自動配料控制系統(tǒng)的設計.doc

0 引言隨著計算機技術(shù)和自動化技術(shù)的發(fā)展，自動配料系統(tǒng)的相關技術(shù)也日益成熟，并以其計量準確、安全可靠、自動化程度高，廣泛應用于化工、礦山、建材、食品、冶金、港口、電力等多種行業(yè)。它既可以自成系統(tǒng), 獨立工作, 也可以接人DCS、FCS系統(tǒng)以下介紹的自動配料技術(shù)設計合理、精度高、運行可靠, 可完全替代進口產(chǎn)品。本設計根據(jù)精細化工生產(chǎn)配料系統(tǒng)的功能要求，研究了變頻調(diào)速技術(shù)在生產(chǎn)中的應用，根據(jù)原有的控制結(jié)構(gòu)，基于PLC技術(shù)，提出了一個改進的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，采用此體系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)一個自動配料系統(tǒng)，使之具有稱重、配比、流量控制、故障檢測報警及通訊功能，具有智能化程度高、控制穩(wěn)定、可靠、操作維修方便等特點，對各種原料能進行精確的計量，保證化工產(chǎn)品準確的成分。設計在對上述裝置分析研究后在自動配料系統(tǒng)中進行相關應用，該系統(tǒng)的總體方案：自動配料控制由一個多輸入，多輸出，各條配料輸送生產(chǎn)線嚴格協(xié)調(diào)控制，對料位、流量及時準確地進行監(jiān)測和調(diào)節(jié)。所以，系統(tǒng)由可編程控制器與電子皮帶秤組成一個兩級計算機控制系統(tǒng)，通過對現(xiàn)場總線連接現(xiàn)場儀器儀表、控制計算機、PLC、變頻器等智能程度較高，處理速度快的設備。1 緒論1.1 配料系統(tǒng)的發(fā)展情況目前, 稱重配料系統(tǒng)的流程控制大多數(shù)由可編程控制器(PLC) 來實現(xiàn), 上位計算機主要用于配方管理、屏幕人機對話和稱重資料的存儲打印等工作。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展, 配料系統(tǒng)中的稱量儀表由最初的專用積木式儀表發(fā)展為智能化的工業(yè)控制終端以及專門的配料控制器。配料控制器是用來控制一種或多種物料的配制的微電腦系統(tǒng), 可以完全或部分取代可編程控制器, 實現(xiàn)配料的自動化。稱量儀表的功能也由最初的資料顯示發(fā)展為具有自診斷、自動零位跟蹤、置零去皮、預置點輸出、動態(tài)稱重、數(shù)據(jù)通信等多項功能。近年來, 隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的推廣, 將傳統(tǒng)的配料控制系統(tǒng)改進為基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)成為科技進步的必然趨勢。目前, 許多用于配料的稱重儀表已經(jīng)有了Profibus、Modbus 等現(xiàn)場總線接口,使基于現(xiàn)場總線的配料控制系統(tǒng)成為可能, 基于現(xiàn)場總線的配料控制系統(tǒng)正在迅速推廣。也有一部分采用的控制器為單片機，并利用其開發(fā)專用的稱重控制器。利用一臺或多稱重控制器和稱重傳感器構(gòu)成配料系統(tǒng)。這種方法控制程序用匯編語言編寫。具有成本低廉、設備可靠性高以及操作簡單等特點。但還是有兼容性能、再開發(fā)能力差的缺點。另外這種方法較適合于單臺設備的控制，對于復雜的控制系統(tǒng)難以處理。1.2 設計背景隨著計算機技術(shù)與自動化技術(shù)的發(fā)展, 自動配料系統(tǒng)的相關技術(shù)也日益成熟, 并以其計量準確、安全可靠、自動化程度高, 廣泛地應用于化工、礦山、建材、食品、冶金、港口、電力等多種行業(yè)它既可以自成系統(tǒng), 獨立工作, 也可以接人DCS、FCS系統(tǒng)以下介紹的自動配料技術(shù)設計合理、精度高、運行可靠, 可完全替代進口產(chǎn)品。由于生產(chǎn)的需要，要求在某些時候可以實現(xiàn)各種物料的不同比例搭配，在生產(chǎn)任務繁重的時候加快生產(chǎn)速度，要求能夠集中控制電機的啟動、瀏覽生產(chǎn)工業(yè)流程圖、做出事故報警響應、可調(diào)節(jié)電機運行速度等。原配料系統(tǒng)的配料皮帶秤采用模擬電路控制滑差調(diào)速電機的方法進行速度控制，只是采用PLC作為聯(lián)鎖控制，采用VC開發(fā)工具進行控制界面和控制算法的開發(fā)。由于滑差電機調(diào)速方式在低速時特性差、效率低，現(xiàn)場外部工作環(huán)境又很惡劣，工業(yè)粉塵很多，這些粉塵很容易進入滑差電機內(nèi)部而出現(xiàn)磨損、卡死等現(xiàn)象，維修、維護麻煩，造成工作故障多，影響正常生產(chǎn);另外由于采用模擬電路控制方式，控制不穩(wěn)定，精度低，調(diào)試煩瑣，使用極不方便。再者，采用VC開發(fā)工具進行開發(fā)軟件的控制界面和控制算法功能是靠軟件工作人員通過編程從底層來實現(xiàn)的，工作量大且設計的軟件通用性差，軟件功能可靠性也低。所以對配料系統(tǒng)要采用新的方案來提高系統(tǒng)的提高企業(yè)生產(chǎn)和管理的自動化水平，同時又提高了整個配料系統(tǒng)的精度和可靠性，提高了生產(chǎn)線的質(zhì)量。1.3 設計研究的內(nèi)容及意義本設計主要介紹了PLC(可編程程序控制器)的基本組成、工作原理、主要特點并分析西門子公司S7-300PLC的主要技術(shù)指標和性能，變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行深入的學習，比較電機調(diào)速的幾種類型，深入探討變頻調(diào)速的原理和優(yōu)點，并且介紹三菱公司的FR-740變頻器。