基于plc的三相反并聯(lián)整流橋的邏輯控制的畢業(yè)論文

1、<p>　　基于PLC的三相反并聯(lián)整流橋的邏輯控制 摘 要 以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)原理為基礎(chǔ)，采用螺線管型縱向電磁攪拌方式。縱向交變磁場在連鑄坯的鋼水中產(chǎn)生出橫向環(huán)流，從而產(chǎn)生指向連鑄坯軸心的洛倫茲力形成上下行環(huán)流，起到了增加等軸晶和抑制連軸坯中間組織疏松和縮孔的良好作用，大部分夾渣在上行環(huán)流時已被去除。硬件電路的部分功能采用可編程序邏輯控

2、制器控制，以提高系統(tǒng)的自動化程度和使用的靈活性，降低故障發(fā)生的幾率。關(guān)鍵詞： 電磁攪拌， 交交變頻， 拉逆變， PLC 3 Based on PLC-parallel rectifier bridge opposite logic control Abstract Based on the principle of electromagnetic indu

3、ction based on the principle, using a solenoid-type vertical electromag</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1設(shè)計引言1</b></p><p>　　1.1設(shè)計研究的背景、現(xiàn)狀及意義1</p><

4、;p>　　1.1.1設(shè)計研究的背景1</p><p>　　1.1.2設(shè)計研究的現(xiàn)狀和意義1</p><p>　　1.2設(shè)計研究思路2</p><p>　　2 PLC與現(xiàn)代電力電子技術(shù)簡介3</p><p>　　2.1 PLC概述3</p><p>　　2.1.1認(rèn)識PLC3</p>&l

5、t;p>　　2.1.2 PLC的特點及其分類4</p><p>　　2.1.3 PLC的性能、應(yīng)用領(lǐng)域及其發(fā)展趨勢5</p><p>　　2.2 PLC的組成與工作原理7</p><p>　　2.2.1 PLC的組成7</p><p>　　2.2.2 PLC的工作原理7</p><p>　　2.3 電力

6、電子器件的發(fā)展與分類8</p><p>　　2.3.1 電力電子器件的發(fā)展過程8</p><p>　　2.3.2電力電子器件的分類9</p><p>　　3 與設(shè)計相關(guān)的機(jī)電技術(shù)說明9</p><p>　　3.1 三菱系列可編程序邏輯控制器工作過程簡述9</p><p>　　3.2 三菱FR-A540系列變頻

7、器使用說明11</p><p>　　4縱向電磁攪拌裝置主電路及控制電路設(shè)計15</p><p>　　4.1設(shè)備外形圖15</p><p>　　4.2設(shè)備控制電路設(shè)計15</p><p>　　4.3設(shè)備控制電路原理圖設(shè)計17</p><p>　　4.4三相全橋整流反并聯(lián)導(dǎo)通設(shè)計20</p>&l

8、t;p>　　5系統(tǒng)軟件程序設(shè)計21</p><p>　　5.1 PLC梯形圖概述21</p><p>　　5.2程序運行界面圖21</p><p>　　5.3 梯形圖設(shè)計24</p><p>　　5.4運行情況說明27</p><p><b>　　6設(shè)計總結(jié)28</b><

9、/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b>　　致 謝30</b></p><p><b>　　1設(shè)計引言</b></p><p>　　1.1設(shè)計研究的背景、現(xiàn)狀及意義</p><p>　　1.1.1設(shè)計研究的背景</p

10、><p>　　本設(shè)計的主要內(nèi)容涉及鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)中對連鑄坯內(nèi)部鋼水進(jìn)行縱向電磁攪拌裝置的研究。目前，國際上因質(zhì)量要求，積極開展了對連鑄坯電磁攪拌技術(shù)的研究，這種技術(shù)已成為連鑄技術(shù)研究的熱門話題之一。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)不完全統(tǒng)計，我國現(xiàn)有連鑄設(shè)備1260流，其中，安裝了電磁攪拌設(shè)備的僅占8%，而在運行的電磁攪拌設(shè)備才只占4~5%左右。造成這種局面的原因有兩方面：一是大多數(shù)電磁攪拌設(shè)備為國外進(jìn)口，其價格昂貴，每流約20~30萬美元

11、；二是絕大多數(shù)電磁攪拌設(shè)備為水平旋轉(zhuǎn)磁場式，改善連鑄鋼坯質(zhì)量的效果不甚明顯。具體表現(xiàn)在：一：當(dāng)對鋼水進(jìn)行旋轉(zhuǎn)式電磁攪拌時，水平旋轉(zhuǎn)的鋼水雖然可以攪亂橫向的柱狀晶的形成，但并不有利于縱向的等軸晶的生長；二：鋼水橫向旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心力，加劇了鋼坯中間的疏松和縮孔；三：鋼水橫向旋轉(zhuǎn)并不有利于夾渣的上??；四：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的定子線圈的六個繞組的體積過大，發(fā)熱嚴(yán)重，必須浸泡在軟化水中，導(dǎo)致線圈壽命短（一般在一年左右）。加之水軟化設(shè)備昂貴，更增加了連鑄

12、設(shè)備的成本；五：無論是在旋轉(zhuǎn)磁場式電磁攪拌裝置還是行波式縱向電磁攪拌裝置中，都需要三相乃更多相超低頻交流逆變電源。這類電源的造價高昂（約幾十萬元人民幣至幾</p><p>　　1.1.2設(shè)計研究的現(xiàn)狀和意義</p><p>　　本設(shè)計研究的是對連鑄坯內(nèi)部鋼水進(jìn)行環(huán)抱擠壓的縱向電磁攪拌裝置，主要由感應(yīng)線圈和交流電源兩部分構(gòu)成，感應(yīng)線圈由作為導(dǎo)線的金屬導(dǎo)電管纏繞在結(jié)晶器上形成螺線管感應(yīng)器，金屬

13、導(dǎo)電管內(nèi)通入冷卻液，并接在交流電源上。金屬導(dǎo)電管為銅管，冷卻液為水。 本設(shè)計的優(yōu)點和積極效果： 本設(shè)計的第一個特點是螺線管型縱向電磁攪拌方式，該方式的攪拌感應(yīng)線圈采用空心銅管制作，銅管內(nèi)通水冷卻，并以螺線管的形式纏繞在結(jié)晶器上。當(dāng)交變電流通過線圈時，線圈所包圍的空間內(nèi)產(chǎn)生縱向交變磁場，磁場方向與結(jié)晶器的軸向一致。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，縱向交變磁場在連鑄坯的鋼水中感生出橫向環(huán)流。輸入的交變電流的頻率越低（0~50Hz），其趨膚

