PLC与变频调速控制器接口信号研究

摘要本课题是基于采用什么样的PLC与变频器的控制设计所进行的总结。当今的中国，工业自动化控制在日新月异的发展，借鉴了在工业控制中以全面应用的PLC及变频调速控制器的技术，旨是对PLC与变频调速控制器的接口信号进行一种分析性的研究。在文中对变频调速技术以及关于PLC控制系统进行了一系列的论述。深入的对变频器的控制方式、工作原理做出了阐述，同时探讨了PLC的工作原理、控制系统所做的设计方法。设计了变频器与PLC控制相结合的一整套方案。通过对本论文所进行地设计，提出了一套设计步骤，包括硬件选型，软件设计。在控制系统中，对PLC与变频调速器所进行的选择与设计得到了很多的经验。第1章对PLC控制技术和变频调速技术的发展做了简单地概述；第2章介绍了变频调速技术的基础知识；第3章对可编程序控制器的基础知识进行了详细的介绍；第4章对于系统的硬件的选择；第5章软件系统设计；第6章对本论文内容的总结。关键词：变频调速技术；可编程控制器；接口信号ABSTRACTThisarticlearesummedupaboutdesignonwhatkindsofPLCandinverter.todaysChina,theindustrialautomationcontrolintherapidlychangingdevelopment,referencetoindustrialPLCcontrolandfrequencycontrolofthefullapplicationcontrollertechnology,isdesignedtoPLCcontrollerandinverterinterfacesignalsananalyticalstudy.Inthispaper,aseriesofdiscussionaboutthefrequencycontroltechnologyandfrequencycontroltechnology.depthanalysis,aboutthecontrolmodeoftheinverterandtheworkingprincipleoftheinverter,alsodiscussedPLCtheprincipleofwork,andrequirementsonthecontroloftheinverter.desingntheinverterandPLCcontrolcombinedwithasetofsolutions.Throughthispapercarriedoutdesign,hecontrolsystem,selectanddesignthePLCandinvertergotalotofexperience.Chapter1brieflyoutlinesthedevelopmentofPLCcontrolandfrequencycontroltechnology;chapter2introducesthebasicsoffrequencycontroltechnology;chapter3introducesthebasicsofprogrammablelogiccontrollers;Chapter4choicesforhardwaresystems;Chapter5softwaresystemdesign;Chapter6summarizesthecontentsofthispaper.Kerwords:Frequencycontroltechnology;Programmablelogiccontroller;Interfacesignals目录1绪论.11.1课题研究的目的.11.2国内外PLC发展概述.11.3国外变频调速技术现状.11.4本课题研究的内容.22PLC基础知识.22.1PLC的主要特点和功能.22.2PLC的基本工作原理.42.2.1PLC的工作方式.42.2.2I/O口的响应时间.62.3PLC的系统组成.72.4PLC控制系统