuǎn)換開關(guān)K1選擇。在自動工作方式時，運料小車處于原位即限位開關(guān)SQ1壓合，卸料門關(guān)閉，按啟動按鈕后，運料小車按照運料方式選擇開關(guān)K2預先設(shè)定的運料方式進行裝料，裝好料到卸料處卸料，卸完料到清洗閥處清洗，然后再裝料，卸料，清洗，如此不斷自動循環(huán)工作。按停止按鈕后，運料小車在本次裝料、卸料、清洗完成后，快速回到原點停止。按急停按鈕后，運料小車立即仃在原處，由手動點動工作方式進行處理。 在手動點動工作時，運料小車可通過正向點動按鈕和反向點動按鈕進行正向點動和反向點動以便對設(shè)備進行調(diào)整，檢修和事故處理。 運料系統(tǒng)電氣自動控制系統(tǒng)采用PLC控制，運料小車電動機采用交流變頻調(diào)速系統(tǒng), 運料小車電動機交流變頻調(diào)速系統(tǒng)亦由PLC控制。 2、自動工作方式時裝料、卸料及清洗運行控制要求： (1)運料方式由運料方式選擇開關(guān)K2選擇。 當K2閉合時為運料方式(一),此時甲料斗先 裝料4秒鐘,然后乙料斗裝料2秒鐘。當K2斷開時為運料方式(二),此時乙料斗先裝料3秒鐘,然后甲料斗裝料2秒鐘。 (2)在原位時按下啟動按鈕時，運料小車按照運料方式選擇開關(guān)K2預先設(shè)定的運料方式進行裝料。在運料小車裝料運行過程中（包括前進與后退運行過程）,運料小車電動機均先以1200r/min速度運行5秒鐘，然后減速至300r/min速度運行,當運料小車到達相應(yīng)行程開關(guān)SQ3(X13)或SQ4(X14)時停車裝料。甲料斗裝料由KM1(Y5)控制, 乙料斗裝料由KM2(Y6)控制。 (3)運料小車裝料完畢后先以1200r/min速度運行5秒鐘，然后減速至300r/min速度運行,當運料小車到達相應(yīng)行程開關(guān)SQ2(X12)時停車卸料。由KM4(Y4)控制卸料5秒鐘。 (4)卸料完成后，運料小車電動機先以1400r/min速度運行12秒鐘后再以500r/min速度駛向清洗閥處，當運料小車到達相應(yīng)行程開關(guān)SQ5(X15)停車清洗。由KM3(Y7)控制清洗小車6秒鐘。 (5)小車清洗完畢，先以1400 r/min速度反向運行6秒鐘后，再減速到300r/min反向運行退回裝料處,繼續(xù)按照運料方式選擇開關(guān)K2預先設(shè)定的運料方式進行裝料, 然后再卸料，清洗，如此不斷自動循環(huán)工作。 (6)按停止按鈕后，運料小車在本次裝料、卸料、清洗完成后，以1400r/min速度反向運行20秒鐘后再以500r/min速度駛向原點，當運料小車到達相應(yīng)行程開關(guān)SQ1(X11)停車。 (7)當按了急停按鈕時，運料小車立即停在原處。 3、PLC控制系統(tǒng)和交流變頻調(diào)速系統(tǒng)控制要求： (1)運料系統(tǒng)電氣自動控制系統(tǒng)采用PLC控制，運料小車電動機采用交流變頻調(diào)速系統(tǒng), 運料小車電動機交流變頻調(diào)速系統(tǒng)亦由PLC控制。 運料小車交流變頻調(diào)速系統(tǒng)采用PLC控制交流變頻器的數(shù)字量輸入端口來控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的起停、正反轉(zhuǎn)、多段固定頻率設(shè)定及正反向點動等。 (2)運料系統(tǒng)電氣自動控制系統(tǒng)設(shè)有自動工作與手動點動工作轉(zhuǎn)換開關(guān)，運料方式選擇開關(guān)，自動工作時設(shè)有啟動按鈕，停止按鈕和急停按鈕。手動點動工作時設(shè)有運料小車正向點動按鈕和反向點動按鈕等。 (3)運料小車交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的主電路設(shè)有自動空氣斷路器和熔斷器。為滿足運料小車工藝控制要求, 并配置能耗制動單元和能耗制動電阻。運料小車交流變頻調(diào)速系統(tǒng)控制方式采用無PG的V/f控制方式。 