基于PLC和变频器的多电机同步控制系统的标准化设计.docx

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1、III基于PLC和变频器的多电机同步控制系统的标准化设计摘 要随着电力电子技术和自动控制技术等的飞速发展，电动机的调速已经从继电器控制时代发展到今天的由变频器控制调速的时代，且在工业各个领域中得到了极为广泛的应用。在工业控制实际生产工艺中，往往对多台电机的同步控制有了较高的要求。比如造纸工艺要求中设备传动时应保证纸在各部分传送时具有恒定的速度及恒定的张紧度，这就使多电机同步控制的研究有了必要性。本文重在阐述PLC和变频调速相关知识，并且利用该部分知识对由PC机、西门子PLC、变频器、异步电机等构成的多电机同步控制系统进行总结研究。文中通过RS485接口的USS协议实现了PLC与变频器的串行通信

2、， S7-200型PLC可以实时读取和设置变频器的相关参数，通讯速率较高。同时还详细讨论了上位机与西门子S7-200型PLC串口通信的条件以及运用高级语言编写PLC与PC机通信的接口程序原理等。利用PLC自由端口通信方式实现与上位机的串行数据传输，将变频器的信息通过S7-200实时传送到上位机中，实现了计算机与PLC的实时通信，利用PLC自身所具备的逻辑运算和数据处理功能。关键词：变频器，PLC，造纸机，同步控制，USS协议Standardized Design of The PLC and Inverter-based Multi-motor Synchronous Control Syst

3、emABSTRACTWith the rapid development of power electronics and automatic control technology, such as motor speed from the relay control era to todays era of speed control by inverter, and a very wide range of applications in various fields of industry. The actual production process in industrial cont

4、rol, often have high requirements for synchronous control of multiple motors. Such as papermaking process requires equipment in transmission should ensure that the paper with a constant speed and constant degree of tension in various parts of transmission, which makes the multi-motor synchronous con

5、trol of the study of necessity.This article focuses on elaborate knowledge of the PLC and frequency control, and the part of the knowledge constituted by the PC, Siemens PLC, inverter, induction motor and other multi-motor synchronous control system to summarize research. USS protocol via the RS485

6、interface the PLC and inverter serial communication, S7-200 PLC real-time read and set the drive parameters, the higher communication speed. Also discussed in detail the PC and Siemens S7-200 PLC serial port communication conditions as well as the use of high-level language to write the PLC and PC c

7、ommunication interface program principles. PLC free port communication with the host computer serial data transmission, the information of the inverter by the S7-200 real-time transmission to the host computer, the computer real-time communication with the PLC, the PLC itself with the logical operat

8、ors and data processing functions.KEY WORDS: inverter, PLC, paper machine, synchronous control, the USS protocol目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 课题研究的背景11.2 相关技术背景11.2.1 变频调速技术11.2.2 PLC技术21.2.3 西门子工业控制网络技术简介21.2.4 模糊控制技术32 变频调速技术分析与应用42.1 变频器的选择42.1.1 使用变频器的目的42.1.2 变频器的原理52.1.3 变频器的控制电路82.1.4 负载的分类92.1.5

9、 变频器容量的计算102.2 变频调速技术112.2.1 变频调速的定义112.2.2 变频调速的原理112.2.3 变频调速的现实意义122.3 变频调速控制系统133 可编程控制器的分析与应用143.1 可编程控制器简介143.2 PLC的工作原理及功能特点143.3 PLC控制系统的结构163.4 SIEMENS S7-200系列PLC173.4.1 西门子S7-200 PLC的功能概述173.4.2 西门子S7-200 PLC的工作模式183.4.3 S7-200 PLC网络的通信协议184 多电机同步控制系统的分析与设计204.1 控制方案研究204.2 系统硬件组成214.3 模糊

