船舶起貨機(jī)PLC控制變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘 要船舶起貨機(jī)是船舶甲板機(jī)械最重要的設(shè)備之一。本文先從總體上介紹了船舶起貨機(jī)的分類,然后詳細(xì)的闡述了起貨機(jī)的系統(tǒng)組成和工作原理。在掌握其工作原理的基礎(chǔ)上,深入的分析了變頻調(diào)速的原理和西門子變頻器與PLC的應(yīng)用。本文在介紹變頻調(diào)速的基礎(chǔ)上采用西門子的變頻模塊MICROMASTER 440、交流伺服模塊FM354 和步進(jìn)模塊FM353 分別實(shí)現(xiàn)了起貨機(jī)的起升、變幅和旋轉(zhuǎn)復(fù)合控制。功能模塊的變頻、步進(jìn)與伺服、以及上位機(jī)、人機(jī)界面TP270 通過PROFIBUS 現(xiàn)場總線互連在一起，實(shí)現(xiàn)了集中控制與管理。船舶起貨機(jī)PLC 復(fù)合控制系統(tǒng)功能完備、擴(kuò)展方便、具有很高的可靠性。關(guān)鍵詞:船舶起貨機(jī)； 變頻調(diào)

2、速； 變頻器； 西門子AbstractShip's cargo winch is one of the most important equipment of ship deck machinery. This article first introduced the overall classification of ship winch, then detailed expounds the system composition and working principle of winch. In its working principle, on the basis of in-

3、depth analysis of the principle of frequency control of motor speed and the application of Siemens frequency converter and PLC. In this paper, on the basis of the introduction of frequency control of motor speed adopts frequency conversion module of SIEMENS MICROMASTER 440, ac servo module FM354 and

4、 stepper module FM353 respectively the cargo crane's hoisting, luffing and rotational composite control. Function modules of the inverter, step and servo, and the upper machine, man-machine interface TP270 through PROFIBUS field bus interconnection together, realize the centralized control and m

5、anagement. Marine winch PLC compound control system function complete, easy extension, has the very high reliability.Keywords: Shipping cargo winch; Frequency control of motor speed; Frequency converter; Siemens目 錄1 緒論11.1  課題研究的背景及意義11.2  課題研究的主要內(nèi)容12 船舶起貨機(jī)32.1 船舶起貨機(jī)簡介32.2 船舶起貨機(jī)吊桿組成42.2.1

6、單桿操作與雙桿操作52.2.2 雙千斤索吊桿裝置和埃貝爾吊桿裝置52.2.3輕型吊桿裝置和重型吊桿裝置52.3 船舶起貨機(jī)工作原理62.4 起貨機(jī)的控制要求73變頻調(diào)速與PLC83.1 變頻調(diào)速的83.1.1 特點(diǎn)83.1.2 測量方式93.2 PLC控制與變頻器的連接103.2.1 開關(guān)指令信號(hào)的輸入103.2.2 數(shù)值信號(hào)的輸入104 變頻器與PLC的應(yīng)用114.1 MM440變頻器114.1.1 測量方式114.1.2 工作原理124.1.3 MM440參數(shù)調(diào)試134.2 西門子S7-300 PLC144.2.1 工作原理154.2.2 優(yōu)點(diǎn)164.2.3 安裝注意事項(xiàng)165 船舶起貨機(jī)

7、系統(tǒng)設(shè)計(jì)185.1 船舶起貨機(jī)PLC設(shè)計(jì)185.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能195.3 船舶起貨機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)206 結(jié)論22致 謝23參考文獻(xiàn)24 緒論1.1  課題研究的背景及意義傳統(tǒng)的船舶起貨機(jī)，主要有電動(dòng)式、液壓式、電-液式；就船用起貨機(jī)的控制方式而言，主要有繼電接觸器式、集成電路式、單片機(jī)式，隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC在船舶起貨機(jī)上的應(yīng)用越來越廣泛。目前，船舶起貨機(jī)的控制注重于邏輯時(shí)序控制，其調(diào)速方式多為有級(jí)變極三速調(diào)節(jié)，無級(jí)調(diào)速多應(yīng)用于液壓式或GM系統(tǒng)的起貨機(jī)，變頻調(diào)速在船舶起貨機(jī)上的應(yīng)用較少。通常情況下，船舶起貨機(jī)的機(jī)械、控制和電氣設(shè)計(jì)的工作是獨(dú)立進(jìn)行的，機(jī)械功能與控制系統(tǒng)的結(jié)

8、合并不是最理想的，只是夠用而已。雖然已經(jīng)有了很多有助于機(jī)電一體化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及發(fā)展的關(guān)于仿真軟件、項(xiàng)目管理工具和協(xié)作軟件的著述，這些工具是發(fā)展項(xiàng)目的重要和潛在的主要部分，卻仍不能與優(yōu)良超前的計(jì)劃及工程學(xué)相提并論。機(jī)械、電氣以及軟件工程的集成正在改變運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)及其發(fā)展的面貌。這就要求提供船舶起貨機(jī)現(xiàn)有設(shè)備的描述，詳述合格的性能范圍并闡明其必須達(dá)到的效果，而不是告訴船員怎樣實(shí)現(xiàn)這個(gè)結(jié)果。然而，現(xiàn)在的船用起貨機(jī)沒有提供所需性能的定量信息，沒有所要連接的機(jī)械的完整描述。船舶起貨機(jī)是遠(yuǎn)洋船舶甲板機(jī)械最典型的設(shè)備之一。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于管理，專業(yè)性強(qiáng)，不易掌握。船舶交流電動(dòng)起貨機(jī)長期以來沿用傳統(tǒng)的繼電

9、器接觸器控制方式, 由時(shí)間繼電器和中間繼電器的副觸點(diǎn)控制電機(jī)的啟動(dòng)、變速及換向。器件錯(cuò)綜,觸點(diǎn)繁多, 加上操作頻繁和海上船舶工況惡劣, 導(dǎo)致電動(dòng)起貨機(jī)年均損毀量極大。如再計(jì)入由于起貨設(shè)備的故障而引起虧損, 其價(jià)值就更加難以估量。因此, 改造傳統(tǒng)的控制方式, 已是迫在眉睫。所以有必要采用先進(jìn)的PLC控制技術(shù)來取代。1.2  課題研究的主要內(nèi)容本文先從總體上把握了船舶起貨機(jī),簡單介紹了船舶起貨機(jī)的分類,然后詳細(xì)的闡述了起貨機(jī)的系統(tǒng)組成和工作原理。介紹了變頻調(diào)速的基本原理, 深入的分析了變頻調(diào)速的原理和西門子變頻器與PLC的應(yīng)用。最后設(shè)計(jì)了變頻調(diào)速系統(tǒng)。具體研究內(nèi)容如下:(1)簡要介紹了起