14、效應(yīng)越弱，也就會有更多的感生電流滲入到鋼水之中。由電磁感應(yīng)定律可知，環(huán)行橫向流動的感生電流與縱向交變磁場相互作用會產(chǎn)生指向連鑄坯軸心的洛倫茲力。鋼水在該力的環(huán)抱擠壓下流向表面，到達(dá)鋼水上表面后，再向下回流，從而形成上下行縱向環(huán)流。上下行環(huán)流都具有增加等軸晶和減少連鑄坯中間組織疏松和縮孔的良好作用。由于連鑄坯內(nèi)鋼水必先經(jīng)過上行環(huán)流后才進(jìn)入下行環(huán)流，鋼水經(jīng)過上行環(huán)流作用，大部分夾渣已被去除。 </p><p>&

15、lt;b>　　1.2設(shè)計研究思路</b></p><p>　　本設(shè)計共分六個章節(jié)，從引言到原理，從技術(shù)說明再到軟硬件的具體設(shè)計，再到最后的軟件仿真，設(shè)計結(jié)構(gòu)的安排恰當(dāng)合理，主要由以下三部分組成。 本設(shè)計的第一部分由前兩章構(gòu)成，對設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容作了基礎(chǔ)性介紹。第一章主要介紹設(shè)計背景與設(shè)計思路，設(shè)計背景主要介紹設(shè)計課題的由來，設(shè)計思路則是對所有內(nèi)容做一簡單的條理性描述，對后續(xù)設(shè)計的規(guī)范進(jìn)行具

16、有重要的指導(dǎo)意義：第二章主要介紹本設(shè)計所涉及的技術(shù)領(lǐng)域的背景知識，主要內(nèi)容有兩部分組成，即可編程序邏輯控制器的相關(guān)敘述和現(xiàn)代電力電子技術(shù)的相關(guān)敘述，這是本設(shè)計的基礎(chǔ)性內(nèi)容，起重要的導(dǎo)引作用。 本設(shè)計的第二部分由第三、四章組成，第三章主要介紹與設(shè)計相關(guān)的技術(shù)知識，這是對設(shè)計過程中所涉及的主要知識點的工作原理進(jìn)行描述，包括交交變頻的工作原理和工作過程、三相反并聯(lián)的工作原理和工作過程、三菱FX系列PLC的工作原理和工作過程。這一部分對即

17、將進(jìn)行的硬件電路設(shè)計所涉及的關(guān)鍵性問題進(jìn)行了詳細(xì)說明：第四章是對研究課題的主電路和控制電路進(jìn)行設(shè)計，并對每一部分的工作過程進(jìn)行簡要且詳盡的表述。第五章則是在上一章硬件電路設(shè)計的基礎(chǔ)之上利用三菱FX系列PLC的編程軟件編制系統(tǒng)</p><p>　　2 PLC與現(xiàn)代電力電子技術(shù)簡介</p><p><b>　　2.1 PLC概述</b></p><p&

18、gt;　　2.1.1認(rèn)識PLC</p><p>　　隨著微處理器、計算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)控制已經(jīng)應(yīng)用在所有的領(lǐng)域?，F(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求做出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。為了滿足這一需要，生產(chǎn)設(shè)備和自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性。可編程序控制器(Programmable Logical controller)正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是一微

19、處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。是現(xiàn)代工業(yè)自動化控制的首選產(chǎn)品，發(fā)展極為迅速，應(yīng)用面極為廣泛，與機(jī)器人、CAD/CAM并稱為工業(yè)生產(chǎn)自動化的三大支柱。</p><p>　　如果說初期發(fā)展起來的PLC主要是以它的高可靠性、靈活性和小型化來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電-接觸控制，那么當(dāng)今的PLC則吸收了微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的最新成果，得到了更新的發(fā)展，從單機(jī)生產(chǎn)自動化到整條生產(chǎn)線的自動化，乃至整個工廠的生產(chǎn)自動化從柔性制造系統(tǒng)工

20、業(yè)機(jī)器人到大型分散控制系統(tǒng)PLC均承擔(dān)之主要角色。</p><p>　　1987 年國際電工委員會(IEC)頒布的可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案中對 PLC 作了如下的定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌?/p>

21、有關(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計”。</p><p>　　PLC發(fā)展至今大體經(jīng)歷了 3個主要階段： </p><p>　　(1) 從 20 世紀(jì) 60 年代 PLC 產(chǎn)生到 70 年代，占支配地位的 PLC 技術(shù)是處在序列發(fā)生器狀態(tài)機(jī)(sequencer state machines)和基于 CPU 的位片(bit-slice)技術(shù)之間。AMD

22、 2902和2903 在施奈德公司的 Modicon 和 Rockwel(公司的)A-B PLC 中非常流行。傳統(tǒng)的微處理器主要用于小型的 PLC， 但缺乏快速處理的能力。 PLC 的主要功能基本局限在邏輯控制階段,各個生產(chǎn)公司都是以單機(jī)為主發(fā)展硬件技術(shù)，為各類繼電器—接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)各種基本型號和具有基本邏輯控制功能的 PLC。 </p><p>　　(2) 1973 年，PLC 具有了通信能力，PLC

23、之間可以進(jìn)行相互對話，使得它們可以遠(yuǎn)離工業(yè)控制現(xiàn)場。PLC 之間也可以發(fā)送和接收各種電平，從而進(jìn)入模擬控制的世界。但由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，使得協(xié)議和物理網(wǎng)絡(luò)均無法兼容，在某種程度上影響了 PLC 的通信聯(lián)網(wǎng)能力。到了 80 年代末期，隨著工業(yè)電器自動化程度的不斷提高，在開發(fā)研制 PLC 單機(jī)功能的同時，還著重加強(qiáng)了軟件技術(shù)的開發(fā)，提高 PLC 的聯(lián)網(wǎng)和通信功能，并且許多公司還加強(qiáng)了特殊功能模塊的研制。</p><p&g

24、t;　　(3) 20 世紀(jì) 90 年代以來，由于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，同時為了適應(yīng)計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，PLC 由單 CPU 轉(zhuǎn)向多 CPU，16 位和 32位微處理器被大量應(yīng)用于PLC中，使其運算速度、通信聯(lián)網(wǎng)、圖像顯示和數(shù)據(jù)處理功能都大大增強(qiáng)。同時隨著通信聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，新通信協(xié)議不斷產(chǎn)生。最新的標(biāo)準(zhǔn)(IEC 1131-3)已經(jīng)盡量將 PLC 編程語言融合為一個國際標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在，我們可

25、以同時使用功能模塊圖(function block diagram)、指令表(instruction list)、梯形圖(ladder diagram)和結(jié)構(gòu)化文本(structured text)等對 PLC 進(jìn)行編程。在現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中，PLC 已經(jīng)真正成為具有邏輯控制、過程控制、運動控制、數(shù)據(jù)處理和聯(lián)網(wǎng)通信等功能的多功能控制器。 </p><p>　　2.1.2 PLC的特點及其分類</p>

26、<p>　　(1) PLC的特點</p><p>　?、?編程方法簡單易學(xué)</p><p>　　梯形圖是使用最廣泛的編程語言，器電路符號和繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀、易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路原理圖的電氣技術(shù)人員只需要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。</p><p>　　梯形圖語言實際上是一種面向用戶的高級語言，PLC在