10、PID控制234.3.1 常规PID控制234.3.2 模糊控制简介244.3.3 模糊PID控制器254.3.4 模糊PID参数模糊调整原则254.4基于模糊PID补偿算法的同步控制264.5 电机转速测量314.6 软件编程324.6.1 误差部分程序324.6.2 PID部分控制程序324.6.3 模糊控制部分程序335 系统通信设计和实现345.1 PLC与变频器的通讯345.1.1 变频调速装置驱动设置345.1.2 通过USS协议实现PLC和变频器的通讯365.1.3 PLC控制变频器的程序设计375.2 PLC与监控计算机通讯的实现405.2.1 通讯方法选择405.2.2 PC

11、与PLC的通信硬件接线405.2.3 自由口模式下创建用户定义的通信方法415.2.4 自由口模式下S7-200 PLC与计算机的通信方法425.3 系统调试45致谢46参考文献4745基于PLC和变频器的多电机同步控制系统的标准化设计1 绪论1.1 课题研究的背景随着自动化控制理论、工业控制网络和计算机、通信网络技术的日益发展，电动机的调速已经从继电器控制时代发展到今天的由变频器控制调速的时代，且在工业各个领域中得到了极为广泛的应用。在塑料、印染以及造纸纺织等业生产中，往往具有很多个同步传动单机，每个机组都有各自独立的拖动系统。与此同时，又要求各单元间被加工物（布匹、纸张等）的运行线速度能够

12、步调一致，即实现同步运动。造纸设备虽然种类繁多，传动结构也各异，但从系统组成来看都是由压榨、烘干、压光、卷取等几大部分组成，各部分都有电机驱动。造纸工艺要求:设备传动时应保证纸在各部分传送时具有恒定的速度及恒定的张紧度。目前造纸设备实现这个要求的最佳控制方案是变频调速，最为常见的是由PLC控制变频器实现电动机的调速控制。鉴于以上背景提出的要求，本文确定研究基于PLC和变频器的多电机控制系统的设计方案，通过PLC对变频器的控制实现对电机的控制。变频调速是电机调速其中的一种。它不仅操作方便，故障率低，且节能效果明显，优于调压、变级、滑差、串级、整流子和液力偶合器等调速方案。变频调速的主要特点是：1

13、）占地空间小，轻便，易安装；2）控制方案多样，可手动，可以遥控，也可以通过PLC，PC机等链接达到自控；3）启动电流低，约为电机额定电流的1.7倍（电机启动电流为56倍额定电流），对电网设备冲击小；4）保护功能多样有过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护、瞬时停电保护等；5）抗干扰和降低噪音方面性能优越，设备使用寿命延长。1.2 相关技术背景1.2.1 变频调速技术变频调速具有高效率、宽范围和高精度等特点，是目前运用最广泛且最有发展前途的调速方式。交流电动机变频调速系统的种类很多，从早期提出的电压源型变频器开始，相继发展了电流源型，脉宽调制等各种变频器。目前变频调速的主要方案有：交交变频调速，

14、交直交变频调速，同步电动机自控式变频调速，正弦波脉宽调制（SPWM）变频调速，矢量控制变频调速等。变频调速系统由电力半导体变流器、电动机、控制、检测四部分组成。这四部分相互依存，共同作用，实现交流驱动的高精度、使用方便、低转矩脉动、低噪音、无传感器、小型化等性能指标。异步电动机变频调速具有调速范围广，平滑性较高，机械特性较硬的优点，可以方便地实现恒转矩或恒功率调速。1.2.2 PLC技术 PLC英文全名为Programable Logic Controller，即可编程控制器，包括逻辑运算、顺序控制、时序、计数以及算术运算等程序。它用一串指令形式存放在存储器中，然后根据存储的控制内容，经过模拟

15、、数字等输入输出部件，对生产设备与生产过程进行控制。一套典型的PLC通常包括CPU模块、电源模块和一些IO模块，这些模块被插在一块背板上。如果配置增加，可能会包括一个操作员界面、监控计算机、通信模块、软件以及一些可选的特殊功能模块。可编程控制器不仅容易安装，占用空间小，能源消耗小，带有诊断指示器可以帮助故障诊断，而且可以被重复使用到其他的项目中去。现在，尽管PLC的功能，如运行速度、接口种类、数据处理能力已经获得了很大的提高，但PLC一直保持了最初设计的原则，那就是简单之上的原则。 PLC通常根据CPU所带的IO点数的规模分为微型PLC、小型PLC、大型PLC、PC插卡式PLC以及PC兼容的P

