6ES7221-1BH22-0XA8常备现货

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下面用一个简单的例子来说明的循环工作过程。开关k1和k2的常开触点分别接在输入模块上i0.1和i0.2对应的输入端，km的线圈接在输出模块上q4.0对应的输出端。

图1-5的梯形图中的i0.1是过程映像输入位，与接在对应的输入端的k1的常开触点相对应，梯形图中的q4.0是过程映像输出位，与接在对应的输出端子的输出模块内的输出电路相对应。梯形图以指令的形式储存在plc的用户程序存储器中，图1-5中的梯形图与下面的3条指令相对应，“//”之后是该指令的注释：

a i 0.1 //接在左侧“线”上的i0.1的常开触点

an i 0.2 //串联的i0.2的常闭触点

= q 4.0 //q4.0的线圈

a（and，与）指令表示常开触点串联，an(andnot)指令表示常闭触点串联，赋值指令“=”表示将逻辑运算的结果传送给指定的地址。图中的梯形图完成的逻辑运算为

在读取输入模块阶段，cpu将k1和k2的常开触点的on/off状态读人对应的过程映像输入位，外部触点接通时将二进制数1存入过程映像输入位，存入0。

图plc外部接线图与梯形图

执行第1条指令时，从过程映像输入位i0.1中取出二进制数并暂时保存起来。

执行第2条指令时，取出过程映像输入位i0.2中的二进制数，因为是常闭触点，对取出的二进制数作“非”运算，与i0.1对应的二进制数作“与”运算，触点的串联对应“与”运算。

执行第3条指令时，将前面的二进制数运算的结果送给过程映像输出位q4.0。

在下一扫描周期的数据写入输出模块阶段，cpu将各过程映像输出位中的二进制数传送给输出模块，并由后者将数据锁存起来。如果过程映像输出位q4.0中存放的是二进制数1，外接的km的线圈将通电，将断电。

图1-5的波形图中的高电平表示外部开关接通或km的线圈通电，当t

作为工业自动化的一种典型应用，初是做为取代线路、进行顺序控制为主而产生的，后来plc厂家逐步增加了模拟量运算、pid功能以及更可靠的工业抗干扰技术等功能，并随着网络化的需求增加了各种通信接口，伴随着技术和以太网技术的发展，plc的应用范围越来越广泛。

什么是plc

可编程控制器（programmablecontroller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（programmablelogic controller），简称plc，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。

国际委员会（iec）于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。在草案中对可编程控制器定义如下：

“可编程控制器是一种数字运算操作的系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。

随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，这种装置称作可编程控制器，简称pc。为了避免与个人计算机（personalcomputer）的简称混淆，将可编程控制器简称plc。

plc的发展状况

世界上台plc

1968年美国通用汽车公司（ge），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。

当时的设计要求是吸取继电器和计算机两者的优点：继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，但简单易懂、价格便宜；计算机功能强大、灵活（可编程）、通用性好，但编程困难；采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。

1969年，美国数字设备公司（dec） 研制出台plc，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。

这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用，到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。

70年代初期

仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制，通常称为可编程逻辑控制器（programmable logiccontroller）。

1971年日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本台plc。1973年，西欧国家也研制出它们的台plc。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用。

70年代中期

微处理器技术应用到plc中，使plc不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。

80年代以后

随着大规模、超大规模等微的迅速发展，16位和32位微处理器应用于plc中，使plc得到迅速发展。plc不仅控制功能增强，可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能。

近年来plc发展迅速

plc集三电（电控、电仪、电传）为一体、性能价格比高、高可靠性的特点，已成为自动化工程的核心设备。plc成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置，其使用量高居首位。

plc成为现代工业自动化的三大技术支柱（plc、机器人、cad／cam）之一。

我国plc市场的三大流派

我国改革开放后，美国ab、ge、modicon、ti，日本omron、三菱、富士，德国西门子等厂家的产品不断进入我国，并在各行各业的系统中占据重要地位。

·欧洲：德国的西门子（siemens）、aeg及法国的ti公司

·美国：a－b（allen－bradly）（其产品约占美国plc市场50％的份额）、ge（generalelectric）、莫迪康（modicon）公司、德州仪器（t1）公司、 歌德（gould）公司、西屋公司

