s7-200plc在紙機(jī)傳動(dòng)中的應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　S7-200PLC在紙機(jī)傳動(dòng)中的應(yīng)用</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文是關(guān)于紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)實(shí)際上是異步電機(jī)變頻調(diào)速的PLC控制系統(tǒng)，PLC和變頻器之間通過Modbus協(xié)議進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通訊，共同實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的速度同步控制。</p><p>　　首先對(duì)PLC和變頻器的工作原理和

2、主要組成進(jìn)行了介紹，在此基礎(chǔ)上，再對(duì)變頻調(diào)速的基本原理進(jìn)行了一定的討論。變頻器采用的是ABB公司的變頻器，因此本文對(duì)ACS550變頻器的參數(shù)設(shè)置也進(jìn)行了討論。而PLC采用的是西門子公司S7-200系列，變頻器和PLC之間的通訊協(xié)議在文中也有很詳細(xì)的介紹。最后是系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)，包括硬件和控制程序的設(shè)計(jì)，對(duì)其設(shè)計(jì)思路也有相應(yīng)的討論，控制程序部分不僅給出了具體的程序，還有相應(yīng)的注解。</p><p>　　該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)

3、交流傳動(dòng)的速度鏈和負(fù)荷分配以及張力控制，具有很強(qiáng)的工程模擬性能和實(shí)用價(jià)值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：可編程序控制器（PLC），MODBUS協(xié)議，變頻器</p><p>　　Based on the Paper Machine S7-200 PLC Control System</p><p><b>　　ABSTRACT</b></

4、p><p>　　This paper is on the paper machine transmission control system design, the system is actually asynchronous motor VVVF the PLC control system, PLC and inverter agreement between the Modbus serial data co

5、mmunication, common to achieve the speed synchronous motor control .</p><p>　　First of all PLC and inverter of the working principle and the main components were introduced, on the basis of this, then the VV

6、VF the basic principle of a certain amount of discussion. the inverter is used in ABB's inverter, this converter on the set of parameters ACS550 also discussed.The PLC is based Siemens S7-200 series, Drives and commu

7、nications between the PLC in the text of the agreement are also very detailed presentation. Finally, there is a specific system design, hardware and contro</p><p>　　The system can be realized exchange rate o

8、f transmission chain and load distribution, and tension control, with strong engineering simulation performance and practical value.</p><p>　　KEYWORDS：Programmable Logic Controller (PLC)，MODBUS agreement，Con

9、verter</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1概論

10、1</b></p><p>　　1.2交流調(diào)速的發(fā)展概況1</p><p>　　1.3 PLC技術(shù)的發(fā)展概況2</p><p>　　1.4變頻器在紙機(jī)傳動(dòng)中的應(yīng)用2</p><p>　　第二章 速度鏈與負(fù)荷分配4</p><p>　　2.1速度鏈的定義4</p><p&g

11、t;　　2.2速度鏈的分類4</p><p>　　2.3 負(fù)荷分配控制的原理與實(shí)現(xiàn)6</p><p>　　2.4負(fù)荷分配設(shè)計(jì)方法7</p><p>　　第三章 PLC和變頻器技術(shù)簡介9</p><p>　　3.1 PLC概述9</p><p>　　3.2 PLC的基本組成與各部分的作用9</p>

12、<p>　　3.2.1 PLC的基本組成9</p><p>　　3.2.2 PLC各部分的作用9</p><p>　　3.3 A/D和D/A轉(zhuǎn)換概念10</p><p>　　3.3.1 A/D和D/A原理10</p><p>　　3.3.2模擬量輸入輸出系統(tǒng)11</p><p>　　3.3.3

13、輸入輸出數(shù)據(jù)的處理11</p><p>　　3.4 PLC的主要特點(diǎn)12</p><p>　　3.5 SiemensS7-200系列PLC特性12</p><p>　　3.6 變頻器簡介13</p><p>　　3.6.1 變頻器主電路13</p><p>　　3.6.2變頻器的控制電路14</p&g

14、t;<p>　　3.6.3變頻調(diào)速的基本原理15</p><p>　　3.6.4 變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)16</p><p>　　3.6.5 ABB公司的ACS550變頻器性能介紹16</p><p>　　第四章 通信協(xié)議18</p><p>　　4.1 Modbus協(xié)議概述18</p><p>　　4

15、.2 Modbus的數(shù)據(jù)傳輸方式19</p><p>　　4.3 Modbus消息幀20</p><p>　　4.3.1 消息幀的組成20</p><p>　　4.3.2 消息幀組成部分具體定義20</p><p>　　4.4 Modbus錯(cuò)誤檢測方法22</p><p>　　第五章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)26&l

16、t;/p><p>　　5.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)26</p><p>　　5.1.1 PLC控制系統(tǒng)與系統(tǒng)構(gòu)建26</p><p>　　5.1.2 .工業(yè)現(xiàn)場26</p><p>　　5.2 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)28</p><p>　　5.2.1上位機(jī)人機(jī)交互設(shè)備的選型:28</p><p>　　5.2.

17、2 PLC及其它模塊的選型28</p><p>　　5.3 變頻器的選型及其系統(tǒng)功能設(shè)定29</p><p>　　5.3.1.容量選擇29</p><p>　　5.3.2 ACS550系列變頻器的參數(shù)及設(shè)置29</p><p>　　5.4 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)31</p><p>　　5.4.1 技術(shù)數(shù)據(jù)31<

18、/p><p>　　5.4.2 變頻器及低壓電器的選擇32</p><p>　　5.5 電路圖簡介33</p><p>　　5.5.1變頻器電路圖33</p><p>　　5.5.2 變頻器其它電路圖簡介36</p><p>　　5.5.3 PLC部分的設(shè)計(jì)38</p><p>　　圖5-1

19、0 S7-200PLC接線電路圖錯(cuò)誤！未定義書簽。</p><p>　　5.6系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)40</p><p>　　5.6.1 程序流程圖40</p><p>　　5.6.2 具體程序41</p><p>　　5.7抗干擾措施53</p><p>　　5.8系統(tǒng)運(yùn)行情況53</p><

20、p>　　第六章 全文總結(jié)54</p><p><b>　　致 謝55</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)56</p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1概論</b></p><p>　　電

21、氣傳動(dòng)技術(shù)以運(yùn)動(dòng)機(jī)械的驅(qū)動(dòng)裝置——電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象，以微電子裝置為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制理論的指導(dǎo)下完成電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)工作機(jī)械的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或反復(fù)運(yùn)動(dòng)。因電機(jī)的種類的不同，我們可以將其分為直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)和交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。自19世紀(jì)80年代起至19世紀(jì)末，工業(yè)上傳動(dòng)用的電動(dòng)機(jī)一直被直流電機(jī)壟斷，到了19世紀(jì)末，出現(xiàn)了三相電源和結(jié)構(gòu)簡單且堅(jiān)固耐用的交流鼠籠型電機(jī)

22、以后，交流電機(jī)才在調(diào)速的領(lǐng)域代替了直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置。隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，速度可調(diào)節(jié)成了電動(dòng)裝置的一項(xiàng)基本要求，并且，除了滿足一定的調(diào)速范圍和連續(xù)可調(diào)的同時(shí)，還必須具有持續(xù)的穩(wěn)定性和良好的瞬態(tài)性能。隨著電力電子學(xué)與電子技術(shù)的發(fā)展，使得采用半導(dǎo)體變流調(diào)速系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，70年代以來，大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，為交流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件，促進(jìn)了各種類型的交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，如串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)