設計在對上述裝置分析研究后在自動配料系統(tǒng)中進行相關應用，該系統(tǒng)的總體方案：自動配料控制由一個多輸入，多輸出，各條配料輸送生產(chǎn)線嚴格協(xié)調(diào)控制，對料位、流量及時準確地進行監(jiān)測和調(diào)節(jié)。所以，系統(tǒng)由可編程控制器與電子皮帶秤組成一個兩級計算機控制系統(tǒng)，通過對現(xiàn)場總線連接現(xiàn)場儀器儀表、控制計算機、PLC、變頻器等智能程度較高，處理速度快的設備。本設計根據(jù)精細化工生產(chǎn)配料系統(tǒng)的功能要求，研究了變頻調(diào)速技術(shù)在生產(chǎn)中的應用，根據(jù)原有的控制結(jié)構(gòu)，基于PLC技術(shù)，提出了一個改進的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，采用此體系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)一個自動配料系統(tǒng)，使之具有稱重、配比、流量控制、故障檢測報警及通訊功能，具有智能化程度高、控制穩(wěn)定、可靠、操作維修方便等特點，對各種原料能進行精確的計量，保證化工產(chǎn)品準確的成分。1.4 小結(jié) 本章首先介紹了自動配料系統(tǒng)的背景，通過對自動配料系統(tǒng)控制方式的比較，展望了自動配料系統(tǒng)控制方式的發(fā)展趨勢，介紹了本課題研究的內(nèi)容及意義。2 可編程控制器（PLC）2.1 定義PLC可編程序控制器：PLC英文全稱Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。DCS集散系統(tǒng): DCS英文全稱 DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM ,中文全稱為集散型控制系統(tǒng)。DCS可以解釋為在模擬量回路控制較多的行業(yè)中廣泛使用的，盡量將控制所造成的危險性分散,而將管理和顯示功能集中的一種自動化高技術(shù)產(chǎn)品。DCS一般由五部份組成：1：控制器2：I/O板 3：操作站 4：通訊網(wǎng)絡 5：圖形及遍程軟件。2.2 發(fā)展歷程 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器。稱ProgrammableController（PC）。個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。 PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。 上世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30-40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。 PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。2.3 PLC的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置?？删幊炭刂破鞯挠布晌⑻幚砥?、存儲器、I/O接口電路、電源、擴展接口、外設接口及編程器等組成。如圖2-1所示圖2-1 可編程控制器的硬件簡化框圖Fig.2-1 The hardware simplification frame diagram of PLCCPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。在使用者看來，不必要詳細分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，I/O數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 2.3.1 I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入（DI），開關量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。開關量是指只有開和關（或1和0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下： 開關量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。 2.3.2 電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）。2.3.3 底板或機架大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。2.4 PLC的工作原理可編程控制器中CPU的掃描過程也就是PLC的工作過程，型號不同的可編程控制器的掃描過程有所差異，典型的掃描工作過程如圖2-2所示。如圖可知，可編程控制器有兩種基本的工作狀態(tài)：運行狀態(tài)和停止狀態(tài)。當處于停止狀態(tài)時，只重復進行內(nèi)部處理和通信服務等工作。處于運行狀態(tài)時，從內(nèi)部處理、通信服務、自診斷到輸入處理、用戶程序執(zhí)行、輸出處理，一直反復不斷地重復執(zhí)行，直到可編程控制器停機或轉(zhuǎn)換到停止狀態(tài)。編程控制器工作時，它的CPU每一瞬間只能做一件事，也就是說一個CPU每一時刻只能執(zhí)行一個操作而不可能同時執(zhí)行多個操作。CPU對許多需要處理的任務依次按規(guī)定須序進行訪問和處理的工作方式為掃描工作方式。此掃描過程分為三個階段：輸入處理階段又叫輸入采樣階段。這一階段，PLC以掃描方式依次讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。