10、貨機(jī)的背景,并論述了船舶起貨機(jī)使用PLC變頻調(diào)速的意義。(2)深入分析了起貨機(jī)的系統(tǒng)組成及其工作原理。(3)詳細(xì)介紹了變頻調(diào)速的基本原理，PLC與變頻器的連接。(4)介紹了西門子M440變頻器與S7-300PLC。(5)完成起貨機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。2 船舶起貨機(jī)2.1 船舶起貨機(jī)簡介船舶起貨機(jī)是一種船舶靠港裝卸貨物以降低船舶運(yùn)營周期的設(shè)備。起貨機(jī)的使用解決了裝卸貨物的難題,并實(shí)現(xiàn)了船舶在寬闊的水面吊運(yùn)貨物?？煽啃愿叩钠鹭洐C(jī),可以大大的提高港口裝卸貨物的效率,從而縮短了航運(yùn)周期、降低運(yùn)輸成本。起貨機(jī)按照期貨設(shè)備的不同可分為吊桿式起貨機(jī)和回轉(zhuǎn)式起貨機(jī),回轉(zhuǎn)式起貨機(jī)又被稱為起貨機(jī)。船舶起貨機(jī)按照所釆用的能

11、源和驅(qū)動(dòng)方式的不同,又可分為三種類型:蒸汽式起貨機(jī)、電動(dòng)式起貨機(jī)和液壓式起貨機(jī)。早期的船舶上的起貨機(jī)是采用蒸汽驅(qū)動(dòng)的。蒸汽式起貨機(jī)的調(diào)速性能良好,啟動(dòng)力矩也比較大,故障較低,且工作可靠,但蒸汽式起貨機(jī)的工作效率低。隨著蒸汽能源大大減少,以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力源的起貨機(jī)代替了蒸汽式起貨機(jī),蒸汽驅(qū)動(dòng)的甲板機(jī)械己經(jīng)淘汰。電動(dòng)起貨機(jī)就是用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源 起貨機(jī)。它的操縱方式較簡單方便,操縱人員可以很快掌握。電動(dòng)起貨機(jī)具有操作簡便、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控等優(yōu)點(diǎn)。但是,由于電氣元件對(duì)濕度比較敏感,繼電接觸點(diǎn)處經(jīng)常會(huì)有跳火花現(xiàn)象發(fā)生,這會(huì)引起元件的燒損等故障;而且如果電動(dòng)起貨機(jī)發(fā)生故障,需要專業(yè)的人員來進(jìn)行維修

12、在日常的維修管理中,復(fù)雜的電路系統(tǒng)需要專業(yè)人員來進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)才能確保其處于良好的工作狀態(tài)。上個(gè)世紀(jì)六十年代起,液壓起貨機(jī)作為一種新型動(dòng)力的方式出現(xiàn)在船舶上,并迅速的發(fā)展起來,液壓式起貨機(jī)使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵,并利用壓力油驅(qū)動(dòng)油馬達(dá)舉落貨物。它換向沖擊小,工作平穩(wěn),易于操作,可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速,使用壽命長,工作較為可靠,同比電動(dòng)式起貨機(jī),在輸出相同功率的情況下,液壓式起貨機(jī)的體積小、質(zhì)量輕。但是液壓起貨機(jī)的系統(tǒng)比較復(fù)雜,不容易理解,出現(xiàn)故障后不容易診斷。隨著先進(jìn)的電液比例控制液壓元件的出現(xiàn),液壓起貨機(jī)體現(xiàn)出越來越強(qiáng)的優(yōu)越性。甲板起貨機(jī)是設(shè)置在船舶上甲板上的機(jī)械。這種起貨機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，使船舶有較多的甲板

13、面積可利用，對(duì)橋樓上視線的影響較小。甲板起貨機(jī)操作簡便，裝卸效率高，機(jī)動(dòng)靈活，作業(yè)前沒有繁瑣的準(zhǔn)備工作，應(yīng)用日益廣泛。甲板起貨機(jī)常用的有固定旋轉(zhuǎn)起貨機(jī)、移動(dòng)旋轉(zhuǎn)起貨機(jī)和龍門起貨機(jī)。傳動(dòng)方式有電力傳動(dòng)和電力-液壓傳動(dòng)兩種。(1)固定旋轉(zhuǎn)起貨機(jī)這種起貨機(jī)應(yīng)用最廣，可以單獨(dú)或成對(duì)地在左右舷作業(yè)。起重量一般為35噸。在多用途船上，要求單吊能吊起20英尺集裝箱，雙吊能吊起40英尺集裝箱（30噸），其起重量可達(dá)2530噸。(2)移動(dòng)旋轉(zhuǎn)起貨機(jī)在裝卸貨物要求起貨機(jī)跨距較大，而又希望起貨機(jī)吊臂不太長的情況下，往往采用移動(dòng)旋轉(zhuǎn)起貨機(jī)。移動(dòng)旋轉(zhuǎn)起貨機(jī)有沿船舶橫向移動(dòng)和縱向移動(dòng)兩種。(3)龍門起貨機(jī)這種起貨機(jī)為全集

14、裝箱船（見集裝箱船）和載駁船所廣泛采用,通常為四足型或C型。有一根可伸出的吊臂、吊重橫檔和一個(gè)可移動(dòng)的橋架及駕駛室。橋架的水平主梁高出堆裝在甲板上的集裝箱，并有自動(dòng)定位裝置，裝船時(shí)可以把集裝箱準(zhǔn)確地落放在集裝箱分格中或堆放在甲板上。載駁船上的龍門起貨機(jī)數(shù)量比集裝箱船上的多，起重量可達(dá)幾百噸。（4）其他裝卸機(jī)械 主要有升降機(jī)、提升機(jī)和輸送機(jī)。升降機(jī)是船上沿導(dǎo)軌垂直移動(dòng)的機(jī)械，供各層甲板間提升和下降貨物用。如滾裝船上多采用升降機(jī)連接各層甲板以運(yùn)送貨物。滾裝船上的升降機(jī)有剪式、鏈?zhǔn)降葦?shù)種，其長度為918.5米,寬度為35米。有些載駁船上也安裝升降機(jī)裝卸貨駁，不過起重能力比滾裝船上的大得多。提升機(jī)是在