23、、無換相器電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)以及大量控制調(diào)速系統(tǒng)等的飛速發(fā)展。</p><p>　　1.2交流調(diào)速的發(fā)展概況</p><p>　　交流調(diào)速系統(tǒng)大致經(jīng)歷過以下幾個(gè)階段:</p><p>　　(1)異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　(2)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng) 。</p><p>　　(3)變頻調(diào)速系統(tǒng)。</p>

24、<p>　　其中變頻調(diào)速具有高效率、寬范圍和高精度等特點(diǎn)，是運(yùn)用最廣、最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的種類很多，有電壓源型變頻器，電流源型、脈寬調(diào)制型等各種變頻器。目前變頻調(diào)速的主要方案有:交一交變頻調(diào)速，交一直一交變頻調(diào)速，同步電動(dòng)機(jī)自控式變頻調(diào)速系統(tǒng)，正弦波脈寬調(diào)制(PSWM)，矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速等，而且無速度傳感技術(shù)日益成熟.許名智能技術(shù)逐步滲透到其中，如模糊控制、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)

25、控制等，與這些控制方式相結(jié)合，大大提高了變頻器調(diào)速系統(tǒng)的控制效果，這些變頻器調(diào)速技術(shù)的發(fā)展很大程度上依賴于大功率半導(dǎo)體器件的制造水平以及電力電子技術(shù)的發(fā)展水平。日、美、德、英等國家在結(jié)合現(xiàn)代微處理器控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，相繼推出了一系列的變頻器，且不斷進(jìn)行更新?lián)Q代。</p><p>　　1.3 PLC技術(shù)的發(fā)展概況</p><p>　　第一臺(tái)可編程控制器(以下簡稱P

26、LC)的設(shè)計(jì)規(guī)范是美國通用汽車公司提出的。美國數(shù)字設(shè)備公司D(EC)于1969年研制成第一臺(tái)PLC，型號(hào)為PDP一14，投入通用汽車公司的生產(chǎn)線控制中，取得了令人滿意的效果，從此開創(chuàng)了PLC的新紀(jì)元。在短時(shí)間內(nèi)，PLC在其他工業(yè)部門也得到應(yīng)用。到20世紀(jì)70年代初，食品、金屬和制造等工業(yè)部門相繼使用PLC代替繼電器控制設(shè)備，邁出其實(shí)用化階段的第一步。</p><p>　　70年代中期，由于大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使

27、8位微處理器和位片處理器相繼問世，在邏輯運(yùn)算功能的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)值運(yùn)算。閉環(huán)控制，提高了運(yùn)算速度，擴(kuò)大了輸入輸出規(guī)模。70年代末由于超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使PLC向大規(guī)模、高速性能方向發(fā)展，形成了多種系列化產(chǎn)品。進(jìn)入八九十年代后，PLC的軟硬件功能進(jìn)一步得到加強(qiáng)，PLC已發(fā)展成為一種可提供諸多功能的成熟的控制系統(tǒng)，能與其他設(shè)備通信，生成報(bào)表，調(diào)度產(chǎn)出，可診斷自身故障及機(jī)器故障。PLC未來的發(fā)展不僅依賴于對(duì)新產(chǎn)品的開發(fā)，還在于PLC與

28、其他工業(yè)控制設(shè)備和工廠管理技術(shù)的綜合。無疑，LPC將在今后的工業(yè)自動(dòng)化中扮演重要角色。在未來的工業(yè)生產(chǎn)中，PLC技術(shù)和機(jī)器人、CAD/CMA將成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大支柱。</p><p>　　目前PLC朝以下幾個(gè)方向發(fā)展:(1)大型網(wǎng)絡(luò)化 (2)多功能(3)高可靠性、好兼容性 (4)編程語言向高級(jí)語言發(fā)展。</p><p>　　1.4變頻器在紙機(jī)傳動(dòng)中的應(yīng)用</p>&

29、lt;p>　　造紙機(jī)對(duì)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的主要性能要求是線速的穩(wěn)定性，要求速度長期穩(wěn)定；另一點(diǎn)就是速度的可調(diào)性及快速響應(yīng)的特點(diǎn)。全球一些著名的電氣公司象西門子、ABB、東芝、三菱等，在這一領(lǐng)域的開發(fā)與研究都取得了巨大成就，使得變頻調(diào)速技術(shù)迅速發(fā)展并日漸成熟，它較直流調(diào)速系統(tǒng)及其它類型的調(diào)速系統(tǒng)有以下3個(gè)最突出的特點(diǎn)：</p><p>　　(l)省電節(jié)能：使電耗降低.是因?yàn)?，一方面是因?yàn)榻涣麟姍C(jī)的效率比其它類型的電

30、機(jī)都要高；另一方面，一般的電機(jī)控制回路中都有過流，過壓，失相等安全保護(hù)元件，而“變頻器——電機(jī)”控制回路則沒有這些耗能元件，更不需要像直流源調(diào)速系統(tǒng)所必備的勵(lì)磁電源，變壓器等元件。</p><p>　　(2)系統(tǒng)造價(jià)低：同直流傳動(dòng)系統(tǒng)相對(duì)比，異步電機(jī)的價(jià)格要比直流電機(jī)的價(jià)格低130-350；另外，技術(shù)的發(fā)展使得變頻器成本逐年下降，現(xiàn)市場價(jià)格約為1000元/千瓦，而直流整流設(shè)備110kw容量以下平均每套的價(jià)格約為2

31、1000元。因此對(duì)于紙機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，單機(jī)容量不超過160kw，在同樣裝機(jī)容量下，交流傳動(dòng)系統(tǒng)的造價(jià)要比直流傳動(dòng)系統(tǒng)低5%-15%。針對(duì)中低檔紙機(jī)來說，裝機(jī)容量不太大交流調(diào)速具有大的價(jià)格優(yōu)勢。</p><p>　　(3)維護(hù)工作量小：變頻器普遍采用大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路，設(shè)有附加的外圍元器件，因此從某種意義上說，變頻器是免費(fèi)維護(hù)設(shè)備.直流電機(jī)的維護(hù)周期為l個(gè)月，而交流電機(jī)的維護(hù)周期為3個(gè)月以上，且維護(hù)工作量要小

32、的多。發(fā)展的明顯的特征是變頻器的體積在變小，同時(shí)功能逐漸增強(qiáng)，維護(hù)操作更為方便.并開始從模擬量速度鏈技術(shù)，發(fā)展到數(shù)字化技術(shù)使得更為高級(jí)的變頻器誕生，內(nèi)部采用模塊化的結(jié)構(gòu)，使得參數(shù)的配置與修改及各功能的實(shí)現(xiàn)乃至連接更為方便，速度鏈上傳遞的為數(shù)頻信號(hào)，使系統(tǒng)的抗干擾能力更強(qiáng)，故障的診斷，信號(hào)的檢查也很方便.數(shù)頻處理、速度設(shè)定、馬達(dá)控制等模塊的鏈接位置讓操作者修改參數(shù)比較直觀、簡潔，同時(shí)也進(jìn)入變頻器在紙廠應(yīng)用發(fā)展的第三階段.</p>

33、;<p>　　第二章 速度鏈與負(fù)荷分配 </p><p><b>　　2.1速度鏈的定義</b></p><p>　　在紙機(jī)分布式傳動(dòng)中，由于各相鄰傳動(dòng)點(diǎn)之間的速度應(yīng)保持一定的比例，且在車速調(diào)整過程中，應(yīng)滿足只影響本級(jí)和本級(jí)以后的各傳動(dòng)點(diǎn)，而不影響前面各傳動(dòng)的速度，這樣每傳動(dòng)點(diǎn)在前一級(jí)的基礎(chǔ)上可以調(diào)整并把速度信號(hào)傳送給下一級(jí)形成一個(gè)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，即為速