程序執(zhí)行階段，PLC按從上到下、從左到右的順序掃描執(zhí)行梯形圖程序。CPU從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行存儲器中按步序號從小到大排列的由若干條指令組成的用戶程序。在程序執(zhí)行過程中，根據(jù)用戶程序的需要從輸入映像寄存器及其他的元件映像寄存器中將元件的“0/1”狀態(tài)讀出來，并按程序的要求進行邏輯運算，運算結(jié)果寫入對應的元件映像寄存器中。在輸出處理階段，CPU一次性集中將元件映像寄存器中輸出映像寄存器的“0/1”狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中。信號經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后送到輸出端子。圖2-2 PLC的掃描周期Fig.2-2 Scan cycle of PLC2.5 西門子S7-300簡介2.5.1 概述西門子S7-300可編程序控制器是模塊化小型PLC系統(tǒng)，各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合以用于擴展，能滿足中等性能要求；其優(yōu)越的性能價格比，使之成為中小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)理想的選擇。其主要特點為:1) 多種規(guī)格的處理器，系統(tǒng)采用獨特的導軌安裝；2) 高速的指令處理，可滿足快速程序控制要求；3) 浮點數(shù)運算，可有效地實現(xiàn)更為復雜的數(shù)學運算；4) CPU內(nèi)集MPI接口，多種通訊模塊能用來連接AS-I接口、PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；5) 具有時間/中斷驅(qū)動、開環(huán)定位和PID等高級控制功能；6) I/O模塊采用前連接器方式，維修或更換十分方便；7) 系統(tǒng)自行組態(tài)，信號或通訊模塊不受限制地隨意安放；8) 具有滿足高速計數(shù)、步進電機和伺服定位控制等特殊應用的IIO模塊；9) STEP 7 編程語言具有大量的以STEP5 為基礎的指令集，使程序的編制簡單快捷2.5.2 S7-300的功能SIMATIC S7-300的大量功能支持和幫助用戶進行編程、啟動和維護。1) 高速的指令處理:0.060.1的指令處理時間在中等到較低的性能要求范圍內(nèi)開辟了全新的應用領域。2) 浮點數(shù)運算:用此功能可以有效地實現(xiàn)更為復雜的算術(shù)運算。3) 方便用戶的參數(shù)賦值:一個帶標準用戶接口的軟件工具給所有模塊進行參數(shù)賦值，這樣就節(jié)省了入門和培訓的費用。4) 人機界面(HMI):方便的人機界面服務已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)。因此人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面(HMI)從S7-30O中取得數(shù)據(jù)，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送。5) 診斷功能:CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件(例如:超時，模塊更換，等等)。6) 口令保護:多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術(shù)機密，防止未經(jīng)允許的復制和修改。7) 操作方式選擇開關:操作方式選擇開關像鑰匙一樣可以拔出，當鑰匙拔出時，就不能改變操作方式。這樣就防止非法刪除或改寫用戶程序。2.5.3 S7-300的組成S7-300 PLC功能強、速度快、擴展靈活，它具有緊湊的、無槽位限制的模塊化結(jié)構(gòu)，其主要組成部分有:導軌、中央處理單元模板、接口模板(IM)、信號模板(SM)、功能模板(FM)等。S7-300組成如圖2-3所示。 槽號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10電源PS3075VCPU315-2DPIM365DI32DC24VDI32DC24VDI32DC24VDI32DC24VDO 16VReLAC120V/230VDO 16VReLAC120V/230VDO 16VReLAC120V/230VIM365AI812BitAI812BitAI812Bit圖2-3 S7-300的組成Fig.2-3 Compose of S7-3001) 負載電源模塊(PS)；用于將SIMATICS 7-300連接到120/230V 交流電源，或24/48/60/110 V直流電源。 2) 中央處理單元(CPU)：不同的CPU有不同的性能，有的CPU上集成有輸入/輸出點，有的CPU上集成有PROPIBUS-DP通訊接口等。3) 信號模塊(SM):用于數(shù)字量和模擬量輸入/輸出。4) 通訊處理器(CP):用于連接網(wǎng)絡和點對點連接。5) 功能模塊(FM):用于高速計數(shù)，定位操作(開環(huán)或閉環(huán)定位)和閉環(huán)控制。6) 接口模塊(IM):用于多機架配置時連接主機架(CR)和擴展機架(ER)。S7-300通過分布式的主機架(CR)和3個擴展機架(ER)，可以操作多達32個模塊。運行時無需風扇。2.5.4 S7-300的類型1) 標準型:溫度范圍從0到60。2) 環(huán)境條件擴展型:溫度范圍從-25到+60更強的耐受振動和污染特性。2.5.5 S7-300的通訊方便用戶的STEP7的用戶界面提供了通訊組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。SIMATIC S7-300具有多種不同的通訊接口：1) 多種通訊處理器用來連接AS-I接口、和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)。