的结构.92.5PLC应用系统功能分析.102.5.1PLC控制系统的设计内容及设计步骤.102.5.2PLC控制系统硬件的设计.112.5.3PLC控制系统软件的设计.112.6梯形图的编程语言.123变频调速技术的基本知识.133.1变频调速控制技术的基本工作原理.133.2变频器的构成.143.3通用变频器的外部接口电路.153.4变频器的选择.154系统硬件选择.164.1变频器的选择.174.1.1MM430型变频器性能特点及技术指标.174.2压力变送器的选择.184.3水泵机组的选择.184.4接触器.184.5PLC的选择.194.5.1PLC的I/O端口配置.204.5.2PLC的外接端口.214.6电控系统的主电路.225系统软件设计.235.1系统总体流程图.235.1.1手动控制.235.1.2自动控制分析水泵工频/变频的转换.235.2程序流程图.235.3软件编程.275.3.1自动运行程序设计.286总结.29参考文献.31翻译部分.32英文原文.32中文译文.37致谢.401绪论1.1课题研究的目的本课题研究的意义主要有以下几个方面：1、了解一般变频器的控制要求。2、了解一般PLC控制系统的设计步骤。3、根据变频器的控制要求分析研究其由PLC控制时的各种信号。1.2国内外PLC发展概述国外PLC的发展概述PLC诞生于美国。是由于先前的汽车制造方面的生产线所运用的继电器、接触器等控制系统，在当工艺制造方面发生改变的时候，就需重新进行设计，必要时还需对硬件中的结构，对其做改装。从而，在一定程度上，很难实现这一对汽车型号不断更新的这一需求，同时针对于计算机的一些原理、程序编写复杂等的一些原因，使得工作人员不能很好地对其进行操作。基于以上等原因带来的的不足，1969年，美国数字设备公司(DEC公司)成功得研制了世界第一台可编程控制器。由于微型处理器的问世，相继而然的大规模的和超大的规模的器件不断涌现，使得PLC不断更新与发展。其发展大致分为三个阶段：早期的PLC20世纪70年代的初期到中期，可编程控制器虽具备了计算机所具有的的优点，但实际上仅能对其进行运算、定时等方面的一些控制功能。中期的PLC70年代中期时候，由于微处理器的产生，给PLC带来了巨大程度上的变化。在软件这方面，除了早期的PLC所具有的一些功能之外，还具有了如算术运算、数据处理和传送等一些功能。在硬件这方面，增加了一些特殊模块，包括模拟模块、远程I/0模块等，这些都使得PLC进一步扩大。近期的PLC由于超大规模的集成电路的相继涌现，各厂家为了适应市场上的一些需求，开发了专用的逻辑处理的一种芯片，进一步对PLC的处理速度进行了改进，从而使其实现了更高的功能化。包括：PLC逻辑控制、过程控制、数据处理等各类的功能。成为工业控制上的支柱。国内PLC的概述70年代中期的时候，我国使用了针对美国公司的一位机方面的集成芯片，成功研制出了我国的第一台PLC。但是由于各种局限性，其中包括芯片技术掌握在外国公司等，还是受到不少的限制。然而各企业仍在积极探索，获得了良好的收益。1.3国外变频调速技术现状变频器调速技术具有调速的性能好、功率因数高、可实现软启动等优点。目前，在工业控制领域中应用相对广泛。变频器已经从简单的整流逆变装置发展为集驱动控制与I/O逻辑现场编程以及网络等连接为一体，广泛的被应用于许多领域中。国外变频调速技术发展随着工业化的发展，网络化将在生产过程中起着主导作用。变频器为了在网络化这一方面得到广泛的应用，而设计了通信外部接口，并支持各种类型方面的协议。总的来说，为了满足工艺上及网络化上的一些需求，变频器在一定程度上已经实现了智能化。1.4本课题研究的内容本论文主要对PLC与变频调速控制器的接口信号进行了研究。全文共分为五章。第一章为绪论。对课题研究的意义、国内外PLC与变频器的发展及相关的技术做了简单的概述。第二章为PLC基础知识。对可编程控制器的组成、特点、工作原理等内容作了介绍。第三章为变频调速技术的基础知识。