·日本：三菱电机（mitsubishi electric）、 欧姆龙（omron）、 fuji（日本主要发展中小型plc，在世界小型plc市场上， 日本产品约占有70％的份额。在中国，omron产品的销量居首位。）

目前还有韩国、台湾等plc产品；现在市场上出现了系列化的国产plc，其价格相对低廉，性价比较高。

1974年我国开始仿制美国的第二代plc产品，但因质量和技术问题等原因未能推广。直到1977年，我国才研制出台具有实用价值的plc，并开始批量生产和应用于工业过程的控制。

的下端(输入端)为、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。

plc的输入端一般都是各种传来的信号(在工厂里接近开关多)，一开始plc是叫程序步骤控制器，传来个信号，执行一个步骤，好象是西门子公司发明的，它依赖于上一个信号而执行下一个步骤，也就是说它自成一体，形成一个小型的自动化分系统，而输出端的可带的执行元件就比较多，工厂里多是继电器输出，经常带电磁阀或者气动元件，这东西故障率相当低(征对西门子，松下，东芝的)。要增加那个控制元件其实质就是加入一个逻辑信号而已。

plc可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：

1、

电源用于将交流电转换成plc内部所需的直流电j目前大部分plc采用开关式稳压电源供电。

2、中央处理单元(cpu)

中央处理器是plc的控制中枢，也是plc的核心部件，其性能决定了plc的性能。

中央处理器由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集中在一块芯片上，通过地址总线、控制总线与存储器的输入/输出接口电路相连。中央处理器的作用是处理和运行用户程序，进行逻辑和数学运算，控制整个系统使之协调。

3、存储器

存储器是具有记忆功能的半导体电路，它的作用是存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其他一些信息。其中系统程序是控制plc实现各种功能的程序，由plc生产厂家编写，并固化到只读存储器(rom)中，用户不能访问。

4、输入单元

输入单元是plc与被控设备相连的输入接口，是信号进入plc的桥梁，它的作用是接收主令元件、检测元件传来的信号。输入的类型有直流输入、交流输入、交直流输入。

5、输出单元

输出单元也是plc与被控没备之间的连接部件，它的作用是把plc的输出信号传送给被控设备，即将中央处理器送出的信号转换成电平信号，驱动被控设备的执行元件。输出的类型有继电器输出、晶体管输出、晶闸门输出。

plc除上述几部分外，根据机型的不同还有多种外部设备，其作用是帮助编程、实现监控以及网络通信。常用的外部设备有编程器、打印机、盒式磁带录音机、计算机等。

一、回转窑变频控制 

    在我国水泥行业中，回转窑是主要的大型设备，其调速系统的好坏，将直接影响回转窑的使用寿命、产品质量。回转窑内的物料流是通过改变回转窑转速来控制的，物料流的烧成带温度又与回转窑转速有一相应的关系。当喂料量增加时，回转窑转速也增加；当回转窑烧成带温度有显著上升时，回转窑转速加快。实际上，尽量稳定生料量，燃料量，适当调整转速，使系统稳定。该设备多年来一直沿用直流电机及其直流调速系统。水泥厂环境恶劣，粉尘大，直流电机长期工作在高热辐射的环境中，其碳刷、整流子损坏严重，这不仅需要大量的维修费用，对生产造成了极为严重的影响；回转窑属特殊负载，低速启动力矩大，在窑体大修烘炉期间，直流电机长时间低速运行，需要较大的励磁电流，致使低速运行系统不稳。