2) 串行通訊處理器用來連接點到點的通訊系統(tǒng)。3) 多點接口(MPI)集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。CPU支持下列通訊類型:1) 過程通訊2) 通過總線(AS-1或PROFIBUS)對u0模塊周期尋址(過程映象交換)3) 數(shù)據(jù)通訊在自動控制系統(tǒng)之間或人機界面(HMI)和幾個自動控制系統(tǒng)之間，數(shù)據(jù)通訊會周期地進行或被用戶程序或功能塊調(diào)用。2.6 PLC的編程語言PLC與微機一樣，是以指令程序的形式進行工作的，各種型號的PLC一般均以梯形圖語言為主，同時也兼顧一些其它形式的編程語言。1) 梯形圖 (LAD)梯形圖是一種圖形編程語言，是面向控制過程的一種“自然語言”，它延用繼電器的觸點、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語和圖形符號，同時也增加了一些繼電器控制系統(tǒng)中沒有的特殊符號，以便擴充PLC的控制功能。梯形圖語言比較形象、直觀，對于熟悉繼電器表達方式的電氣技術(shù)人員來說，不需要學習更深的計算機知識，極易被接受，因此在PLC編程語言中應用最多。2) 指令語句表(STL)指令語句用助記符來表達PLC的各種控制功能，一般與梯形圖語言一一對應。它類似于計算機的匯編語言，但比匯編語言通俗易懂，因此也是應用很廣泛的一種編程語言。指令語句通常由地址、操作碼和操作數(shù)(器件編號)三部分組成。這種編程語言可使用簡易編程器編程，編程設備簡單、邏輯緊湊，連接范圍不受限制，但比較抽象，一般與梯形圖語言配合使用，互為補充。3) 邏輯功能圖(FBD)這種編程語言基本上延用了半導體邏輯電路的邏輯方塊圖形式。對于每一種功能都使用一個運算方塊，其運算功能由方塊內(nèi)的符號確定。常用“與”、“或”、“非”等邏輯功能表達控制邏輯。采用這種編程語言對于熟悉邏輯電路和只有邏輯代數(shù)基礎的技術(shù)人員來說，是非常方便的。3 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)概述3.1 變頻器變頻調(diào)速器也稱變頻器，全稱為變頻變壓調(diào)速器VVVFI(Variable Voltage Variable Frequency Inverter)，是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。它采用大功率晶體管GTR作為功率元件，以單片機為核心進行控制，采用SPWM正弦脈寬調(diào)制方式，是電力電子與計算機控制相結(jié)合的機電一體化產(chǎn)品。從結(jié)構(gòu)上看，變頻器可分為間接變頻和直接變頻兩類。間接變頻裝置先將工頻交流電原通過整流器變成直流，然后再經(jīng)過逆變器將直流變換為可控頻率的交流，因此又稱為有中間直流環(huán)節(jié)的變頻裝置。直流變頻裝置則將工頻交流一次變換為可控頻率的交流，沒有中間環(huán)節(jié)，目前應用較多的還是間接變頻裝置。間接變頻裝置如圖3-1所示。圖3-1 間接變頻裝置Fig.3-1 Indirect Converter(a) 電壓源變頻器 (b) 電流源變頻器圖3-2 電壓源和直流電源交直交變頻器Fig.3-2 DC voltage source and the AC power inverter對于交-直-交變頻裝置，當中間直流環(huán)節(jié)主要采用大電容濾波時，直流電壓波形比較平直，在理想情況下是一種內(nèi)陰為零的恒壓源，輸出交流電壓是矩形波或階梯波，叫做電壓源變頻器；當中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波時，直流回路中的電流波形比較平直，對負載來說基本上是一個恒流源，輸出交流電流是矩形波或階梯波，叫做電流源變頻器。如圖3-2所示表3-1 電壓源與電流源交-直-交變頻器主要特點比較Tab3-1 Current voltage source and the source of AC-DC-AC inverter main features comparison變頻器類別比較項目電 壓 源電 流 源直流回路濾波環(huán)節(jié)輸出電壓波形輸出電流波形輸出阻抗回饋制動調(diào)速動態(tài)響應對晶閘管的要求適用范圍電容器矩形波決定于負載的功率因數(shù)，有較大的諧波分量小須在電源側(cè)設置反并聯(lián)逆變器較慢關斷時間要短，對耐壓要求一般較低多電動機拖動，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源電抗器決定于負載，對異步電動機負載近似為正弦波矩形波大方便，主回路不需附加設備快耐壓高，對關斷時間無特殊要求單電動機拖動，可逆拖動在基于晶閘管的交-直-交變頻器供電的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中，為了獲得變頻調(diào)速所要求的電壓頻率協(xié)調(diào)控制，調(diào)速時須同時控制整流器和逆變器。要采用PWM控制。它利用了采樣控制理論中的一個重要結(jié)論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。沖量即指矩形脈沖的面積。這里所說的效果相同，指環(huán)節(jié)的輸出響應波形基本相同。根據(jù)這個原理，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，這種方法稱為SPWM(SinusoidalPWM )。SPWM各脈沖的寬度和間隔可以準確計算出來，按照計算結(jié)果控制電路中各開關器件的通斷，就可以得到所需要的SPWM波形。但這種計算很繁瑣，較為常用的方法是采用調(diào)制的方法。