对变频器的原理、分类、控制方式等内容作了介绍。第四章是系统硬件的选择。第五章是软件系统的设计。第六章对本论文内容的总结。2PLC基础知识2.1PLC的主要特点和功能可编程控制器是一种数学运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用一类可编程序的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向拥护的指令，并通过数字式和模块式输入/输出，控制各种类型的机械和生产过程。可编程序控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统连成一个整体、易于扩充功能的原则设计。1、PLC的特点：(1)通用性强、使用方便PLC产品已经实现了模块化。用户不需要对硬件进行制造与设计，直接使用厂家为用户提供的各种品种的I/O模块和配置部件。用户还可以根据不同的控制要求，进行配置。(2)可靠性高在I/O环节，PLC采用了光电隔离、滤波等多种措施。系统程序和大部分的用户程序都采用EPROM存储，一般PLC的平均无故障工作时间可达几万小时以上。(3)接线简单PLC只需将输入型的设备(如按钮、开关等)与输入端子进行连接，将输出型的设备(如接触器、电磁阀等)与输出端子进行连接。接线简单、工作量少。(4)编程简单、易学PLC大多采取梯形图进行编程，增强视觉上的立体感，更便于电气技术人员学习和编程。2、PLC的主要功能PLC系统一般由以下的基本功能构成，开关逻辑控制、定时计数控制、顺序控制、过程控制、模拟量控制、通信及联网的一些功能。(1)开关逻辑控制PLC取代了传统的继电器和接触器这类器件，而是通过逻辑运算对开关进行控制。(2)定时、计数控制PLC具有强大的定时、计数的功能。编写程序的时候用户可设定计数时间、计数值。对于频率较高的一类信号，则采用高速计数模块。(3)顺序控制采用移位寄存器、PLC步进指令来实现顺序控制。(4)过程控制PLC一般都配置了PID模块，进行闭环过程的控制。(5)模拟量控制PLC中配置了如A/D模块和D/A模块。就是对现场的变量，经过A/D(D/A)转化为数字量(模拟量)，在微处理器的作用下进行控制。(6)数据处理PLC具有很强的数据处理能力。现代PLC技术，在过去算术运算、数据传送、排序的基础上实现了对数据比较、数据转换、数据通信和打印等处理数据的功能。(7)通信与联网现代PLC一般都具有通信及联网的功能。它可以对远程I/O进行控制，又能实现PLC与PLC或者是PLC与计算机之间的通信。3、PLC的分类PLC发展到今天，已经有了多种形式，而且功能也不尽相同，分类时，一般按以下原则来考虑。(1)按I/O点数分类按PLC的输入、输出点数的多少可将PLC分为以下三类。1)小型机小型机PLC的功能一般以开关量控制为主，小型PLC输入、输出点数一般在256点以下，用户程序存储器容量在4K左右。现在的高性能小型PLC还具有一定的通讯能力和少量的模拟量处理能力。这类的PLC的特点是价格低廉，体积小巧，适合于控制单台设备和开发机电一体化产品。2)中型机中型PLC的输入、输出总点数在2562048点之间，用户程序存储器容量达到8K字左右。中型PLC不仅具有开关量和模拟量的控制功能，还具有更强的数字计算能力，它的通信功能和模拟量处理功能更强大，中型机比小型机更丰富，中型机适用于更复杂的逻辑控制系统以及连续生产线的过程控制系统场合。3)大型机大型PLC的输入、输出总点数在2048点以上，用户程序储存器容量达到16K以上。大型PLC的性能已经与工业控制计算机相当，它具有计算、控制和调节的能力，还具有强大的网络结构和通信联网能力，有些PLC还具有冗余能力。大型机适用于设备自动化控制、过程自动化控制和过程监控系统。(2)按结构形式分根据PLC结构形式的不同，PLC主要可分为整体式和模块式两类。1)整体式结构整体式结构的特点是将PLC的基本部件，如CUP板、输入板、输出板、电源板等紧凑的安装在一个标准的机壳内，构成一个整体，组成PLC的一个基本单元（主机）或扩展单元。