16、LC。 PLC的技术不断发展取得了很大的成就，PLC控制系统应用的越来越广泛。过去PLC使用与离散过程控制，如开关、顺序运动执行等场所，但随着PLC的功能越来越强大，PLC也开始进入过程自动化领域。1.2.3 西门子工业控制网络技术简介 本研究中选用的都是西门子公司的产品，系统应用的是西门子公司的控制系统解决方案。所以下面介绍一下西门子的工业控制网络技术。 德国西门子公司提供了非常完整的工业网络控制方案，拥有三级网络架构的SIMATIC NET它包含了企业级、车间级、现场级通信网络。企业级负责企业的上层网络管理，为企业提供生产、管理数据。这一层中包括InternetIntranet等IT类技术

17、应用广泛。车间级通信网络介于企业级和现场级之间，主要是解决车间内需要协调工作的不同工艺段之间的通信，要求通信网络能够高速传递大量信息数据和少量控制数据，同时具有较强的实时性。现场级通信网络处于工业网络系统的最底层，直接连接现场的各种设备，如设备、传感器、变送器、变频与驱动等装置。这一层通信网络上主要传递控制信号，对网络实时性和确定性要求高。 西门子工业控制网络根据总线分为4种网络结构： 1）AS-i总线：其接口符合开放的国际标准EN50295，用于现场小数据量传送（开关量）。拥有规范的主一主通信协议以及设备的连接方式，保证不同厂商此规范设备的产品兼容性。 2）EIB总线：全称为European

18、 Installation Bus，是专门针对智能建筑领域的现场总线标准。具有分布、开放、灵活、互操作的特点。总线上智能化元件具有可通过编程改变的功能，即能独立进行开关、控制、监视等工作，也能根据要求进行多元件组合。与传统方式相比有更强的功能和更高的灵活性。协议开放可令不同厂商开发兼容产品。 3）PROFIBUS现场总线：对应国际标准IEC61158 Typel中标准，定义了串行总线的技术特征。PROFIBUS总线适用于工厂自动化、过程自动化以及交通、发电输配电等领域。 4）工业以太网PROFInet：现在的PROFInet规范是用于PROFIBUS纵向集成的、开放的、一致的综合系统解决方案。

19、它将工厂自动化和企业信息管理层技术有机的融为一体，同时又完全保留了PROFIBUS现有的开放型。1.2.4 模糊控制技术 模糊控制技术是近代控制理论中的一种高级策略和新颖技术。模糊控制技术基于模糊数学理论，通过模拟人的近似推理和综合决策过程，使控制算法的可控性、适应性和合理性提高，成为智能控制技术的一个重要分支。作为人工智能的一种新研究领域，模糊控制吸收借鉴了传统设计方法和其他新技术的精华，在诸多领域取得了长足的进展。在新型的电力电子和自动控制系统中，在把模糊控制系统与PID及模型参考自适应控制（MRAC）进行比较后证明了模糊控制方法的优越性。模糊控制作为一项正在发展的新技术，在全球信息化浪潮

20、的推动下，在未来的几十年中，必将对经济的迅猛发展注入新的活力。随着模糊控制理论研究的日益完善和深入，应用范围的日益扩大，模糊控制将给工控领域的发展开辟光明的应用前景，同时也给各领域的研究人员提出了更重大的任务。2 变频调速技术分析与应用变频调速技术近年来发展很快，变频器在节约电能的同时可以减少排放、降低能耗，理解并掌握变频器的控制具有十分重要的现实意义，而且现在越来越多的工业控制场合选用PLC和变频器用于电机的调速控制。2.1 变频器的选择变频器是把工频电源（50Hz或60Hz）变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。变频器的基本构成如图2-1所示，其主电路主要由整流电路、直流中