正弦波脈寬調(diào)制原理：正弦波脈寬調(diào)制分為單極性和雙極性脈寬調(diào)制，它使每一輸出矩形脈沖的面積與對應的正弦波電壓面積成正比。把正弦基波作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作為載波，通過對載波的調(diào)制即可得到SPWM波形。通常采用等腰三角波作為載波，因為等腰三角波上下寬度與高度線性關系，且左右對稱，當它與正弦波調(diào)制信號相交時，如在交點時刻控制電路中開關器件的通斷，就可以得到寬度正比于正弦波幅值的脈沖，這正好符合SPWM控制的要求。3.2 三菱公司的FR-740變頻器三菱FR-740變頻器的功率范圍：0.75630KW，采用了磁通矢量控制方式，實現(xiàn)3Hz時輸出轉(zhuǎn)矩達120%；最佳勵磁控制方式，實現(xiàn)更高節(jié)能運行。內(nèi)置PID，變頻器/工頻切換和可以實現(xiàn)多泵循環(huán)運行功能；內(nèi)置獨立的RS485通訊口；它具有廣泛的使用環(huán)境，便利的維護特點及各類簡易操作的實用功能，使用更為方便。3.2.1 FR-740系列變頻器的功能特點1) 發(fā)揮普通電機的最佳性能：驅(qū)動無編碼器的普通電機實現(xiàn)高精度和快速度響應運行的矢量控制。在0.3Hz的超低速下最高可實現(xiàn)120%的輸出轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩模式下控制范圍1：20；響應水平進一步提高，速度響應120rad/s，速度范圍1:200。2) 驅(qū)動帶編碼器的電機實現(xiàn)高性能的矢量控制：閉環(huán)矢量控制下，變頻器可達到比無傳感器矢量控制時更高精度和更快速度響應的性能。速度控制范圍1:1500；速度波動率0.01%；速度響應300rad/s。轉(zhuǎn)矩控制范圍1:50；并具零速控制和伺服鎖定功能。位置控制中，內(nèi)置15段預設位置段，并且可與PLC或脈沖單元連接后可構(gòu)成通用伺服系統(tǒng)，實現(xiàn)定位操作。3) 強大的網(wǎng)絡通訊功能：內(nèi)置USB接口，方便連接變頻器設置軟件。4) 內(nèi)置EMC濾波器：有效地抑制電磁噪聲，無需外部配置，節(jié)省安裝空間。5) 長壽命設計：主回路電容、控制回路電容、新設計的冷卻風扇設計壽命為十年。3.2.2 FR-740系列變頻器的主要功能參數(shù)1) 控制特性：輸出頻率范圍為0.5400Hz。模擬輸入的頻率設定分辨率：00.15Hz(端子2、4：010V)；0.03Hz/060Hz(端子2、4：05V,020mA )；0.06Hz/060Hz(端子1：05V)。數(shù)字輸入的頻率設定分辨率：0.01Hz。模擬輸入的頻率精度：最大輸出頻率的0.2%以內(nèi)（）。數(shù)字輸入的頻率精度：設定輸出頻率的0.01%以內(nèi)。電壓/頻率特性：基準頻率可以在0400Hz之間任意設定，可以選擇恒轉(zhuǎn)矩曲線，變轉(zhuǎn)矩曲線。V/F5點可調(diào)整。啟動轉(zhuǎn)矩：設定轉(zhuǎn)差率補償時120%（3Hz時）。加/減速時間設定：03600s，可選擇直線或S形加減速模式。直流制動：動作頻率為0120Hz，動作時間為010s，動作電壓為030%可變。失速防止動作水平：動作電流水平可以設定在0150%間可變，可以選擇有或無。2) 運行特性：模擬輸入頻率設定信號：端子2、4可在010V,05V,420mA間選擇；端子1可在-10+10V，-5+5間選擇。數(shù)字輸入頻率設定信號：用操作面板的M旋鈕，參數(shù)單元及BCD4位或者16bit二進位制。啟動信號：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)分別控制，啟動信號自動保持輸入（3線輸入）可以選擇。輸入信號：在多段速選擇，第2功能選擇，端子4輸入選擇，點動運行選擇。瞬間停電再啟動選擇，外部熱保護輸入、HC連接（變頻器運行許可信號），HC選擇（瞬間停電檢測），PU操作外部互鎖信號，PID控制有效端子，PU操作，外部操作切換，輸出停止，啟動自保持警惕，正轉(zhuǎn)指令，反轉(zhuǎn)指令，復位變頻器，PTC熱電阻輸入，PID熱電阻輸入，PID正反動作切換，PU-NET操作，NET外部操作切換，指令權(quán)切換中可以用Pr178-189（輸入端子功能選擇）選擇任意的12種。運行功能：上下限頻率設定，頻率跳變操作、外部熱繼電器輸入選擇，極性可逆操作、瞬時停電再啟動運行，瞬時停電運行繼續(xù)，工頻切換運行、防止正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，操作模式選擇，PID控制，計算機通信操作。3) 保護和報警功能：加速時過電流，恒速時過電流，減速時過電流，加速時過電壓，恒速時過電壓，減速時過電壓，變頻器過熱保護繼電器動作，電面保護熱繼電器動作，風扇過熱，發(fā)生瞬時停電，制動晶體管異常。電壓不足，輸入缺相，電機過載，輸出側(cè)直接接地過電流，輸出缺相，外部熱繼電器動作。4) 環(huán)境：周圍溫度：LD：；SLD：。周圍濕度：90%RH以下。保存溫度：。周圍環(huán)境：室內(nèi)（無腐蝕性氣體，可燃性氣體，油霧，塵埃）。海拔高度，振動：海拔1000m以下，以下。3.3 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)3.3.1 概述變頻調(diào)速是通過改變電動機供電電源頻率進行調(diào)速的一種方法，頻率在電機的外面調(diào)節(jié)后再供給電機，這樣電機的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的控制。