無級(jí)調(diào)速PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

中北大學(xué)2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1前言1.1系統(tǒng)的背景及發(fā)展隨著現(xiàn)在社會(huì)科技的飛速發(fā)展，人們對(duì)生活各個(gè)方面品質(zhì)的要求也在不斷地提要，在速度運(yùn)行方面，人們要求速度調(diào)節(jié)范圍廣，而且平緩，無級(jí)調(diào)速以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)贏得新科技的青睞，各種各樣的無級(jí)調(diào)速方式涌現(xiàn)出來。無級(jí)變速與過去定比變速不同，主要有三大類：電氣無級(jí)調(diào)速、流體無級(jí)調(diào)速和機(jī)械無級(jí)調(diào)速。其中電氣無級(jí)調(diào)速是以電磁流為介質(zhì)的一種調(diào)速方式，該種變速方式以電機(jī)調(diào)速為主體，主要分為直流調(diào)速和交流調(diào)速。直流調(diào)速主要是通過改變電樞的外串電阻、電樞電壓或改變磁通量實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 其特點(diǎn)是調(diào)速范圍大，精度也較高，在過去，直流調(diào)速一直作為通過調(diào)節(jié)電機(jī)速度實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速的唯一手段，廣泛應(yīng)用于機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域，直流調(diào)速系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)特性，其調(diào)速范圍寬，力矩特性較硬。但其設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用成本高，維護(hù)和維修困難，不宜用于大功率場(chǎng)合，僅限于中小功率范圍，故現(xiàn)已逐步被交流調(diào)速所替代。交流調(diào)速主要是通過變極、調(diào)壓和變頻來進(jìn)行調(diào)速的1。 根據(jù)其調(diào)速原理有電磁滑差離合器調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、變頻調(diào)速、換向器電動(dòng)機(jī)、無換向器電動(dòng)機(jī)調(diào)速等。實(shí)際應(yīng)用最多的為變頻調(diào)速，即由功率半導(dǎo)體器件為主組成的變頻器得到變頻電源，向交流電動(dòng)機(jī)供電，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。其特點(diǎn)是調(diào)速時(shí)平滑性好，效率高。低速時(shí)，特性靜關(guān)率較高，相對(duì)穩(wěn)定性好；調(diào)速范圍較大，精度高；起動(dòng)電流低，對(duì)系統(tǒng)及電網(wǎng)無沖擊，節(jié)電效果明顯；變頻器體積小，便于安裝、調(diào)試、維修簡(jiǎn)便； 易于實(shí)現(xiàn)過程自動(dòng)化；在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)，低速段電動(dòng)機(jī)的過載能力大為降低。流體無級(jí)調(diào)速是利用流體作為傳動(dòng)介質(zhì)的一種調(diào)速方式。 按照其工作原理的不同分為：泵控調(diào)速、閥控調(diào)速、閥-泵控聯(lián)合調(diào)速、調(diào)速型液力耦合器、液力變矩器。 閥控式是利用閥來改變流體進(jìn)出口流量進(jìn)行調(diào)速；泵控式是通過改變泵和馬達(dá)的有效工作容積來實(shí)現(xiàn)調(diào)速，可細(xì)分為變量泵-定量馬達(dá)、變量泵-變量馬達(dá)、定量泵-變量馬達(dá)3 類；閥-泵控聯(lián)合調(diào)速是閥控和泵控兩類調(diào)速聯(lián)合應(yīng)用；調(diào)速型液力耦合器是通過改變噴嘴閥門的開度或改變導(dǎo)管的位置，以改變工作腔的充油量進(jìn)行調(diào)速；液力變矩器是通過改變?nèi)~片的角度、充油量或泵輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)速。流體無級(jí)變速傳動(dòng)具有運(yùn)動(dòng)慣性小，動(dòng)作靈敏，制動(dòng)迅速，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，易于實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，可以獲得很大的調(diào)速比，而且在大功率、高承載場(chǎng)合易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化及控制等優(yōu)點(diǎn)， 目前已廣泛用于汽車、農(nóng)林業(yè)機(jī)械、環(huán)保機(jī)械、礦山機(jī)械、工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、太空探測(cè)機(jī)械等領(lǐng)域2。機(jī)械無級(jí)變速傳動(dòng)機(jī)械無級(jí)變速器是利用固體作為中間介質(zhì)，作為一種通用傳動(dòng)裝置主要應(yīng)用于機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)工藝流程中用以改善機(jī)械的工作性能。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、傳動(dòng)效率高、恒功率特性好、操作與維修方便。利用PLC與變頻器的組合，實(shí)現(xiàn)以脈沖信號(hào)改變頻率，進(jìn)而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，即為其中的一種方式，同時(shí)設(shè)置監(jiān)控平臺(tái)，可使無極變頻調(diào)速的性能大大提高。1.2 課題相關(guān)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)1.2.1 可編程控制器可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動(dòng)控制中3。據(jù)統(tǒng)計(jì)，可編程控制器是工業(yè)自動(dòng)化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)備。專家認(rèn)為，可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一，PLC、機(jī)器人、CAD/CAM將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。PLC是在繼電器控制邏輯基礎(chǔ)上，與3C(Computer,Control,Communication)技術(shù)相結(jié)合，不斷發(fā)展完善的。目前已從小規(guī)模單機(jī)順序控制，發(fā)展到包括過程控制、位置控制等場(chǎng)合的所有控制領(lǐng)域。自動(dòng)化系統(tǒng)中所使用的各種類型PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是分散安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各單機(jī)設(shè)備上，雖然它們大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中，但PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設(shè)計(jì)的控制裝置，在設(shè)計(jì)和制造過程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施，故具有較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力、運(yùn)行穩(wěn)定性和較高的可靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。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(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。從PLC的機(jī)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(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低4。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)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(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性5。