無級調(diào)速PLC控制系統(tǒng)設(shè)計.doc

中北大學(xué)2012屆畢業(yè)設(shè)計說明書1前言1.1系統(tǒng)的背景及發(fā)展隨著現(xiàn)在社會科技的飛速發(fā)展，人們對生活各個方面品質(zhì)的要求也在不斷地提要，在速度運行方面，人們要求速度調(diào)節(jié)范圍廣，而且平緩，無級調(diào)速以其獨特的優(yōu)勢贏得新科技的青睞，各種各樣的無級調(diào)速方式涌現(xiàn)出來。無級變速與過去定比變速不同，主要有三大類：電氣無級調(diào)速、流體無級調(diào)速和機械無級調(diào)速。其中電氣無級調(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現(xiàn)調(diào)速。 其特點是調(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)電機速度實現(xiàn)無級調(diào)速的唯一手段，廣泛應(yīng)用于機械傳動領(lǐng)域，直流調(diào)速系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)和動態(tài)驅(qū)動特性，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、串級調(diào)速、變頻調(diào)速、換向器電動機、無換向器電動機調(diào)速等。實際應(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，向交流電動機供電，實現(xiàn)變頻調(diào)速。其特點是調(diào)速時平滑性好，效率高。低速時，特性靜關(guān)率較高，相對穩(wěn)定性好；調(diào)速范圍較大，精度高；起動電流低，對系統(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、維修簡便； 易于實現(xiàn)過程自動化；在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，低速段電動機的過載能力大為降低。流體無級調(diào)速是利用流體作為傳動介質(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。流體無級變速傳動具有運動慣性小，動作靈敏，制動迅速，運動平穩(wěn)，易于實現(xiàn)無級調(diào)速，可以獲得很大的調(diào)速比，而且在大功率、高承載場合易于實現(xiàn)自動化及控制等優(yōu)點， 目前已廣泛用于汽車、農(nóng)林業(yè)機械、環(huán)保機械、礦山機械、工業(yè)機器人驅(qū)動系統(tǒng)、太空探測機械等領(lǐng)域2。機械無級變速傳動機械無級變速器是利用固體作為中間介質(zhì)，作為一種通用傳動裝置主要應(yīng)用于機械化、自動化生產(chǎn)工藝流程中用以改善機械的工作性能。 結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強、傳動效率高、恒功率特性好、操作與維修方便。利用PLC與變頻器的組合，實現(xiàn)以脈沖信號改變頻率，進(jìn)而改變電動機的轉(zhuǎn)速，即為其中的一種方式，同時設(shè)置監(jiān)控平臺，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)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢1.2.1 可編程控制器可編程控制器簡稱PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(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)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中3。據(jù)統(tǒng)計，可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應(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)模單機順序控制，發(fā)展到包括過程控制、位置控制等場合的所有控制領(lǐng)域。自動化系統(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)場的各單機設(shè)備上，雖然它們大多處在強電電路和強電設(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)計的控制裝置，在設(shè)計和制造過程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施，故具有較強的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力、運行穩(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功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。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，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性5。長期以來，plc始終處于工業(yè)控制自動化領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供非?？煽康目刂品桨福cdcs和工業(yè)pc形成了三足鼎立之勢。同時，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。國內(nèi)plc市場仍以國外產(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在我國尚未形成制造產(chǎn)業(yè)化6。在plc應(yīng)用方面，我國是很活躍的，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。專家估計，2000年plc的國內(nèi)市場銷量為15-20萬套（其中進(jìn)口占90%左右），約25-35億元人民幣，年增長率約為12%。