34、度鏈。如何實(shí)現(xiàn)速度鏈?zhǔn)羌垯C(jī)傳動(dòng)中的一個(gè)關(guān)鍵性問題，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面的因素。</p><p>　　a.精度，速度鏈一定要滿足紙機(jī)傳動(dòng)中的精度。</p><p>　　b.穩(wěn)定性，速度鏈一定要穩(wěn)定、可靠、才能保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。</p><p>　　c.操作方便，由于工廠中工人的文化程不一，因此一定要注意操作不能太復(fù)雜。</p><p>　　

35、d.性價(jià)比，一定要在滿足系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上盡量降低成本。 </p><p><b>　　2.2速度鏈的分類</b></p><p>　　一般來說速度鏈可分為兩類：</p><p>　　a.摸擬式速度鏈 b.數(shù)字式速度鏈</p><p>　　其中數(shù)字鏈其根據(jù)操作又可分為按鍵式，觸摸屏式，根椐控制器又可分為速度鏈控制器式，

36、電動(dòng)電位器、PLC控制式，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)式，但無論是哪一種方式都具有操作方便、準(zhǔn)確、抗干擾力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 </p><p>　　由于模擬式速度鏈存在操作不便，易受干擾等缺陷，因此現(xiàn)在已基本上不使用了，只有在部分小型紙機(jī)中還在應(yīng)用。下面我們將對(duì)兩種數(shù)字式速度鏈作以介紹。</p><p>　?。?）電動(dòng)電位器型的速度鏈</p><p>　　該速度鏈的構(gòu)成如圖2-1所示：

37、它主要利用交流驅(qū)動(dòng)裝置本身所具有的數(shù)字頻率輸入功能來解決速度級(jí)聯(lián)問題（如三菱變頻器的遙控功能、ABB變頻器的電動(dòng)電位器功能）。圖2-1中只畫出了速度增加部分，速度減少部分與此完全相同。這種速度鏈的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)工作可靠，變頻器的頻率設(shè)定直接由數(shù)字信號(hào)設(shè)定，克服了模擬信號(hào)易受干擾的缺點(diǎn)。K01-K0n為AC24V的繼電器。也可以根據(jù)用戶的要求用PLC來完成以提高系統(tǒng)的可靠性和簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖2-

38、1電動(dòng)電位器型速度鏈的構(gòu)成</p><p>　?。?）基于PLC、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通訊控制的速度鏈</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)的發(fā)展，紙機(jī)傳動(dòng)控制過程中廣泛采用通訊控制方式，利用RS485總線或現(xiàn)場總線CAN總線、Profibus-DP總線與變頻器通訊完成紙機(jī)傳動(dòng)控制。傳動(dòng)控制中心一般采用PLC。速度鏈控制由PLC內(nèi)部軟件來實(shí)現(xiàn)。軟件設(shè)計(jì)可以有多種方法。下面介紹一種設(shè)計(jì)方法說明P

39、LC速度鏈的軟件設(shè)計(jì)。</p><p>　?。╝）速度鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　速度鏈結(jié)構(gòu)采用二叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法，用于完成傳遞功能。首先對(duì)各傳動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字抽象，確定速度鏈中各傳動(dòng)點(diǎn)編號(hào)，此編號(hào)應(yīng)與變頻器內(nèi)部地址一致。然后根據(jù)二叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，確定各結(jié)點(diǎn)的上下、左或右編號(hào)。即任一傳動(dòng)點(diǎn)由3個(gè)數(shù)據(jù)（“父子兄”或“父子弟”）確定其在速度鏈中的位置，填位置寄存器數(shù)值。如圖2-2所示。</

40、p><p>　　圖2-2位置寄存器示意圖</p><p>　　該傳動(dòng)點(diǎn)速度給變頻器后，訪問位置寄存器，確定子寄存器結(jié)點(diǎn)號(hào)，若不為0，則對(duì)該經(jīng)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)處理，直到該鏈完全處理完；再查兄弟寄存器結(jié)點(diǎn)號(hào)，處理另一支鏈。故只須對(duì)位置寄存器初始化，即可構(gòu)成任意分支速度鏈。</p><p><b>　?。╞）算法設(shè)計(jì)</b></p><p&

41、gt;　　算法設(shè)計(jì)采用了調(diào)節(jié)變比的控制方法。如圖2-3所示，紙機(jī)第一分部點(diǎn)作為速度鏈中的主節(jié)點(diǎn)，即它的速度就是整個(gè)紙機(jī)的工作車速，則其速度調(diào)節(jié)就調(diào)節(jié)了整個(gè)紙機(jī)車速。</p><p>　　圖2-3 PLC程序速度鏈原理圖</p><p>　　在PLC內(nèi)，我們檢測到車速調(diào)節(jié)信號(hào)則改變車速單元值，1點(diǎn)處的速度就為第一臺(tái)變頻器的運(yùn)行速度設(shè)定值，將其送第一臺(tái)變頻器執(zhí)行，并送給第二臺(tái)計(jì)算。第一分部的速

42、度值乘以第二分部的變比b1/a則為第二臺(tái)變頻器的運(yùn)行值。若第二分部速度不滿足運(yùn)行要求，說明第二分部變比不合適，可通過操作第二分部的加速、減速按鈕實(shí)現(xiàn)，PLC檢測到按鈕信號(hào)后調(diào)節(jié)b1即調(diào)整了變比，使其適應(yīng)生產(chǎn)要求。任意無級(jí)調(diào)速。若正常生產(chǎn)中變比合適，某種原因需要用緊紙、松紙時(shí)，按下該分部緊紙、松紙按鈕，PLC將對(duì)應(yīng)在速度鏈上附加一正或負(fù)的偏移量則實(shí)現(xiàn)緊紙、松紙功能。圖中2點(diǎn)就包含了調(diào)速和緊紙、松紙等操作指令的速度值，將它送給第二臺(tái)變頻器執(zhí)

43、行，同時(shí)送下一級(jí)計(jì)算。依此類推，構(gòu)成速度鏈控制系統(tǒng)。 </p><p>　　2.3 負(fù)荷分配控制的原理與實(shí)現(xiàn)</p><p>　?。?）負(fù)荷分配問題產(chǎn)生的原因和影響</p><p>　　在傳動(dòng)控制過程中經(jīng)常遇到由幾臺(tái)電機(jī)同時(shí)拖動(dòng)同一負(fù)載的情況。例如壓榨部兩輥壓榨，上下傳動(dòng)輥都有自己的傳動(dòng)電機(jī)，通過加壓同步運(yùn)行。所以類似這樣的傳動(dòng)

44、只有電動(dòng)機(jī)速度同步并不能滿足實(shí)際系統(tǒng)的工作要求，實(shí)際系統(tǒng)還要求各傳動(dòng)點(diǎn)電機(jī)負(fù)載率相同，否則會(huì)出現(xiàn)某臺(tái)電機(jī)出力大，某臺(tái)電機(jī)出力小的情況。對(duì)于造紙機(jī)如網(wǎng)部真空伏輥、驅(qū)網(wǎng)輥同時(shí)帶一條網(wǎng)；壓榨部真空吸移、真空壓榨等復(fù)合壓榨；光壓上、下輥；施膠機(jī)上、下輥等都屬于多電機(jī)傳動(dòng)。所以這些分部要求有負(fù)荷分配，它們之間要求速度同步的同時(shí)要求負(fù)載率均衡，否則會(huì)影響正常抄紙。當(dāng)負(fù)荷不能均勻分布時(shí)，有可能撕壞毛布或造成斷紙。</p><p&g