15、垂直方向或較大的傾斜方向連續(xù)輸送貨物。輸送機(jī)是在水平方向或坡度不大的方向連續(xù)輸送貨物。這兩種機(jī)械多用在自卸船上或通過舷門進(jìn)行裝卸的船上。2.2 船舶起貨機(jī)吊桿組成船舶起貨機(jī)是遠(yuǎn)洋船舶甲板機(jī)械最典型的設(shè)備之一。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于管理，專業(yè)性強(qiáng)，不易掌握。船舶起貨機(jī)多采用傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，該控制方式故障率高，可靠性和可維護(hù)性差，靈活性和擴(kuò)展性也很差，所以有必要采用PLC控制技術(shù)來取代。吊桿裝置由吊桿、起重柱、牽索、千斤索和通用起貨機(jī)等組成，如圖2.1所示。吊桿裝置是船上傳統(tǒng)的起貨設(shè)備，雖然繩索繁多，操作麻煩，但因結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，成本低廉，至今仍被廣泛采用。圖2.1 吊桿裝置2.2.1

16、 單桿操作與雙桿操作用吊桿裝置裝卸貨物，有單桿操作和雙桿操作兩種方式。單桿操作是用一根吊桿進(jìn)行貨物的裝卸，吊桿吊起貨物后，拉動(dòng)牽索使貨物隨吊桿一起擺向舷外或貨艙口，然后放下貨物，再把吊桿轉(zhuǎn)回至原位，如此往返作業(yè)。裝卸時(shí)每次都要用牽索擺動(dòng)吊桿，所以效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。雙桿操作用兩根吊桿，一根置于貨艙口上空，另一根伸出舷外，兩吊桿用牽索固定在某一工作位置上。兩吊桿的起貨索則同連在一個(gè)吊鉤上。只要分別收、放兩起貨索，就可把貨物從船上卸至碼頭，或者把貨物從碼頭裝到船上。雙桿操作的裝卸效率比單桿操作高，勞動(dòng)強(qiáng)度也較輕。2.2.2 雙千斤索吊桿裝置和埃貝爾吊桿裝置改良型吊桿裝置是后來出現(xiàn)的。雙千斤索吊桿裝

17、置是由單桿操作的吊桿裝置改進(jìn)而成的，裝置中只有起貨索和兩組左右分開的千斤索。吊桿由一臺(tái)起貨絞車和兩臺(tái)千斤索絞車操縱，操作方便，裝卸效率也高。埃貝爾吊桿裝置是由雙桿操作的吊桿裝置改進(jìn)而成的，裝置中有起貨絞車、千斤索和牽索絞車?？梢越柚g車很快地把吊桿放在任何位置。同時(shí)還可以在吊桿的工作半徑范圍內(nèi)定點(diǎn)起吊和落放貨物，以提高裝卸效率。這是向貨物裝卸全自動(dòng)化前進(jìn)的重要一步。2.2.3輕型吊桿裝置和重型吊桿裝置吊桿裝置可分為輕型和重型兩類。起重量在10噸以下的為輕型吊桿裝置，超過10噸的為重型吊桿裝置。吊桿的起重量根據(jù)船舶的用途決定。一般干貨船的輕型吊桿單桿操作起重量為35噸，雙桿操作為1.53噸;萬噸

18、級(jí)干貨船的單桿操作起重量可至10噸,雙桿操作可至5噸?，F(xiàn)代多用途船要裝卸集裝箱，吊桿的起重量至少應(yīng)能吊得起20英尺的集裝箱（20噸）。重型吊桿是用來裝卸大型機(jī)械、機(jī)車車輛等重件大件貨物的，一般貨船上僅設(shè)置12根，起重量大多為1060噸，也有60150噸的，少數(shù)達(dá)300噸。一般干貨船每個(gè)貨艙都有兩根輕型吊桿；巨型干貨船每個(gè)貨艙往往設(shè)置四根輕型吊桿。2.3 船舶起貨機(jī)工作原理起貨機(jī)控制系統(tǒng)一般包括主令控制器、控制保護(hù)電路、主電路和保護(hù)檢測等環(huán)節(jié)，其原理方框圖如圖2.2所示。圖2.2 起貨機(jī)原理圖起重絞車、變幅絞車和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的,變頻器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電供應(yīng)變量無級(jí)調(diào)速的電機(jī)。變頻器和線

19、路單元連接,線路單元將交流矯正為直流來供變頻器工作。濾波器單元通過消除諧波和任何擾動(dòng)過程中可能發(fā)生電網(wǎng)波動(dòng)來保護(hù)電網(wǎng),電網(wǎng)允許兩個(gè)方向的功率流。操作步驟如下:(1)預(yù)加熱為保證變頻器和管路單元的正常工作,加熱風(fēng)機(jī)要確保起貨機(jī)工作作環(huán)境溫度保持在-10°以上。加熱風(fēng)機(jī)是通過電磁閥來進(jìn)行啟停的,當(dāng)起貨機(jī)工作環(huán)境溫度達(dá)到15°時(shí),預(yù)熱風(fēng)機(jī)停止工作。(2)啟動(dòng)步驟按下啟動(dòng)按鈕,主接觸器動(dòng)作,變頻器和風(fēng)機(jī)開始工作。制動(dòng)系統(tǒng)所用菜也開始工作,控制系統(tǒng)控制變頻器的工作狀態(tài)。(3)運(yùn)行操作步驟控制桿控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),制動(dòng)器釋放,允許拓展數(shù)是由傳感器的值控制的,最大速度就由貨物重量決定的