長(zhǎng)期以來，plc始終處于工業(yè)控制自動(dòng)化領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng)，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供非?？煽康目刂品桨?，與dcs和工業(yè)pc形成了三足鼎立之勢(shì)。同時(shí)，plc也承受著來自其它技術(shù)產(chǎn)品的沖擊，尤其是工業(yè)pc所帶來的沖擊。目前，全世界plc生產(chǎn)廠家約200家，生產(chǎn)300多種產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)plc市場(chǎng)仍以國(guó)外產(chǎn)品為主，如siemens、modicon、a-b、omron、三菱、ge的產(chǎn)品。經(jīng)過多年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)plc生產(chǎn)廠家約有三十家，但都沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，可以說plc在我國(guó)尚未形成制造產(chǎn)業(yè)化6。在plc應(yīng)用方面，我國(guó)是很活躍的，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。專家估計(jì)，2000年plc的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)銷量為15-20萬套（其中進(jìn)口占90%左右），約25-35億元人民幣，年增長(zhǎng)率約為12%。預(yù)計(jì)到2005年全國(guó)plc需求量將達(dá)到25萬套左右，約35-45億元人民幣。微型化、網(wǎng)絡(luò)化、pc化和開放性是plc未來發(fā)展的主要方向。在基于plc自動(dòng)化的早期，plc體積大而且價(jià)格昂貴。但在最近幾年，微型plc（小于32 i/o）已經(jīng)出現(xiàn)，價(jià)格只有幾百歐元。隨著軟plc（soft plc）控制組態(tài)軟件的進(jìn)一步完善和發(fā)展，安裝有軟plc組態(tài)軟件和pc-based控制的市場(chǎng)份額將逐步得到增長(zhǎng)7。當(dāng)前，過程控制領(lǐng)域最大的發(fā)展趨勢(shì)之一就是Ethernet技術(shù)的擴(kuò)展，plc也不例外。現(xiàn)在越來越多的plc供應(yīng)商開始提供Ethernet接口。可以相信，plc將繼續(xù)向開放式控制系統(tǒng)方向轉(zhuǎn)移，尤其是基于工業(yè)pc的控制系統(tǒng)。目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)。1.2.2 變頻器變頻器主要用于交流電動(dòng)機(jī)（異步電機(jī)或同步電機(jī)）轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，是公認(rèn)的交流電動(dòng)機(jī)最理想、最有前途的調(diào)速方案，除了具有卓越的調(diào)速性能之外，變頻器還有顯著的節(jié)能作用，是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調(diào)速裝置8。自上世紀(jì)80年代被引進(jìn)中國(guó)以來，變頻器作為節(jié)能應(yīng)用與速度工藝控制中越來越重要的自動(dòng)化設(shè)備，得到了快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。變頻器產(chǎn)生的最初用途是速度控制，但目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的是節(jié)能。中國(guó)是能耗大國(guó)，能源利用率很低，而能源儲(chǔ)備不足。在2003年的中國(guó)電力消耗中，6070為動(dòng)力電，而在總?cè)萘繛?.8億千瓦的電動(dòng)機(jī)總?cè)萘恐?，只有不?000萬千瓦的電動(dòng)機(jī)是帶變頻控制的。據(jù)分析，在中國(guó)，帶變動(dòng)負(fù)載、具有節(jié)能潛力的電機(jī)至少有1.8億千瓦。因此國(guó)家大力提倡節(jié)能措施，并著重推薦了變頻調(diào)速技術(shù)9。應(yīng)用變頻調(diào)速，可以大大提高電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制精度，使電機(jī)在最節(jié)能的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。以風(fēng)機(jī)水泵為例，根據(jù)流體力學(xué)原理，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。當(dāng)所需風(fēng)量減少，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，其功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。因此，精確調(diào)速的節(jié)電效果非?？捎^。與此類似，許多變動(dòng)負(fù)載電機(jī)一般按最大需求來生產(chǎn)電動(dòng)機(jī)的容量，故設(shè)計(jì)裕量偏大。而在實(shí)際運(yùn)行中，輕載運(yùn)行的時(shí)間所占比例卻非常高10。如采用變頻調(diào)速，可大大提高輕載運(yùn)行時(shí)的工作效率。因此，變動(dòng)負(fù)載的節(jié)能潛力巨大。 作為節(jié)能目的，變頻器廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。以電力行業(yè)為例，由于中國(guó)大面積缺電，電力投資將持續(xù)增長(zhǎng)，同時(shí)，國(guó)家電改方案對(duì)電廠的成本控制提出了要求，降低內(nèi)部電耗成為電廠關(guān)注焦點(diǎn)，因此變頻器在電力行業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿?，尤其是高壓變頻器和大功率變頻器11。目前，中國(guó)的設(shè)備控制水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還比較低，制造工藝和效率都不高，因此提高設(shè)備控制水平至關(guān)重要。由于變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)，在許多需要精確速度控制的應(yīng)用中，變頻器正在發(fā)揮著提升工藝質(zhì)量和生產(chǎn)效率的顯著作用。除了工業(yè)相關(guān)行業(yè)，在普通家庭中，節(jié)約電費(fèi)、提高家電性能、保護(hù)環(huán)境等受到越來越多的關(guān)注，變頻家電成為變頻器的另一個(gè)廣闊市場(chǎng)和應(yīng)用趨勢(shì)。帶有變頻控制的冰箱、洗衣機(jī)、家用空調(diào)等，在節(jié)電、減小電壓沖擊、降低噪音、提高控制精度等方面有很大的優(yōu)勢(shì)12。國(guó)內(nèi)已經(jīng)有較多的變頻器生產(chǎn)廠，但大部分的產(chǎn)品都是VF控制和電壓空間矢量控制變頻器，使用在調(diào)速精度和動(dòng)態(tài)性能要求不高的負(fù)載上應(yīng)該沒有問題。工業(yè)應(yīng)用中絕大部分都是這種負(fù)載，變頻器在這種場(chǎng)合應(yīng)用最重要的要求是可靠性，國(guó)產(chǎn)變頻器占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額不高的主要原因是產(chǎn)品品質(zhì)不過硬。VF控制和電壓空間矢量控制變頻器比矢量控制變頻器從技術(shù)上來看要簡(jiǎn)單得多，由于國(guó)內(nèi)廠家大部分都是手工作坊式的生產(chǎn)，工藝欠佳，檢測(cè)手段有限，品質(zhì)的一致性和穩(wěn)定性難以保證。同樣是VF控制的變頻器，國(guó)外的產(chǎn)品比國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品品質(zhì)要好，這可能是生產(chǎn)工藝方面的差距。差距最大的是半導(dǎo)體功率器件的制造業(yè)，至今在國(guó)內(nèi)這仍是一個(gè)空白13。變頻器技術(shù)的另外一個(gè)層面是應(yīng)用技術(shù)。多年來，國(guó)家經(jīng)貿(mào)委一直會(huì)同國(guó)家有關(guān)部門致力于變頻器技術(shù)的開發(fā)及推廣應(yīng)用，在技術(shù)開發(fā)及技術(shù)改造方面給予了重點(diǎn)扶持，組織了變頻調(diào)速技術(shù)的評(píng)測(cè)推薦工作，并把推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)作為風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能技改專項(xiàng)的重點(diǎn)投資方向，同時(shí)鼓勵(lì)單位開展同貸同還方式，抓開發(fā)、抓示范工程、抓推廣應(yīng)用，還處理了風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能中心，開展信息咨詢和培訓(xùn)。