基本单元上设有扩展端口，通过扩展电缆与扩展单元相连，配有许多专用的特殊功能的模块，如模拟量输入/输出模块、通信模块等，以构成PLC不同的配置。整体式结构的PLC体积小，成本低，安装方便。微型和小型PLC一般为整体式结构。如西门子的S7-200。2)模块式结构模块式结构的PLC是由一些模块单元构成，这些标准模块如CUP模块、输入模块、输出模块、电源模块和各种功能模块等，将这些模块插在框架上和基板上即可。各个模块功能是独立的，外型尺寸是统一的，可根据需要灵活配置。整体式PLC每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜，在小型控制系统中一般采用整体式结构。但是模块式PLC的硬件组态方便灵活，I/O点数的多少、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的使用等方面的选择余地都比整体式PLC大的多，维修时更换模块、判断故障范围也很方便，因此较复杂的、要求较高的系统一般选用模块式PLC。2.2PLC的基本工作原理2.2.1PLC的工作方式1、PLC工作过程PLC工作过程可用图2.1所示的运行框图来表示。整个过程可分为三部分。第一部分是上电处理。机器上电后对PLC系统进行一次初始化，包括硬件初始化，I/O模块配置检查，停电保持范围设定，系统通信参数配置及其他初始化处理等。第二部分是扫描过程。PLC上电处理阶段完成以后进入扫描工作过程。先完成输入处理，其次完成与其他外设的通信处理，在次进行时钟、特殊寄存器更新。当CPU处于STOP方式时，转入执行自诊断检查。当CPU处于RUN方式时，还要完成用户程序的执行和输出处理，在转入执行自诊断检查。第三部分是出错处理。PLC每扫描一次，执行一次自诊断，确定PLC自身的动作是否正常，如CPU、电池电压、程序存储器、I/O和通信等是否异常或出错。如检查出异常时，CPU面板上的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码；当出现致命错误时，CPU被强制为Stop方式所有的扫描便停止。ONI/OCPUPLCCPUCPUSTOPSTOPYNNYRUN图2.1PLC工作过程2、PLC工作过程的中心内容PLC是按图2.1所示的运行框图进行工作的。当PLC上电后，处于正常运行时，它将不断重复扫描过程，并不断循环重复下去。分析上述扫描过程，如果对远程I/O、特殊模块、更新时钟和其他通信服务暂不考虑，这样扫描过程就只剩下“输入采样”、“程序执行”、“输出刷新”三个阶段。这三个阶段是PLC工作过程的中心内容，也是PLC工作原理的实质所在。下面对三个阶段进行详细的分析，PLC典型的扫描周期如图2.2所示(不考虑立即输入，立即输出的情况)。(1)输入采样PLC在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入相对应的输入映像寄存器中，此时输入映像寄存器被刷新。接着系统进入程序执行阶段，在此阶段和输出刷新阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。所以，一般来说，输入信号的宽度要大于一个扫描周期，或者说输入信号的频率不能太高，否则很可能造成信号的丢失。图2.2PLC扫描工作过程的中心内容(2)程序执行阶段进入到程序执行阶段后，一般来说，PLC按从左到右、从上到下的步骤顺序执行程序。当指令中涉及输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器中“读入”对应输入端子状态，从元件映像寄存器“读入”对应元件“软继电器”的当前状态。然后进行相应的运算，最新的运算结果马上在存入到相应的元件映像寄存器中。对元件映像寄存器来说，每一个元件“软继电器”的状态会随着程序执行过程而刷新。