20、。控制系統(tǒng)連續(xù)的向變頻器發(fā)出期望速度值,然后變頻器相應(yīng)的控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。起升和變幅所用的時(shí)間取決于等加速度值,當(dāng)起貨機(jī)處于最大速度后,起貨機(jī)從制動(dòng)到完全停車需要相同的時(shí)間。(4)停車步驟按下停止按鈕,起貨機(jī)制動(dòng)開始,經(jīng)過制動(dòng)過程,起貨機(jī)完全停車。2.4 起貨機(jī)的控制要求起貨機(jī)的控制在保證滿足提升、下降、停車和調(diào)速基本工藝的前提下，工作效率和可靠性要高，且操作靈活。具體要求如下： 為加快啟動(dòng)過程，降低接觸器的斷開電流，當(dāng)手柄從零位快速扳到提升或下降的高速擋時(shí)，應(yīng)能逐級(jí)延時(shí)起動(dòng)，起動(dòng)時(shí)間應(yīng)小于2s。 為了減輕電磁制動(dòng)器的負(fù)擔(dān)，縮短制動(dòng)過程，當(dāng)手柄從高速擋快速扳到停車時(shí)，應(yīng)有三級(jí)制動(dòng)過程，即：轉(zhuǎn)速高時(shí)

21、的單獨(dú)電氣制動(dòng)；速度降低到一定值后的電氣與機(jī)械聯(lián)合制動(dòng)以及速度接近零時(shí)的單獨(dú)機(jī)械制動(dòng)，直到停車。另外，制動(dòng)時(shí)間應(yīng)小于1s。 下降貨物時(shí)，應(yīng)有電氣制動(dòng)以保證貨物勻速下降；在起動(dòng)時(shí)應(yīng)先接通低速繞組電源后才能松開電磁制動(dòng)器；在換擋過程中，起貨電機(jī)應(yīng)總有一個(gè)繞組通電，比如在提升貨物時(shí)，中速繞組通電低速繞組才能斷電，高速繞組通電，中速繞組才能斷電。 為了防止發(fā)生中速繞組和高速繞組的反接制動(dòng)，避免過大的沖擊電流，當(dāng)控制從提升高速擋快速扳到下降的高速擋時(shí)，應(yīng)首先實(shí)現(xiàn)從高速擋到零的自動(dòng)制動(dòng)停車過程，然后再實(shí)現(xiàn)零位到反方向高速擋的自動(dòng)起動(dòng)過程。 中速繞組通電時(shí)電磁制動(dòng)器不能抱閘，或者當(dāng)電磁制動(dòng)器抱閘時(shí)，中速和高

22、速繞組應(yīng)立即斷電。 當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行后才能起動(dòng)起貨機(jī)。風(fēng)機(jī)故障停止運(yùn)行時(shí)，起貨電動(dòng)機(jī)只能在低速狀態(tài)下運(yùn)行，以便放下貨物。 應(yīng)具有失壓保護(hù)，單相保護(hù)、過載保護(hù)和短路保護(hù)等保護(hù)措施。3變頻調(diào)速與PLC3.1 變頻調(diào)速的變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系： n =60 f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率、電機(jī)磁極對(duì)數(shù)）；通過改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式為：n=60f(1-s)/p 從上式可見，改變供電頻率f、電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)p及轉(zhuǎn)差率s均可達(dá)到改變轉(zhuǎn)速的目的。從調(diào)速的本質(zhì)來看，不同的調(diào)速方式無非是改

23、變交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速或不改變同步轉(zhuǎn)速兩種。 在生產(chǎn)機(jī)械中廣泛使用不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法有繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、斬波調(diào)速、串級(jí)調(diào)速以及應(yīng)用電磁轉(zhuǎn)差離合器、液力偶合器、油膜離合器等調(diào)速。改變同步轉(zhuǎn)速的有改變定子極對(duì)數(shù)的多速電動(dòng)機(jī)，改變定子電壓、頻率的變頻調(diào)速有能無換向電動(dòng)機(jī)調(diào)速等。 從調(diào)速時(shí)的能耗觀點(diǎn)來看，有高效調(diào)速方法與低效調(diào)速方法兩種：高效調(diào)速指時(shí)轉(zhuǎn)差率不變，因此無轉(zhuǎn)差損耗，如多速電動(dòng)機(jī)、變頻調(diào)速以及能將轉(zhuǎn)差損耗回收的調(diào)速方法（如串級(jí)調(diào)速等）。有轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方法屬低效調(diào)速，如轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法，能量就損耗在轉(zhuǎn)子回路中；電磁離合器的調(diào)速方法，能量損耗在離合器線圈中；液力偶合器調(diào)速，

24、能量損耗在液力偶合器的油中。一般來說轉(zhuǎn)差損耗隨調(diào)速范圍擴(kuò)大而增加，如果調(diào)速范圍不大，能量損耗是很小的。3.1.1 特點(diǎn)變頻調(diào)速一般具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)操作（如籠型電動(dòng)機(jī)也不用維護(hù)），可以保持調(diào)速的持續(xù)性，可以在電子回路中對(duì)相序進(jìn)行改變、可以對(duì)轉(zhuǎn)速的方向改變。其優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)時(shí)電流較小，可調(diào)節(jié)加減速度，電動(dòng)機(jī)可以高速化和小型化，防爆容易，保護(hù)功能齊全（比如過電壓和欠電壓保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)） 等。變頻調(diào)速的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，它應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、泵、攪拌機(jī)、擠壓機(jī)、精紡機(jī)和壓縮機(jī)，原因是節(jié)能效果顯著；它應(yīng)用于機(jī)床如車床、機(jī)械加工中心、鉆床、銑床、磨床，主要目的是提高生產(chǎn)率和質(zhì)量；它也廣泛應(yīng)用于其

25、他領(lǐng)域，如各種傳送帶的多臺(tái)電動(dòng)機(jī)同步、調(diào)速和起貨機(jī)械等。用PLC控制變頻器有兩種方法：一是模擬量控制，該方法很直觀而且簡單，對(duì)變頻器的I/O端子進(jìn)行利用，根據(jù)某個(gè)模擬量輸入對(duì)變頻器跟隨的速度進(jìn)行設(shè)置，就可以實(shí)現(xiàn)控制變頻器，但是每個(gè)模擬量通道都需要一個(gè)變頻器；二是通信，這樣的方法不但可以滿足控制變頻器，而且對(duì)運(yùn)行狀態(tài)下的變頻器進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取，簡單一點(diǎn)來看，就是把變頻器當(dāng)作一個(gè)設(shè)備，通信靠PLC來實(shí)現(xiàn)，對(duì)變頻器內(nèi)部的寄存器進(jìn)行讀寫，那就實(shí)現(xiàn)了控制變頻器的目的。當(dāng)然，變頻器當(dāng)中也存在一些數(shù)值型（比如電壓、頻率等等） 指令信號(hào)的輸入，大致分為模擬輸入與數(shù)字輸入兩種。盡管有關(guān)部門會(huì)定期對(duì)變頻器進(jìn)行檢查，但