預(yù)計到2005年全國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自動化的早期，plc體積大而且價格昂貴。但在最近幾年，微型plc（小于32 i/o）已經(jīng)出現(xiàn)，價格只有幾百歐元。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控制的市場份額將逐步得到增長7。當(dāng)前，過程控制領(lǐng)域最大的發(fā)展趨勢之一就是Ethernet技術(shù)的擴(kuò)展，plc也不例外?，F(xiàn)在越來越多的plc供應(yīng)商開始提供Ethernet接口?？梢韵嘈?，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在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。1.2.2 變頻器變頻器主要用于交流電動機（異步電機或同步電機）轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，是公認(rèn)的交流電動機最理想、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，但目前在國內(nèi)應(yīng)用較多的是節(jié)能。中國是能耗大國，能源利用率很低，而能源儲備不足。在2003年的中國電力消耗中，6070為動力電，而在總?cè)萘繛?.8億千瓦的電動機總?cè)萘恐校挥胁坏?000萬千瓦的電動機是帶變頻控制的。據(jù)分析，在中國，帶變動負(fù)載、具有節(jié)能潛力的電機至少有1.8億千瓦。因此國家大力提倡節(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，可以大大提高電機轉(zhuǎn)速的控制精度，使電機在最節(jié)能的轉(zhuǎn)速下運行。以風(fēng)機水泵為例，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)機轉(zhuǎn)速降低時，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，許多變動負(fù)載電機一般按最大需求來生產(chǎn)電動機的容量，故設(shè)計裕量偏大。而在實際運行中，輕載運行的時間所占比例卻非常高10。如采用變頻調(diào)速，可大大提高輕載運行時的工作效率。因此，變動負(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，由于中國大面積缺電，電力投資將持續(xù)增長，同時，國家電改方案對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，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，中國的設(shè)備控制水平與發(fā)達(dá)國家相比還比較低，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、動態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點，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、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廣闊市場和應(yīng)用趨勢。帶有變頻控制的冰箱、洗衣機、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12。國內(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，變頻器在這種場合應(yīng)用最重要的要求是可靠性，國產(chǎn)變頻器占國內(nèi)市場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)上來看要簡單得多，由于國內(nèi)廠家大部分都是手工作坊式的生產(chǎn)，工藝欠佳，檢測手段有限，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，國外的產(chǎn)品比國內(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)，至今在國內(nèi)這仍是一個空白13。變頻器技術(shù)的另外一個層面是應(yīng)用技術(shù)。多年來，國家經(jīng)貿(mào)委一直會同國家有關(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扶持，組織了變頻調(diào)速技術(shù)的評測推薦工作，并把推廣應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)作為風(fēng)機、水泵節(jié)能技改專項的重點投資方向，同時鼓勵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、水泵節(jié)能中心，開展信息咨詢和培訓(xùn)。19951997年，3年間我國風(fēng)機、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，我國變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)取得了相當(dāng)大的成績，每年有數(shù)十億元的銷售額，說明我國的變頻器應(yīng)用已非常廣泛。從簡單的手動控制到基于RS一485網(wǎng)絡(luò)的多機控制，與計算機和PLC聯(lián)網(wǎng)組成復(fù)雜的控制系統(tǒng)。在大型綜合自動化系統(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控制，其控制的復(fù)雜性、控制精度和動態(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，同時這也是國民經(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)自動化軟件科技有限公司研發(fā)的一套基于Windows平臺的，用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測、前端數(shù)據(jù)的處理與控制，可運行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/xp等操作系統(tǒng)。 