(3)输出刷新在用户程序执行完毕后，元件映像寄存器所有输出继电器的状态（接通、断开）在输出刷新阶段一起转存到输出锁存器，通过一定方式集中输出，最后经过端子驱动外部负载。在下一个输出刷新阶段开始之前，输出锁存器的状态不会改变，从而相应输出端子的状态也不会改变。2.2.2I/O口的响应时间PLC是以循环扫描方式在系统中进行工作的，每个扫描周期集中在固定的时间段输入和输出信号的，就会产生输出的信号滞后于输入信号这种现象。滞后会随着扫描周期的递增而变得更加的明显。(1)在PLC的输入电路中设有滤波器件，输入信号延迟的强度是由滤波器的常数作用的，常数越大，延迟则愈发强烈。而这一现象发生的本质是由于硬件的选择，有的PLC滤波器事件的常数是可以进行调节的。(2)输出延迟是指从输出锁存器到达输出端子时所经历的时间。这一延迟也是由硬件来决定的，于不同的输出的形式，它的值的大小也是不一样的。(3)程序的长短最终对程序所要执行的时间起绝对性的作用，编制程序的工作员需对Q0.I.I0.1Q0.I.20.1M0.1I0.3I0.4Q0.1接触器电磁阀指示灯按钮形成开关CPU存储器电源部分输入接口单元输出接口单元编程设备要编制的程序采取现场的测算。2.3PLC的系统组成1、PLC的硬件结构PLC专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等组成。PLC的结构框图如图2.3所示1。图2.3结构框图(1)中央处理单元中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器这三部分组成，下面我们介绍一下控制器、运算器和寄存器这三部分：1)运算器运算器是PLC的核心部件之一，在PLC工作过程中，运算器不断地从存储器中获取数据，运算后将结果返回存储器。2)控制器控制器是PLC的指挥中心，负责从存储器中取回指令，并对指令进行分析判断后产生一系列的控制信号，控制PLC各部件自动连续地完成各操作。基本功能：从内存中按顺序取指令和执行指令。除此之外，控制器在工作过程中，还要接受各部件反馈回来的信息。(2)存储器PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。系统存储器是PLC厂家编写的程序，固化在ROM内，使用者不能对程序存储器内容进行更改。用户存储器用来存放用户自己编写的一些控制程序。ROM、RAM、EEPROM是PLC三种存储器使用的类型：.1)只读的存储器（ROM）：存放系统信息，只读不进行写操作，其信息不会因为断电、关机等原因消失。2)随机的存取存储器（RAM）：存放用户信息，与只读存储器不同的是，其信息会由于断电、关机等原因而不复存在。R1VD3LED2CPLC3)可电擦除的可编程的只读存储器（EEPROM）：用户程序和需要对其进行长期保存的重要的一些数据都存放在EEPROM里面，具有非易失性的效果。(3)输入/输出单元输入/输出单元是PLC接受和发送各种模拟量和数字量信号的接口部件。输入单元用于接收现场的一些控制信号，通过接口电路转换成中央处理器可识别和处理的低电压信号，并存入输入映像寄存器。输出单元将中央处理器输出的低电压信号，经过输出接口电路将其转换成现场的强电信号。对于开关量输入经常使用的有直流、交流、交直流输入单元，这俩种类型如图2.4所示与2.5所示。开关量输出经常的使用是继电器输出、晶体管输出、双晶体管输出。图2.4开关量直流输入单元图2.5开关交流输入单元下面我们对图2.6所示的运作作如下叙述。具体的说就是，常开触点在接收到电路中发出”1”信号的时候，继电器中的电流使得触点闭合，负载以此获得所需的电流和电压。当信号为”0”时，则与上述所述相反，因为没有电流流过继电器，触点则断开，与此同时负载中断开使其工作的电流。与晶体管和双向晶体管而言，这种接口有触点，响应时间长，动作频率相对较低。而这俩种输出接口正好相反，其无触点，响应快，动作频率高。