26、由于在現(xiàn)實(shí)中由于運(yùn)行中變頻器會(huì)有量程過大、電流互感器容量大等多種特殊原因存在，所以變頻器經(jīng)常處于較慢運(yùn)行狀態(tài)從而形成惡性循環(huán)。3.1.2 測量方式變頻器輸出為基波頻率變化的PWM波，其測量方法與傳統(tǒng)的工頻正弦波測量有較大的區(qū)別。1、傳統(tǒng)的變頻器輸出380V、50Hz，是指其基波（正弦波）為380V、50Hz。變頻器實(shí)際輸出波形為PWM波，除了基波外，還包含載波信號(hào)。載波信號(hào)頻率要比基波高得多，且是方波信號(hào)，包含大量的高次諧波。2、普通萬用表一般只能測量4566Hz或45440Hz的交流正弦波。部分真有效值萬用表的測量頻率范圍要寬得多，許多人認(rèn)為可以用于變頻測量、測試。其實(shí)不然，因?yàn)檫@種表測量結(jié)

27、果把基波和載波都包含進(jìn)去了。比如上述變頻器，380V輸出時(shí)，測量結(jié)果一般在400V以上。3、用于變頻測試的儀表應(yīng)具備在各種PWM波形中分解出其基波的能力，嚴(yán)格測量需采用數(shù)字信號(hào)處理的方式，也就是高速采樣得到樣本序列，再對(duì)樣本序列進(jìn)行離散傅里葉變換，得到基波有幅值、相位及各次諧波的幅值和相位。4、也有一種思路認(rèn)為校準(zhǔn)平均值（MEAN）可以替代變頻器輸出PWM信號(hào)中的基波成分的有效值。校準(zhǔn)平均值在理論上等于正弦波的真有效值，等于正弦調(diào)制PWM波形的基波有效值，且實(shí)現(xiàn)簡單；因此，MEAN值在許多儀器儀表中用于替代正諧波的有效值（RMS）或PWM的基波有效值（H01）的測量。但是，變頻調(diào)速技術(shù)日新月異

28、，非正弦調(diào)制PWM的應(yīng)用越來越多，而且，一般變頻器使用者通常并不了解自己的變頻器采用何種調(diào)制模式，MEAN值在PWM測量中局限性越來越大。因此，變頻調(diào)速系統(tǒng)的電參數(shù)測試應(yīng)采用具備合適帶寬的變頻電量變送器（包括變頻電壓傳感器、變頻電流傳感器和電壓電流組合式的變頻功率傳感器）及寬頻功率分析儀（也稱變頻功率分析儀），寬頻功率分析儀對(duì)信號(hào)進(jìn)行高速交流采樣后進(jìn)行頻譜分析，可以實(shí)時(shí)運(yùn)算電壓、電流的基波有效值及基波功率，還可計(jì)算電壓、電流的真有效值、有功功率及相關(guān)諧波參數(shù)。3.2 PLC控制與變頻器的連接3.2.1 開關(guān)指令信號(hào)的輸入D系列交流電機(jī)電子制動(dòng)器是實(shí)現(xiàn)交流異步電機(jī)快速制動(dòng)的一種電子裝置。該裝置利

29、用電力電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的制動(dòng)，可以根據(jù)電機(jī)及負(fù)載情況設(shè)置不同的制動(dòng)電流；采用微控制器監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)的異常運(yùn)行能提供及時(shí)的保護(hù)；采用智能化的方法實(shí)時(shí)監(jiān)測電機(jī)速度，從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)時(shí)間的自動(dòng)調(diào)節(jié)；與電機(jī)主回路連接方便，并能和控制電路相互聯(lián)鎖，運(yùn)行安全可靠；具有制動(dòng)迅速、安全可靠、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，適用于單速電機(jī)，雙速及多速電機(jī)的快速制動(dòng)。3.2.2 數(shù)值信號(hào)的輸入PLC和變頻器兩者之間電壓的信號(hào)范圍不一樣時(shí)，比如：當(dāng)變頻器為010V的輸入信號(hào)時(shí)，而PLC為05V的輸出電壓信號(hào)范圍時(shí)；或PLC為010V的一側(cè)的輸出信號(hào)電壓范圍，而變頻器范圍為05V的輸入電壓信號(hào)時(shí)，由于晶體管

30、和變頻器的額定電流、電壓等限制因素，必須對(duì)限流電阻及分壓方式采用串聯(lián)的方式接入，以保證進(jìn)行開閉時(shí)不超過PLC和變頻器相應(yīng)的容量。此外，在連線時(shí)還應(yīng)注意將布線分開，保證主電路一側(cè)的噪聲不傳到控制電路。通常變頻器也可以向外部輸出相應(yīng)的監(jiān)測模擬信號(hào)，通過接線端子的方式，電信號(hào)的范圍通常為010V/5V及0/420mA電流信號(hào)。4 變頻器與PLC的應(yīng)用4.1 MM440變頻器變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用把電壓、頻率固定不變的交流電變成電壓、頻率都可調(diào)的交流電源。是由由主電路和控制帶電路組成的。主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供可控電源的電力轉(zhuǎn)換部分，變頻器的主電路分為兩類，其中電壓型是將電壓源的直流變換

31、為交流的變頻器，直流回路的濾波部分是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波部分是電感。它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的整流部分，吸收在轉(zhuǎn)變中產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的平波回路部分，將直流功率變換為交流功率的逆變部分?？刂齐娐肥墙o主電路提供控制信號(hào)的回路，它有決定頻率和電壓的運(yùn)算電路，檢測主電路數(shù)值的電壓、電流檢測電路，檢測電動(dòng)機(jī)速度的的速度檢測電路，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)放大的驅(qū)動(dòng)電路，以及對(duì)逆變器和電動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)的保護(hù)電路組成。現(xiàn)在大多數(shù)的變頻器基本都采用交直交方式(VVVF變頻或矢量控制)，將工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換為直流電源，再把直流電源轉(zhuǎn)換成近似于正弦波可控的交