19951997年，3年間我國(guó)風(fēng)機(jī)、水泵變頻調(diào)速技術(shù)改造投入資金3.5億元，改造總?cè)萘窟_(dá)100萬千瓦，可年節(jié)電7億度，平均投資回收期約2年。據(jù)有關(guān)資料表明，我國(guó)變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)取得了相當(dāng)大的成績(jī)，每年有數(shù)十億元的銷售額，說明我國(guó)的變頻器應(yīng)用已非常廣泛。從簡(jiǎn)單的手動(dòng)控制到基于RS一485網(wǎng)絡(luò)的多機(jī)控制，與計(jì)算機(jī)和PLC聯(lián)網(wǎng)組成復(fù)雜的控制系統(tǒng)。在大型綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，先進(jìn)控制與優(yōu)化技術(shù)，大型成套專用系統(tǒng)，如連鑄連軋生產(chǎn)線、高速造紙生產(chǎn)線、電纜光纖生產(chǎn)線、化纖生產(chǎn)線、建材生產(chǎn)線等，變頻器的作用是電氣傳動(dòng)控制，其控制的復(fù)雜性、控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)都有很高的要求，已經(jīng)完全取代了直流調(diào)速技術(shù)。近年來，變頻器在功能上，利用先進(jìn)的控制理論，開發(fā)出了諸如卷取、提升、主從等控制功能，使應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成更加方便和容易，使變頻器的應(yīng)用技術(shù)提高到一個(gè)新的水平14。變頻調(diào)速這一技術(shù)正越來越廣泛的深入到行業(yè)中。它的節(jié)能、省力、易于構(gòu)成自控系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢(shì)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)也是改造挖潛、增加效益的一條有效途徑。尤其是在高能耗、低產(chǎn)出的設(shè)備較多的企業(yè)，采用變頻調(diào)速裝置將使企業(yè)獲得巨大的經(jīng)濟(jì)利益，同時(shí)這也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要。1.2.3 監(jiān)控軟件MCGS(Monitor and Control Generated System，監(jiān)視與控制通用系統(tǒng))是北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司研發(fā)的一套基于Windows平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，主要完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測(cè)、前端數(shù)據(jù)的處理與控制，可運(yùn)行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/xp等操作系統(tǒng)。 它具有功能完善、操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn)。通過與其他相關(guān)的硬件設(shè)備結(jié)合，可以快速、方便的開發(fā)各種用于現(xiàn)場(chǎng)采集、數(shù)據(jù)處理和控制的設(shè)備。用戶只需要通過簡(jiǎn)單的模塊化組態(tài)就可構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)，如可以靈活組態(tài)各種智能儀表、數(shù)據(jù)采集模塊，無紙記錄儀、無人值守的現(xiàn)場(chǎng)采集站、人機(jī)界面等專用設(shè)備15。過去工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件功能都靠軟件人員編程實(shí)現(xiàn)。工作量大，軟件通用性差，且易產(chǎn)生錯(cuò)誤。隨著工業(yè)控制要求的不斷提高，專門用于工業(yè)控制的組態(tài)軟件應(yīng)運(yùn)而生，它是一套功能齊全的組態(tài)生成工具軟件，通用性強(qiáng)，而且系統(tǒng)的執(zhí)行程序代碼部分一般固定不變，為適應(yīng)不同的應(yīng)用對(duì)象只需改變數(shù)據(jù)實(shí)體即可16。目前國(guó)內(nèi)外有很多公司開發(fā)出不少優(yōu)秀產(chǎn)品，如Intellution 公司的Fix，Ci公司的Citect，清華紫光的組態(tài)王等。 MCGS 是眾多監(jiān)控軟件中的一種，它具有許多優(yōu)點(diǎn)，可用于任何監(jiān)控系統(tǒng)。2系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和功能2.1 PLC2.1.1 PLC的選擇為實(shí)驗(yàn)我們選擇松下FP系列可編程控制器，其有以下特點(diǎn)。主要特征:1 高速大容量2 高速脈沖輸出功能3 內(nèi)置2點(diǎn)模擬量旋鈕4 晶體管輸出短路保護(hù)5 PID溫度控制功能具體為：1.小型但可實(shí)現(xiàn)高速高精度位置控制！標(biāo)準(zhǔn)配置了最大100kHz的脈沖輸出功能。并帶有直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)型（AFPG26系列）的產(chǎn)品。2.可自由選擇的通信插件。體積小巧卻能完成正規(guī)PLC間的連接。3.具有有利于溫度控制的指令和功能。并帶熱敏電阻輸入控制單元。4.擁有可低成本實(shí)現(xiàn)高度加熱器控制、帶熱敏電阻輸入控制單元的產(chǎn)品并有內(nèi)置2ch熱敏電阻輸入、帶熱敏電阻輸入控制單元的產(chǎn)品，可低成本實(shí)現(xiàn)PID控制進(jìn)行的加熱器控制17。2.1.2 PLC系統(tǒng)組成及各部分的功能1CPU運(yùn)算和控制中心（起“心臟”作用）縱：當(dāng)從編程器輸入的程序存入到用戶程序存儲(chǔ)器中，然后CPU根據(jù)系統(tǒng)所賦予的功能（系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器的解釋編譯程序），把用戶程序翻譯成PLC內(nèi)部所認(rèn)可的用戶編譯程序。橫：輸入狀態(tài)和輸入信息從輸入接口輸進(jìn)，CPU將之存入工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中或輸入映象寄存器。然后由CPU把數(shù)據(jù)和程序有機(jī)地結(jié)合在一起。把結(jié)果存入輸出映象寄存器或工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，然后輸出到輸出接口、控制外部驅(qū)動(dòng)器。組成：CPU由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成。這些電路集成在一個(gè)芯片上。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線與I/O接口電路相連接18。2存儲(chǔ)器具有記憶功能的半導(dǎo)體電路。分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序，監(jiān)控程序以及對(duì)用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲(chǔ)器、ROM組成。廠家使用的，內(nèi)容不可更改，斷電不消失19。用戶存儲(chǔ)器：分為用戶程序存儲(chǔ)區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。由隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）組成。用戶使用的。斷電內(nèi)容消失。常用高效的鋰電池作為后備電源，壽命一般為35年20。3輸入/輸出接口（1）輸入接口：光電耦合器由兩個(gè)發(fā)光二極度管和光電三極管組成。發(fā)光二級(jí)管：在光電耦合器的輸入端加上變化的電信號(hào)，發(fā)光二極管就產(chǎn)生與輸入信號(hào)變化規(guī)律相同的光信號(hào)。光電三級(jí)管：在光信號(hào)的照射下導(dǎo)通，導(dǎo)通程度與光信號(hào)的強(qiáng)弱有關(guān)。在光電耦合器的線性工作區(qū)內(nèi)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)有線性關(guān)系21。輸入接口電路工作過程：當(dāng)開關(guān)合上，二極管發(fā)光，然后三極管在光的照射下導(dǎo)通，向內(nèi)部電路輸入信號(hào)。當(dāng)開關(guān)斷開，二極管不發(fā)光，三極管不導(dǎo)通。