对于双向晶体管适用于驱动交流负载；而前者只能驱动直流型的负载；继电器输出适应这俩种驱动方式。PLC内部电路R1VD2EDCPLC内部电路EDVKLS控制对象PLC图2.6继电器输出电路(4)电源部分PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源。输入电压的范围宽、体积小、效率高、抗干扰能力强是PLC开关电源所具有的一些优点。(5)编程器编程器是PLC最重要的外围设备。它可以进行检查程序和修改程序，PLC存储器的用户程序都是通过编程器实现的。(6)其他部件PLC可配像存储卡、电池卡等器件。2.4PLC控制系统的结构下面我们对PLC控控制系统做简单的介绍。(1)单机控制系统单机控制系统是较普通的一种PLC控制系统。该系统使用一台PLC控制一个对象，控制系统要求的I/O点数和存储器容量都比较小，输入采样和执行结构都比较集中，控制系统构成简单明了。如图2.7所示是一个简单的单机控制系统。在单机控制系统中由于控制对象比较确定，因此系统要完成的功能一般较明确，I/O点数、存储器容量等参数的余量适中即可。图2.7简单的单机控制系统(2)集中控制系统ABCPL集中控制系统用仪态功能强大的PLC监视、控制多个设备，形成中央集中式的控制系统。其中，各个设备之间的联络与运行顺序等统一由中央PLC来完成，如图2.8所示。显然，集中控制系统比单机控制系统经济的多。但是当其中一个控制对象的控制程序需要改变时，必须停止运行中央PLC，其他的控制对象也必须停止运行。当各个控制对象的地理位置距集中控制系统比较远时，需要大量的电缆线，造成系统成本的增加。为了适应控制系统的改变，采用集中控制系统时，必须注意选择I/O点数和存储器容量时要留有足够的余量，以便满足增加控制对象的要求。图2.8集中控制系统相对于单机控制而言，它的优点是经济、实用。不足在于，当某一对象改变或者是扩大电缆量时，都会使其他设备包括中央控制PLC不能再进行运行，处于停滞的状况。(3)分散控制系统分散控制系统常用于多台机械生产线的控制，各个生产线之间有数据连接。每个控制对象都有其唯一的PLC进行控制。随着PLC性能的不断提高，由PLC担当低层控制任务，通过网络连接，PLC与过程控制相结合的分散控制系统将是计算机控制的重要发展方向。与集中控制系统相比，分散控制系统的可靠性大大加强。具有相同I/O点数时，虽然分散控制系统中多用了一台或几台PLC，导致价格偏高，但是从维护、运转或增设控制对象等方面来看，其灵活性要大的多，总的成本核算是合理的。2.5PLC应用系统功能分析2.5.1PLC控制系统的设计内容及设计步骤通过前面的介绍，我们可以知道，对PLC控制系统的设计其实质是完成硬件选型和编写应用程序这两项工作。首先，我们先了解下PLC控制系统的设计内容。1、设计的内容(1)没有PLC部件，就不能完成控制系统的硬件选型和软件设计，所以，选择合适的PLC对提高控制系统的效益起着关键的作用。其中，PLC的机型、I/O模块和电源都是PLC进行选择的项目。(2)设计时，还需对输入、输出设备以及输出设备驱动的控制对象进行选择。I/O设备是PLC与被控对象进行联络的纽带。(3)分配I/O点。(4)为了保证被控对象能在PLC控制系统中安全可靠的运行，所以，还需进行程序设计。2、PLC控制系统设计的一般步骤(1)用户可根据设计的需求必要时绘制控制流程图。(2)在程序设计中，设计梯形图是必不可少的设计环节，使用者可以更直观的了解程序的设计过程。(3)完成上述内容后，用户根据直观地梯形图编写程序。(4)对编写的程序进行调试、修改。2.5.2PLC控制系统硬件的设计为了适应不同的场合，不同功能的PLC不断涌现。为了提高控制系统的性能，我们还需对PLC进行合理的选择。1、PLC机型的选择对PLC机型的选择，我们要从以下几个方面进行考虑。(1)功能强弱适当对于PLC控制系统要求不高的如开关量控制系统，适宜选择小型的PLC。像PID调节、闭环控制、通信联网这一类复杂的控制系统而言，可选择大、中型的PLC进行使用。