21、间电路和逆变电路三部分以及有关的辅助电路组成。逆变电路直流中间电路整流电路 交流电 交流电控制电路电网电源 频率和电压可调图2-1 变频器的基本结构框图2.1.1 使用变频器的目的变频器应用可分为用于传动调速和用于各种静止电源两大类。变频器的目的使用见表2-1。表2-1 变频器的应用效果应用效果用途应用方法以往调速方式节能鼓风机、泵。搅拌机、精纺机、挤压机l 调速运动l 采用工频电源恒速运转与采用变频器调速运转相结合l 采用工频电源恒速运转l 采用挡板、阀门控制l 机械式变速机l 液压连轴器省力化、自动化各种搬运机械l 多台电动机以比例速度运转l 联动运转、同步运转l 机械式变速减速机l 定子

22、电压控制l 电磁转差离合器控制提高产量机床、搬运机械、纤维机械、游梁式抽油机l 增速运转l 消除缓冲启动、停止l 对稠油降低冲次l 采用工频电源恒速运转l 定子电压控制l 带轮调速提高效率金属加工机械采用高频电动机进行高速直流发电机一电动机减少维修纺纱机、机床主轴传动、生产流水线、车辆传动取代直流电动机直流电动机提高产量机床、搅拌机、纤维机、制茶机选择无级的最佳速度运转采用工频电源恒速运转提高舒适性空调机采用压缩机调速运转，进行连续温度控制采用工频电源的通、断控制2.1.2 变频器的原理变频器可分为间接变频器和直接变频器两大类。问接变频器先将工频交流电源整流成电压大小可控的直流，再经过逆变器变

23、换成可变频率交流，由此也称交直交变频器；直接变频器则将工频交流一次性变换成可变频率交流，故可称交交变频器。目前以间接变频器应用较为广泛。本文所述变频器也属于这一类。1） 交-直-交变频器按照电压、频率的控制方式，交-直-交变频器有三种结构形式：a）可控整流器调压、逆变器调频方式。如图2-2（a）所示：其调压与调频功能分别在两个环节上实现，由控制电路协调配合，故结构简单、控制方便。由于装置输入环节采用可控整流，当低频低压运行时，移相触发角U很大，致使输入功率因数低下，此外逆变器多用晶闸管型2阶梯波，每周换流2次的逆变器，器件开关频率低输出谐波成分大，当然，可控器件如IGBT的出现使得PWM控制成

24、为可能，可以大大的改善其工作性能，但成本较高。b)不控整流器整流、斩波器调压、逆变器调频方式。如图2-2（b）所示：由于采用二极管整流，使输入功率因数提高。由于输出逆变环节功率器件采用晶闸管，仍有输出谐波成分大的弊病。c)不控整流器整流、脉宽调制型（PWM）逆变器同时实现调压调频方式。如图2-2(c）所示。此时除装置输入功率因数高，又因采用高开关频率的逆变器，输出谐波很小，性能优良。 AC DC AC AC 逆 变可控整流 50Hz f 调压 调频a） AC DC DC AC斩波器逆 变 不控整流 50Hz f 调压 调频b） AC DC AC PWM逆变不控整流 50Hz f 调压调频c）图

25、2-2 交-直-交变频器结构图2） 交-交变频器交-直-交变频器控制简单，所用晶闸管元件少，但它要经过两次能量转换损耗比较大，而且大部分变频器都用不可控器件作逆变开关，采用电容强迫换流，电路结构复杂。交-交变频器可直接将电网频率交流变成频率可调交流，无需中间直流环节，从而可提高整个变频装置的变换效率。又由于交一交变频器中晶闸管可利用交流电网实现电源自然换流，无需专门设计换流电路，简化了变流器结构。再由于这种变频器基本单元是由三相可逆整流装置所构成、每相装置均为两个反并联的三相整流器、变频器容量就由它们来分担，因此在不采用元件串、并联的条件下，可将交一交变频器容量做得很大，使这种变频器在大容量低