向內(nèi)部電路輸入信號(hào)。也就是通過輸入接口電路把外部的開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)化成PLC內(nèi)部所能接受的數(shù)字信號(hào)22。（2）輸出接口PLC的繼電器輸出接口電路。工作過程：當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號(hào)1，有電流流過，繼電器線圈有電流，然后常開觸點(diǎn)閉合，提供負(fù)載導(dǎo)通的電流和電壓。當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號(hào)0，則沒有電流流過，繼電器線圈沒有電流，然后常開觸點(diǎn)斷開，斷開負(fù)載的電流或電壓。也就是通過輸出接口電路把內(nèi)部的數(shù)字電路化成一種信號(hào)使負(fù)載動(dòng)作或不動(dòng)作23。三種類型：繼電器輸出：有觸點(diǎn)、壽命短、頻率低、交直流負(fù)載晶體管輸出：無觸點(diǎn)、壽命長(zhǎng)、直流負(fù)載晶閘管輸出：無觸點(diǎn)、壽命長(zhǎng)、交流負(fù)載4編程器編程器分為兩種，一種是手持編程器，方便。我們實(shí)驗(yàn)室使用的就是手持編程器。二種是通過PLC的RS232口。與計(jì)算機(jī)相連。然后敲擊鍵盤。通過NSTP-GR軟件（或WINDOWS下軟件）向PLC內(nèi)部輸入程序24。2.1.3 PLC執(zhí)行程序的過程及功能PLC執(zhí)行程序的過程分為三個(gè)階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段。1輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描工作方式按順序?qū)λ休斎攵说妮斎霠顟B(tài)進(jìn)行采樣，并存入輸入映象寄存器中，此時(shí)輸入映象寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序處理階段，在程序執(zhí)行階段或其它階段，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變，輸入狀態(tài)的變化只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被采樣到25。2程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，PLC對(duì)程序按順序進(jìn)行掃描執(zhí)行。若程序用梯形圖來表示，則總是按先上后下，先左后右的順序進(jìn)行。當(dāng)遇到程序跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序是否跳轉(zhuǎn)。當(dāng)指令中涉及到輸入、輸出狀態(tài)時(shí)，PLC從輸入映像寄存器和元件映象寄存器中讀出，根據(jù)用戶程序進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果再存入元件映象寄存器中。對(duì)于元件映象寄存器來說，其內(nèi)容會(huì)隨程序執(zhí)行的過程而變化26。3輸出刷新階段當(dāng)所有程序執(zhí)行完畢后，進(jìn)入輸出處理階段。在這一階段里，PLC將輸出映象寄存器中與輸出有關(guān)的狀態(tài)（輸出繼電器狀態(tài)）轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，并通過一定方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。因此，PLC在一個(gè)掃描周期內(nèi)，對(duì)輸入狀態(tài)的采樣只在輸入采樣階段進(jìn)行。當(dāng)PLC進(jìn)入程序執(zhí)行階段后輸入端將被封鎖，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段才對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行重新采樣。這方式稱為集中采樣，即在一個(gè)掃描周期內(nèi)，集中一段時(shí)間對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行采樣27。在用戶程序中如果對(duì)輸出結(jié)果多次賦值，則最后一次有效。在一個(gè)掃描周期內(nèi)，只在輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)從輸出映象寄存器中輸出，對(duì)輸出接口進(jìn)行刷新。在其它階段里輸出狀態(tài)一直保存在輸出映象寄存器中。這種方式稱為集中輸出。對(duì)于小型PLC，其I/O點(diǎn)數(shù)較少，用戶程序較短，一般采用集中采樣、集中輸出的工作方式，雖然在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但使PLC工作時(shí)大多數(shù)時(shí)間與外部輸入/輸出設(shè)備隔離，從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。而對(duì)于大中型PLC，其I/O點(diǎn)數(shù)較多，控制功能強(qiáng)，用戶程序較長(zhǎng)，為提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，可以采用定期采樣、定期輸出方式，或中斷輸入、輸出方式以及采用智能I/O接口等多種方式28。從上述分析可知，當(dāng)PLC的輸入端輸入信號(hào)發(fā)生變化到PLC輸出端對(duì)該輸入變化作出反應(yīng)，需要一段時(shí)間，這種現(xiàn)象稱為PLC輸入輸出響應(yīng)滯后。對(duì)一般的工業(yè)控制，這種滯后是完全允許的。應(yīng)該注意的是，這種響應(yīng)滯后不僅是由于PLC掃描工作方式造成，更主要是PLC輸入接口的濾波環(huán)節(jié)帶來的輸入延遲，以及輸出接口中驅(qū)動(dòng)器件的動(dòng)作時(shí)間帶來輸出延遲，同時(shí)還與程序設(shè)計(jì)有關(guān)。滯后時(shí)間是設(shè)計(jì)PLC應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意把握的一個(gè)參數(shù)29。 目前典型的PLC功能有下面幾點(diǎn)。順序控制：這是可編程控制器最廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域，取代了傳統(tǒng)的繼電器順序控制，例如注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書機(jī)械，切紙機(jī)、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線，包裝生產(chǎn)線，電鍍流水線及電梯控制等。程控：在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液體、速度、電流和電壓等，稱為模擬量。可編程控制器有A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，這樣，可編程控制器可以作模擬控制用于程控。數(shù)據(jù)處理：一般可編程控制器都設(shè)有四則運(yùn)算指令，可以很方便地對(duì)生產(chǎn)過程中的資料進(jìn)行處理。用PLC可以構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理、控制生產(chǎn)過程。較高檔次的可編程控制器都有位置控制模塊，用于控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種機(jī)械的位置控制。通信聯(lián)網(wǎng)：某些控制系統(tǒng)需要多臺(tái)PLC連接起來使用或者由一臺(tái)計(jì)算機(jī)與多臺(tái)PLC組成分布式控制系統(tǒng)?？删幊炭刂破鞯耐ㄐ拍K可以滿足這些通信聯(lián)網(wǎng)要求30。顯示打?。嚎删幊炭刂破鬟€可以連接顯示終端和打印等外圍設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)顯示和打印的功能。2.2 變頻器變頻器是利用電力半導(dǎo)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。它主要由兩部分電路構(gòu)成，一是主電路（整流模塊、電解電容和逆變模塊），二是控制電路（開關(guān)電源板、控制電路板）。CPU就安裝在控制電路板上，變頻器的操作軟件燒錄在CPU上，同一型號(hào)的變頻器軟件是固定的，唯一例外的就是三晶變頻器，軟件可根據(jù)使用需求更改31。變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容；電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。調(diào)制方式有PWM和PAM, PWM是英文Pulse Width Modulation(脈沖寬度調(diào)制)縮寫，按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)值方式32。 