(2)机型一致一致的PLC机型，增强了模块的通用性，对于技术人员的培训、使用、维修使得在资源共享等方面都带来了很大的益处。当配以上位计算机，还可以以分布式控制方式进行通信，集中管理。(3)PLC的环境适应性在设计时，我们还需对PLC对环境的适应性进行考虑。2、容量的选择对PLC容量的选择包括两个方面：一个是I/O点数，二是用户存储容量。下面我们分别针对这两个方面进行论述。(1)I/O点数的估算用户根据I/O的总点数以及10%15%的备用量对I/O点数进行估算。(2)用户存储容量的估算对于开关量而言，用户存储容量等于8乘以输入点数。对于模拟量而言，用户存储容量等于100乘以模拟量通道数。用户可查阅PLC使用手册，对于存储量进行估算。3、I/O模块的选择(1)模拟量输入/输出模块流量传感器或者是压力传感器采用这一接口，这类接口经常采用的电压为-1010V或者010V，以及电流420mA或者1050mA。(2)开关量输入/输出指示灯、按钮、限位开关以及传感器是通过这一接口传输信号的。各厂家产出的电路各有差异，但是他们性能还是遵循一定的原则的。如很多输入电路于输入高压电源与逻辑控制接口电路间采用了隔离电路等性能。2.5.3PLC控制系统软件的设计设计的步骤：(1)设计前的准备工作PLC应用软件的设计基于PLC、计算机和一定的自动控制的知识，以及在现场的实践经验。首先对被控对象进行分析，研究它具有哪些性能，在对它的特点有所了解的情况下根据软件使用说明书设计，通过调试、修改，使其发挥作用。(2)程序框图的设计程序框图是在明确软件规程书和控制系统要求下，基于工艺要求设计出来的。1)编写的程序根据程序框图进行编写程序，为了明确它们之间的相互关系，及时进行注释。2)程序测试它对程序设计的实际效果进行初步检测。3)编写程序说明书编写程序说明书可便于程序设计者对程序进行一定的调试和修改。2.6梯形图的编程语言PLC是通过程序对系统进行控制的，作为一种专用计算机，为了适应其应用领域，一定有其专用的语言。PLC的编程语言有多种，包括梯形图、功能表、语言表等编程语言。程序每进行一次扫描也就对网络进行一次执行，以左至右的顺序，以及至上而下的顺序对程序采取编制。CPU的执行采取的是以上到下循环的对所编程序进行运行。于一个网络而言，指令执行的时候采取的是以列为单位，以上而下并且以左到右的模式依次的对其实行执行，直到运行到本网络中的最后的一个线圈列时才为止。在下图我们可以看到所绘制的PLC的梯形图，它通过与继电器的相互配合来实现直接的对电机进行开启或者是停止等工作。梯形图与继电器的控制电路图之间有相似也有区别，下面我们具体得针对它们之间的差异进行如下的阐述。图2.9梯形图(1)继电器进行控制的时候采用的是物理器件，而对于PLC继电器它和物理继电器的性能类似，采用的是软继电器的方式，即在其内部设有了寄存器位，在对线圈通电，则会出现常开触点此时闭合，而常闭触点断开。当它的线圈断电时，其所属的常开触点和常闭触点均恢复常态。PLC梯形图中的接线称为“软接线”，这种“软接线”是通过编程来实现的，具有更改简单、调试方便等特点。而继电器控制电路图是点线连接图，相对来说施工困难、更改费力。1212(2)在PLC里，对每一个继电器而言它都有一个内部寄存器与之对应，可随时的读取数据，所以，可以认为PLC的继电器有无数个常开、常闭触点供用户使用。而物理的继电器的触点的个数则是有限的。(3)PLC的输入继电器是由外部信号驱动的，在梯形图中只能用其触点，这在物理继电器中是不可能的。(4)继电器控制系统是按照触点的动作顺序和延迟逐个动作的，动作顺序与电路图的编写顺序无关。PLC按照扫描方式工作，首先采取输入信号，然后对所有梯形图进行计算，造成了宏观上与动作顺序的无关，但是微观上在一个时间段上实际执行顺序与梯形图的编写顺序是一致的。