26、速同步电机的无齿系传动、大型线绕异步电机的超同步双馈调速，以及新型交流励磁变速恒频发电系统中得到了相当广泛的应用。交-交变频器输出的每一相都是由两组晶闸管可控整流器反并联的可逆线路构成。如图2-3所示。其中图（a）电路可控整流器进线侧接入了足够大滤波电感使输出电流近似方波，称电流源型；图（b）两组整流器直接反并联，构成电压源型电路。当正组工作在整流状态时，反组封锁。负载上电压为上（）下（一）。当反组处于整流状态而正组封锁时，u0为上（）下（）；两组交替工作就使负载上得到交流电压，如图（c）所示，其输出频率即为两组整流器的交替工作切换频率。由于交一交变频器输出的交流电压是经晶闸管整流后获得，晶闸

27、管利用了电网电压换流，其输出频率不能高于电网频率。通常最高输出频率被限制为电网频率的1/3-1/2。a）电流源型b）电压源型c）输出电压波形图2-3 交-交变频器原理图2.1.3 变频器的控制电路给异步电动机供电(电压、频率可调)的主电路提供控制信号的回路，称为控制电路。如图2-4所示，控制电路由以下电路组成：频率、电压的运算电路、丰电路的电压、电流检测电路，电动机的速度检测电路，将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路，以及逆变器和电动机的保护电路。图2.4 变频器控制电路在图2.4点划线内，无速度检测电路，为开环控制。在控制电路增加了速度检测电路，即增加速度指令，可以对异步电动机的速度进行控

28、制更精确的闭环控制。（1）运算电路将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。（2）电压、电流检测电路与主回路电位隔离检测电压、电流等。（3）驱动电路为驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使丰电路器件导通、关断。（4）I/0输入输出电路为了变频器更好人机交互，变频器具有多种输入信号的输入(比如运行、多段速度运行等)信号，还有各种内部参数的输出(比如电流、频率、保护动作驱动等)信号。（5）速度检测电路以装在异步电动轴机上的速度检测器(TG、PLG等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。（6）保护电路检测主电路的

29、电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。逆变器控制电路中的保护电路，可分为逆变器保护和异步电动机保护两种，表2-l为保护功能一览。表2-l 保护功能一览：保护对象保护功能逆变器保护瞬时过电流保护过载保护再生过电压保护瞬时停电保护接地过电流保护冷却风机保护异步电动机保护过载保护超频(超速)保护其它保护防止失速过电流防止失速再生过电压2.1.4 负载的分类变频器的选择对于控制系统的正常运行是非常关键的。选择变频器时必须要充分了解变频器所驱动的负载特性。电动机的功率与负载转矩和转速的积成比例为： （2.1）式中-功率（KW）-转矩

30、（Nm）-角速度（rad/s）-转速（r/min）根据转矩T与转速的关系，通常将生产机械负载分为三种类型见图2-4。 图2-4 负载转矩特性a）恒转矩负载b）恒功率负载c）平方转矩负载1）恒转矩负载恒转矩负载（T为定值）如图，负载转矩T与转速无关，任何转速下T总保持恒定或基本恒定，即使转速变化，转矩也不大变化。2）恒功率负载恒功率调速包含两种含义： a）负载具有恒功率的转矩一转速特性，恒功率的转矩一转速特性指的是负载在转速变化时需要电动机提供的功率为恒定。b）电动机具有输出恒功率能力，当电动机的电压随着频率的增加而升高时，若电动机的电压己经达到电动机的额定电压，继续增加电压有可能破坏电动机的绝

31、缘。为此，在电动机达到额定电压以后，即使频率增加仍维持电动机电压不变。这样电动机所能输出的功率由电动机的额定电压和额定电流的乘积所决定，不随频率的变化而变化，即具有恒功率特性。3）平方转矩负载平方转矩负载（T/n2为定值）如图，即随着转速的降低，转矩也变小。随着转速减小，转矩按转速的二次方减小。这种负载所需的功率与速度的三次方成正比。2.1.5 变频器容量的计算1) 根据电动机电流选择变频器容量变频器驱动异步电动机调速，在电机的容量确定并选定其型号以后，通常应根据电动机的额定电流来选择变频器，或者根据异步电动机实际运行中的电流值（最大值）来选择变频器。2) 容量选择注意事项a) 并联追加投入起