45、t;<b>　　（2）負(fù)荷分配原理</b></p><p>　　在多電機(jī)傳動(dòng)過程中要求各傳動(dòng)點(diǎn)電機(jī)負(fù)載率相同，即δ=Pi/Pie相同（Pi為i電機(jī)所承擔(dān)負(fù)載功率，Pie為電機(jī)額定功率）。而且在負(fù)荷分配調(diào)節(jié)過程中不能影響其它各分部的速度。所以我們采用速度鏈主鏈與子鏈相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　圖2-4 帶負(fù)荷分配點(diǎn)的速度鏈圖</p><p

46、>　　負(fù)荷分配控制中我們選取一臺(tái)電機(jī)作為本組主電機(jī)，連接在速度鏈上，其它電機(jī)作為子電機(jī)，形成子鏈控制結(jié)構(gòu)。以三點(diǎn)負(fù)荷分配為例,如圖2-4所示，編號(hào)為0和4是需要負(fù)荷分配的前級(jí)和后級(jí)，負(fù)荷分配以1為主，2、3作為1的從機(jī)，處于速度鏈的子鏈上。P1e、P2e、P3e為三臺(tái)電機(jī)額定功率，Pe為額定總負(fù)載功率，Pe=P1e+P2e+P3e。P為實(shí)際總負(fù)載功率，P1、P2、P3為電機(jī)實(shí)際負(fù)載功率，則P=P1+P2+P3。系統(tǒng)工作要求P1=P

47、*P1e/Pe，P2=P*P2e/Pe，P3=P*P3e/Pe。負(fù)荷分配的目的就是使P1、P2、P3滿足上述要求。在實(shí)際控制當(dāng)中，電機(jī)功率是一間接量。實(shí)際控制近似以電機(jī)定子電流代替電機(jī)功率。</p><p>　　負(fù)荷分配就是依據(jù)電機(jī)電流，利用上述原理對(duì)控制的各臺(tái)電機(jī)調(diào)節(jié)，使電機(jī)電流百分比一樣，即各電機(jī)轉(zhuǎn)矩電流和額定電流比值應(yīng)相等。這樣完成負(fù)荷分配的自動(dòng)控制。</p><p>　　2.4負(fù)荷

48、分配設(shè)計(jì)方法</p><p>　　傳動(dòng)系統(tǒng)分為兩大類直流傳動(dòng)和交流傳動(dòng)，所以負(fù)荷分配設(shè)計(jì)也依據(jù)傳動(dòng)形式有不同的控制方法。下面主要說明交流傳動(dòng)負(fù)荷分配的設(shè)計(jì)。</p><p>　　交流傳動(dòng)采用變頻調(diào)速后，交流電機(jī)沒有像直流調(diào)速那樣明確的電流環(huán)、速度環(huán)，又不能直接控制變頻器內(nèi)的電流環(huán)，所以做負(fù)荷分配較為復(fù)雜，現(xiàn)在常用也較為實(shí)用的方法有：</p><p>　　a.使用負(fù)荷

49、分配控制器</p><p>　　負(fù)荷分配控制器是專門用來解決變頻器、直流調(diào)速裝置的負(fù)荷分配問題。這種控制方法簡單，價(jià)格低廉。</p><p>　　b.使用PLC控制負(fù)荷分配</p><p>　　有些變頻器、直流調(diào)速裝置沒有通訊控制功能，負(fù)荷分配只能通過端口控制。我們利用PLC作為負(fù)荷分配控制器，在PLC上擴(kuò)展A/D模塊，采樣電機(jī)電流，依據(jù)負(fù)荷分配原理經(jīng)過PLC運(yùn)算處

50、理，輸出數(shù)字量的加速、減速信號(hào)連接到速度鏈控制回路，完成負(fù)荷分配控制功能。這種控制方法簡單，系統(tǒng)可靠，適用性較好。 c.PLC通訊控制負(fù)荷分配</p><p>　　上述的幾種控制方法都屬于模擬控制，適用于5臺(tái)電機(jī)以下的負(fù)荷分配，控制精度比較低。PLC通訊控制負(fù)荷分配采用全數(shù)字化控制，PLC采樣電機(jī)電流轉(zhuǎn)矩，依據(jù)負(fù)荷分配控制算法精確計(jì)算，控制變頻器達(dá)到負(fù)荷平衡?，F(xiàn)在的大多數(shù)公司所生產(chǎn)的變頻器都具有通訊功能

51、。通過現(xiàn)場總線，變頻器可以和工控機(jī)、PLC之間進(jìn)行通訊，交換數(shù)據(jù)。解決負(fù)荷分配問題所使用的思路是通過PLC通訊，讀到各傳動(dòng)點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩值，將轉(zhuǎn)矩值加以比較，再通過PLC通訊調(diào)節(jié)各變頻器的給定頻率，加大或減小該電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，從而調(diào)整該電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　使用PLC解決負(fù)荷分配問題，其優(yōu)點(diǎn)是：調(diào)試容易、工作可靠，但不適之處在于過于專業(yè)化，對(duì)用戶技術(shù)要求較高。PLC控制負(fù)荷分配可以達(dá)到20點(diǎn)以上，控制精度很高

52、，負(fù)荷分配不平衡度可以控制在3%以內(nèi)。是上述其它控制所不能達(dá)到的效果。</p><p>　　d.使用高性能變頻器的轉(zhuǎn)矩控制性能</p><p>　　現(xiàn)在有些公司的變頻器可以采用轉(zhuǎn)矩控制方式，如ABB公司的ACX600系列，西門子公司的6ES70變頻器等。采用這些變頻器可以利用轉(zhuǎn)矩控制方式解決負(fù)荷分配的問題。選取一臺(tái)變頻器作為負(fù)荷分配主機(jī)，這臺(tái)變頻器作為主機(jī)處于速度控制模式在速度鏈結(jié)構(gòu)上，其

53、它從機(jī)選用轉(zhuǎn)矩控制模式，將主機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出作為從機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定，這樣其它從機(jī)變頻器的給定信號(hào)是轉(zhuǎn)矩，而非一般變頻器的頻率信號(hào)。從機(jī)時(shí)刻跟隨主機(jī)轉(zhuǎn)矩的變化，起到負(fù)荷分配控制的目的。但是這樣的控制適合于文化紙機(jī)的復(fù)合壓榨部，不適合于網(wǎng)部、施膠機(jī)、光壓等傳動(dòng)負(fù)荷分配。這是因?yàn)楫?dāng)從機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速低，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速高，空載時(shí)甚至達(dá)到最大頻率。這種特性有些類似于直流調(diào)速上的速度調(diào)節(jié)器飽和的電流控制方法。所以要求負(fù)載在運(yùn)行時(shí)必須一

54、直處于加壓狀態(tài)或類鋼性連接。這種控制方法進(jìn)度精度高，動(dòng)態(tài)相應(yīng)快，控制品質(zhì)高，但適用范圍小，對(duì)負(fù)載有一定的要求。 </p><p>　　e.利用各公司自己的特殊軟件解決負(fù)荷分配</p><p>　　各公司相繼推出多傳動(dòng)的解決方案，通過其變頻器附加軟件或控制板實(shí)現(xiàn)，如ABB公司的主-從應(yīng)用宏軟件、西門子的工藝板等。利用這些附件可以很好的解決負(fù)荷分配問題。其控制的原理與負(fù)荷分配原理不矛盾，利用它

55、可以獲得良好的動(dòng)態(tài)性能和具有速度限幅保護(hù)。提高設(shè)備的運(yùn)行性能和可靠性。</p><p>　　第三章 PLC和變頻器技術(shù)簡介</p><p><b>　　3.1 PLC概述</b></p><p>　　可編程程序控制器(Program label Controller)，因?yàn)樵缙谥饕獞?yīng)用于開關(guān)量的控制，因此也稱為PLC(programmable