它具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強的突出特點。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)場采集、數(shù)據(jù)處理和控制的設(shè)備。用戶只需要通過簡單的模塊化組態(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)場采集站、人機界面等專用設(shè)備15。過去工業(yè)控制計算機系統(tǒng)的軟件功能都靠軟件人員編程實現(xiàn)。工作量大，軟件通用性差，且易產(chǎn)生錯誤。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)運而生，它是一套功能齊全的組態(tài)生成工具軟件，通用性強，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)用對象只需改變數(shù)據(jù)實體即可16。目前國內(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，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的選擇為實驗我們選擇松下FP系列可編程控制器，其有以下特點。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、圓弧插補型（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器中，然后CPU根據(jù)系統(tǒng)所賦予的功能（系統(tǒng)程序存儲器的解釋編譯程序），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)存儲器中或輸入映象寄存器。然后由CPU把數(shù)據(jù)和程序有機地結(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)存儲器中，然后輸出到輸出接口、控制外部驅(qū)動器。組成：CPU由控制器、運算器和寄存器組成。這些電路集成在一個芯片上。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存儲器具有記憶功能的半導(dǎo)體電路。分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)程序存儲器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序，監(jiān)控程序以及對用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲器、ROM組成。廠家使用的，內(nèi)容不可更改，斷電不消失19。用戶存儲器：分為用戶程序存儲區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。由隨機存取存儲器（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：光電耦合器由兩個發(fā)光二極度管和光電三極管組成。發(fā)光二級管：在光電耦合器的輸入端加上變化的電信號，發(fā)光二極管就產(chǎn)生與輸入信號變化規(guī)律相同的光信號。光電三級管：在光信號的照射下導(dǎo)通，導(dǎo)通程度與光信號的強弱有關(guān)。在光電耦合器的線性工作區(qū)內(nèi)，輸出信號與輸入信號有線性關(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。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。也就是通過輸入接口電路把外部的開關(guān)信號轉(zhuǎn)化成PLC內(nèi)部所能接受的數(shù)字信號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1，有電流流過，繼電器線圈有電流，然后常開觸點閉合，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0，則沒有電流流過，繼電器線圈沒有電流，然后常開觸點斷開，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使負(fù)載動作或不動作23。三種類型：繼電器輸出：有觸點、壽命短、頻率低、交直流負(fù)載晶體管輸出：無觸點、壽命長、直流負(fù)載晶閘管輸出：無觸點、壽命長、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。我們實驗室使用的就是手持編程器。二種是通過PLC的RS232口。與計算機相連。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)容也不會改變，輸入狀態(tài)的變化只有在下一個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，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，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)行運算，運算的結(jié)果再存入元件映象寄存器中。對于元件映象寄存器來說，其內(nèi)容會隨程序執(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)動外部負(fù)載。因此，PLC在一個掃描周期內(nèi)，對輸入狀態(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，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段才對輸入狀態(tài)進(jìn)行重新采樣。這方式稱為集中采樣，即在一個掃描周期內(nèi)，集中一段時間對輸入狀態(tài)進(jìn)行采樣27。在用戶程序中如果對輸出結(jié)果多次賦值，則最后一次有效。在一個掃描周期內(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。