32、动用一台变频器使多台电动机并联运转时，如果所有电动机同时起动加速可按如前所述选择容量。但是对于一小部分电动机电动机开起后再追加投入其他电动机起动场合，此时变频器的电压、频率已经上升，追加投入的电动机将产生大的起动电流。因此，变频器容量与同时起动时相比需要大些。b) 大过载容量根据负载的种类往往需要过载容量大的变频器，但通用变频器过载容量通常多为12505，60s或150%，60s，需要超过此值的过载容量时必须增大变频器的容量。c) 轻载电动机电动机的实际负载比电动机的额定输出功率小时，多认为可选择与实际相称的变频器容量。但是对于通用变频器，即使实际负载小，使用比按电动机额定功率选择的变频器容量

33、小的变频器并不理想。根据系统综合考虑因素，选择西门子MM420型变频器，并且选用专门的变频调速电机。2.2 变频调速技术2.2.1 变频调速的定义由于异步电动机的转速表达式为：其中为定子电压频率，为电动机极对数，为转差率，为异步电动机的同步转速。根据上式，即异步电动机的转速，当极对数不变时，电动机转子转速与定子电源频率成正比，因此连续地改变供电电源的频率，就可以连续平滑地调节电动机的转速，这种调速方法称为变频调速。它具有较好的调速性能，是现代交流调速方法中具有重要意义的一种调速方法。通过改变定子供电频率来改变同步转速实现对异步电动机的调速，在调速过程中从高速到低速都可以保持有限的转差率，因而具

34、有高效率、宽范围和高精度的调速性能。可以认为，变频调速是异步电动机的一种比较合理和理想的调速方法。2.2.2 变频调速的原理在电动机调速时，一个重要的因素是希望保持每极磁通量为不变额定值。磁通太弱，没有充分利用电机的铁芯，是一种浪费；磁通太大，又会使铁芯饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。对于直流电阻，励磁系统是独立的，只要对电枢反应的补偿合适，保持不变是容易做到的。在交流异步电机时，磁通是由定子和转子磁势合成产生的，怎样才能保证磁通恒定呢？我们知道，异步电动机定子绕组每相感应电势为： (2.2)式中： 定子绕组等值匝数，1； 定子-绕组的实际匝数； 定子电源的频率；

35、气隙中的磁通量； 电机外加电压； 电机定子电流； 电机定子阻抗。如果略去定子阻抗电压降，则感应电动势近似等于定子外加电压 （2.3） 从上式可以看出，若定子端电压不变，则随着的升高，气隙磁通垂将减小。电机转矩为 （2.4）式中： 转子电流； 转子电路功率因数； 转矩常数。从电机转矩公式可看出的减小势必会导致电机允许输出转矩下降，使电机的利用率降低，同时，电机的最大转矩也将降低，严重时会使电机堵转。若维持定予端电压不变，而减小，则增加，将造成磁路过饱和，励磁电流增加，铁心过热，这是不允许的。为此在调频的同时需改变定子电压以维持气隙磁通不变。根据和的不同比例关系，将有不同的变频调速方式。电气传动自

36、动化是实现工业现代化的基础，而变频调速是电气传动自动化的一项核心技术。随着变频技术向多功能化方向发展，对变频调速系统的性能有着更广泛、更深层次上的要求。2.2.3 变频调速的现实意义自从19世纪80年代发明了三相交流异步电动机以来，由于其转子回路内的电流不必从外部通入，转子的结构极为简单坚固、易于维护。因而长期以来，在工农业设备中占有率始终处于绝对领先地位。然而，在调速方面，三相交流异步电动机竟长期处于“低能儿”的状态，因此，现实三相交流异步电动机无级调速，成为人们新的研究方向。在电力拖动领域，解决好三相交流异步电动机无级调速具有十分重要的意义：1）可以大大提高工农业生产设备的加工精度、工艺水