56、 Logic Controller)，即是可編程邏輯控制器?，F(xiàn)代的可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，高度集成的新型工業(yè)控制裝置，是計(jì)算機(jī)技術(shù)與工業(yè)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)品。</p><p>　　PLC自問世以來，經(jīng)過20年的發(fā)展，己經(jīng)成為最受歡迎的工業(yè)控制類產(chǎn)品。它之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需求外，還有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它較好的解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。</p>

57、;<p>　　3.2 PLC的基本組成與各部分的作用</p><p>　　3.2.1 PLC的基本組成</p><p>　　PLC是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)基本相同。按結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC可分為整體式和組合式兩類。整體式PLC是將中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構(gòu)成主機(jī)。另外還有獨(dú)立的I/0擴(kuò)展單元與主機(jī)

58、配合使用。主機(jī)中，CUP是PLC的核心，I/O單元是連接CUP與現(xiàn)場設(shè)備之間的接口電路，通信接口用于PLC與編程器和上位機(jī)等外部設(shè)備的連接。</p><p>　　組合式PLC將CUP單元、輸入單元,輸出單元、智能I/0單元、通信單元等分別做成相應(yīng)的電路板或模塊，各模塊插在底板上，模塊之間通過底板上的總線相互聯(lián)系。裝有CPU單元的底板稱為CUP底板，其它稱為擴(kuò)展底板。CUP底板與擴(kuò)展底板之間通過電纜連接，距離一般不

59、超過10m無論哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都可以根據(jù)需要進(jìn)行配置與組合。</p><p>　　3.2.2 PLC各部分的作用</p><p>　?。?）中央處理單元(CPU)</p><p>　　CPU在PLC中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，它是PLC的運(yùn)算、控制中心。</p><p>　　它按照系統(tǒng)程序所賦予的功能，完成以下任務(wù):</p>

60、;<p>　　a.接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；</p><p>　　b.診斷電源、LPC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語法錯(cuò)誤；</p><p>　　c.用掃描的方式接收輸入信號(hào)，送入PLC的數(shù)據(jù)寄存器保存起來；</p><p>　　d.PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進(jìn)行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作；&l

61、t;/p><p>　　e.將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端。</p><p><b>　?。?）存儲(chǔ)器</b></p><p>　　根據(jù)存儲(chǔ)器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下3種:</p><p>　　a.系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器:和各種計(jì)算機(jī)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

62、儲(chǔ)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(chǔ)器為只讀存儲(chǔ)器RMO或EPROM。</p><p>　　b.用戶程序存儲(chǔ)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(chǔ)器中。由于用戶程序需要經(jīng)常改動(dòng)、調(diào)試，故用戶程序存儲(chǔ)器多為可隨時(shí)讀寫的RMA。由于ARM掉電會(huì)丟失數(shù)據(jù)，因此使用RMA作用戶程序存儲(chǔ)器的PLC，都有后備電池保護(hù)ARM，以免電源掉電時(shí)，丟失用戶

63、程序。當(dāng)用戶程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動(dòng)時(shí)，可將用戶程序?qū)懭隕PROM。目前較先進(jìn)的PLC采用快閃存儲(chǔ)器作用戶程序存儲(chǔ)器，快閃存儲(chǔ)器可隨時(shí)讀寫，掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，不用后備電池保護(hù)。</p><p>　　c.工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在ARM中，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，開辟有元件映像寄存器和數(shù)據(jù)表。元件映像寄存器用來存儲(chǔ)PLC的開關(guān)量輸入/

64、輸出和定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部繼電器的ON/OFF狀態(tài)。</p><p>　　數(shù)據(jù)表用來存放各種數(shù)據(jù)，它的標(biāo)準(zhǔn)格式是每一個(gè)數(shù)據(jù)占一個(gè)字。它存儲(chǔ)用戶程序執(zhí)行時(shí)的某些可變參數(shù)值。它還用來存放A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果等。</p><p>　　根據(jù)需要，部分?jǐn)?shù)據(jù)在停電時(shí)用后備電池維持其當(dāng)前值，在停電時(shí)可以保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器區(qū)域稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。</p><p&g

65、t;<b>　?。?）I/O單元</b></p><p>　　l/0單元也稱為1/0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，輸入單元接收操作指令和現(xiàn)場的狀態(tài)信息，加控制按鈕、操作開關(guān)和限位開關(guān)、光電管、繼電器觸點(diǎn)、行程開關(guān)、接近開關(guān)等信號(hào)，并通過輸入電路的濾波、光電隔離和電平轉(zhuǎn)換等將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成CUP能夠接收和處理的信號(hào)。輸出單元將CUP送出的弱電控制信號(hào)通過輸出電路的光電隔離

66、和功率放大等方法轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥、電磁鐵等執(zhí)行元件。</p><p>　　3.3 A/D和D/A轉(zhuǎn)換概念</p><p>　　3.3.1 A/D和D/A原理</p><p>　　模擬t轉(zhuǎn)換成數(shù)字f的基本原理:輸入信號(hào)是現(xiàn)場物理參數(shù)(如溫度、壓力和流量等)經(jīng)傳感器檢測變成電信號(hào)(弱信號(hào))，再經(jīng)過放大、濾波之后成為連續(xù)變化的波形。根據(jù)事

67、先確定的頻率對(duì)波形采樣，假定采樣四次(1t、2t、、3t和4t)，如圖3-1。將每次的采樣值送給AD/變換器，則對(duì)應(yīng)每次采樣的電壓值轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號(hào)(H進(jìn)制數(shù)字)。將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成為模擬量的原理:首先將數(shù)字信號(hào)并行輸入給DA/轉(zhuǎn)換器，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出一個(gè)矩形波，經(jīng)過放大濾波之后即變成一個(gè)連續(xù)變化的模擬量輸出信號(hào)。</p><p><b>　　圖3-1 采樣圖</b></p><

68、;p>　　3.3.2模擬量輸入輸出系統(tǒng)</p><p>　　模擬量的輸入在過程控制中的應(yīng)用很廣泛，如常用的溫度、壓力、速度、流量、堿度、位移等的工業(yè)檢測都是對(duì)應(yīng)電壓、電流的大小模擬量，再通過一定的運(yùn)算后控制生產(chǎn)過程達(dá)到一定的目的(如恒溫等)。模擬量輸入的電平大多是從傳感器通過變換后得到的，模擬量輸入信號(hào)按EIC標(biāo)準(zhǔn)為4-20mA電流信號(hào)，或1-5V、-10-10V、0-10V的直流電壓信號(hào)。輸入模塊接收這種

69、模擬信號(hào)之后，把它轉(zhuǎn)換成8位或10位或12位的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)(最大值分別為255、1023或4095)，送給中央處理器進(jìn)行處理。因此，模擬量輸入模塊又叫D/A轉(zhuǎn)換輸入模塊。模擬量輸出模塊是將中央處理器的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成4-20mA的電流輸出信號(hào)或O-1V0、1-V5的直流電壓輸出信號(hào)，以提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因此，模擬量輸出模塊又叫AD/轉(zhuǎn)換輸出模塊。</p><p>　　3.3.3 輸入輸出數(shù)據(jù)的處理</p

70、><p>　　在掃描讀入模擬量值時(shí)，處理器從模擬量輸入模塊讀入模擬量并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)值，再將其送入用戶指明的位置。</p><p>　　模擬量輸入模塊提供不止一個(gè)通道的輸入，因而只要信號(hào)兼容或類型相同，就能連接幾個(gè)或十幾個(gè)輸入信號(hào)。對(duì)于這些信號(hào)，不同的PLC有不同的處理方式。一般有兩種方式，一是使用指令充分利用多通道一次性將幾個(gè)或十幾個(gè)值放入寄存器數(shù)據(jù)區(qū)中，稱為塊轉(zhuǎn)移輸入。這種指令可以使用戶將