對于小型PLC，其I/O點數(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工作時大多數(shù)時間與外部輸入/輸出設(shè)備隔離，從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強了系統(tǒng)的可靠性。而對于大中型PLC，其I/O點數(shù)較多，控制功能強，用戶程序較長，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的輸入端輸入信號發(fā)生變化到PLC輸出端對該輸入變化作出反應(yīng)，需要一段時間，這種現(xiàn)象稱為PLC輸入輸出響應(yīng)滯后。對一般的工業(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)動器件的動作時間帶來輸出延遲，同時還與程序設(shè)計有關(guān)。滯后時間是設(shè)計PLC應(yīng)用系統(tǒng)時應(yīng)注意把握的一個參數(shù)29。 目前典型的PLC功能有下面幾點。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、印刷機械、訂書機械，切紙機、組合機床、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?？删幊炭刂破饔蠥/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)有四則運算指令，可以很方便地對生產(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)電動機，實現(xiàn)對各種機械的位置控制。通信聯(lián)網(wǎng)：某些控制系統(tǒng)需要多臺PLC連接起來使用或者由一臺計算機與多臺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處可用信號控制運行頻率。NO.8:頻率設(shè)定信號切換輸入端子（SW2）（OFF:PWM信號，ON:用P09的參數(shù)的設(shè)定信號進(jìn)行控制）NO.9:PWM信號輸入端子注1） 用PWM信號進(jìn)行輸出頻率控制，必須設(shè)定P22,23,24的參數(shù)。 注2） PWM信號用晶體管（Tr）,請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信號進(jìn)行操作控制，放棄操作面板操作。運用外控輸入信號進(jìn)行運行/停止和正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)?？蛇x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頻率信號選擇。注：選擇PWM頻率信號時，SW2(端子NO.8)和SW3(端子NO.9)的功能將強制性變?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:頻率信號切換輸入端子 ON:用參數(shù)P09設(shè)定的信號 OFF:PWM頻率信號2) 端子NO.9:PWM頻率信號輸入端子 圖2.4 控制電路端子PWM信號與頻率指令值之間的關(guān)系圖2.5 PWM信號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信號平均次數(shù)，設(shè)定P23=50,PWM信號周期設(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。假定ON的時間為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)造和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺上運行，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，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，比以往使用專用機開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更具有通用性，在自動化領(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l 概念簡單，易于理解和使用。普通工程人員經(jīng)過短時間的培訓(xùn)就能正確掌握、快速完成多數(shù)簡單工程項目的監(jiān)控程序設(shè)計和運行操作。用戶可避開復(fù)雜的計算機軟硬件問題，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)化的上位機監(jiān)控系統(tǒng)。l 功能齊全，便于方案設(shè)計。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（數(shù)據(jù)采集）到數(shù)據(jù)處理、報警處理、流程控制、動畫顯示、報表輸出、曲線顯示等各個環(huán)節(jié)，均有豐富的功能組件和常用圖形庫可供選用，用戶只需根據(jù)工程作業(yè)的需要和特點，進(jìn)行方案設(shè)計和組態(tài)配置，即可生成用戶應(yīng)用軟件系統(tǒng)。l 實時性與并行處理。MCGS充分利用了Windows操作平臺的多任務(wù)、按優(yōu)先級分時操作的功能，使PC機廣泛應(yīng)用于工程測控領(lǐng)域成為可能。工程作業(yè)中，大量的數(shù)據(jù)和信息需要及時收集，即時處理，在計算機測控技術(shù)領(lǐng)域稱其為實時性任務(wù)關(guān)鍵任務(wù)，如數(shù)據(jù)采集、設(shè)備驅(qū)動和異常處理等。另外許多工作則是非實時性的，或稱為非時間關(guān)鍵任務(wù)，如畫面顯示，可在主機運行周期時間內(nèi)插空進(jìn)行。而像打印數(shù)據(jù)一類的工作，可運行于后臺，稱為脫機作業(yè)。MCGS是真正的32位系統(tǒng)，可同時運行于Microsoft Windows95，98和Microsoft Windows NT平臺，以線程為單位進(jìn)行分時并行處理。l 建立實時數(shù)據(jù)庫，便于用戶分步組態(tài)，保證系統(tǒng)安全可靠運行。