27、執(zhí)行梯形圖程序時，將它翻譯成匯編語言后再去執(zhí)行。</p><p>　?、?功能強(qiáng)、性價比高</p><p>　　一個小型的PLC內(nèi)有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的功能，可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與功能相同的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價格比。PLC可以通過通信系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，可以進(jìn)行分散控制和集中管理。</p><p>　?、?硬件配套齊全、用戶使用方

28、便、適應(yīng)性強(qiáng)</p><p>　　PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)化、模塊化，配備有種類齊全的硬件裝置供用戶使用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)，PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子進(jìn)行外部接線。PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以驅(qū)動一般的電磁閥和中小型交流接觸器。通過修改用戶程序可以方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。</p><p>　?、?可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)<

29、/p><p>　　傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器和時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障。PLC用軟件對其進(jìn)行替代，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)之少量硬件元件。接線可以減少到繼電器控制系統(tǒng)的十分之一到百分之一。，大大減少了因觸點接觸不良造成的故障。</p><p>　　PLC使用了一系列的硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無故障時間達(dá)到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強(qiáng)烈

30、干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，PLC早已經(jīng)被大多數(shù)用戶公認(rèn)為最為可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。</p><p>　?、?系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少</p><p>　　PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。</p><p>　　PLC的梯形圖程序可以用順序控制設(shè)計法來設(shè)計。這種編程方法很有規(guī)律

31、，很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如果有效的掌握了其基本設(shè)計方法，設(shè)計梯形圖的時間要比設(shè)計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間少得多。</p><p>　　編制好的程序可以在實驗室進(jìn)行模擬調(diào)試，輸入信號可以用小開關(guān)來模擬，通過PLC上的發(fā)光二極管觀察輸出信號的狀態(tài)，在現(xiàn)場調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)問題可以通過修改程序來解決，系統(tǒng)的調(diào)試時間比繼電器系統(tǒng)少得多。</p><p>　　⑥ 維修工作量小、維修方便&

32、lt;/p><p>　　PLC的故障錄很低，且有完善的自診斷和顯示功能。 PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息，方便地查明故障原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。</p><p><b>　?、?體積小、能耗低</b></p><p>　　控制系統(tǒng)使用PLC以后，可以減少大量的中間繼電器和

33、時間繼電器，小型PLC的體積僅相當(dāng)于幾個繼電器的大小，因此開關(guān)柜的體積比原來的小得多，PLC控制系統(tǒng)的配線比繼電器控制系統(tǒng)少得多。</p><p>　　(2) PLC的分類</p><p><b>　?、傩⌒蚉LC</b></p><p>　　小型PLC 的I/O 點數(shù)一般在128 點以下，其特點是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個硬件融為一體除了開關(guān)量

34、I/O 以外，還可以連接模擬量I/O 以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。</p><p><b>　　②中型PLC</b></p><p>　　中型PLC 采用模塊化結(jié)構(gòu)，其I/O點數(shù)一般在256～1024 點之間。I/O的處理方式除了采用一般PLC 通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方

35、式，即在掃描用戶程序的過程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。</p><p><b>　?、鄞笮蚉LC</b></p><p>　　大型PLC的輸入、輸出總點數(shù)在2048點以上，用戶程序儲存器容量達(dá)到16K以上。大型PLC的性能已經(jīng)與工業(yè)控制計算機(jī)相當(dāng)，它具有計算、控制和調(diào)節(jié)的能力，還具有

36、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信聯(lián)網(wǎng)能力，有些PLC還具有冗余能力。它的監(jiān)視系統(tǒng)采用CRT顯示，能夠表示過程的動態(tài)流程，記錄各種曲線，PID調(diào)節(jié)參數(shù)等；它配備多種智能板，構(gòu)成一臺多功能系統(tǒng)。這種系統(tǒng)還可以和其他型號的控制器互聯(lián)，和上位機(jī)相聯(lián)，組成一個集中分散的生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量控制系統(tǒng)。大型機(jī)適用于設(shè)備自動化控制、過程自動化控制和過程監(jiān)控系統(tǒng)。</p><p>　　典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400、OMRO

37、N公司的CVM1和CS1系列、AB公司的SLC5/05等系列。</p><p>　　2.1.3 PLC的性能、應(yīng)用領(lǐng)域及其發(fā)展趨勢</p><p>　　(1) PLC的性能</p><p>　　PLC的性能用軟件和硬件指標(biāo)來描述。</p><p>　　硬件指標(biāo)包括環(huán)境溫度、環(huán)境濕度抗震抗沖擊抗噪聲干擾耐壓接地要求和使用溫度等。PLC的設(shè)計一

38、般都能滿足這個要求。</p><p>　　軟件指標(biāo)主要用編程語言用戶存儲器容量和類型I/O總數(shù)，指令數(shù)軟元件的種類和點數(shù)，掃描速度以及其他指標(biāo)進(jìn)行描述。(2) PLC的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　在發(fā)達(dá)的工業(yè)國家，PLC已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于所有的工業(yè)部門，隨著其性能價格比的不斷提高，應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。

39、</p><p>　　PLC按其不同的控制類型，已成功應(yīng)用于以下幾個方面</p><p><b>　　① 開關(guān)量邏輯控制</b></p><p>　　PLC用與或非等邏輯指令來實現(xiàn)觸點和電路的串并聯(lián)，代替繼電器進(jìn)行組合邏輯控制、定時控制與順序邏輯控制。開關(guān)量邏輯控制可以用于單臺設(shè)備，也可以用于自動生產(chǎn)線，其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)遍及各行各業(yè)，甚至深入到家

40、庭當(dāng)中。</p><p>　　② 慢連續(xù)量的過程控制</p><p>　　慢連續(xù)量的過程控制是指對溫度壓力流量和速度等慢連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制，PLC通過模擬量I/O模塊，實現(xiàn)A/D和D/A的轉(zhuǎn)換，并通過專用的智能PID模塊實現(xiàn)對模擬量的閉環(huán)控制，使被控變量保持為設(shè)定值。PLC的這一功能已經(jīng)廣泛應(yīng)用在電力、冶金、輕工、化工、機(jī)械等行業(yè)。例如：鍋爐控制、加熱爐控制、磨礦分級過程控制、水處

41、理控制、釀酒控制等。</p><p><b>　　3快連續(xù)的運動控制</b></p><p>　　PLC提供了驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)或伺服電動機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，通過這些模塊可以實現(xiàn)直線運動或圓周運動的控制。如今，運動控制已經(jīng)是PLC不可缺少的功能之一它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械，機(jī)器人、金屬成型機(jī)械、裝配機(jī)械等。</p><p><b>

42、;　　④ 數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　PLC提供了各種數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)排序以及位操作等功能，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析、采集和處理。這些數(shù)據(jù)可以通過通信系統(tǒng)傳送到其它智能設(shè)備，也可利用它們與存儲器中的參考值進(jìn)行比較，或利用它們制作各種要求的報表。數(shù)據(jù)處理功能一般用于造紙、冶金、食品、柔性制造等行業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　