近年來，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、電動機和控制理論的飛速發(fā)展，交流電動機調(diào)速系統(tǒng)有了很大的提高，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，用晶閘管或全控型器件組成逆變器，容量從幾十瓦到幾十千瓦的異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)大量投入到工業(yè)、商業(yè)等領域中應用。因此，以控制頻率為目的的變頻器，是作為電機調(diào)速設備的優(yōu)選設備。3.3.2 異步電動機當在三相異步電動機的定子繞組上加上三相交流電壓時，便產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，其速度由定子電壓的頻率所決定。當磁場旋轉(zhuǎn)時，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)生相應的感應電動勢和感應電流，而此感應電流又將受到旋轉(zhuǎn)磁場的作用而產(chǎn)生電磁力，電磁力對轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子跟隨旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)。當將三相異步電動機繞組的任意兩相進行交換時，所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的方向?qū)l(fā)生改變，電動機的轉(zhuǎn)向也隨之發(fā)生改變。交流電動機的異步轉(zhuǎn)速表達式為 （3-1）其中為電動機的同步轉(zhuǎn)速；為供電電源頻率(Hz)；為電動機定子磁極對數(shù)；為轉(zhuǎn)差率。所以，異步電動機的調(diào)速方法有改變電動機定子供電頻率、改變轉(zhuǎn)差率及改變極對數(shù)等三種。其中改變轉(zhuǎn)差率又可通過調(diào)定子電壓、轉(zhuǎn)子電阻、轉(zhuǎn)差電壓及定、轉(zhuǎn)子頻率差等方法實現(xiàn)。3.3.3 變頻調(diào)速的原理異步電動機的轉(zhuǎn)速公式:n = n1(1-s)=60f1(1-S)/Pn,式中:n：電機轉(zhuǎn)速,n1:旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速,S:轉(zhuǎn)差率,f1:定子電源頻率,Pn:極對數(shù),由上式可知,改變f1、S、Pn 中任意一個變量,n都會隨之相應改變通常采用的是改變f1 的方式。此方式調(diào)速范圍寬,平滑性好,效率高,動態(tài)及靜態(tài)性能良好。受交流變頻器控制的感應電動機在調(diào)速過程中有兩種工作狀態(tài),一種是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速狀態(tài),另一種是恒功率調(diào)速狀態(tài)。已知異步電動機工作時,磁通f1N時,由于電機所用電壓受繞組絕緣強度的影響,不能無限制提高,保持U1=U1N ,則磁通減小,但由于轉(zhuǎn)速增加,輸出功率近似不變,相當于恒功率調(diào)速。把基頻以下調(diào)速和基頻以上調(diào)速兩種情況合起來，可得圖中所示的異步電動機變頻調(diào)速控制特性。如果電動機在不同轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電動機都能在溫升條件允許下長期運行，這時轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。按照電力拖動原理，在基頻以下，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”，在基頻以上屬于“恒功率調(diào)速”。 (a)基頻以下調(diào)速機械特性 (b)變頻調(diào)速控制特性圖3-3 異步電動機變頻調(diào)速控制特性Fig.3-3 VVVF asynchronous motor control characteristics把基頻以下調(diào)速和基頻以上調(diào)速兩種情況合起來，可得圖中所示的異步電動機變頻調(diào)速控制特性。如果電動機在不同轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電動機都能在溫升條件允許下長期運行，這時轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。按照電力拖動原理，在基頻以下，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”，在基頻以上屬于“恒功率調(diào)速”。如圖3-3所示3.3.4 交流變頻調(diào)速的特點1) 調(diào)速時平滑性好，效率高。低速時，特性效率較高，相對穩(wěn)定性好。2) 調(diào)速范圍較大，精度高。3) 起動電流低，對系統(tǒng)及電網(wǎng)無沖擊，節(jié)電效果明顯。4) 變頻器體積小，便于安裝、調(diào)試、維修簡便。5) 易于實現(xiàn)過程自動化。6) 必須有專用的變頻電源，目前造價較高。7) 在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，低速段電動機的過載能力大為降低。 8) 性能上優(yōu)于以往的變極調(diào)速、串阻調(diào)速、串極調(diào)速、滑差電機調(diào)速等交流電機調(diào)速方式，并且將會逐步以這種嶄新的調(diào)速技術(shù)取代直流電機調(diào)速。用交流異步電機取代直流電機，將使調(diào)速系統(tǒng)更加簡單。3.3.5 應用、功能交流變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)發(fā)達國已得到廣泛應用。美國有60%-65%的發(fā)電量用于電機驅(qū)動，由于有效地利用了變頻調(diào)速技術(shù)，僅工業(yè)傳動用電就節(jié)約了15%-20%的電量。