PAM是英文Pulse Amplitude Modulation (脈沖幅度調(diào)制)縮寫，是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度，以調(diào)節(jié)輸出量值和波形的一種調(diào)制方式。2.2.1 各部分名稱及其作用圖 2.1 變頻器結(jié)構(gòu)2.2.2 控制電路的接線方法 圖2.2 變頻器端口各種端子有關(guān)參數(shù)的功能，如下表表2.1 端子有關(guān)參數(shù)的功能 由上表可知，在端子NO.8,9處可用信號(hào)控制運(yùn)行頻率。NO.8:頻率設(shè)定信號(hào)切換輸入端子（SW2）（OFF:PWM信號(hào)，ON:用P09的參數(shù)的設(shè)定信號(hào)進(jìn)行控制）NO.9:PWM信號(hào)輸入端子注1） 用PWM信號(hào)進(jìn)行輸出頻率控制，必須設(shè)定P22,23,24的參數(shù)。 注2） PWM信號(hào)用晶體管（Tr）,請(qǐng)使用具有如下能力的晶體管33。1.最大額定電壓：DC50V以 上 2.額定電流：50mA以上 圖2.3 PWM信號(hào)輸入端子由此可知，端子NO.8處于OFF狀態(tài)， 接通NO.9端子，用PWM信號(hào)進(jìn)行輸出頻率控制，然后設(shè)定P22,23,24的參數(shù)。選擇控制方式為外控操作輸入PWM信號(hào)進(jìn)行操作控制，放棄操作面板操作。運(yùn)用外控輸入信號(hào)進(jìn)行運(yùn)行/停止和正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)。可選外控方式：(1) P08=3 NO.5 ON:正轉(zhuǎn)/OFF:停止NO.6 ON:反轉(zhuǎn)/OFF:停止(2) P08=2 NO.5 ON:運(yùn)行/OFF:停止NO.6 ON:反轉(zhuǎn)/OFF:正轉(zhuǎn)選定方式(1)最大輸出頻率設(shè)定,參數(shù)P15=100，設(shè)定最大輸出頻率為100赫茲。PWM頻率信號(hào)選擇、平均次數(shù)、周期(參數(shù)P22、P23、P24)設(shè)定P22=1，有PWM頻率信號(hào)選擇。注：選擇PWM頻率信號(hào)時(shí)，SW2(端子NO.8)和SW3(端子NO.9)的功能將強(qiáng)制性變?yōu)镻WM控制專用?？刂齐娐范俗拥倪B接和功能說明1) 端子NO.8:頻率信號(hào)切換輸入端子 ON:用參數(shù)P09設(shè)定的信號(hào) OFF:PWM頻率信號(hào)2) 端子NO.9:PWM頻率信號(hào)輸入端子 圖2.4 控制電路端子PWM信號(hào)與頻率指令值之間的關(guān)系圖2.5 PWM信號(hào)與頻率指令之間的關(guān)系波形圖為端子NO.93之間的電壓波形。PWM信號(hào)平均次數(shù)，設(shè)定P23=50,PWM信號(hào)周期設(shè)定范圍為P24=20接線方式由RS232接通到NO.9端子，輸入PWM信號(hào)。假定ON的時(shí)間為10ms，即頻率指令值為50。2.3 組態(tài)軟件2.3.1 MCGSEMCGS (Monitor and Control Generated System，通用監(jiān)控系統(tǒng))是一套用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺(tái)上運(yùn)行，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問題的方案，它充分利用了Windows圖形功能完備、界面一致性好、易學(xué)易用的特點(diǎn)，比以往使用專用機(jī)開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更具有通用性，在自動(dòng)化領(lǐng)域有著更廣泛的應(yīng)用34。2.3.2 MCGS組態(tài)軟件的功能和特點(diǎn)l 概念簡(jiǎn)單，易于理解和使用。普通工程人員經(jīng)過短時(shí)間的培訓(xùn)就能正確掌握、快速完成多數(shù)簡(jiǎn)單工程項(xiàng)目的監(jiān)控程序設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作。用戶可避開復(fù)雜的計(jì)算機(jī)軟硬件問題，集中精力解決工程本身的問題，按照系統(tǒng)的規(guī)定，組態(tài)配置出高性能、高可靠性、高度專業(yè)化的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。l 功能齊全，便于方案設(shè)計(jì)。MCGS為解決工程監(jiān)控問題提供了豐富多樣的手段，從設(shè)備驅(qū)動(dòng)（數(shù)據(jù)采集）到數(shù)據(jù)處理、報(bào)警處理、流程控制、動(dòng)畫顯示、報(bào)表輸出、曲線顯示等各個(gè)環(huán)節(jié)，均有豐富的功能組件和常用圖形庫(kù)可供選用，用戶只需根據(jù)工程作業(yè)的需要和特點(diǎn)，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和組態(tài)配置，即可生成用戶應(yīng)用軟件系統(tǒng)。l 實(shí)時(shí)性與并行處理。MCGS充分利用了Windows操作平臺(tái)的多任務(wù)、按優(yōu)先級(jí)分時(shí)操作的功能，使PC機(jī)廣泛應(yīng)用于工程測(cè)控領(lǐng)域成為可能。工程作業(yè)中，大量的數(shù)據(jù)和信息需要及時(shí)收集，即時(shí)處理，在計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域稱其為實(shí)時(shí)性任務(wù)關(guān)鍵任務(wù)，如數(shù)據(jù)采集、設(shè)備驅(qū)動(dòng)和異常處理等。另外許多工作則是非實(shí)時(shí)性的，或稱為非時(shí)間關(guān)鍵任務(wù)，如畫面顯示，可在主機(jī)運(yùn)行周期時(shí)間內(nèi)插空進(jìn)行。而像打印數(shù)據(jù)一類的工作，可運(yùn)行于后臺(tái)，稱為脫機(jī)作業(yè)。MCGS是真正的32位系統(tǒng)，可同時(shí)運(yùn)行于Microsoft Windows95，98和Microsoft Windows NT平臺(tái)，以線程為單位進(jìn)行分時(shí)并行處理。l 建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，便于用戶分步組態(tài)，保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。MCGS組態(tài)軟件由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成。其中的“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)”是整個(gè)系統(tǒng)的核心。在生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，每一部分均可分別進(jìn)行組態(tài)配置，獨(dú)立建造，互不相干；而在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，各個(gè)部分都通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)交換數(shù)據(jù)，形成互相關(guān)聯(lián)的整體。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)數(shù)據(jù)處理中心，是系統(tǒng)各個(gè)部分及其各種功能性構(gòu)件的公用數(shù)據(jù)區(qū)。各個(gè)部件獨(dú)立地向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)輸入和輸出數(shù)據(jù)，并完成自己的差錯(cuò)控制。l 設(shè)立“設(shè)備工具箱”，針對(duì)外部設(shè)備的特征，用戶從中選擇某種“構(gòu)件”，設(shè)置于設(shè)備窗口內(nèi)，賦予相關(guān)的屬性，建立系統(tǒng)與外部設(shè)備的連接關(guān)系，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)該種設(shè)備的驅(qū)動(dòng)和控制。不同的設(shè)備對(duì)應(yīng)于不同的構(gòu)件，所有的設(shè)備構(gòu)件均通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)建立聯(lián)系，而建立時(shí)又是相互獨(dú)立的，即對(duì)某一構(gòu)件的操作或改動(dòng)，不影響其它構(gòu)件和整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，從這一意義上講，MCGS是一個(gè)“設(shè)備無關(guān)”的系統(tǒng)，用戶不必因外部設(shè)備局部改動(dòng)，而影響整個(gè)系統(tǒng)。