71、值放置于任意數(shù)據(jù)區(qū)。模塊的地址反映在塊轉(zhuǎn)移指令的配置中，而輸入的數(shù)據(jù)本身在存貯時(shí)不受地址的約束。另一種處理方法則跟離散量數(shù)據(jù)輸人存貯方式相似，PLC將數(shù)據(jù)存貯于與輸入模塊地址相對(duì)應(yīng)的輸入/輸出映像區(qū)中。同樣，模擬量輸出方式的數(shù)據(jù)處理也存在塊傳輸與輸出映像區(qū)兩種方式。塊傳輸輸入方式的好處是可以由模塊給出每一模塊及各通道的診斷信息，信息刷新速度較快。塊傳輸輸出方式則可靈活地配置輸出模塊的工作方式。模塊地址通常由機(jī)架安插的物理位置所定義，處理

72、器可以根據(jù)軟件I/0配置識(shí)別插槽中模塊是否為模擬量模塊。</p><p>　　3.4 PLC的主要特點(diǎn)</p><p>　?。?）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，平均故障時(shí)間為幾十萬小時(shí)。而且PLC采用了許多硬件和軟件抗干擾措施。</p><p><b>　　硬件方面:</b></p><p>　　a.隔離，在微處理與工/O電路

73、之間采用光電隔離減少外部干擾源對(duì)PLC的影響。</p><p>　　b.濾波，對(duì)供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，減少高頻干擾。且有些模塊還設(shè)置了連鎖保護(hù)、自診斷電路等。</p><p><b>　　軟件方面:</b></p><p>　　a.設(shè)置故障檢測與診斷程序。</p><p>　　b.當(dāng)軟件故障條件出現(xiàn)時(shí)，立

74、即把狀態(tài)重要信息存入指定存儲(chǔ)器，禁止對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行任何不穩(wěn)定的讀寫操作，以防止存儲(chǔ)器信息被沖掉。</p><p>　?。?）編程簡單、使用方便，目前大多數(shù)PLC采用繼電器控制形式的梯形圖編程方式，很容易被操作人員接受。</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)安裝容易，維護(hù)工作量少。功能完善、通用性強(qiáng)、體積小、能耗低、性能價(jià)格比高。</p><p>　　3.5 SiemensS

75、7-200系列PLC特性</p><p>　　西門子S7-200系列可編程控制器是當(dāng)前小型PLC領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)先進(jìn)、性能/價(jià)格比高、單元/模塊齊全的主流產(chǎn)品系列之一。SIMATICS7-200由硬件系統(tǒng)和工業(yè)軟件兩大部分構(gòu)成，如下圖。</p><p>　　圖3-2 S7-200PLC系統(tǒng)組成</p><p>　?。?）S7-200系列PLC的存儲(chǔ)系統(tǒng)</p>

76、<p>　　(a)存儲(chǔ)系統(tǒng):S7-200系列PLC的存儲(chǔ)系統(tǒng)由RAM和EEPROM兩種型存儲(chǔ)器構(gòu)成，CPU模塊內(nèi) 部配備一定容量的RAM和EEPROM，同時(shí)，模塊支持可選的EEPROM存儲(chǔ)器卡。</p><p>　　(b)存儲(chǔ)器及使用:S7-200的程序從廣義上看，由三部分構(gòu)成:用戶程序、數(shù)據(jù)塊和參數(shù)塊。用戶程序是必選部分，數(shù)據(jù)塊和參數(shù)塊是可選部分，參數(shù)塊主要是指CPU的組態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)塊主要是用戶程

77、序執(zhí)行過中所用到和生成的數(shù)據(jù)。上裝和下裝用戶程序是用STEP7-MIcro/Win32編程軟件時(shí)，PLC主機(jī)和計(jì)算機(jī)之間的程序、數(shù)據(jù)和參數(shù)的傳送。</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)電源掉電的意外情況，可以設(shè)置CPU參數(shù)定義可選的保持的存儲(chǔ)區(qū)?？梢远x的存儲(chǔ)區(qū):變量存儲(chǔ)器V、通用輔繼電器M、計(jì)數(shù)器C和定時(shí)器T(只有TONR有記憶接通延時(shí)定時(shí)器)?？梢詫⒂脩舫绦虼鎯?chǔ)在RAM中的字節(jié)、字或雙字?jǐn)?shù)據(jù)備份到EEP

78、ROM存儲(chǔ)可以保存變量存儲(chǔ)區(qū)任意位置的數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)卡是一個(gè)便攜式的EEPROM存器，可以將PLC中的程序和重要數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，使用方便，可保存:用程序、CPU組態(tài)參數(shù)和存儲(chǔ)在EEPROM存儲(chǔ)器中的變量存儲(chǔ)器永久區(qū)的數(shù)使用簡單。</p><p><b>　?。?）掃描周期</b></p><p>　　S7-200系統(tǒng)的掃描周期包括:輸入處理、執(zhí)行程序、處通信請(qǐng)求、執(zhí)行CPU

79、自診測試和寫輸出。不同CPU工作方式下的掃描周期執(zhí)行的任務(wù)也有所不同。</p><p>　　S7-200CPU226這種模塊功能增強(qiáng)，主機(jī)輸出和輸入點(diǎn)為40點(diǎn)，最大可以擴(kuò)展為248點(diǎn)數(shù)字量或35模擬量，通信能力增強(qiáng)，可用于點(diǎn)數(shù)較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。具有集成的24V負(fù)載電源，可以直接用于連接到傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu);輸入同時(shí)接通的數(shù)量24路輸入，主機(jī)輸出16路輸出;存儲(chǔ)安全，EEPROM存儲(chǔ)模塊可選，可在不

80、用編程器的條件下作為拷貝與修改程序的快速工具，并可進(jìn)行輔助軟件歸檔工作，超級(jí)電容和電池模塊，用于長時(shí)間保存數(shù)據(jù)，用戶數(shù)據(jù)可以通過主機(jī)的超級(jí)電容存儲(chǔ)若干天，電池模塊可選，可以使數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)時(shí)間延長到200天;高速反應(yīng)，脈沖捕捉功能，可以用于普通輸入端子捕捉比CPU掃描周期更快的脈沖信號(hào);中斷輸入，它允許以極快的速度對(duì)信號(hào)的上升沿做出響應(yīng);高速計(jì)數(shù)器，速度為30kHz，可編程并具有復(fù)位輸入，多個(gè)獨(dú)立的輸入端可同時(shí)用作加減計(jì)數(shù)，可以連接相應(yīng)數(shù)量

81、的相位差為90’的A/B相增量編碼器。脈沖輸出，2路最大可達(dá)20kHz的高頻脈沖輸出，可以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位;可以用模塊電位器來改變它對(duì)應(yīng)的特殊寄存器中的數(shù)值，可以即時(shí)更改程序運(yùn)行中的一些參數(shù):可用以對(duì)信息加注時(shí)間標(biāo)一</p><p><b>　　3.6 變頻器簡介</b></p><p>　　3.6.1 變頻器主電路</p><

82、p>　?。?）電力電子開關(guān)器件</p><p>　　電力半導(dǎo)體器件已經(jīng)歷了以晶閘管為代表的分立器件，以可關(guān)斷晶閘管(GTO)，巨型晶體管(GTR)，功率MOSEFT、絕緣柵雙極晶體管(GITB)為代表的功率集成器件(PIO)，以智能化功率集成電路(SPIC)，高壓功率集成電路(HVIC)為代表的功率集成電路(PLC)等三個(gè)發(fā)展時(shí)期。從晶閘管靠換相電流過零關(guān)斷的半控器件發(fā)展到PID、PCI通過門極或柵極控制脈