目前產(chǎn)品己經(jīng)廣泛地應用于石油、石化、鋼鐵、冶金、礦山、機械、紡織、建筑、造紙等行業(yè)，適用于水泵、風機、壓縮機、機床等產(chǎn)品的電機調(diào)速。它除節(jié)電外，還有變頻調(diào)速系統(tǒng)自身損耗小，工作效率高；電機總可以保持在低轉(zhuǎn)差率運行狀態(tài)，減小轉(zhuǎn)子損耗；可實現(xiàn)軟啟、制動功能，減小啟動電流沖擊。4 自動配料系統(tǒng)的硬件設計與實現(xiàn)自動配料控制由一個多輸入，多輸出，各條配料輸送生產(chǎn)線嚴格協(xié)調(diào)控制，對料位、流量及時準確地進行監(jiān)測和調(diào)節(jié)。所以，系統(tǒng)由可編程控制器與電子皮帶秤組成一個兩級計算機控制系統(tǒng)，通過對現(xiàn)場總線連接現(xiàn)場儀器儀表、控制計算機、PLC、變頻器等智能程度較高，處理速度快的設備。4.1 系統(tǒng)的總體設計在生產(chǎn)工藝過程中，將輔料與主料按一定比例配合，由皮帶秤完成對皮帶輸送并對輸送的物料進行計量，PLC主要承擔對輸送設備、秤量系統(tǒng)的過程進行實時控制，并完成對系統(tǒng)故障檢測，顯示及報警，同時向變頻器輸出信號調(diào)節(jié)皮帶機轉(zhuǎn)控制，使系統(tǒng)可在工作環(huán)境溫度在1020攝氏度，并且具有累計量和瞬時流量的顯示功能、停電數(shù)據(jù)記憶功能、較秤去皮功能、手動自動控制功能、皮帶自動糾偏功能、自動故障檢測報警功能、流量累計量的報表打印功能、流量配比值等參數(shù)的設定和修改功能等。當系統(tǒng)的被控對象比較多，分布在一個較大的區(qū)域里，相互之間比較遠，而且被控對象之間經(jīng)常的交換數(shù)據(jù)和信息。這時系統(tǒng)的控制器需由若干個想互這間具有通信功能的PLC構(gòu)成，上位機可以采用PLC，也可以采用工控機。這種控制系統(tǒng)稱為分布式PLC控制系統(tǒng)。如圖4-1所示。圖4-1 分布式PLC系統(tǒng)Fig.4-1 Control system of distributed PLC4.1.1 系統(tǒng)的構(gòu)成配料裝置主要由原料倉、輸送機構(gòu)、配料稱及電氣控制等部分構(gòu)成。原料倉為圓筒形，PVC原料及主要輔助材料儲存在其中。輸送機構(gòu)是用來將原料輸送到配料稱中。配料稱為圓錐形，被懸空放置在V形刀口上，有原料入口和排出口。配料秤上有電子稱，連桿處裝有重力傳感器，將重量信號轉(zhuǎn)換為電信號。如圖4-2所示。圖4-2 系統(tǒng)的構(gòu)成Fig.4-2 Composting of system配料系統(tǒng)中,由上位機進行配料,料流計量控制,建立配料模型,統(tǒng)計打印。下位機用PLC進行皮帶順序控制，皮帶機變頻調(diào)速控制。用變頻器控制皮帶輸送機，確保配料的誤差。本設計是由于4臺電子皮帶秤配料線組成，這4臺電子皮帶秤為1號，2號，3號，4號。其中1號為主料秤，其余為輔料秤。系統(tǒng)中主、輔秤均由PLC和上位機實現(xiàn)兩級控制。4.1.2 工作原理自動配料系統(tǒng)工作原理是利用皮帶秤稱量所需要原料的重量，將原料重量數(shù)據(jù)傳送給控制儀表和系統(tǒng)工控機，通過調(diào)節(jié)皮帶的運轉(zhuǎn)速度以實現(xiàn)所需原料的重量調(diào)節(jié)。皮帶運轉(zhuǎn)的速度調(diào)節(jié)通過控制儀表的PID調(diào)節(jié)器對變頻器的頻率調(diào)節(jié)，變頻器控制皮帶驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的。數(shù)據(jù)的管理通過系統(tǒng)工控機來完成。該系統(tǒng)數(shù)據(jù)報表自動生成,調(diào)節(jié)參數(shù)在線修改，工藝流程圖界面友好，數(shù)據(jù)報表自動打印，各種原料重量自動累計等功能。在工業(yè)現(xiàn)場中，包括驅(qū)動皮帶的電動機，電子皮帶秤體，速度傳感器，稱重傳感器，控制電機轉(zhuǎn)速的變頻器，料斗料位傳感器，各種電磁閥，西門子可編程控制器及其擴展模塊等。PLC采集電機、電磁閥、變頻器等有關的控制對象的信息，經(jīng)過對輸入信息的處理，反饋控制監(jiān)控對象，將信息送入上一級監(jiān)控機(上位機)。另一方面接受監(jiān)控機的控制指令，通過對輸入和操作指令的分析判斷，進行綜合處理，輸出控制信號，控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作，完成監(jiān)控機對監(jiān)控對象的實際控制。工作原理如圖4-3所示圖4-3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4-3 Systemic configurable sketch fig本系統(tǒng)中，實行一臺變頻器對一臺電機變頻調(diào)速控制。用PLC輸出的數(shù)字量信號作為變頻器的控制端輸入信號，通過接受PLC的信號控制電機轉(zhuǎn)速大小，并且向PLC反饋自身的工作狀態(tài)信號；當發(fā)生故障時，能夠向PLC及上位機發(fā)出報警信號，變頻器對驅(qū)動皮帶秤的電機的控制具有完善的自我保護和電機保護功能。為保證系統(tǒng)的可靠性，應采用較高性能的PLC，選擇合適的工業(yè)現(xiàn)場應用的數(shù)據(jù)采集模塊，選用合適的變頻器。同時，在控制室里由一臺控制計算機以及打印機等組成，上位PC接受PLC采集的信息，對監(jiān)控對象進行故障報警以及參數(shù)顯示；向下屬PLC發(fā)送控制信息。在本系統(tǒng)中，具有生產(chǎn)工業(yè)流程圖顯示、電機啟動停止控制、變頻器工作狀態(tài)顯示、事故報警顯示、變頻器運行參數(shù)設置和顯示等功能。