43、⑤ 通信聯(lián)網(wǎng)</b></p><p>　　PLC的通信類型主要有一下四種：</p><p>　　PLC之間的通信。PLC之間可以進(jìn)行一對一通信，也可在多達(dá)幾十甚至幾百臺PLC之間通信；既可以在同型號PLC之間進(jìn)行通信，也可以在不同型號的PLC之間進(jìn)行通信。例如：可以將三菱FX系列的PLC作為三菱A系列PLC的就地控制站，從而可簡單地實現(xiàn)生產(chǎn)過程的分散控制和集中管理。</p

44、><p>　　PLC與各種智能控制設(shè)備之間的通信，PLC可與條形碼讀出器、打印機(jī)以及其他遠(yuǎn)程IO智能控制設(shè)備之間進(jìn)行通信，形成一個攻強(qiáng)大的智能控制網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　PLC與上位計算機(jī)之間的通信?？捎糜嬎銠C(jī)進(jìn)行編程，或?qū)LC進(jìn)行監(jiān)控和管理。通常情況下，采用多臺PLC進(jìn)行分散控制，有一臺上位計算機(jī)進(jìn)行集中管理，這樣的系統(tǒng)成為分布式控制系統(tǒng)。</p><p>　　

45、PLC與PLC的數(shù)據(jù)存取單元進(jìn)行通信。PLC提供了各種型號不一的數(shù)據(jù)存取單元，通過此數(shù)據(jù)存取單元可以方便地對設(shè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，對各監(jiān)控點的數(shù)據(jù)或圖形變化進(jìn)行監(jiān)控，還可以對PLC出現(xiàn)的故障進(jìn)行診斷等。</p><p>　　近年來，隨著計算機(jī)控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)興起了工業(yè)自動化（FA）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。PLC的聯(lián)網(wǎng)、通信等功能正適應(yīng)了智能化工廠的發(fā)展需要，它可以使工業(yè)控制從點到線再到面，使設(shè)備級的控制、生產(chǎn)線的

46、控制和管理層的控制連成一個整體，從而創(chuàng)造更高的效益。</p><p>　　PLC的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，幾乎凡是有控制系統(tǒng)存在的地方都需要PLC，隨著</p><p>　　其性能價格比的不斷提高，PLC的應(yīng)用范圍必將不斷擴(kuò)</p><p>　　(3) PLC的發(fā)展趨勢</p><p>　　微型機(jī)價格便宜，大力發(fā)展微型PLC是市場的主導(dǎo)方向之一

47、。與此同時，大型PLC則朝著高性能、高速度、大容量的方向發(fā)展。一些占據(jù)較高市場份額的PLC生產(chǎn)商則大力開發(fā)智能型I/O模塊和分布式I/O系統(tǒng)。隨著軟件功能的逐漸完善，PC編程軟件將逐步取代手持編程器，其編程語言也日趨標(biāo)準(zhǔn)化，其通信模式也必然朝著易用</p><p>　　化和“傻瓜化”的方向發(fā)展。</p><p>　　2.2 PLC的組成與工作原理</p><p>　

48、　2.2.1 PLC的組成</p><p>　　PLC基本組成包括中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出接口（縮寫為I/O，包括輸入接口、輸出接口、外部設(shè)備接口、擴(kuò)展接口等）、外部設(shè)備編程器及電源模塊組成，見圖2.1。PLC內(nèi)各組成單元之間通過電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接，外部則根據(jù)實際控制對象配置相應(yīng)設(shè)備與控制裝置構(gòu)成PLC控制系統(tǒng)。</p><p>　　圖2.1 PL

49、C的基本組成原理</p><p>　　2.2.2 PLC的工作原理</p><p><b>　　(1) 掃描技術(shù)</b></p><p>　　當(dāng)PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。<

50、;/p><p>　　(2) 輸入采樣階段</p><p>　　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)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該

51、輸入均能被讀入。</p><p>　　(3) 用戶程序執(zhí)行階段</p><p>　　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，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O

52、映象區(qū)中對應(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，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(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)果會對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)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。</p&g

53、t;<p>　　(4) 輸出刷新階段</p><p>　　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)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。</p><p>　　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行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運行

54、的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時間對整個運行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。</p><p>　　一般來說，PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時間的總和。</p><p>　　2.3 電力電子器件的發(fā)展與分類</p><p>　　2.3.1 電力電子器件的發(fā)展

55、過程</p><p>　　上世紀(jì)50年代末晶閘管在美國問世，標(biāo)志著電力電子技術(shù)就此誕生。第一代電力電子器件主要是可控硅整流器(SCR)，我國70年代將其列為節(jié)能技術(shù)在全國推廣。然而，SCR畢竟是一種只能控制其導(dǎo)通而不能控制關(guān)斷的半控型開關(guān)器件，在交流傳動和變頻電源的應(yīng)用中受到限制。70年代以后陸續(xù)發(fā)明的功率晶體管(GTR)、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、功率MOS場效應(yīng)管(Power MOSFET)、絕緣柵晶體管(

56、IGBT)、靜電感應(yīng)晶體管(SIT)和靜電感應(yīng)晶閘管(SITH)等，它們的共同特點是既控制其導(dǎo)通，又能控制其關(guān)斷，是全控型開關(guān)器件，由于不需要換流電路，故體積、重量較之SCR有大幅度下降。當(dāng)前，IGBT以其優(yōu)異的特性已成為主流器件，容量大的GTO也有一定地位。許多國家都在努力開發(fā)大容量器件，國外已生產(chǎn)6000V的IGBT。IEGT(injection enhanced gate thyristor)是一種將IGBT和GTO的優(yōu)點結(jié)合起來

57、的新型器件，已有1000A/4500V的樣品問世。IGCT(integrated gate eommutated thyristor)在GTO基礎(chǔ)上采用緩沖層和透明發(fā)射極</p><p>　　高可靠性的電力電子積木(PEBB)和集成電力電子模塊(IPEM)是近期美國電力電子技術(shù)發(fā)展新熱點。GTO和IGCT，IGCT和高壓IGBT等電力電子新器件之間的激烈競爭，必將為21世紀(jì)世界電力電子新技術(shù)和變頻技術(shù)的發(fā)展帶來更

58、多的機(jī)遇和</p><p>　　2.3.2電力電子器件的分類</p><p>　　電力電子器件分類：可以分為半控型器件、全控型器件和不可控型器件，其中晶閘管為半控型器件，承受電壓和電流容量在所有器件中最高；電力二極管為不可控器件，結(jié)構(gòu)和原理簡單，工作可靠；還可以分為電壓驅(qū)動型器件和電流驅(qū)動型器件，其中GTO、GTR為電流驅(qū)動型器件，IGBT、電力MOSFET為電壓驅(qū)動型器件。</p&

59、gt;<p>　　IGBT優(yōu)點：開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動，驅(qū)動功率小；缺點：開關(guān)速度低于電力MOSFET,電壓，電流容量不及GTO</p><p>　　GTR優(yōu)點：耐壓高，電流大，開關(guān)特性好，通流能力強(qiáng)，飽和壓降低；缺點：開關(guān)速度低，為電流驅(qū)動，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜，存在二次擊穿問題</p><p>　　G

