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中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第58页
个模块组成：
中央处理单元（CPU）
数字输出模块（DOM） 数字输入模块（DIM） 模拟输入模块（AOM） 模拟输出模块（AIM） 电源
表3—表5给出了PLC的其它详细的结构。速度传感器是用于速度反馈，电流传感器是用于负载电流反馈，第二电流传感器是连接定子回路。因此，闭环系统的双反馈回路是有负载电流传感器，速度传感器和模拟输入模块组成。测速电动机（永磁电动机）就是速度传感器。异步电机带动它的轴机械旋转，输出一个电压，电压的大小与旋转速度成比例。极性取决于旋转方向，测速发电机的电压信号必须与模拟输入模块的电压范围（直流0-5V和电阻200K）匹配。PLC的其它外在控制回路设计采用低压直流24V电源。因为手动控制，系统中配置了启动，停止和急速跳闸按钮，还有向前向后方向选择开关。图2给出了所有组成；一个主开关，一个自动单相开关，一个三相热继电器，一个负载自动开关，信号灯（向前，向后，启动，停止，跳闸），按钮（启动，停止，跳闸），选择开关（向前向后旋转），一个速度选择器，一个增益选择器，还有PLC模块和整流逆变器也放置在控制面板上。程序从个人主机上通过RS232总线下到PLC中。
表3 PLC结构配置 直接输入(%I) 直接输出(%Q) 模拟输入(%AI) 模拟输出(%AQ) 存储器(M) 可用的 32 16 8 8 540 已用的 8 9 7 6
V.软件描述
PLC程序是依据输入设备的逻辑要求，程序与其说是体现数字计算法则不若说主要是体现了逻辑性。许多编制的程序是直接工作在“开或关”两种状态，并且它们这种交替的形式分别是与“真或假”（逻辑形式）和“1或0”（二进制形式）对应的。因此，PLC提供了灵活的可编程选择形式给用模拟设备建立的电路传输控制系统。编程是采用梯形图方法。PLC提供了在主机终端可以运行的基于软件的设计环境，它可以将梯形图调出，修改，测试和诊断。首先，高级程序是用梯形图来表示。然后，梯形图转化成二进制命令形式，因此它就可以保存到随机存储器（REM）或可擦可编程存储器（EPROM）。每一个正确的指令都被CPU解码和执行。CPU的功
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能就是控制存储器和I/O设备，依照程序来处理数据。每一个PLC上的输入输出连接点都一个地址，用来识别输入输出位。输入输出数据和存储器之间的直接联系是以下面的结构为基础的：PLC的存储器分为三个区：输入映像区（I），输出映像区（Q），和内存（M）。任何存储区都直接用%I，%M，%Q调用（表III）。PLC程序在主循环程序中采用循环扫描，如对输入变量的周期检查。程序先开始扫描系统输入，然后将它们的状态存储到固定存储区（输入映像区I）。接下来梯形图程序也一行行执行。
扫描程序，处理梯形行各种逻辑运算来决定输出状态。最新的输出状态保存到固定存储区（输出映像区Q）。输出数据保存在存储器中，然后在本次程序扫描的最后设置或是重置输出设备。对于给定的PLC，完整的扫描一次所用的时间或是扫描时间是0.18ms/k(1000步)，最大的程序容量是1000步。扩展系统由主机通过232总线连接PLC组成。主机给程序文档编辑，保存，打印和程序执行监控提供了软件环境。PLC执行程序的过程包括：编辑员画出源梯形程序，将源程序转变成二进制命令形式，这样它可以在PLC的微处理器中执行并通过连续传输端口从PC中下载到PLC系统。当PLC系统处于对机器的实时控制时，PLC系统是在线的且监控所有数据确保正确的运行。
表5 PLC模块和I/O设定 主板 模块1 1、CPU 模块2 模块3 模块4 模块5 数字量输出模块 1、继电器1 模拟量输入模块 数字量输入模块 模拟量输出模块 1、速度反馈信号 1、启动按钮信号 1、速度反馈信号（显示） 2、电源 2、负载电流反馈信号 2、停止按钮信号 2、负载电流反馈信号（显示） 2启动灯（运行） 3、定子电流信号 3、跳闸按钮信号 3、负载转矩信号（显示） 4、速度设定值信号 4、前向开关信号 4、逆变器参考频率 3、继电器2 4、停止灯 5、控制增益信号 5、后向开关信号 5、负载继电器 6、控制时间常数 6、跳闸按钮信号 6、定子继电器 7、逆变器模拟 端口 7、24V DC 5、继电器3 6、跳闸灯 7、逆变器数字 端口 8、24V DC 8、24V DC 9、24V DC
A.PLC速度控制软件
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在图4中，给出了速度控制软件的流程图。软件调整速度监视定速度控制而不管转矩变化。逆变器这会儿在做电机的电源的同时也受到PLC软件的控制。如果没有PLC和反馈控制环，逆变器也不可能控制电机恒定速度运行。操作员通过控制面板设定速度和选择电机向前或是向后的旋转方向。通过按下手动按钮，电机开始旋转。如果停止按钮被按下，则电机停下。如表5所示，对应的输入信号接入到数字输入模块，输出信号送到数字输出模块。模拟输入模块接受定子电流传感器的跳闸信号Is，测速发电机的速度反馈信号，和控制面板的信号。这样，PLC可以获得电机被要求的速度和的实际速度。操作员要求的速度和电机实际速度的差值给出了误差信号。如果误差信
号不是0，而是正或是负，然后，PLC根据CPU的运算减少或增加逆变器的V/F，因此，电机速度是修正的。控制器采用比例积分型（PI）（如，误差信号通过增益放大，积分，加给要求的速度）。最后，控制信号送给数字输出模块，并且连接逆变器的数字输入去控制变化量。在开始的时候，操作员通过控制面板上的旋转变阻器改变增益（增益调节），模拟输入模块接受它的电压降作为控制增益信号（0-10V）。要求的速度是通过改变旋转变阻器得到的，AIM获取这个信号。它的值送到AOM，并在控制面板上显示（设定速度显示），控制面板上另一个是显示通过速度反馈信号计算出的电机实际速度。第三个显示的是通过负载电流信号计算出来的负载转矩（Nm）。它他们对应的信号输出给AOM。
扫描输入 存储输入 控制模式 停止模式
扫描循环 梯形图执行: 速度控制软件 保护软件 关闭/重启电机软件 数据更新 图3. 主程序流程图
读入输入： 前向/后向信号 定子电流IS 启动信号 速度反馈信号 速度设定信号nsp 停止信号 中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第61页
图4 速度软件流程图
B.监测和保护软件
图5给出了软件流程图.在电机运行中，不能通过改变开关位置来改变旋转方向。只有按下停止按钮才可改变旋转方向。在软件中编制下列程序,使电机在启动和带载运行情况下进行过载电流保护。
I）在DIM中输入前向后向信号。
II）在AIM中输入速度设定值nsp,负载电流IL，定子电流IS，和速度反馈信号。
III）在无载情况IS?1.0A,如果速度设定值小于20%,或nsp<300r/min,电机不会启动。 nspIV）负载增加0.4NM(额定转矩的40%),IS?1.3A,速度设定值低于40%或<600r/min,则电机不会启动。
V）如果负载增加1.0NM(额定转矩), IS?1.5A并且如果转速设定值超过100%或nsp?1500r/min,电机进入停机程序。
VI）在所有其他情况下,电机进入速度控制模式，速度控制软件如A部分描述的执行。