83、沖可實(shí)現(xiàn)器件導(dǎo)通與關(guān)斷的全控器件。在器件的控制模式上，從電流型控制模式及發(fā)展到電壓型控制模式。在器件結(jié)構(gòu)上，從分立器件發(fā)展到由分立器件組合成功率變換電路的初級(jí)模塊。</p><p><b>　?。?）整流電路</b></p><p>　　一般的三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成。它的主要作用是對(duì)工頻的外部電源進(jìn)行整流，并給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。

84、整流電路按其控制方式，可以是直流電壓源，也可以是直流電流源。直流中間電路的作用是對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑，以保證逆變電路和控制電源能夠得到質(zhì)量較高的直流電源。</p><p><b>　?。?）逆變電路 </b></p><p>　　逆變電路是變頻器主要的部分之一。它是利用六個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)器件組成橋式逆變電路，有規(guī)律的控制逆變器中的主開關(guān)元器件的通與斷，得到任意的三相交

85、流電輸出。它的主要作用是在控制電路的控制下，將平滑電路輸出的直流電源為頻率和電壓都任意可調(diào)的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，用來實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。</p><p>　　圖3-3 變頻器的基本構(gòu)成</p><p>　　3.6.2變頻器的控制電路</p><p>　　包括主控制電路、信號(hào)檢測電路、門極驅(qū)動(dòng)電路、外部接口電路以及保護(hù)等幾個(gè)部分，是變頻器

86、的核心部分?？刂齐娐返膬?yōu)劣決定了變頻器性能的優(yōu)控制電路的主要作用是完成對(duì)逆變器開關(guān)控制、對(duì)整流器的電壓控制以及完種保護(hù)功能?？刂扑惴镻WM控制利用了采樣控制理論中的結(jié)論:沖量相等而形狀不同的沖加在具有慣性環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量即指窄脈沖的面積。這里的效果相同，指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。根據(jù)這個(gè)原理，可以用一系列等幅而不等寬的脈沖來近似正弦波，且脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化。</p><p>　　3.6.

87、3變頻調(diào)速的基本原理</p><p>　　當(dāng)在一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組上加上三相交流電壓時(shí)，該電壓將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，其速度由定子電壓的頻率所決定。當(dāng)磁場旋轉(zhuǎn)時(shí)，位于該磁場中的轉(zhuǎn)子繞組將切割磁力線，并在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流，而此感應(yīng)電流又將受到旋轉(zhuǎn)磁場的作用而產(chǎn)生電磁力，即轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子跟隨旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)。當(dāng)將三相異步電動(dòng)機(jī)繞組的任意兩相進(jìn)行交換時(shí)，所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的方向?qū)l(fā)生改變。因此，電動(dòng)

88、機(jī)的轉(zhuǎn)向也將發(fā)生改變。</p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)定子磁場的轉(zhuǎn)速被稱為異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，其同步轉(zhuǎn)速由電動(dòng)機(jī)的磁極個(gè)數(shù)和電源頻率所決定:</p><p>　　=60f/p 公式(3-1)</p><p>　　-----電機(jī)同步轉(zhuǎn)速</p><p>　　f--

89、----供電電源頻率(Hz)</p><p>　　p-----電機(jī)定子磁極對(duì)數(shù)</p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速總是小于其同步轉(zhuǎn)速，異步電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速可由下式給出</p><p>　　n= (1-s)=60f(1-s)/p 公式(3-2)</p><p>　　式中: n----電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速&

90、lt;/p><p>　　s----轉(zhuǎn)差率(同步電動(dòng)機(jī)時(shí)，s=0)</p><p>　　由式(2)可知，改變參數(shù)f，s中的任意一個(gè)就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。因此，可以通過改變?cè)撾娫吹念l率來實(shí)現(xiàn)對(duì)異步機(jī)的調(diào)速控制。從某種意義上說，變頻器就是一個(gè)可以任意改變頻率的交流</p><p>　　在電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，一個(gè)重要的因素是希望保持每極磁通量適中。磁通過大，

91、導(dǎo)致勵(lì)磁電流過大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因?yàn)槔@組過熱而損壞電機(jī)。對(duì)于直流電機(jī)來說，勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，所以只要對(duì)電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合適。</p><p>　　三相異步電機(jī)定子每相電動(dòng)勢的有效值是:</p><p><b>　　公式（3-3）</b></p><p>　　式中:E1---------氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢有效值;</p><

92、;p>　　f1----------定子頻率;</p><p>　　---------定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù);</p><p>　　--------基波繞組因數(shù);</p><p>　　--------每相氣隙磁通量。</p><p>　　由公式可知，只要控制好E1和f1，便可以控制磁通不變。需要考慮基定頻率)以下和基頻以上兩種情況即基頻以下

93、調(diào)速基頻以上調(diào)速。</p><p>　　3.6.4 變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　利用變頻器對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，有許多優(yōu)點(diǎn)，如節(jié)電、容易實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制、可以實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效連續(xù)調(diào)速控制、實(shí)現(xiàn)速度的精確控制。容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換，可以進(jìn)行高額度的起停運(yùn)轉(zhuǎn)，可以進(jìn)行電氣制動(dòng)，可以對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高速驅(qū)動(dòng)。電機(jī)在帶動(dòng)較大負(fù)載在啟動(dòng)時(shí)，會(huì)有較大的沖擊電流，采用變頻器時(shí)，

94、可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，減小沖擊電流，解決大負(fù)載的啟動(dòng)問題。電源功率因素大，所需容量小，可以組成離性能的控制系統(tǒng)等。完善的保護(hù)功能:變頻器保護(hù)功能很強(qiáng)，在運(yùn)行過程中能隨時(shí)檢測到各種故障，并顯示故障類別(如電網(wǎng)瞬時(shí)電壓降低，電網(wǎng)缺相，直流過電壓，功率模塊過熱，電機(jī)短路等)，并立即封鎖輸出電壓。這種“自我保護(hù)”的功能，不僅保護(hù)了變頻器，還保護(hù)了電機(jī)不易損壞。</p><p>　　3.6.5 ABB公司的ACS550變頻器性能

95、介紹</p><p><b>　?。?）功能特點(diǎn):</b></p><p>　　a.工業(yè)型變頻器，比通用型產(chǎn)品更適合于環(huán)境惡劣的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。</p><p>　　b.標(biāo)準(zhǔn)化及模塊化。整個(gè)變頻器的結(jié)構(gòu)非常緊湊，主板及擴(kuò)展板都有是通過總線插槽連接，各組件接近，便于維修。由于集成度的提高，使裝置具有很高的可靠性。</p><p&

96、gt;　　c.搞于擾性好，運(yùn)行可靠，不受元器件老化和溫度漂移的影響，能長期保持穩(wěn)定的控制精度。</p><p>　　d.適應(yīng)電源電壓波動(dòng)范圍廣，能自動(dòng)適應(yīng)電網(wǎng)頻率變化。</p><p>　　e.具有很強(qiáng)的自診斷處理功能，提供有關(guān)故障原因的補(bǔ)充信息，使故障排除更為簡單，維護(hù)方便。</p><p>　　f.靈活多變的通訊能力。</p><p>　

97、　g.32位CUP全數(shù)字控制，組態(tài)功能豐富。</p><p>　　h.可針對(duì)具體交流電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到優(yōu)良的控制性能。</p><p>　　i.低速時(shí)也能提供額定轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　在造紙過程中，保持各傳動(dòng)子系統(tǒng)之間的同步運(yùn)行是尤為重要的。這種同步，不僅僅是穩(wěn)速運(yùn)行時(shí)需要同步，而且在加減速的動(dòng)態(tài)過程中也需要保證線速度的一致。為此，我們采取以下兩個(gè)措施，以達(dá)