60、TO優(yōu)點：電壓、電流容量大，適用于大功率場合，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強(qiáng)；缺點：電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時門極負(fù)脈沖電流大，開關(guān)速度低，驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜，開關(guān)頻率低</p><p>　　電力MOSFET優(yōu)點：開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動功率小且驅(qū)動電路簡單，工作頻率高，不存在二次擊穿問題；缺點：電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置。制約因素：耐壓，電流容量，

61、開關(guān)的速度。</p><p>　　3 與設(shè)計相關(guān)的機(jī)電技術(shù)說明</p><p>　　3.1 三菱系列可編程序邏輯控制器工作過程簡述</p><p>　　(1) 可編程序控制器的工作過程 </p><p>　　PLC上電后，就在系統(tǒng)程序的監(jiān)控下，周而復(fù)始地按固定順序?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)部的各種任務(wù)進(jìn)行查詢、判斷和執(zhí)行，這個過程實質(zhì)上是一個不斷循環(huán)的順序掃描

62、過程。一個循環(huán)掃描過程稱為掃描周期。</p><p>　　PLC在一個掃描周期內(nèi)基本上要執(zhí)行以下六個任務(wù)： </p><p>　?、?運行監(jiān)控任務(wù)。為了保證系統(tǒng)可靠工作，PLC內(nèi)部設(shè)置了系統(tǒng)監(jiān)視定時器WDT，WDT的時間設(shè)定值一般為掃描周期的2～3倍，通常為100～200 ms。 </p><p>　?、?與編程器交換信息任務(wù)。編程器在PLC的外部設(shè)備中占有非常重要

63、的地位，用戶把應(yīng)用程序輸入到PLC中，或?qū)?yīng)用程序進(jìn)行在線運行監(jiān)視和修改都要用到它。編程器在完成處理任務(wù)或達(dá)到信息交換的規(guī)定時間后，就把控制權(quán)交還給PLC。</p><p>　?、?與數(shù)字處理器(DPU)交換信息任務(wù)。一般大中型PLC多為雙處理器系統(tǒng)，一個是字節(jié)處理器(CPU)，另一個是數(shù)字處理器(DPU) ，在一般小型PLC中是沒有這個任務(wù)的。 </p><p>　?、?與外部設(shè)備交換信

64、息任務(wù)。如果沒有連接外部設(shè)備，則該任務(wù)跳過。 </p><p>　?、?執(zhí)行用戶程序任務(wù)。系統(tǒng)的全部控制功能都在這一任務(wù)中實現(xiàn)。 </p><p>　　⑥ 輸入/輸出信息處理任務(wù)。 </p><p>　　(2) PLC的工作過程如圖所示 圖3.1 PLC的工作過程</p><p>　　(3) PLC的

65、輸入/輸出過程 </p><p>　?、?PLC的工作方式是周期掃描方式，所以其輸入/輸出過程是定時進(jìn)行的。對用戶程序而言，要處理的輸入信號是輸入信號狀態(tài)暫存區(qū)的信號，而不是實際的信號。運算處理后的輸出信號被放入輸出信號狀態(tài)暫存區(qū)中，而不是直接輸出到現(xiàn)場的。 </p><p>　　② 掃描循環(huán)時間循環(huán)時間（ Cycle Time ）是指操作系統(tǒng)執(zhí)行一次循環(huán)操作所需的時間，包括執(zhí)行 程序段和

66、中斷該循環(huán)的系統(tǒng)操作的時間，循環(huán)時間又稱為掃描循環(huán)時間（ Scan Cycle Time ）或掃描周期。 </p><p>　　循環(huán)時間與用戶程序的長短、指令的種類和 CPU 執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。當(dāng)用戶程序較長時，指令執(zhí)行時間在循環(huán)時間中占相當(dāng)大的比例。循環(huán)時間會因為下述事件而延長：中斷處理、診斷和故障處理、測試和調(diào)試功能、通信、傳送和刪除塊、壓縮用戶程序存儲器、讀／寫微存儲器卡 MMc 等。</p

67、><p>　?、?輸入／輸出滯后時間 </p><p>　　輸入愉出滯后時間又稱為系統(tǒng)響應(yīng)時間，是指PLC的外部輸入信號發(fā)生變化的時刻至它控制的外部輸出信號發(fā)生變化的時刻之間的時間間隔，它由輸入電路濾波時間、輸出電路的滯后時間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時間這三部分組成。 </p><p>　　輸入模塊的RC濾波電路用來濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸點動作時

68、產(chǎn)生的抖動引起的不良影響，濾波電路的時間常數(shù)決定了輸入濾波時間的長短，其典型值為l0ms左右。 輸出模塊的滯后時間與模塊的類型有關(guān)，繼電器型輸出電路的滯后時間一般在10ms左右；雙向晶閘管型輸出電路在負(fù)載通電時的滯后時間約為lms，負(fù)載由通電到斷電時的最大 滯后時間為l0ms；晶體管型輸出電路的滯后時間一般在lms以下。 由掃描工作方式引起的滯后時間最長可達(dá)兩三個掃描周期。 PLC總的響應(yīng)延遲時間一般只有幾毫秒到幾十毫秒，PLC周期性的

69、輸入/輸出處理方式對一般控制對象而言是能夠滿足的，但是對那些要求響應(yīng)時間小于掃描周期的控制系統(tǒng)則不能滿足，這時可以用智能型輸入/輸出單元或?qū)ｉT的軟件指令，通過與掃描周期脫離的方式來解決。11.3 PLC的中斷輸入處理過程</p><p>　　PLC的中斷輸入處理方法同一般計算機(jī)系統(tǒng)是基本相同的，即當(dāng)有中斷申請信號輸入后，系統(tǒng)要中斷正在執(zhí)行的相關(guān)程序而轉(zhuǎn)向執(zhí)行中斷子程序；當(dāng)有多個中斷源時，它們將按中斷的優(yōu)先級有一

70、個先后順序的排隊處理。系統(tǒng)可以通過程序設(shè)定允許中斷或禁止中斷。PLC的中斷源信息是通過輸入單元進(jìn)入系統(tǒng)的。PLC的中斷源有優(yōu)先順序，一般無嵌套關(guān)系。</p><p>　　3.2 三菱FR-A540系列變頻器使用說明</p><p>　　(1) 三菱FR-A540系列變頻器外形圖如圖3.2所示 </p><p>　　圖 3.2 三菱

71、FR-A540系列變頻器外形圖</p><p>　　(2) 三菱FR-A540系列變頻器基本配置說明圖 圖3.3 三菱FR-A540系列變頻器基本配置說明圖 (3) 三菱FR-A540系列變頻器基本配置接線圖 圖 3.4 三菱FR-A540系列變頻器基本配置接線圖 ① 主回路端子說明</p><p&