MCGS組態(tài)軟件由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五部分構(gòu)成。其中的“實時數(shù)據(jù)庫”是整個系統(tǒng)的核心。在生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)時，每一部分均可分別進(jìn)行組態(tài)配置，獨立建造，互不相干；而在系統(tǒng)運行過程中，各個部分都通過實時數(shù)據(jù)庫交換數(shù)據(jù)，形成互相關(guān)聯(lián)的整體。實時數(shù)據(jù)庫是一個數(shù)據(jù)處理中心，是系統(tǒng)各個部分及其各種功能性構(gòu)件的公用數(shù)據(jù)區(qū)。各個部件獨立地向?qū)崟r數(shù)據(jù)庫輸入和輸出數(shù)據(jù)，并完成自己的差錯控制。l 設(shè)立“設(shè)備工具箱”，針對外部設(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，即可實現(xiàn)對該種設(shè)備的驅(qū)動和控制。不同的設(shè)備對應(yīng)于不同的構(gòu)件，所有的設(shè)備構(gòu)件均通過實時數(shù)據(jù)庫建立聯(lián)系，而建立時又是相互獨立的，即對某一構(gòu)件的操作或改動，不影響其它構(gòu)件和整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，從這一意義上講，MCGS是一個“設(shè)備無關(guān)”的系統(tǒng)，用戶不必因外部設(shè)備局部改動，而影響整個系統(tǒng)。l “面向窗口”的設(shè)計方法，增加了可視性和可操作性。以窗口為單位，構(gòu)造用戶運行系統(tǒng)的圖形界面，使得MCGS的組態(tài)工作既簡單直觀，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畫效果的工具條和狀態(tài)條。l 利用豐富的“動畫組態(tài)”功能，快速構(gòu)造各種復(fù)雜生動的動態(tài)畫面。以圖象、圖符、數(shù)據(jù)、曲線等多種形式，為操作員及時提供系統(tǒng)運行中的的狀態(tài)、品質(zhì)及異常報警等有關(guān)信息。用變化大小、改變顏色、明暗閃爍、移動翻轉(zhuǎn)等多種手段，增強畫面的動態(tài)顯示效果。圖元、圖符對象定義相應(yīng)的狀態(tài)屬性，即可實現(xiàn)動畫效果。同時，MCGS為用戶提供了豐富的動畫構(gòu)件，模擬工程控制與實時監(jiān)測作業(yè)中常用的物理器件的動作和功能。每個動畫構(gòu)件都對應(yīng)一個特定的動畫功能。如：實時曲線構(gòu)件、歷史曲線構(gòu)件、報警顯示構(gòu)件、自由表格構(gòu)件等。l 引入“運行策略”的概念。復(fù)雜的工程作業(yè)，運行流程都是多分支的。用傳統(tǒng)的編程方法實現(xiàn)，既繁瑣又容易出錯。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，實現(xiàn)自由、精確地控制運行流程，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，與實時數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。同時，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，且各自獨立。三種基本類型的構(gòu)件（設(shè)備構(gòu)件、動畫構(gòu)件、策略構(gòu)件）完成了MCGS系統(tǒng)三大部分（設(shè)備驅(qū)動、動畫顯示和流程控制）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)的存儲不再使用普通的文件，而是用數(shù)據(jù)庫來管理一切。組態(tài)時，系統(tǒng)生成的組態(tài)結(jié)果是一個數(shù)據(jù)庫；運行時，數(shù)據(jù)對象、報警信息的存儲也是一個數(shù)據(jù)庫。利用數(shù)據(jù)庫來保存數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的可靠性和運行效率，同時，也使其它應(yīng)用軟件系統(tǒng)能直接處理數(shù)據(jù)庫中的存盤數(shù)據(jù)。l 設(shè)立“對象元件庫”，解決了組態(tài)結(jié)果的積累和重新利用問題。所謂對象元件庫，實際上是分類存儲各種組態(tài)對象的圖庫。組態(tài)時，可把制作完好的對象（包括圖形對象，窗口對象，策略對象，以至位圖文件等等）以元件的形式存入圖庫中，也可把元件庫中的各種對象取出，直接為當(dāng)前的工程所用。隨著工作的積累，對象元件庫將日益擴(kuò)大和豐富，組態(tài)工作將會變得越來越簡單方便。l 提供對網(wǎng)絡(luò)的支持?？紤]到工控系統(tǒng)今后的發(fā)展趨勢，MCGS充分運用現(xiàn)今發(fā)展的DCCW(Distributed Computer Cooperator Work)技術(shù)，即分布式計算機協(xié)同工作方式，來使分散在不同現(xiàn)場之間的采集系統(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時交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對工控系統(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)境和運行環(huán)境兩個部分。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)果是一個數(shù)據(jù)庫文件，稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫。運行環(huán)境是一個獨立的運行系統(tǒng)，它按照組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫中用戶指定的方式進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計的目標(biāo)和功能。