98、到同步的目的。</p><p>　　（2）提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)</p><p>　　所有變頻器都采用光電編碼器的反饋方式，通過矢量運(yùn)算，它能夠確定和控制轉(zhuǎn)矩和磁通的電流分量，獲得同直流傳動(dòng)相媲美的動(dòng)態(tài)特性。這就從基礎(chǔ)上保證了同步的可實(shí)現(xiàn)性。</p><p>　?。?）建立速度給定值鏈</p><p>　　在各個(gè)變頻器之間建立裝置對(duì)裝置通訊過程，

99、通過此方式能夠?qū)⑺俣冉o定值用數(shù)字量迅速而準(zhǔn)確地傳遞給第一個(gè)變頻器，消除模擬信號(hào)傳遞中由于線路損耗、干擾等帶來的信號(hào)漂移、干擾所帶來的不利影響。各個(gè)分部之間不同的機(jī)械變化則由變頻器內(nèi)部不同的比例因子控制，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)與穩(wěn)態(tài)時(shí)各分部線速度的恒比例運(yùn)行。</p><p><b>　　第四章 通信協(xié)議</b></p><p>　　4.1 Modbus協(xié)議概述</p>

100、;<p>　　Modbus就是工業(yè)控制器的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的一種。Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。</p><p>　　Modebus協(xié)議是一種串行的主從通訊協(xié)議。此協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識(shí)使用的消息結(jié)構(gòu),而不管它們是

101、經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了一控制器請(qǐng)求訪問其它設(shè)備的過程，如果回應(yīng)來自其它設(shè)備的請(qǐng)求，以及怎樣偵測錯(cuò)誤并記錄。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。</p><p>　　當(dāng)在一Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，此協(xié)議決定了每個(gè)控制器需要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。如果需要回應(yīng)，控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。</p><p>　　在其它網(wǎng)絡(luò)上，包

102、含了Modbus協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)換也擴(kuò)展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)解決節(jié)地址、路由路徑及錯(cuò)誤檢測的方法。</p><p>　?。?）在Modbus網(wǎng)絡(luò)上轉(zhuǎn)輸　</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)的Modbus口是使用一個(gè)RS-232C兼容串行接口，它定義了連接口的針腳、電纜、信號(hào)位、傳輸波特率、奇偶校驗(yàn)?？刂破髂苤苯踊蚪?jīng)由Modem組網(wǎng)。</p><p&g

103、t;　　Modicon控制器使用的是與RS232C兼容的標(biāo)準(zhǔn)通訊接口。它定義了插頭外型、接線管腳、信號(hào)等級(jí)、傳輸波特率和奇偶校驗(yàn)等。控制器可以直接與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，也可以通過調(diào)制解調(diào)器聯(lián)接。</p><p>　　控制器通信使用主—從技術(shù)，即僅有一個(gè)設(shè)備（主設(shè)備）能初始化傳輸（查詢）。其它設(shè)備（從設(shè)備）根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)反應(yīng)。典型的主設(shè)備：主機(jī)和可編程儀表。典型的從設(shè)備：可編程控制器。</p>

104、<p>　　主設(shè)備可單獨(dú)和從設(shè)備通信，也能以廣播方式和所有從設(shè)備通信。如果單獨(dú)通信，從設(shè)備返回一消息作為回應(yīng)，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應(yīng)。Modbus協(xié)議建立了主設(shè)備查詢的格式：設(shè)備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、一錯(cuò)誤檢測域。</p><p>　　從設(shè)備回應(yīng)消息也由Modbus協(xié)議構(gòu)成，包括確認(rèn)要行動(dòng)的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、和一錯(cuò)誤檢測域。如果在消息接收過程中發(fā)生一錯(cuò)誤，或從

105、設(shè)備不能執(zhí)行其命令，從設(shè)備將建立一錯(cuò)誤消息并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去。</p><p>　　（2）在其它類型網(wǎng)絡(luò)上轉(zhuǎn)輸</p><p>　　在其它網(wǎng)絡(luò)上，控制器使用對(duì)等技術(shù)通信，故任何控制都能初始和其它控制器的通信。這樣在單獨(dú)的通信過程中，控制器既可作為主設(shè)備也可作為從設(shè)備。提供的多個(gè)內(nèi)部通道可允許同時(shí)發(fā)生的傳輸進(jìn)程。</p><p>　　在消息位，Modbus協(xié)議仍提

106、供了主—從原則，盡管網(wǎng)絡(luò)通信方法是“對(duì)等”。如果一控制器發(fā)送一消息，它只是作為主設(shè)備，并期望從從設(shè)備得到回應(yīng)。同樣，當(dāng)控制器接收到一消息，它將建立一從設(shè)備回應(yīng)格式并返回給發(fā)送的控制器。</p><p>　?。?）Modbus查詢—響應(yīng)周期</p><p><b>　?。╝）查詢</b></p><p>　　查詢消息中的功能代碼告之被選中的從設(shè)備

107、要執(zhí)行何種功能。數(shù)據(jù)段包含了從設(shè)備要執(zhí)行功能的任何附加信息。例如功能代碼03是要求從設(shè)備讀保持寄存器并返回它們的內(nèi)容。數(shù)據(jù)段必須包含要告之從設(shè)備的信息：從何寄存器開始讀及要讀的寄存器數(shù)量。錯(cuò)誤檢測域?yàn)閺脑O(shè)備提供了一種驗(yàn)證消息內(nèi)容是否正確的方法。</p><p><b>　?。╞）響應(yīng)</b></p><p>　　正常情況下，從機(jī)響應(yīng)的功能代碼與查詢的功能代碼相對(duì)應(yīng)，數(shù)

108、據(jù)區(qū)包含從機(jī)根據(jù)查詢要求收集到的數(shù)據(jù)，如寄存器的值或狀態(tài)等。當(dāng)發(fā)生通訊錯(cuò)誤時(shí)，功能代碼就轉(zhuǎn)而指示該響應(yīng)為故障響應(yīng)，數(shù)據(jù)字節(jié)則包含故障描述代碼。錯(cuò)誤校驗(yàn)域允許主機(jī)確認(rèn)信息內(nèi)容是否有效。</p><p>　　4.2 Modbus的數(shù)據(jù)傳輸方式</p><p>　　控制器能設(shè)置為兩種傳輸模式（ASCII或RTU）中的任何一種在標(biāo)準(zhǔn)的Modbus網(wǎng)絡(luò)通信。用戶選擇想要的模式，包括串口通信參數(shù)（波特

109、率、校驗(yàn)方式等），在配置每個(gè)控制器的時(shí)候，在一個(gè)Modbus網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù),這里我們只介紹RTU模式。</p><p><b>　　RTU模式</b></p><p>　　表4-1 兩種傳輸模式</p><p>　　所選的RTU方式僅適用于標(biāo)準(zhǔn)的Modbus網(wǎng)絡(luò)，它定義了在這些網(wǎng)絡(luò)上連續(xù)傳輸?shù)南⒍蔚拿恳晃唬?/p>

110、以及決定怎樣將信息打包成消息域和如何解碼。在其它網(wǎng)絡(luò)上（像MAP和Modbus　Plus）Modbus消息被轉(zhuǎn)成與串行傳輸無關(guān)的幀。</p><p>　　當(dāng)控制器在Modbus網(wǎng)絡(luò)上被設(shè)定為采用RTU（遠(yuǎn)程終端單元）模式進(jìn)行通訊時(shí)，信息中的每一個(gè)8位字節(jié)包括兩個(gè)4位的十六進(jìn)制字符。這種方式的最大好處就是字符的密度可以更高，相同波特率的數(shù)據(jù)流量比ASCII模式更大。每個(gè)信息必須在一個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)流中進(jìn)行傳輸。<