37、平以及工作效率等，提高产品的质量和数量；2）可以大大减少生产机械的体积和重量，减少金属的耗用量；3）对于风机和泵类负载，采用调速的方法，节电率可达到（2060）%。近年来，随着科技的进步、企业自动化程度的提高，对机械设备的要求不仅仅是性能稳定、操作方便，还应该尽可能地节约能源。变频器与交流电动机相配合，使交流传动系统具备了调速范围宽、稳速精度高、动态响应快、运行可靠性高的特点及良好的技术性能，特别是在节约能源方面起到了很大的作用，变频器的推广应用引起了人们的高度重视。2.3 变频调速控制系统变频调速系统框图如图2-5所示。图2-5 变频调速系统框图本系统采用PLC和变频器调节交流异步电机转速的

38、方法。给定的速度与经由PLC高速计数模块反馈回来的实际速度相减产生速度误差，经PLC运算可得控制量，再由RS-485接口输出到变频器以驱动交流电机，从而达到调节电机转速的目的。由于PLC与变频器之间没有采用D/A进行转换，而是采用了RS-485进行数字通信，有效地提高了系统的抗干扰能力。测速装置采用编码器克服了过去调速系统中采用测速发电机输出特性存在死区和非线性区，体积大，误差大等缺点。3 可编程控制器的分析与应用3.1 可编程控制器简介可编程序控制器（Programable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程序控制器主要用来代替继电器实现逻

39、辑控制，称可编程逻辑控制器（Programable Logic Controller），简称PLC随着技术的发展，这种装置的功能己经大大超过了逻辑控制的范围，不仅具有逻辑控制功能，而且还能实现数据运算、数据传输和处理等功能，使其真正成为一种电子计算机工业控制设备，因此，今天这种装置称作可编程序控制器，简称PC，但是为了避免与个人计算机（Personal computer）的简称PC混淆，所以仍将可编程序控制器简称为PLC。随着微电子技术、计算机技术和数字通信技术的高速发展，PLC产品高度融合了计算机产业最先进的技术与工业自动控制的经典理论，在其功能及性能指标上得以丰富和完善，从而突破了传统PL

40、C的概念，在中、小型控制领域内极大地扩展了其应用范围。在特定的范围内，高性能价格比己成为新型PLC的最突出的特点。PLC以其高可靠性、适应性强和使用方便等突出优点在自动化控制领域应用广泛。另外，PLC的制造成本不断下降，而其功能却不断增强。目前在先进工业国家中PLC已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有工业企业，诸如钢铁、冶金、采矿、水泥、石油、化工、轻工、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保、交通、建筑等各行各业。特别是轻工行业中，生产门类多、加工方式多变、产品更新换代快，PLC广泛应用在组合机床自动化生产线、专用机床、塑料机械、包装机械、电梯等电气设备中。PLC已跃居现代工业自动

41、化三大支柱(LC,ROBOT,CAD/CAM）的主导地位。PLC广泛的应用在以下领域：1）逻辑控制领域；2）运动控制领域；3）过程控制领域；4）数据处理领域；5）多级控制领域。3.2 PLC的工作原理及功能特点为了介绍PLC的工作原理我们在本节首先介绍PLC的基本结构，然后介绍PLC的工作原理，最后简单介绍一下PLC的主要功能和特点。1)PLC的基本结构可编程控制器的基本结构框图如图3-1示。可编程序控制器主要有CPU模块、输入模块、输出模块、编程装置和电源组成。2)PLC工作原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一

42、个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段，如图3-2所示。在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映像区中的相应单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映像区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。图3-1 PLC的基本结构图3-2 PLC的扫描周期3）PLC的主要功能和特点PLC的主要功能有：逻辑控制、定时控制、计数控制、步进（顺序）控制、PID控制、数据控制（PLC具有数据处理能力）、远程I/O功能、通信和联网；另外，有些PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，诸如定位控制模块，CRT模块等等。 可编程控制器（PLC）的主要特点如下： 1)高可靠性； 2)丰富的I/O接口模块： 3)采用模块化结构； 4)编程简单易学； 5)安装简单，维修方便。3.3 PLC控制系统的结构使用PLC可以构成多种形式的控制系统，下面介绍