32、流電以供給電動(dòng)機(jī)。三相交流電經(jīng)過VD1VD6整流后，正極經(jīng)過RL，RL在這里是防止電流忽然變大。經(jīng)過RL電流趨于穩(wěn)定，晶閘管觸點(diǎn)會(huì)導(dǎo)通。之后直流電壓加在了濾波電容CF1、CF2上，這兩個(gè)電容的作用是讓直流電波形變得更加平滑。之所以是兩個(gè)電容是由于一個(gè)電容的耐壓有限，所以用兩個(gè)電容串聯(lián)起來使用。均壓電阻R1、R2是讓CF1和CF2上的電壓一樣，兩個(gè)電容的容量不同的話，分壓就會(huì)不同，所以各并聯(lián)了一個(gè)均壓電阻。而中間的放電回路作用則是釋放掉感性負(fù)載啟動(dòng)或停止時(shí)的反電勢，用來保護(hù)逆變管V1V6和整流管VD1VD6。直流母線電壓加到V1V6六個(gè)IGBT上，基極由控制電路控制。控制電路控制某三個(gè)管子的導(dǎo)通

33、給電機(jī)繞組內(nèi)提供電流，產(chǎn)生磁場使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)4.1.1 測量方式變頻器輸出為PWM波，含有較多的高次諧波。變頻功率傳感器通過對(duì)輸入的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行交流采樣，再將采樣值通過電纜、光纖等傳輸系統(tǒng)與數(shù)字量輸入變頻功率分析儀，數(shù)字量輸入變頻功率分析儀對(duì)電壓、電流的采樣值進(jìn)行運(yùn)算，可以獲取電壓有效值、電流有效值、基波電壓、基波電流、諧波電壓、諧波電流、有功功率、基波功率、諧波功率等參數(shù)。4.1.2 工作原理主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，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

34、濾波是電感。 它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的整流器，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的平波回路。整流器大量使用的是二極管的變流器，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)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時(shí)間使6個(gè)開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。

35、以電壓型PWM逆變器為例示出開關(guān)時(shí)間和電壓波形?？刂齐娐肥墙o異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，它有頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測電路”，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的“驅(qū)動(dòng)電路”，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”組成。（1）運(yùn)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(hào)進(jìn)行比較運(yùn)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(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。（4）速度檢測電路:以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸機(jī)上的速度檢測器(tg、p

36、lg等)的信號(hào)為速度信號(hào)，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。（5）保護(hù)電路：檢測主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞4.1.3 MM440參數(shù)調(diào)試對(duì)于440變頻器的調(diào)試應(yīng)首先確認(rèn)變頻器的一些初始狀態(tài)，在確認(rèn)好電動(dòng)機(jī)與變頻器的連接后，利用內(nèi)控先用操作器來控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，首先需要設(shè)置以下參數(shù)：P0003=3，P0700=1，P1070=1050。設(shè)置完成后，可以把操作權(quán)交給操作器來手動(dòng)操作。在第一步順利完成后，應(yīng)首先對(duì)電動(dòng)機(jī)做快速調(diào)試，只有在這種模式下才可輸入電機(jī)參數(shù)，而做好快速調(diào)試有利于變頻器對(duì)電機(jī)參數(shù)的計(jì)算與優(yōu)化，但快速調(diào)試的前提

37、是變頻器的另一端是空電機(jī)，如聯(lián)有機(jī)械部分有可能造成變頻器對(duì)電機(jī)模型計(jì)算的不準(zhǔn)確，快速調(diào)試步驟如下：P0003=3 P0004=0 P0010=1(啟用快速調(diào)試)P0100=0 P0205=0 P0300=1P0304=電動(dòng)機(jī)額定電壓 P0305=額定電流 P0307=額定功率P0308=功率因數(shù) P0310=額定頻率 P0311=額定轉(zhuǎn)速P0335=0 P0640=過載倍數(shù) P0700=2(選擇命令源)P1000=2 P1080=0 P1082=50P1120=10 P1121=10 P1135=5P1300=0線性V/F控制 P1500=0 P1910=1P3900=1快速調(diào)試過后根據(jù)電機(jī)有

38、無編碼器還有變頻器所控制的電機(jī)的數(shù)量來選擇對(duì)電機(jī)的控制方式(P1300)。再把P1070設(shè)置為755，也就是選擇由模擬量輸入1來控制電機(jī)的速度給定，根據(jù)操作臺(tái)電位計(jì)的實(shí)際情況來選擇端子上的ADC1與ADC2兩個(gè)開關(guān)，010V打成OFF，020mA打成ON。如果選擇第5口數(shù)字輸入DIN1為給定允許的話，將P0701=1，選擇有了速度給定后電機(jī)的運(yùn)行方式為接通正轉(zhuǎn)，這樣就實(shí)現(xiàn)了變頻器速度的遠(yuǎn)程控制。對(duì)于點(diǎn)動(dòng)的控制應(yīng)首先根據(jù)設(shè)計(jì)中點(diǎn)動(dòng)所對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸入的端口，來選擇P701P708之間所對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸入的端口的參數(shù)，例如：端子的7和8口為正點(diǎn)與反點(diǎn)，應(yīng)把P703=99（BICO參數(shù)化），P704=99(

39、BICO參數(shù)化)，將P1055=722.2（正點(diǎn)動(dòng)使能），P1056=722.3（反點(diǎn)動(dòng)使能），這樣就可以通過外控來控制點(diǎn)動(dòng)了。通過改變P1058與P1059可改變點(diǎn)動(dòng)的頻率值，而改變P1060與P1061可改變點(diǎn)動(dòng)的響應(yīng)時(shí)間。模擬量輸出口：輸出類型為020mA。選擇P0771(0)=27，（第一組參數(shù)，將其修改為27）則將模擬量輸出1選擇為電流表模式，通過改變P2002的數(shù)值來修正電流表。將P0771(1)=21，（第二組參數(shù)選擇為21）則將模擬量輸出2定義為轉(zhuǎn)速表，通過改變P2000來確定轉(zhuǎn)速表的范圍，默認(rèn)為50Hz，而一般的變頻器調(diào)速均為050Hz，所以采用默認(rèn)值即可。4.2 西門子S7