72、gt;　　R, S, T 交流電源輸入連接工頻電源，當(dāng)使用高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器時，確保這些端子不連接(FR-HC)。U, V, W 變頻器輸出接三相鼠籠電機(jī)。R1, S1 控制回路電源。與交流電源端子R,S連接。在保持異常顯示和異常輸出時或當(dāng)使用高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器時。(FR-HC)時，請拆下R－R1和S-S1之間的短路片，并提供外部電源到此端子。P, PR 連接制動電阻器拆開端子PR-PX之間的短路片，在P-PR之間連接選件制動電阻器(FR-

73、ABR)。</p><p>　　P, N 連接制動單元連接選件FR-BU型制動單元或電源再生單元(FR-RC)或高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器(FR-HC)。</p><p>　　P, P1 連接改善功率因數(shù)DC電抗器拆開端子P-P1間的短路片，連接選件改善功率因數(shù)用電抗器(FR-BEL)。</p><p>　　PR, PX 連接內(nèi)部制動回路用短路片將PX-PR間短路時(出廠設(shè)定

74、)內(nèi)部制動回路便生效(7.5K以下裝有)。接地變頻器外殼接地用，必須接大地。</p><p>　?、?控制回路端子說明</p><p>　　STF 正轉(zhuǎn)啟動。STF信號處于ON便正轉(zhuǎn)，處于OFF便停止。程序運行模式時為程序運行行開始信號,（ON開始，OFF靜止）。當(dāng)STF和STR信號同時處于ON時，STR 反轉(zhuǎn)啟動STR信號ON為逆轉(zhuǎn)，OFF為停止。相當(dāng)于給出停止指令。STOP 啟動自保持

75、選擇使STOP信號處于ON,可以選擇啟動信號自保持。RH，RM，RL 多段速度選擇用RH,RM和RL信號的組合可以選擇多段速度。JOG 點動模式選擇。JOG信號 ON </p><p>　　選擇點動運行（出廠設(shè)定）。用啟動信號（STF和STR）?？梢渣c動運行。RT 第2加/減速時間選擇RT信號處于ON時選擇第2加減速時間。設(shè)定了[第2力矩提升][第2V/F(基底頻率)]時，也可以用RT信號處于ON時選擇這些功能。

76、輸入端子功能選擇 (Pr.180到Pr.186)。用于改變端子功能。MRS 輸出停止，MRS信號為ON（20ms以上）時，變頻器輸出停止。用電磁制動停止電機(jī)時，用于斷開變頻器的輸出。</p><p>　　RES 復(fù)位用于解除保護(hù)回路動作的保持狀態(tài)。使端子RES信號處于ON在0.1秒以上,然后斷開。AU 電流輸入選擇，只在端子AU信號處于ON時，變頻器才可用直 流4-20mA作為頻率設(shè)定信號。</p>

77、;<p>　　CS 瞬停電再啟動選擇，CS信號預(yù)先處于ON，瞬時停電再恢復(fù)時變頻器便可自動啟動。但用。這種運行必須設(shè)定有關(guān)參數(shù)，因為出廠時設(shè)定為不能再啟動。輸入端子功能選擇。(Pr.180到Pr.186)，用于改變端子功能。</p><p>　　SD 公共輸入端子（漏型） 接點輸入端子和FM端子的公共端。直流24V,0.1A(PC端子)電源的輸出公共端.。</p><p>&

78、lt;b>　?。?）功能說明</b></p><p>　　本設(shè)計中不讓變頻器實現(xiàn)具體的調(diào)速功能，僅需要其輸出系統(tǒng)所需要的超低頻電源。</p><p>　　4縱向電磁攪拌裝置主電路及控制電路設(shè)計</p><p>　　本章是整個設(shè)計的核心組成部分，包括主電路的設(shè)計與控制電路的設(shè)計。其中主路的設(shè)計包括設(shè)備外形圖與主電路圖，控制電路主要介紹其工作原理與工作

79、過程。主要內(nèi)容如下</p><p><b>　　4.1設(shè)備外形圖</b></p><p>　　設(shè)備外形圖如圖4.1和圖4.2所示 圖4.1 螺線管感應(yīng)器 圖4.2螺線管感應(yīng)器縱向坡面圖 如圖1和圖2所示，螺線管感應(yīng)器是由線圈L纏繞在結(jié)晶器1上構(gòu)成，工作中為減少線圈發(fā)熱，線圈采用銅管繞制，銅管內(nèi)

80、通冷卻水。將超低頻交變電流輸入到螺線管感應(yīng)器的線圈L上，于是在結(jié)晶器1的鋼水中感應(yīng)出縱向交變磁場2和環(huán)行電流3?？v向交變磁場2與環(huán)行電流3相互作用，產(chǎn)生對鋼水的環(huán)抱擠壓作用力，最終形成鋼水縱向上環(huán)流4和下環(huán)流5。</p><p>　　4.2設(shè)備控制電路設(shè)計</p><p>　　設(shè)備的控制的控制電路方框圖如下頁圖4.3所示，這里先簡要的闡述一下其工作過程：</p><p&

81、gt;　　設(shè)備所需要的交流電源為超低頻交流電源，由整流電路I和控制電路II構(gòu)成；整流電路I由兩組反向并聯(lián)的正可控橋R和反可控橋N及平波電抗器Ld和電流傳感器H組成，平波電抗器Ld、電流傳感器H和感應(yīng)線圈L串聯(lián)后，連接在兩組反向并聯(lián)的正可控橋R和反可控橋N的輸出端7和輸出端8，正可控橋R和反可控橋N通過變壓器連接外部交流電源，其整流元件為功率半導(dǎo)體元件；控制電路II由波峰計數(shù)電路J、分配電路F、正橋觸發(fā)電路Rc 、反橋觸發(fā)電路Nc 和電流

82、調(diào)整電路w組成，其中分配電路F決定正反可控橋的工作流程和超低頻電流的頻率；分配電路F對來自波峰計數(shù)電路J的信號以及由電流傳感器H檢測的線圈L的電流過零信號進(jìn)行處理，并分別通過反封鎖口1、正整流端口2、正移相口3、正封鎖口4、反整流端口5和反移相口6依次循環(huán)輸出反橋封鎖指令、正橋整流指令、正橋拉逆變指令、正橋封鎖指令、反橋整流指令和反橋拉逆變指令；這些指令經(jīng)正橋觸發(fā)電路Rc 、反橋觸發(fā)電路Nc來控制兩個反向并聯(lián)的正可控橋R和反可控橋N的交

83、替工作狀態(tài)；聯(lián)接在正可控橋R和反可控橋N之間的電流調(diào)整電路W通過改變正、反橋觸發(fā)電路觸發(fā)脈沖的觸發(fā)角來控制整流電路I的輸出電流強(qiáng)度</p><p>　　正可控橋R和反可控橋N中的功率半導(dǎo)體元件為可控硅、IGBT或GTO 圖4.3 連軸坯內(nèi)部鋼水縱向電磁攪拌裝置控制電路方框圖 </p><p>　　圖4.3是連鑄坯內(nèi)部鋼水環(huán)抱擠壓縱向電磁攪拌裝置的電路原理