運行環(huán)境本身沒有任何意義，必須與組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫一起作為一個整體，才能構(gòu)成用戶應(yīng)用系統(tǒng)。一旦組態(tài)工作完成，運行環(huán)境和組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫就可以離開組態(tài)環(huán)境而獨立運行在監(jiān)控計算機上。組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫完成了MCGS系統(tǒng)從組態(tài)環(huán)境向運行環(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、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五個部分構(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“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的單機版中，每個應(yīng)用系統(tǒng)只能有一個主控窗口和一個設(shè)備窗口，但可以有多個用戶窗口和多個運行策略，實時數(shù)據(jù)庫中也可以有多個數(shù)據(jù)對象。MCGS用主控窗口、設(shè)備窗口和用戶窗口來構(gòu)成一個應(yīng)用系統(tǒng)的人機交互圖形界面，組態(tài)配置各種不同類型和功能的對象或構(gòu)件，同時可以對實時數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理。l 實時數(shù)據(jù)庫是MCGS系統(tǒng)的核心實時數(shù)據(jù)庫相當(dāng)于一個數(shù)據(jù)處理中心，同時也起到公用數(shù)據(jù)交換區(qū)的作用。MCGS用實時數(shù)據(jù)庫來管理所有實時數(shù)據(jù)。從外部設(shè)備采集來的實時數(shù)據(jù)送入實時數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)其它部分操作的數(shù)據(jù)也來自于實時數(shù)據(jù)庫。實時數(shù)據(jù)庫自動完成對實時數(shù)據(jù)的報警處理和存盤處理，同時它還根據(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)行實時處理。因此，實時數(shù)據(jù)庫所存儲的單元，不單單是變量的數(shù)值，還包括變量的特征參數(shù)（屬性）及對該變量的操作方法（報警屬性、報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)對象。實時數(shù)據(jù)庫采用面向?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，以及運行流程、菜單命令、特性參數(shù)和啟動特性等項內(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，實現(xiàn)對外部設(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，送入實時數(shù)據(jù)庫，或把實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)輸出到外部設(shè)備。一個應(yīng)用系統(tǒng)只有一個設(shè)備窗口，運行時，系統(tǒng)自動打開設(shè)備窗口，管理和調(diào)度所有設(shè)備構(gòu)件正常工作，并在后臺獨立運行。注意對用戶來說，設(shè)備窗口是不可見的。l 用戶窗口實現(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象：圖元、圖符和動畫構(gòu)件。圖元和圖符對象為用戶提供了一套完善的設(shè)計制作圖形畫面和定義動畫的方法。動畫構(gòu)件對應(yīng)于不同的動畫功能，它們是從工程實踐經(jīng)驗中總結(jié)出的常用的動畫顯示與操作模塊，用戶可以直接使用。通過在用戶窗口內(nèi)放置不同的圖形對象，搭制多個用戶窗口，用戶可以構(gòu)造各種復(fù)雜的圖形界面，用不同的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)和流程的“可視化”。組態(tài)過程中的多個用戶窗口，最多可定義512個。所有的用戶窗口均位于主控窗口內(nèi)，其打開時窗口可見；關(guān)閉時窗口不可見。允許多個用戶窗口同時處于打開狀態(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普通的最大化顯示窗口等等。多個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 運行策略是對系統(tǒng)運行流程實現(xiàn)有效控制的手段運行策略本身是系統(tǒng)提供的一個框架，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”，通過對運行策略的定義，使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件操作實時數(shù)據(jù)庫、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，從而實現(xiàn)對外部設(shè)備工作過程的精確控制。一個應(yīng)用系統(tǒng)有三個固定的運行策略：啟動策略、循環(huán)策略和退出策略，同時允許用戶創(chuàng)建或定義最多512個用戶策略。啟動策略在應(yīng)用系統(tǒng)開始運行時調(diào)用，退出策略在應(yīng)用系統(tǒng)退出運行時調(diào)用，循環(huán)策略由系統(tǒng)在運行過程中定時循環(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，一個應(yīng)用系統(tǒng)由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五個部分組成。組態(tài)工作開始時，系統(tǒng)只為用戶搭建了一個能夠獨立運行的空框架，提供了豐富的動畫部件與功能部件。