40、-300 PLCSIMATIC S7-300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（0.60.1s）的指令運(yùn)算速度；用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算比較有效地實(shí)現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算；一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值；方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機(jī)對(duì)話的編程要求大大減少。SIMATIC人機(jī)界面（HMI）從S7-300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(dòng)地處理數(shù)據(jù)的傳送；CPU的智能化

41、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(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時(shí)，模塊更換，等等）；多級(jí)口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改；S7-300 PLC設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時(shí)，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強(qiáng)大的通信功能，S7-300 PLC可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。S7-300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來連接點(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng)；多點(diǎn)接口（MPI

42、）集成在CPU中，用于同時(shí)連接編程器、PC機(jī)、人機(jī)界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動(dòng)化控制系統(tǒng)。4.2.1 工作原理當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。（1）輸入采樣在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(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(gè)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)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入

43、是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。（2）用戶程序執(zhí)行在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或

44、系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。（3）輸出刷新當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同。另外，采用掃描用戶程序的運(yùn)行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運(yùn)行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時(shí)間對(duì)整

45、個(gè)運(yùn)行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。4.2.2 優(yōu)點(diǎn)（1）可靠PLC不需要大量的活動(dòng)元件和連線電子元件。它的連線大大減少。與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡單，維修時(shí)間短。Plc采用了一系列可靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如：冗余的設(shè)計(jì)。斷電保護(hù)，故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)。PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計(jì)的控制裝置，它具有比通用計(jì)算機(jī)控制更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡化的編程語言。編程出錯(cuò)率大大降低。（2）易操作PLC有較高的易操作性。它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點(diǎn)，一般不容易發(fā)生操作的錯(cuò)誤。對(duì)PLC的操作包括程序輸入和程序更改的操作。程序的輸入直接可接顯示，更改程序的

46、操作也可以直接根據(jù)所需要的地址編號(hào)或接點(diǎn)號(hào)進(jìn)行搜索或程序?qū)ふ?，然后進(jìn)行更改。PLC有多種程序設(shè)計(jì)語言可供使用。用于梯形圖與電氣原理圖較為接近。容易掌握和理解。PLC具有的自診斷功能對(duì)維修人員維修技能的要求降低。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快找到故障的部位。（3）靈活PLC采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程簡單、應(yīng)用面拓展。操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變量十分容易。4.2.3 安裝注意事項(xiàng)1. 輔助電源功率較小，只能帶動(dòng)小功率的設(shè)備(光電傳感器等);2. 一般PLC均有一定數(shù)量的占有點(diǎn)數(shù)(即空地址接線端子)

47、，不要將線接上;3. PLC存在I/O響應(yīng)延遲問題，尤其在快速響應(yīng)設(shè)備中應(yīng)加以注意;4.輸出有繼電器型，晶體管型(高速輸出時(shí)宜選用)，輸出可直接帶輕負(fù)載(LED指示燈等);5.輸入/斷開的時(shí)間要大于PLC掃描時(shí)間;6. PLC輸出電路中沒有保護(hù)，因此應(yīng)在外部電路中串聯(lián)使用熔斷器等保護(hù)裝置，防止負(fù)載短路造成損壞PLC;7.不要將交流電源線接到輸入端子上，以免燒壞PLC;8.接地端子應(yīng)獨(dú)立接地，不與其它設(shè)備接地端串聯(lián)，接地線裁面不小于2mm2;9.輸入、輸出信號(hào)線盡量分開走線，不要與動(dòng)力線在同一管路內(nèi)或捆扎在一起，以免出現(xiàn)干擾信號(hào)，產(chǎn)生誤動(dòng)作;信號(hào)傳輸線采用屏蔽線，并且將屏蔽線接地;為保證 信號(hào)可

48、靠，輸入、輸出線一般控制在20米以內(nèi);擴(kuò)展電纜易受噪聲電干擾，應(yīng)遠(yuǎn)離動(dòng)力線、高壓設(shè)備等。5 船舶起貨機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1 船舶起貨機(jī)PLC設(shè)計(jì)船舶起貨機(jī)主要由起升、變幅、旋轉(zhuǎn)組成，有重物起升控制手柄、變幅-旋轉(zhuǎn)控制手柄、吊臂、鉤頭、繩索、限位開關(guān)等機(jī)械部分，能完全實(shí)現(xiàn)船舶起貨機(jī)的工作狀況和操作方式。起升采用西門子交流變頻電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，變幅采用西門子交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)采用西門子步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。起貨機(jī)控制系統(tǒng)采用西門子S7-300 PLC，其系統(tǒng)如圖4.1 所示。圖4.1 系統(tǒng)原理圖控制過程如圖4.2 所示。PLC 通過功能模塊控制變頻器、交流伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。I /O 模塊具有模擬量接地、斷線檢測

49、功能。人機(jī)界面采用西門子觸摸屏TP270，它能夠?qū)崟r(shí)的顯示系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)、報(bào)警信息,工作人員通過它設(shè)置系統(tǒng)參數(shù),系統(tǒng)狀態(tài)還在柜體面板上以指示燈的方式顯示,方便工作人員檢查。它還可精確的實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的速度、負(fù)荷大小、運(yùn)行方向和運(yùn)行位置,使系統(tǒng)的可靠性提高。該系統(tǒng)采用PRORBUS總線技術(shù),將CPU、變頻器、功能模塊、人機(jī)界面TP270通過一條總線連接起來,便于實(shí)現(xiàn)集中管理控制。該系統(tǒng)具有逐級(jí)起動(dòng)、三級(jí)自動(dòng)制動(dòng)、逆轉(zhuǎn)矩控制、限位保護(hù)、防止貨物跌落、聯(lián)鎖控制和操作頻度限制,以及歷史參數(shù)查詢和維修時(shí)間提示等多種功能。該系統(tǒng)提供的保護(hù)功能有過載保護(hù)、缺相保護(hù)、超壓保護(hù)、欠壓保護(hù)等,極大的簡化了線路,