l “面向窗口”的設(shè)計(jì)方法，增加了可視性和可操作性。以窗口為單位，構(gòu)造用戶運(yùn)行系統(tǒng)的圖形界面，使得MCGS的組態(tài)工作既簡(jiǎn)單直觀，又靈活多變。用戶可以使用系統(tǒng)的缺省構(gòu)架，也可以根據(jù)需要自己組態(tài)配置，生成各種類型和風(fēng)格的圖形界面，包括DOS風(fēng)格的圖形界面、標(biāo)準(zhǔn)Windows風(fēng)格的圖形界面以及帶有動(dòng)畫效果的工具條和狀態(tài)條。l 利用豐富的“動(dòng)畫組態(tài)”功能，快速構(gòu)造各種復(fù)雜生動(dòng)的動(dòng)態(tài)畫面。以圖象、圖符、數(shù)據(jù)、曲線等多種形式，為操作員及時(shí)提供系統(tǒng)運(yùn)行中的的狀態(tài)、品質(zhì)及異常報(bào)警等有關(guān)信息。用變化大小、改變顏色、明暗閃爍、移動(dòng)翻轉(zhuǎn)等多種手段，增強(qiáng)畫面的動(dòng)態(tài)顯示效果。圖元、圖符對(duì)象定義相應(yīng)的狀態(tài)屬性，即可實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫效果。同時(shí)，MCGS為用戶提供了豐富的動(dòng)畫構(gòu)件，模擬工程控制與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作業(yè)中常用的物理器件的動(dòng)作和功能。每個(gè)動(dòng)畫構(gòu)件都對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的動(dòng)畫功能。如：實(shí)時(shí)曲線構(gòu)件、歷史曲線構(gòu)件、報(bào)警顯示構(gòu)件、自由表格構(gòu)件等。l 引入“運(yùn)行策略”的概念。復(fù)雜的工程作業(yè)，運(yùn)行流程都是多分支的。用傳統(tǒng)的編程方法實(shí)現(xiàn)，既繁瑣又容易出錯(cuò)。MCGS開辟了“策略窗口”，用戶可以選用系統(tǒng)提供的各種條件和功能的“策略構(gòu)件”，用圖形化的方法構(gòu)造多分支的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)自由、精確地控制運(yùn)行流程，按照設(shè)定的條件和順序，操作外部設(shè)備，控制窗口的打開或關(guān)閉，與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。同時(shí)，也可以由用戶創(chuàng)建新的策略構(gòu)件，擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。l MCGS系統(tǒng)由五大功能部件組成，主要的功能部件以構(gòu)件的形式來構(gòu)造。不同的構(gòu)件有著不同的功能，且各自獨(dú)立。三種基本類型的構(gòu)件（設(shè)備構(gòu)件、動(dòng)畫構(gòu)件、策略構(gòu)件）完成了MCGS系統(tǒng)三大部分（設(shè)備驅(qū)動(dòng)、動(dòng)畫顯示和流程控制）的所有工作。用戶也可以根據(jù)需要，定制特定類型構(gòu)件，使MCGS系統(tǒng)的功能得到擴(kuò)充。這種充分利用“面向?qū)ο蟆钡募夹g(shù)，大大提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)充性。l 支持OLE Automation技術(shù)。MCGS允許用戶在Visual Basic中操作MCGS中的對(duì)象，提供了一套開放的可擴(kuò)充接口，用戶可根據(jù)自己的需要用VB編制特定的功能構(gòu)件來擴(kuò)充系統(tǒng)的功能。l MCGS中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)不再使用普通的文件，而是用數(shù)據(jù)庫(kù)來管理一切。組態(tài)時(shí)，系統(tǒng)生成的組態(tài)結(jié)果是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)；運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)對(duì)象、報(bào)警信息的存儲(chǔ)也是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。利用數(shù)據(jù)庫(kù)來保存數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行效率，同時(shí)，也使其它應(yīng)用軟件系統(tǒng)能直接處理數(shù)據(jù)庫(kù)中的存盤數(shù)據(jù)。l 設(shè)立“對(duì)象元件庫(kù)”，解決了組態(tài)結(jié)果的積累和重新利用問題。所謂對(duì)象元件庫(kù)，實(shí)際上是分類存儲(chǔ)各種組態(tài)對(duì)象的圖庫(kù)。組態(tài)時(shí)，可把制作完好的對(duì)象（包括圖形對(duì)象，窗口對(duì)象，策略對(duì)象，以至位圖文件等等）以元件的形式存入圖庫(kù)中，也可把元件庫(kù)中的各種對(duì)象取出，直接為當(dāng)前的工程所用。隨著工作的積累，對(duì)象元件庫(kù)將日益擴(kuò)大和豐富，組態(tài)工作將會(huì)變得越來越簡(jiǎn)單方便。l 提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)的支持?？紤]到工控系統(tǒng)今后的發(fā)展趨勢(shì)，MCGS充分運(yùn)用現(xiàn)今發(fā)展的DCCW(Distributed Computer Cooperator Work)技術(shù)，即分布式計(jì)算機(jī)協(xié)同工作方式，來使分散在不同現(xiàn)場(chǎng)之間的采集系統(tǒng)和工作站之間協(xié)同工作。通過MCGS，不同的工作站之間可以實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工控系統(tǒng)的分布式控制和管理。2.3.3 MCGS的構(gòu)成MCGS系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分。用戶的所有組態(tài)配置過程都在組態(tài)環(huán)境中進(jìn)行，組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，它幫助用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。用戶組態(tài)生成的結(jié)果是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)文件，稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)。運(yùn)行環(huán)境是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，它按照組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)中用戶指定的方式進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。運(yùn)行環(huán)境本身沒有任何意義，必須與組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)一起作為一個(gè)整體，才能構(gòu)成用戶應(yīng)用系統(tǒng)。一旦組態(tài)工作完成，運(yùn)行環(huán)境和組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)就可以離開組態(tài)環(huán)境而獨(dú)立運(yùn)行在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上。組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)完成了MCGS系統(tǒng)從組態(tài)環(huán)境向運(yùn)行環(huán)境的過渡，它們之間的關(guān)系如下圖所示。 圖2.6 組態(tài)環(huán)境與運(yùn)行環(huán)境的關(guān)系由MCGS生成的用戶應(yīng)用系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略五個(gè)部分構(gòu)成，如下圖所示。圖2.7 用戶應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)窗口是屏幕中的一塊空間，是一個(gè)“容器”，直接提供給用戶使用。在窗口內(nèi)，用戶可以放置不同的構(gòu)件，創(chuàng)建圖形對(duì)象并調(diào)整畫面的布局，組態(tài)配置不同的參數(shù)以完成不同的功能。在MCGS的單機(jī)版中，每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)只能有一個(gè)主控窗口和一個(gè)設(shè)備窗口，但可以有多個(gè)用戶窗口和多個(gè)運(yùn)行策略，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中也可以有多個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象。