84、框圖。它由螺線管感應(yīng)器線圈L和與其連接的超低頻交流電源兩部分構(gòu)成，而超低頻交流電源由整流電路I和控制電路II構(gòu)成。 </p><p>　　整流電路I包括兩組反向并聯(lián)的正可控整流橋R、反可控整流橋N和平波電抗器Ld。正可控整流橋R向螺線管感應(yīng)器線圈L提供正半周電流（此時，反可控整流橋N關(guān)閉），而反可控整流橋N則提供負(fù)半周電流（此時，正可控整流橋R關(guān)閉）。由于螺線管感應(yīng)器線圈L兩端并接到反向并聯(lián)的可控整流橋R和N上，

85、因此，通過這兩個正反可控整流橋的交替工作，于是在線圈L上就產(chǎn)生了超低頻交變電流。基于電磁感應(yīng)原理，本裝置可對連鑄坯內(nèi)部鋼水實施縱向電磁攪拌。平波電抗器Ld起限制可控整流橋輸出電流的上升率的作用，其電感值為0~100mH左右。平波電抗器可以采用一個，也可以采用兩個或多個以更有效的限制電流的上升率。</p><p>　　控制電路II控制整流電路I的整流、拉逆變及輸出的超低頻交流電的強(qiáng)度和頻率。如圖3所示，控制電路II

86、由霍爾電流傳感器H、波包個數(shù)計數(shù)電路J、指令分配電路F、正橋觸發(fā)電路Rc 、反橋觸發(fā)電路Nc 和輸出電流強(qiáng)度調(diào)整電路W組成，其中指令分配電路F與波包個數(shù)計數(shù)電路J決定正反可控整流橋的工作順序和超低頻交流電的頻率。</p><p>　　由于螺線管感應(yīng)器線圈L兩端并接到反向并聯(lián)的可控整流橋R和N上，因此，控制電路必須保證這兩個正反可控整流橋可靠地處于交替工作狀態(tài)，即當(dāng)正可控整流橋R處于整流或拉逆變狀態(tài)向螺線管感應(yīng)器線

87、圈L提供正半周電流時，必須保證反可控整流橋N處于關(guān)閉狀態(tài)；反之，當(dāng)反可控整流橋N處于整流或拉逆變狀態(tài)輸出負(fù)半周電流時，則必須保證正可控整流橋R可靠的關(guān)閉。否則，反向并聯(lián)的可控整流橋R和N將會發(fā)生短路，造成事故。為此在超低頻交流電饋線上安裝了兩個霍爾電流傳感器H1和H2，其中H1正套裝在饋線上，而H2反套裝在饋線上。當(dāng)螺線管感應(yīng)器線圈L上通有正半周電流時，電流傳感器H1將輸出高電平信號，同時由于電流傳感器H2反套裝在饋線上，則輸出低電平信

88、號。同理，當(dāng)螺線管感應(yīng)器線圈L上通有負(fù)半周電流時，由于電流傳感器H2反套裝在饋線上，故而將輸出高電平信號，H1將輸出低電平信號。H1和H2分別將檢測信號反饋到控制電路II的指令分配電路F中，以實現(xiàn)對這兩個正反可控整流橋的交替工作狀態(tài)進(jìn)行控制。</p><p>　　4.3設(shè)備控制電路原理圖設(shè)計</p><p>　　設(shè)備控制電路原理圖的實施例如圖4.4所示</p><p&g

89、t;　　下面結(jié)合具體實施例之圖4.4，對連鑄坯內(nèi)部鋼水進(jìn)行縱向電磁攪拌裝置的原理詳述如下：如圖4.4所示，當(dāng)電感線圈L上的反向電流過零后，霍爾電流傳感器H1輸出高電平，該電平經(jīng)由三極管T1、T2、T3組成的整形放大電路整形放大后，輸入到D-觸發(fā)器D1的R端，使D-觸發(fā)器D1 的R=1。與此同時，霍爾電流傳感器H2輸出低電平，該脈沖經(jīng)由三極管T4、T5、T6組成的整形放大電路整形放大后，輸入到D-觸發(fā)器D1的S端，使D-觸發(fā)器D1 的S=

90、0，于是D-觸發(fā)器D1的Q=0、?=1，該指令分別送至反橋觸發(fā)電路Nc的封鎖端口1和正橋觸發(fā)電路Rc的封鎖端口2。Q=0指令使反橋觸發(fā)電路Nc關(guān)斷反可控整流橋N，同時?=1指令使正橋觸發(fā)電路Rc產(chǎn)生整流觸發(fā)脈沖，控制正可控整流橋R開始整流，于是線圈L上將產(chǎn)生正向脈動電流。</p><p>　　圖 4.4 連軸坯內(nèi)部鋼水縱向電磁攪拌裝置實施例參考電路原理圖D-觸發(fā)器D1的?=1指令同時輸入到D-觸發(fā)器D3的

91、R端，使R=1又因S端接地而S=0，于是D-觸發(fā)器D3的Q=0、?=1，又因D與?相連從而D=1。D-觸發(fā)器D1的?=1指令還經(jīng)或門1接入波包個數(shù)計數(shù)電路J，使其開始對三相電的波包個數(shù)計數(shù)，該波包數(shù)也就是正可控整流橋R整流輸出的正向脈動電流的波包個數(shù)。當(dāng)波包個數(shù)達(dá)到由本裝置輸出超低頻電流半個周期所要求的個數(shù)時，波包個數(shù)計數(shù)電路J發(fā)出一正脈沖，通過與門2輸入D-觸發(fā)器D2的cp端，因D-觸發(fā)器D2的R=S=0，使Q復(fù)制D（此時D=1）而置

92、1，該指令經(jīng)與非門4輸入正橋觸發(fā)電路Rc移相端口3，使正可控整流橋R處于拉逆變狀態(tài)，于是線圈L的電流逐漸降低為零。</p><p>　　當(dāng)電感線圈L正向電流過零時，霍爾電流傳感器H輸出檢測脈沖，該脈沖經(jīng)整形放大后輸入到D-觸發(fā)器D1的R和S端，使D-觸發(fā)器D1 的R=0、S=1，則D-觸發(fā)器D1的?=0、Q=1。該指令分別送至正橋觸發(fā)電路Rc的封鎖端口2和反橋觸發(fā)電路Nc的封鎖端口1，使正橋觸發(fā)電路Rc關(guān)斷正可控

93、整流橋R，同時使反橋觸發(fā)電路Nc產(chǎn)生整流觸發(fā)脈沖，控制反可控整流橋N開始整流，于是線圈L上將產(chǎn)生反向脈動電流。</p><p>　　D-觸發(fā)器D1的Q=1指令同時經(jīng)或門1接入波包個數(shù)計數(shù)電路J，使其對三相電的波包個數(shù)開始計數(shù)。當(dāng)波包個數(shù)達(dá)到由本裝置輸出的超低頻電流半個周期所要求的個數(shù)時，波包個數(shù)計數(shù)電路J發(fā)出一正脈沖。該脈沖通過與門3輸入D-觸發(fā)器D3的cp端，因D-觸發(fā)器D3的R=S=0，使得Q復(fù)制D（此時D=