如果要完成一個實際的應(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)，形成一個有豐富功能可實際應(yīng)用的工程；然后，把組態(tài)環(huán)境中的組態(tài)結(jié)果提交給運行環(huán)境。運行環(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完成一個實際的應(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的運行環(huán)境下運行。本章逐步介紹在MCGS組態(tài)環(huán)境下構(gòu)造一個用戶應(yīng)用系統(tǒng)的過程，以便對MCGS系統(tǒng)的組態(tài)過程有一個全面的了解和認(rèn)識。這些過程包括：l 工程整體規(guī)劃l 工程建立l 構(gòu)造實時數(shù)據(jù)庫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)運行策略l 組態(tài)結(jié)果檢查l 工程測試l新工程的提交3 系統(tǒng)調(diào)試3.1 變頻器與電動機變頻器與電動機的接線方式:圖3.1 變頻器與電動機的接線方式接線時注意事項：1） 將電源連接到輸入端子（L,N）上，電動機連接到輸出端子（U,V,W）上。2） 電源和電動機的端子請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（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)運行：正轉(zhuǎn)運行/反轉(zhuǎn)運行方式、運行/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，連接電動機，通過頻率變化，控制電機的轉(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)運行/反轉(zhuǎn)運行方式（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鍵則開始運行。按下STOP鍵為停止運行。注：僅按下RUN鍵時不會運行。當(dāng)頻率設(shè)定為數(shù)字設(shè)定方式時，MOP功能不能使用。2） 運行/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。（出廠時已設(shè)定為正轉(zhuǎn)狀態(tài)）然后，按下RUN鍵使其開始運行，按下STOP鍵使其停止運行。本次變頻器操作運用操作板運行操作：正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)功能：正轉(zhuǎn)運行/反轉(zhuǎn)運行（參數(shù)P08=1）頻率設(shè)定 ：電位器設(shè)定（參數(shù)P09=0）此時運行頻率為25赫茲時的正轉(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)為運行指令（按下RUN鍵，雖已變?yōu)檫\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)動頻率設(shè)定鈕，使電動機開始運行，當(dāng)顯示為25.0時，即在25赫茲下運行）狀態(tài)為改變頻率（將頻率設(shè)定鈕向右轉(zhuǎn)動，使之達(dá)到50赫茲，電動機旋轉(zhuǎn)速度上升，將達(dá)到50赫茲）狀態(tài)為停止指令（按下STOP鍵，電機開始轉(zhuǎn)速，約5秒后停止）狀態(tài)為。反轉(zhuǎn)運行操作一致，狀態(tài)出現(xiàn)正常，可通過頻率改變實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的變化，但是操作比較麻煩，人力需要多。3.2 PLC、變頻器和電動機添加PLC控制變頻器，再間接改變電動機的轉(zhuǎn)速。3.2.1 PLC設(shè)置PLC要實現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止等，通過按鈕實現(xiàn)相關(guān)的操作。1） 確定 I/O點數(shù) 正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止三個外部按鈕是PLC的輸入變量，接在三個輸入端子上，分配為X0、X1、X2；輸入數(shù)據(jù)端接另一個端子，接入到寄存器中；輸出有三個繼電器K0、K1、K2，它們是PLC的輸出端所要控制的設(shè)備，要占三個輸出端子，分配為Y0、Y1、Y2。整個系統(tǒng)需要用7個I/O點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，是由內(nèi)部“軟開關(guān)”代替，不占用I/O點。2） 梯形圖圖 3.2 電機正、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，所以選擇外控運行。變頻器與電動機接線方式不變，外控接線時需要注意：1）控制信號線請使用屏蔽線，并與動力線和強電電路分離布線。（20cm以上）控制信號線的接線長度應(yīng)在30m以下。2）因為控制電路的輸入信號為微小信號，為防止接點輸入時接觸不良，請將兩個微小信號接點并列，使用雙接線。3）在控制端子NO.5-9處請連接無電壓接點信號或開路式集電極信號。（施加電壓時會導(dǎo)致故障）4）用開路式集電極輸出驅(qū)動感應(yīng)負(fù)荷時，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的三個輸出端子Y0、Y1、Y2分別接至NO.5、NO.6、NO.9三個端子。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，改變頻率輸入信號，控制電機的轉(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信號輸入點為Y2的連接點。同時參數(shù)P09的數(shù)據(jù)設(shè)定為“4”。Y2接NO.9端口。 圖3.5 PWM信號輸入端子3.2.4 外控操作當(dāng)利用PLC進(jìn)行遙控操作時，以下操作：1）將運行/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