MCGS用主控窗口、設(shè)備窗口和用戶窗口來構(gòu)成一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的人機(jī)交互圖形界面，組態(tài)配置各種不同類型和功能的對(duì)象或構(gòu)件，同時(shí)可以對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理。l 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是MCGS系統(tǒng)的核心實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)處理中心，同時(shí)也起到公用數(shù)據(jù)交換區(qū)的作用。MCGS用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)來管理所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。從外部設(shè)備采集來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)其它部分操作的數(shù)據(jù)也來自于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)完成對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的報(bào)警處理和存盤處理，同時(shí)它還根據(jù)需要把有關(guān)信息以事件的方式發(fā)送給系統(tǒng)的其它部分，以便觸發(fā)相關(guān)事件，進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。因此，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)所存儲(chǔ)的單元，不單單是變量的數(shù)值，還包括變量的特征參數(shù)（屬性）及對(duì)該變量的操作方法（報(bào)警屬性、報(bào)警處理和存盤處理等）。這種將數(shù)值、屬性、方法封裝在一起的數(shù)據(jù)我們稱之為數(shù)據(jù)對(duì)象。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，為其它部分提供服務(wù)，提供了系統(tǒng)各個(gè)功能部件的數(shù)據(jù)共享。l 主控窗口構(gòu)造了應(yīng)用系統(tǒng)的主框架主控窗口確定了工業(yè)控制中工程作業(yè)的總體輪廓，以及運(yùn)行流程、菜單命令、特性參數(shù)和啟動(dòng)特性等項(xiàng)內(nèi)容，是應(yīng)用系統(tǒng)的主框架。l 設(shè)備窗口是MCGS系統(tǒng)與外部設(shè)備聯(lián)系的媒介設(shè)備窗口專門用來放置不同類型和功能的設(shè)備構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的操作和控制。設(shè)備窗口通過設(shè)備構(gòu)件把外部設(shè)備的數(shù)據(jù)采集進(jìn)來，送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，或把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)輸出到外部設(shè)備。一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)只有一個(gè)設(shè)備窗口，運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)打開設(shè)備窗口，管理和調(diào)度所有設(shè)備構(gòu)件正常工作，并在后臺(tái)獨(dú)立運(yùn)行。注意對(duì)用戶來說，設(shè)備窗口是不可見的。l 用戶窗口實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)和流程的“可視化”用戶窗口中可以放置三種不同類型的圖形對(duì)象：圖元、圖符和動(dòng)畫構(gòu)件。圖元和圖符對(duì)象為用戶提供了一套完善的設(shè)計(jì)制作圖形畫面和定義動(dòng)畫的方法。動(dòng)畫構(gòu)件對(duì)應(yīng)于不同的動(dòng)畫功能，它們是從工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)出的常用的動(dòng)畫顯示與操作模塊，用戶可以直接使用。通過在用戶窗口內(nèi)放置不同的圖形對(duì)象，搭制多個(gè)用戶窗口，用戶可以構(gòu)造各種復(fù)雜的圖形界面，用不同的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和流程的“可視化”。組態(tài)過程中的多個(gè)用戶窗口，最多可定義512個(gè)。所有的用戶窗口均位于主控窗口內(nèi)，其打開時(shí)窗口可見；關(guān)閉時(shí)窗口不可見。允許多個(gè)用戶窗口同時(shí)處于打開狀態(tài)。用戶窗口的位置、大小和邊界等屬性可以隨意改變或設(shè)置，如可以讓一個(gè)用戶窗口在頂部作為工具條，也可以放在底部作為狀態(tài)條，還可以使其成為一個(gè)普通的最大化顯示窗口等等。多個(gè)用戶窗口的靈活組態(tài)配置，就構(gòu)成了豐富多彩的圖形界面。l 運(yùn)行策略是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行流程實(shí)現(xiàn)有效控制的手段運(yùn)行策略本身是系統(tǒng)提供的一個(gè)框架，其里面放置有策略條件構(gòu)件和策略構(gòu)件組成的“策略行”，通過對(duì)運(yùn)行策略的定義，使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件操作實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、控制用戶窗口的打開、關(guān)閉并確定設(shè)備構(gòu)件的工作狀態(tài)等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備工作過程的精確控制。一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)有三個(gè)固定的運(yùn)行策略：?jiǎn)?dòng)策略、循環(huán)策略和退出策略，同時(shí)允許用戶創(chuàng)建或定義最多512個(gè)用戶策略。啟動(dòng)策略在應(yīng)用系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)調(diào)用，退出策略在應(yīng)用系統(tǒng)退出運(yùn)行時(shí)調(diào)用，循環(huán)策略由系統(tǒng)在運(yùn)行過程中定時(shí)循環(huán)調(diào)用，用戶策略供系統(tǒng)中的其它部件調(diào)用。綜上所述，一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略五個(gè)部分組成。組態(tài)工作開始時(shí)，系統(tǒng)只為用戶搭建了一個(gè)能夠獨(dú)立運(yùn)行的空框架，提供了豐富的動(dòng)畫部件與功能部件。如果要完成一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)主要完成以下工作：首先，要象搭積木一樣，在組態(tài)環(huán)境中用系統(tǒng)提供的或用戶擴(kuò)展的構(gòu)件構(gòu)造應(yīng)用系統(tǒng)，配置各種參數(shù)，形成一個(gè)有豐富功能可實(shí)際應(yīng)用的工程；然后，把組態(tài)環(huán)境中的組態(tài)結(jié)果提交給運(yùn)行環(huán)境。運(yùn)行環(huán)境和組態(tài)結(jié)果一起就構(gòu)成了用戶自己的應(yīng)用系統(tǒng)。2.3.4 MCGS組態(tài)過程使用MCGS完成一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)，首先必須在MCGS的組態(tài)環(huán)境下進(jìn)行系統(tǒng)的組態(tài)生成工作，然后將系統(tǒng)放在MCGS的運(yùn)行環(huán)境下運(yùn)行。本章逐步介紹在MCGS組態(tài)環(huán)境下構(gòu)造一個(gè)用戶應(yīng)用系統(tǒng)的過程，以便對(duì)MCGS系統(tǒng)的組態(tài)過程有一個(gè)全面的了解和認(rèn)識(shí)。