50、保障電機(jī)的運(yùn)行。整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性強(qiáng)、可靠性高,且操作靈活、擴(kuò)展方便。圖4.2 控制流程圖5.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能(1)起升機(jī)構(gòu)控制貨物上升和下降的速度有高速、中速、低速三檔。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)檔位速度區(qū)的無級(jí)調(diào)速。具體工作原理如下:操縱手柄檔位的切換改變了電位器(4.5Kf)的阻值,產(chǎn)生并發(fā)送速度設(shè)定模擬量信號(hào),PLC處理并發(fā)送4-20mA的信號(hào)給變頻器,進(jìn)而變頻器改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。(2)采用閉環(huán)控制機(jī)制控制起貨機(jī)起升、降落。磁脈沖傳感器將速度信號(hào)傳遞給PLC處理單元,PLC通過高速計(jì)數(shù)器模塊控制、顯示速度。加速度的值可通過觸摸屏設(shè)定,但加速度有限制范圍,不能超過最大允許值。如有應(yīng)急操作,例如手柄從

51、零檔停車位突然扳到高速檔,可以取消限制,讓速度在最短時(shí)間內(nèi)升到最大。(3)實(shí)現(xiàn)起貨機(jī)的逐級(jí)平滑起動(dòng)。操縱手柄突然從零位扳至高速檔位時(shí),要求電機(jī)線低速運(yùn)行,過1s后達(dá)到中速運(yùn)行,再過1.5s達(dá)到高速運(yùn)行。保證換檔時(shí)速度轉(zhuǎn)換連貫,不會(huì)有自由狀態(tài)現(xiàn)象和抱間現(xiàn)象發(fā)生,防止自由落貨和電機(jī)過載。(4)實(shí)現(xiàn)起貨機(jī)停車時(shí)的三級(jí)制動(dòng)。操縱手柄突然從高速檔位板到零位時(shí),電機(jī)迅速進(jìn)入低速檔位運(yùn)行狀態(tài),獲得再生制動(dòng);0.6s后剎車抱間,機(jī)械制動(dòng)和再生制動(dòng)共同進(jìn)行;再過0.3s低速檔位接觸器斷開,單純機(jī)械制動(dòng)直至停車。(5)實(shí)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)矩控制。在高速檔突然換向時(shí),例如從上升三檔突然切換到下降三檔時(shí),系統(tǒng)先進(jìn)行三級(jí)制動(dòng),在剎

52、車抱鬧0.5s后再反向自動(dòng)逐級(jí)平滑起動(dòng)。(6)具有短路保護(hù)、失壓保護(hù)、斷相保護(hù)及過熱保護(hù)功能。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)保護(hù)狀態(tài),電機(jī)立即緊急停車,診斷故障并修復(fù)后,將操縱手柄歸零,系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。(7)當(dāng)風(fēng)窗未打開時(shí),起貨機(jī)風(fēng)機(jī)起動(dòng)無效;而風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí),起貨機(jī)須自動(dòng)停止運(yùn)行。通過對(duì)電流的檢測判斷電機(jī)是否過載,如果電動(dòng)機(jī)過載,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到低速運(yùn)行狀態(tài),當(dāng)貨物重量超過最大允許值時(shí),禁止起升貨物,允許降下貨物。(8)起貨機(jī)滿載時(shí)不允許進(jìn)入高速運(yùn)行狀態(tài),系統(tǒng)可通過負(fù)荷檢測傳感器檢測電機(jī)電流,控制電機(jī)中、低速運(yùn)轉(zhuǎn)。系統(tǒng)有最大起升報(bào)警,當(dāng)貨物重量超過起貨機(jī)的最大起升能力時(shí),系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警,報(bào)警值可在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定。“變

53、幅機(jī)構(gòu)由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng),變幅和旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)成用一個(gè)手柄控制。通過控制該手柄,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的加速、減速、增幅、減幅。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)像起升系統(tǒng)類似的保護(hù)功能,像短路保護(hù)、過熱保護(hù)、失壓保護(hù)、單相保護(hù)、運(yùn)轉(zhuǎn)限位保護(hù)等功能,并具有自動(dòng)制動(dòng)功能。該系統(tǒng)釆用編碼器作為位置檢測元件,當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí),默認(rèn)變幅的中間位置為當(dāng)前位置。起貨機(jī)運(yùn)行時(shí),通過編碼器的脈沖信號(hào)確定系統(tǒng)的實(shí)際位置。5.3 船舶起貨機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起升、變幅、旋轉(zhuǎn)分別采用MM440 變頻器、FM354 伺服器和FM353 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和控制。MM440、FM354、FM353 使它們所驅(qū)動(dòng)的電機(jī)具有更多的工作方式、更好的調(diào)速性

54、能、更多的問題解決方案。通過PLC 直接控制變頻器運(yùn)行方式進(jìn)而控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)圖。通過變頻器參數(shù)將變頻器工作方式設(shè)定為端子操作, 并由PLC 輸出端口控制。PLC 的PWM 指令可直接與變頻器一起使用控制電機(jī)轉(zhuǎn)速, PLC 的PWM 輸出端和變頻器頻率設(shè)定輸入端之間需要電壓平滑接口電路。電壓平滑接口電路輸出電壓作為變頻器頻率設(shè)定端頻率設(shè)定值控制電機(jī)的工作, 達(dá)到變頻調(diào)速控制。系統(tǒng)具備欠壓、過壓、過載、缺相等電機(jī)運(yùn)行所需要的所有保護(hù)功能，其智能功能如矢量方式可以保證逆轉(zhuǎn)矩控制、剎車方式為再生制動(dòng)等，極大的簡化了電機(jī)控制線路。保證電機(jī)運(yùn)行更加安全和高效的同時(shí)減少了電機(jī)的維護(hù)工作量。船舶起貨機(jī)PLC 控制系統(tǒng)采用PROFIBUS 現(xiàn)場總線技術(shù)，把功能模塊、CPU、主站(TP270) 通過一根總線互連在一起，實(shí)現(xiàn)集中控制和管理. 這種基于RS-485 通訊協(xié)議的PROFIBUS 的使用使得控制線路更加簡單，通常情況下，從PLC到變頻器只需一根總線便可完成任何復(fù)雜的控制方式，比之以前繁雜的端子接線方式，線路故障的發(fā)生率