3变频调速技术的基本知识3.1变频调速控制技术的基本工作原理1、变频调速技术的工作原理交流电动机分为同步电动机和异步电动机两大类型，它的表达式为:(3.1)(3.2)式中，N0：同步电动机转速(r/min)；f:电源频率(Hz)；P：定子绕组极对数；S:异步电动机转差率；根据上式我们不难发现，交流电动机的转速与电源的频率成正比，通过变频装置将电网50Hz的固定频率转变为可调频率，即可实现无级调速。如式3.3所示，三相异步电动机定子每项电动势的有效值为：(3.3)式中，Eg:气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值；f1:定子频率（Hz）；Ns:定子每相绕组串联匝数；m:每极气隙磁通量（Wb）；对异步电动机进行调速控制，希望电动机的主磁通m保持额定值不变。磁通太弱，电动机带负载能力下降，磁通太强，形成过饱和，将引起励磁电流，波形畸变。由上式3.3可见，m值由Eg和f1共同决定，对Eg和f1进行适当控制，就可以使气隙磁通中m保持额定值不变。2、变频调速控制方式常见的变频调速方式有两种，一种是开环控制，另一种是速度反馈闭环控制，如图3.1所示。mSgNfE14.pfN/60PS)1(RSTUVW开环控制闭环控制图3.1变频调速系统的控制方式3.2变频器的构成变频器主要由整流回路、逆变器、直流电路以及控制电路等其他辅助电路组成。变频器组成如图3.2所示。VI(12)PLCVI(12)PLC图3.2变频器组成3.3通用变频器的外部接口电路于通用变频器的外部接口电路而言，用户能够以系统的不同的需要进行操作，并与其他的电路一起构成自动控制系统。通用变频器的外部接口电路包括逻辑控制电路、频率指令输入输出电路、过程参数监测信号电路、通信接口电路、数字信号输入输出电路。不同品牌通用变频器的外部接口电路的配置是各不相同的，但各控制端子的功能可任意设定进行组态是沟通的特点。有些变频器是可以进行编程的，通过编程来定义接口功能。下面我们介绍最常用的通用变频器的外部接口电路。1、多功能输入输出接口新型通用变频器有多种接入端子和输出接点，多数是可以进行编程定义的，因此也称为多功能输入端子和输入接点。外部输入控制信号可以是开关量信号也可以是数字量信号或者是模拟量信号。在通用变频器内，外接控制信号是由光耦合器接收和传送的，可根据需要设定并改变这些端子和接点的功能，以满足不同的控制要求。如逻辑控制输入端子、频率控制输入输出端子、运行控制端子和多段速控制端子等。其中，运行控制端子主要有正转(FWD)/反转(RFV)、运行(RUN)、停止(STOP)、复位(RST)、外接保护(THR)等。2、多功能模拟量输入输出电路通用变频器的模拟量输入信号是过程工艺参数，如温度、压力、流量等。信号种类有010V，020mA，430mA等标准信号。模拟量输出信号主要包括输出电流、电压、转矩检测、PID反馈量监测等。多功能模拟量输入输出接点的作用是可以将上述的模拟量输入信号输入到通用变频器中，作为运行指令，并利用模拟量输出信号监视通用变频器的工作状态。运行端“RUN”，是通用变频器在运行过程晶体管导通，利用该信号可指示通用变频器的运行状态，频率到达端子“FAR”，当通用变频器的工作频率到达某设定值时，晶体管导通，利用该信号作为控制运行参数的上限值到达的报警信号。另外还有报警信号端子，该信号端子一般是由继电器输出，其触头常可直接接在220V的交流电路中。测量信号端子可供外接显示仪表用，如频率信号端，通用变频器的测量端子一般只有13个，但其测量内容丰富，可由用户自行设定。3、数字输入输出接口通用变频器的数字输入输出接口电路的主要作用是用于多段频率设定、外部报警、报警复位以及连接可编程控制器等数字设备。通用变频器可根据PLC输出的数字信号指令运行，而数字输出接口的作用则是通过脉冲计数器给出通用变频器的输出频率监视信号等。3.4变频器的选择1、负载的分类负载是对变频器进行选择的因素之一，不一样的负载产生的机械特性也是不一样的，在实际的生产运行中，对变频器的选择的方法也不一样，下面我们对负载进行简单地阐述。(1)恒转矩负载负