這些過程包括：l 工程整體規(guī)劃l 工程建立l 構(gòu)造實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)l 組態(tài)用戶窗口l 組態(tài)主控窗口l 組態(tài)設(shè)備窗口l 組態(tài)運(yùn)行策略l 組態(tài)結(jié)果檢查l 工程測(cè)試l新工程的提交3 系統(tǒng)調(diào)試3.1 變頻器與電動(dòng)機(jī)變頻器與電動(dòng)機(jī)的接線方式:圖3.1 變頻器與電動(dòng)機(jī)的接線方式接線時(shí)注意事項(xiàng)：1） 將電源連接到輸入端子（L,N）上，電動(dòng)機(jī)連接到輸出端子（U,V,W）上。2） 電源和電動(dòng)機(jī)的端子請(qǐng)使用帶套筒的圓形壓緊式端子。3） 主電路接線后，一定要確認(rèn)連接的是否牢靠。否則一旦控制電路接線后會(huì)因電線的進(jìn)出受到限制而不能重新擰緊主電路。4） 以最短方式連接到大容量電源變壓器時(shí)（500KVA以上），在變頻器的輸入端一定要設(shè)置改善功率因數(shù)的扼流圈（可選件）。5） 為了適應(yīng)CE標(biāo)記的要求，變頻器的電源輸入端，必須設(shè)置過電流、短路以及漏電的保護(hù)設(shè)備。3.1.1 操作方法利用操作板設(shè)定頻率及正反轉(zhuǎn)功能。在操作板上設(shè)定頻率和正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)功能有兩種方式。1） 設(shè)定頻率：電位器設(shè)定方式、數(shù)字設(shè)定方式。2） 正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)運(yùn)行：正轉(zhuǎn)運(yùn)行/反轉(zhuǎn)運(yùn)行方式、運(yùn)行/停止旋轉(zhuǎn)方向模式設(shè)定方式。3.1.2 設(shè)定頻率1）電位器設(shè)定方式（將參數(shù)P09設(shè)定為“0”：出廠時(shí)設(shè)定）旋轉(zhuǎn)操作板上的頻率設(shè)定鈕的角度進(jìn)行設(shè)定。Min.的位置是停止，Max.的位置是最大設(shè)定頻率。此處設(shè)定最小為0赫茲，最大為100赫茲，連接電動(dòng)機(jī)，通過頻率變化，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)。2）數(shù)字設(shè)定方式（將參數(shù)P09設(shè)定為“1”）按下操作板上的MODE鍵，選擇頻率設(shè)定模式（Fr）。按下SET鍵之后，顯示出用上升鍵或下降鍵所設(shè)定的頻率，按下SET鍵進(jìn)行設(shè)定確定。另外，在運(yùn)行過程中可以通過持續(xù)按著上升鍵或下降鍵而改變頻率。3.1.3 正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)功能1）正轉(zhuǎn)運(yùn)行/反轉(zhuǎn)運(yùn)行方式（將參數(shù)P08設(shè)定為“1”）按下操作板上的鍵（正轉(zhuǎn)）或鍵（反轉(zhuǎn)）來選擇旋轉(zhuǎn)方向，按下RUN鍵則開始運(yùn)行。按下STOP鍵為停止運(yùn)行。注：僅按下RUN鍵時(shí)不會(huì)運(yùn)行。當(dāng)頻率設(shè)定為數(shù)字設(shè)定方式時(shí)，MOP功能不能使用。2） 運(yùn)行/停止旋轉(zhuǎn)方向模式設(shè)定方式（參數(shù)P08設(shè)定為“0”）最初按兩次MODE鍵使其變?yōu)樾D(zhuǎn)方向設(shè)定模式，用SET鍵顯示旋轉(zhuǎn)方向數(shù)據(jù)，用上升鍵或下降鍵改變旋轉(zhuǎn)方向，用SET鍵進(jìn)行設(shè)定。（出廠時(shí)已設(shè)定為正轉(zhuǎn)狀態(tài)）然后，按下RUN鍵使其開始運(yùn)行，按下STOP鍵使其停止運(yùn)行。本次變頻器操作運(yùn)用操作板運(yùn)行操作：正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)功能：正轉(zhuǎn)運(yùn)行/反轉(zhuǎn)運(yùn)行（參數(shù)P08=1）頻率設(shè)定 ：電位器設(shè)定（參數(shù)P09=0）此時(shí)運(yùn)行頻率為25赫茲時(shí)的正轉(zhuǎn)。電源ON(顯示部顯示燈亮)設(shè)定正轉(zhuǎn)（按下上升鍵將旋轉(zhuǎn)方向設(shè)定為正轉(zhuǎn)，現(xiàn)行狀態(tài)：O為停止，F(xiàn)為正轉(zhuǎn)，r為反轉(zhuǎn)）狀態(tài)為運(yùn)行指令（按下RUN鍵，雖已變?yōu)檫\(yùn)行狀態(tài)，但因頻率受設(shè)定鈕在Min.位置上，所以處于零電壓停止?fàn)顟B(tài)）狀態(tài)為設(shè)定頻率（慢慢向右轉(zhuǎn)動(dòng)頻率設(shè)定鈕，使電動(dòng)機(jī)開始運(yùn)行，當(dāng)顯示為25.0時(shí)，即在25赫茲下運(yùn)行）狀態(tài)為改變頻率（將頻率設(shè)定鈕向右轉(zhuǎn)動(dòng)，使之達(dá)到50赫茲，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度上升，將達(dá)到50赫茲）狀態(tài)為停止指令（按下STOP鍵，電機(jī)開始轉(zhuǎn)速，約5秒后停止）狀態(tài)為。反轉(zhuǎn)運(yùn)行操作一致，狀態(tài)出現(xiàn)正常，可通過頻率改變實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，但是操作比較麻煩，人力需要多。3.2 PLC、變頻器和電動(dòng)機(jī)添加PLC控制變頻器，再間接改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。3.2.1 PLC設(shè)置PLC要實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止等，通過按鈕實(shí)現(xiàn)相關(guān)的操作。1） 確定 I/O點(diǎn)數(shù) 正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止三個(gè)外部按鈕是PLC的輸入變量，接在三個(gè)輸入端子上，分配為X0、X1、X2；輸入數(shù)據(jù)端接另一個(gè)端子，接入到寄存器中；輸出有三個(gè)繼電器K0、K1、K2，它們是PLC的輸出端所要控制的設(shè)備，要占三個(gè)輸出端子，分配為Y0、Y1、Y2。整個(gè)系統(tǒng)需要用7個(gè)I/O點(diǎn)35。I/O分配表：輸入 停止：X0 輸出 K0：Y0 正轉(zhuǎn)：X1 K1: Y1 反轉(zhuǎn)：X2 K2: Y2 輸入數(shù)據(jù)端：DT20 用于自鎖、互鎖的那些觸點(diǎn)，是由內(nèi)部“軟開關(guān)”代替，不占用I/O點(diǎn)。2） 梯形圖圖 3.2 電機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制的梯形圖3.2.2 變頻器設(shè)置變頻器由PLC外部控制，所以選擇外控運(yùn)行。變頻器與電動(dòng)機(jī)接線方式不變，外控接線時(shí)需要注意：1）控制信號(hào)線請(qǐng)使用屏蔽線，并與動(dòng)力線和強(qiáng)電電路分離布線。（20cm以上）控制信號(hào)線的接線長(zhǎng)度應(yīng)在30m以下。2）因?yàn)榭刂齐娐返妮斎胄盘?hào)為微小信號(hào)，為防止接點(diǎn)輸入時(shí)接觸不良，請(qǐng)將兩個(gè)微小信號(hào)接點(diǎn)并列，使用雙接線。3）在控制端子NO.5-9處請(qǐng)連接無電壓接點(diǎn)信號(hào)或開路式集電極信號(hào)。（施加電壓時(shí)會(huì)導(dǎo)致故障）4）用開路式集電極輸出驅(qū)動(dòng)感應(yīng)負(fù)荷時(shí)，一定要連接旁路二極管。如圖3.3圖3.3 變頻器接線3.2.3 變頻器與PLC接線PLC的三個(gè)輸出端子Y0、Y1、Y2分別接至NO.5、NO.6、NO.9三個(gè)端子。且端子NO.5、NO.6處于閉合狀態(tài)，有PLC控制正反轉(zhuǎn)，Y2接至NO.9輸入PWM信號(hào)，改變頻率輸入信號(hào)，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。端子NO.5、NO.6處于關(guān)閉狀態(tài)，不通過操作板控制。同時(shí)參數(shù)P08的數(shù)據(jù)設(shè)定為“3”，取消操作板復(fù)位功能。 Y0接NO.5端口，Y1接NO.6端口。 圖3.4 正/反轉(zhuǎn)端子PWM信號(hào)輸入點(diǎn)為Y2的連接點(diǎn)。同時(shí)參數(shù)P09的數(shù)據(jù)設(shè)定為“4”。Y2接NO.9端口。 圖3.5 PWM信號(hào)輸入端子3.2.4 外控操作當(dāng)利用PLC進(jìn)行遙控操作時(shí)，以下操作：1）將運(yùn)行/停止正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)變?yōu)檫b控。（將參數(shù)PO8的數(shù)據(jù)由“0”改為“3”）2）將頻率設(shè)定信號(hào)變?yōu)橥饪兀?-10V）。（將參數(shù)P09的數(shù)據(jù)由“0”改為“4”）即：端子的連接（P08=3） 圖3.6 正/反轉(zhuǎn)端子連接端子的連接（P09=4