4、交流變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)定值： (1)電動機起動從0~1500r/min耗時3秒，制動從1500r/min~0耗時2秒。 (2)要求交流電動機按S字曲線進行加、減速運行，加速開始、加速完了、減速開始、減速完了的S字特性時間分別為0.5秒、0.4秒、0.3秒、0.2秒。 (3)停車時，當轉(zhuǎn)速降至250r/min開始進行直流制動，直流制動電流為50%電動機額定電流，制動時間為0.6秒。 (4)正向點動速度為300r/min，反向點動速度為300r/min。 (5)以上各轉(zhuǎn)速均為該電動機的同步轉(zhuǎn)速（忽略轉(zhuǎn)速降）。 4.2 運料小車控制系統(tǒng)圖 控制系統(tǒng)如圖所示 所以體統(tǒng)的主要硬件組成就可分為以下三部分： (1)工控機監(jiān)控系統(tǒng) 由主控單元、現(xiàn)場變送單元、連接電纜等主要部件組成?，F(xiàn)場變送單元與運料電機傳動軸鋼性連接，通過旋轉(zhuǎn)編碼器和電纜將現(xiàn)場料車位置信號送至主控單元。主控單元與現(xiàn)場變送單元通過連接電纜連接，共同組成機監(jiān)控系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對料車上料情況的控制和監(jiān)視。 根據(jù)工控機實現(xiàn)的功能，本系統(tǒng)選擇研華IPC610工業(yè)控制計算機，它是專為關(guān)鍵應(yīng)用而設(shè)計，能夠在沖擊、振動和灰塵較多的惡劣環(huán)境下工作。這種高性能的配置，不僅是使用三菱編程軟件對FX2N-PLC編程、調(diào)試的需要，也為監(jiān)控系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行提供了保證。其主要配置為：機箱IPC-610H，主板PCA-6184V，CPU Pentium IV 2.4GHz，內(nèi)存256MB DDR，硬盤HDD 40GB，光驅(qū)：50X CDROM。系統(tǒng)由IPC610工控機及外圍輸入輸出模板組成。 本系統(tǒng)采用IPC+PLC結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)采集部分采用工控機，開關(guān)量輸入采用PLC可編程控制器，使系統(tǒng)的可靠性更高，操作更方便。此時，工控機一方面擔負著數(shù)據(jù)采集任務(wù)，一方面擔負著PLC和變頻器監(jiān)控任務(wù)。現(xiàn)場信號傳入計算機后通過軟件分析計算和轉(zhuǎn)換，讓系統(tǒng)的狀態(tài)直觀的顯示在顯示器上。系統(tǒng)操作和畫面切換由鍵盤和鼠標輸入，計算機根據(jù)不同的輸入信息，產(chǎn)生系統(tǒng)操作、畫面切換、報表打印等指令。鍵盤作為工程師鍵盤，用來設(shè)置系統(tǒng)運行狀態(tài)的設(shè)定值和控制參數(shù)。 (2)PLC運動控制系統(tǒng) PLC作為下位機來實現(xiàn)所有信號的采集、運算、調(diào)節(jié)。其特點是：減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計及施工的工作量，可靠性高，抗干擾能力強，編程簡單。CP511卡為PLC與工控機的通信接口卡，即通過上位機鍵盤直接設(shè)計參數(shù)給PLC，同時PLC通過旋轉(zhuǎn)編碼器和電纜將現(xiàn)場料車位置信號和狀態(tài)信號傳給上位機，通過上位機編程軟件將信號以直觀方式顯示在終端顯示屏CRT上，從而實現(xiàn)實時地、動態(tài)地觀察料車在整個上料過程中的運行位置和狀態(tài)，并實現(xiàn)對料車的在線控制。 (3)變頻器調(diào)速系統(tǒng) 本設(shè)計的運料系統(tǒng)采用變頻器來實現(xiàn)對運料電機速度的調(diào)節(jié)，變頻調(diào)速系統(tǒng)具有調(diào)速特性平滑，效率高，可以使普通異步電動機實現(xiàn)無級調(diào)