94、1）而置1。該指令經(jīng)與非門5 輸入反橋觸發(fā)電路Rc移相端口4，使反可控整流橋N處于拉逆變狀態(tài)，于是線圈L的反向電流逐漸降低為零，完成一個超低頻交流電流周期。如此循環(huán)上述過程，本裝置即可在電感線圈L上產(chǎn)生超低頻交流電輸出，超低頻交流電的頻率可通過預(yù)先設(shè)定波包個數(shù)計數(shù)電路J來調(diào)整。</p><p>　　控制電路II中的正橋觸發(fā)電路Rc和反橋觸發(fā)電路Nc采用標(biāo)準(zhǔn)的三相全波可控硅整流觸發(fā)電路?？刂齐娐稩I中的波包個數(shù)計數(shù)

95、電路J也是采用標(biāo)準(zhǔn)的脈沖計數(shù)電路。</p><p>　　電流調(diào)整電路W是通過改變正、反橋觸發(fā)電路觸發(fā)脈沖的觸發(fā)角來控制整流電路I輸出的電流強(qiáng)度。 圖 4.5 各種指令脈沖波形圖</p><p>　　圖5示出了上述流程的D-觸發(fā)器D1的R和S端輸入波形、反橋封鎖指令1、正橋封鎖指令2、正橋拉逆變指令3、和反橋拉逆變指令

96、4的脈沖波形圖。</p><p>　　4.4三相全橋整流反并聯(lián)導(dǎo)通設(shè)計</p><p>　　圖4.6為兩組三相全橋整流電路（SCR）反并聯(lián)，整流橋1，2導(dǎo)通時，流過電感L的電流方向是相反的，如果讓整流橋1，2輪流導(dǎo)通，流過電感L的電流就為拼接起來的類似正弦波的交流電（如圖2）,而且該電流的頻率可以控制(控制正反整流電路的波包個數(shù))。在工作中，兩整流橋?qū)ǖ臅r刻一定要加以控制，在整流結(jié)束時一

97、定要拉逆變，保證電感上的能量完全回饋給電網(wǎng)，防止出現(xiàn)兩整流橋同時導(dǎo)通形成相間短路的現(xiàn)象。因此整流橋1，2導(dǎo)通的順序必須遵從如下過程：</p><p>　　整流橋1：整流 逆變 封鎖 </p><p>　　整流橋2：整流 逆變 封鎖 </p><p>　　圖

98、4.6 三項反并聯(lián)晶閘管導(dǎo)通順序示意圖三項反并聯(lián)晶閘管導(dǎo)通順序波形圖如下需所示 圖 4.7 三項反并聯(lián)晶閘管導(dǎo)通順序波形圖</p><p><b>　　5系統(tǒng)軟件程序設(shè)計</b></p><p>　　5.1 PLC梯形圖概述</p><p>　　梯形圖是使用最多的編程語言，被稱為PLC

99、的第一編程語言。梯形圖與電氣控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的有點，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序梯形圖的設(shè)計成為編程。 PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實的物理繼電器，而是一些存儲單元（軟繼電器），每一軟繼電器與PLC存儲器中的映像寄存器的一個存儲單元相對應(yīng)。該存儲單元如果是“1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對

100、應(yīng)軟繼電器的線圈“通電”，其常開觸點接通，常閉觸點斷開，稱這種狀態(tài)是該軟繼電器的“1”或“ON”狀態(tài)，如果該存儲單元為“0”狀態(tài)，對應(yīng)軟繼電器的線圈和觸電的狀態(tài)與上述的相反，稱該軟繼電器為“0”或“OFF”狀態(tài)。使用中也常將這些“軟電器”為編程元件。 梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為母線，在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時，為了借用繼電器電路分析方法，可以想象左右兩側(cè)母線（左母線和右母線）有一個左是正面右是負(fù)面的直流電源電壓，母線之間有“能流”

101、從左向右流動，右母線可以不畫出。 梯形圖中各觸點的狀態(tài)和對應(yīng)關(guān)系，求出與</p><p>　　5.2程序運行界面圖</p><p><b>　　界面圖一：</b></p><p><b>　　界面圖二：</b></p><p><b>　　界面圖三：</b></p

102、><p><b>　　5.3 梯形圖設(shè)計</b></p><p>　　程序一（反橋封鎖指令）：</p><p>　　程序二（正橋整流指令）；程序三（正橋拉逆變指令）；程序四（正橋封鎖指令）：</p><p>　　程序五（反橋整流指令）；程序六（反橋拉逆變指令）：</p><p>&

103、lt;b>　　運行情況說明</b></p><p>　　系統(tǒng)與上位機(jī)連接后進(jìn)入模擬運行狀態(tài)，經(jīng)仿真軟件測試后系統(tǒng)程序完全正確符合設(shè)計的最初要求，可以應(yīng)用于實際生產(chǎn)當(dāng)中，但在實際安裝運行中可能會出現(xiàn)新的問題，在此不作深入探討。</p><p><b>　　6設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　本系統(tǒng)主要以可編程控制器PLC和變

104、頻器為核心，利用可編程序控制器PLC和變頻器的強(qiáng)大功能，實現(xiàn)了利用可編程控制器和變頻器控制電磁攪拌裝置的功能。具有接線簡單編程直觀擴(kuò)展容易等特點。當(dāng)電磁攪拌裝置的工作狀態(tài)需要改變時只需要改變I/O擴(kuò)展模塊即可，原來的接線不需改變軟件上只需增加或減少相應(yīng)程序以改變輸出的功能。要改變的地方較之繼電器要簡單很多。測試效果表明，在適應(yīng)性靈活性精確性和可靠性等方面。達(dá)到了設(shè)計的要求，表明該設(shè)計方案是可行的。</p><p>

105、;　　通過本設(shè)計我學(xué)到了很多東西，在專業(yè)水平上得到了很大的提高。并且，更深入地了解了可編程序控制器和變頻器的相關(guān)知識。我選擇這個畢業(yè)設(shè)計也是為了彌補(bǔ)以前學(xué)習(xí)上的一些不足。這次設(shè)計之所以能順利進(jìn)行得到了許多老師的指導(dǎo)和幫助，也學(xué)到了很多課堂上學(xué)不到的東西，在此深表感謝?。?！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1 李秋生．大功率交—交變頻技

106、術(shù)．煤炭技術(shù)，2009，28(3)：38~39</p><p>　　2 任國海．電力電子技術(shù)．浙江大學(xué)版社，2009</p><p>　　3 劉俊．三相交—交頻電源的仿真設(shè)計．湖南工程學(xué)院學(xué)報，2008，18(3)</p><p>　　4 雷鳴等．大功率交交變頻器電流控制系統(tǒng)．中國計量協(xié)會冶金分會2008年會論文集，2008</p><p>