4.2 PLC系統(tǒng)的設計4.2.1 系統(tǒng)硬件設計1) 設計依據(jù)在實際工程應用中，系統(tǒng)硬件設計需根據(jù)控制對象而定，其中包括控制對象的工藝要求、設備狀況、控制功能、I/O點數(shù)和種類，并據(jù)此構(gòu)成比較先進的控制系統(tǒng)。工藝要求:工藝要求是系統(tǒng)設計的主要依據(jù)，也是控制系統(tǒng)所要實現(xiàn)的最終目標。本系統(tǒng)要求工藝流程是把各種配料按一定的比例進行混合，成為滿足要求的混合料。為了使混合料不僅有一定的化學成分，而且有一定的化學成分穩(wěn)定性和良好的透氣性，要求物料流量的測量精度高，給料倉的物料下料量控制準確。設備狀況:控制對象的設備狀況需滿足整個工藝要求，而對控制系統(tǒng)來說，設備又是具體的控制對象。控制功能：本系統(tǒng)是模塊式的、半自動的控制系統(tǒng)，包括各臺電機的運行控制、各種故障的處理、過程變量的計算、PID調(diào)節(jié)以及校秤操作。根據(jù)這些要求，配料系統(tǒng)采用上位機和下位機組成，上位機為實現(xiàn)整個系統(tǒng)的監(jiān)控與數(shù)據(jù)檢測。下位機采用功能強大、可靠性高、維護方便且抗干擾能力強的可編程控制器完成對設備的控制功能。2) PLC的機型選擇德國的西門子(SIEMENS)公司是歐洲最大的電子、電氣制造商。它以品質(zhì)精良的電子、電氣產(chǎn)品聞名于世。在大、中型PLC領域中，德國西門子與美國的A-B占據(jù)著同樣重要的地位。本系統(tǒng)采用了西門子S7-300系列PLC。前面已經(jīng)介紹S7-300系列的PLC具有以下特點：a) 循環(huán)周期短、處理速度高，一般每1K語句執(zhí)行時間為0.30.6ms,位操作時間僅為0.0330.6； b) 指令集功能強大、可用于復雜功能；c) 產(chǎn)品設計緊湊、可用于空間有限的場合；d) 模塊化結(jié)構(gòu)、適合密集安裝，最多可擴展3個機架，即共可掛接模塊32個； e) 有不同檔次的CPU、各種各樣的功能模塊和I/O模塊可供選擇；f 100%免維護；g) 已檢定合格的、可在惡劣氣候條件下露天使用的模塊類型。S7-300系統(tǒng)圖如圖4-4所示圖4-4 S7-300系統(tǒng)圖Fig.4-4 The S7-300 system diagramPLC與工業(yè)生產(chǎn)過程是通過I/O接口模塊來實現(xiàn)的。PLC有許多I/O接口模塊，包括開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊以及其他一些特殊模塊，使用時應根據(jù)它們的特點進行選擇。根據(jù)系統(tǒng)的I/O點數(shù)和種類，確定系統(tǒng)的規(guī)模、機型和配置。I/O點數(shù)的確定要按實際I/O點數(shù)以及20%-30%的備用量。a) I/O點的配置I/O點數(shù)包括開關量的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。本系統(tǒng)中共有四套電子皮帶秤裝置，用PLC控制這四臺電子皮帶秤。每一電子皮帶秤有一臺皮帶驅(qū)動電機、二臺料位傳感器、一臺速度傳感器、一臺變頻器、若干個自稱重傳感器，構(gòu)成被控對象。電動機的啟、停由開關量控制，PLC數(shù)字量輸出05V電壓信號作為變頻器的控制輸入，然后經(jīng)變頻器調(diào)制輸出高頻脈沖給異步電動機。料位傳感器作為料斗有無物料的測量裝置，速度傳感器測量電機的轉(zhuǎn)速。數(shù)字量輸入：8點，包括稱量皮帶秤、定量皮帶秤的流量檢測信號和電機速度檢測信號；開關量輸入：25點，包括稱量皮帶電機、圓盤給料機、定量皮帶電機、集料皮帶電機的工作方式(手動、自動)選擇信號和變頻器工作信號、故障信號，料位傳感器信號以及跑偏檢測電位器信號；開關量輸出:24點，包括各臺啟動電機的控制回路接觸器、電磁閥、信號燈，此外還有變頻器啟停信號和給定速度信號。I/O點數(shù)量和類型如表4-1。表4-1 I/O點數(shù)量和類型Tab.4-1 I/O point quantity and typeI/O類型 數(shù)字量輸入點數(shù) 開關量輸入點數(shù) 開關量輸出點數(shù)信號類型 流量信號4 按鈕 3 電磁閥 4速度信號4 料位傳感器 8 信號燈 8變頻器故障 4 接觸器 9變頻器運行 4 變頻器調(diào)速信號 3自動、手動切換開關SA 2 跑偏檢測電位器RP2 4小計 33 24總計 33/24b) CPU的配置根據(jù)被控對象的I/O點數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面的考慮，選用西門子公司S7-300系列PLC的CPU為315-2DP，它具有128KB的RAM和最大為8MB的裝載存儲器。用它進行邏輯和數(shù)字運算，協(xié)調(diào)整個控制系統(tǒng)各部分的工作。S7-315-2DP系列的CPU主要由微型存儲卡(MMC)的插槽、接口X2、電源連接、接口X1(MPI)、模式選擇器開關、狀態(tài)和錯誤顯示組成。 微型存儲卡被用作存儲器模塊，可以將MMC用作裝載存儲器和便攜式存儲介質(zhì)。DP接口X2，一般帶有“DP”名稱后綴的CPU至少配有一個DP X2接口。它主要用于連接分布式I/O每個CPU都配有一個雙孔電源插座。CPU出廠時，帶有螺絲接線端子的連接器即插在此插座中。接口X1用于PG/OP連接或用于在MPI子網(wǎng)中進行通訊的CPU接口。模式選擇開關用于設置CPU操作模式。帶有用于CPU存儲器復位的按鈕功能的模式選擇器開關位置。采用模式選擇器開關方式的CPU存儲器復位需要特定操作順序。狀態(tài)和錯誤顯示是常規(guī)顯示。c) 響應速度響應速度一般從程序的掃描速度來考慮，通常在PLC的性能指標中給出每千字的掃描時間。3)