    对回转窑这种大惯性负载生产设备，采用交流变频器控制，一旦变频器驱动电机克服了这种大惯性负载起动起来以后，其维持正常运转所需要的驱动能量就会变得很小。解决起动和正常运行的合理分配将是回转窑变频控制的关键。 

    由于回转窑的这种负载特点，在变频器和电机的选择上就较其他负载要复杂得多。功率选择过大，起动和运行都没有问题，但一次性投资加大，能耗增加，出现了长期运行大马拉小马的现象；功率按实际运行情况选择，效率高，投资小，但在起动时会时常出现过载现象而无法正常起动。变频器功率的选择非常重要。

    回转窑采用直流控制时不能在很低的速度下运行，直流电机转速为80r/min，起动过程中设备振动很大；采用交流电机及变频调速，电机是从零速开始起动，初始起动力矩小，渐渐平滑升速，减小了对设备的冲击，从而降低了设备的故障率，为稳定回转窑的热工参数创造了必要的条件。

二. 森兰变频器在水泥回转窑窑中主传动上的应用

    云南省华坪水泥厂有两条回转窑水泥生产线，回转窑窑中主传动采用电磁调速。电磁调速的特性较软，为保证正常起动，电动机的功率已经加大，回转窑窑中主传动电动机的工作环境温度较高，其允许温升下降，为保证电动机正常运行，在设计时也要适当加大容量。在上述两种因素下，两条回转窑水泥生产线的回转窑窑中主传动电动机的功率均为55kW。回转窑长度50米，直径2.42米的圆筒，重量有数百吨重，属恒转距大惯性负载，起动力矩要求很大。由于电磁调速转矩特性不是很好，特别是低速转矩较差，设计时电动机已加大了容量，回转窑不能调到低速80r/min时运行，在满载时起动仍然困难。

1、系统拖动方案：

    考虑到回转窑的惯性很大，起动电流较大。变频调速起动时，回转窑开始缓缓旋转，窑内的物料随着回转窑的转动带到一侧，由于重力的作用，窑内的物料与窑壁之间作相对运动，产生磨檫力。随着回转窑转速的增高，但还未达到工作转速，窑内的物料与窑壁之间的相对运动幅度更大，产生磨檫力也更大，这时电机电流显著增加，到相当于变频器调到10～13Hz时，电流达到电机额定电流的2倍。回转窑转速再增高，离心力增大，物料被带到窑内的高点，因为重力的作用，物料从高点往下“泻落“，电机电流下降到额定电流以下。考虑到变频器有150%的过载率，不必选用2倍电机电流的变频器，而选用森兰SB61G90kW变频器即可，这既可保证正常启动，又不致使投资增大。改造时既可用原来的电磁调速电动机，须将电磁调速的转差离合器换为机械弹性联轴器；也可换一台功率容量与原来电动机相同且极数也相同异步鼠笼电动机，机械减速器等无需改变。

2、.配置方案：

（1.）回转窑技术数据

回转窑： 2.42m＊50m

窑中主传动电机：YTSP 315S-8 55kW

转速： （50Hz）750r/min

大转矩： 2.5TN

过载能力： 160% TN 60s

（2.）配置方案

    回转窑低速启动力矩大，属大惯性负载生产设备，采用交流变频器控制，一旦变频器驱动电机克服了这种大惯性负载起动起来以后，其维持正常运转所需要的驱动能量就会变得较小，一般在额定功率以下，解决起动和正常运行的合理分配将是回转窑变频控制的关键。 

    根据回转窑的这种特性，选择变频器时，适当增大变频器的容量是必要的，仅从过载能力考虑，用75kW变频器就可以了，回转窑起动时要求的转矩较大，还应将变频器的容量再增大一些，选用具有恒转矩特性的 SB61G90KW变频器。如需对变频器进行联网控制，可利用SB61G90KW变频器的RS-485端口，用Modbus协议予以实现。

3、运行状况：

    回转窑使用变频调速后，运转稳定平稳，两年来未发生过任何问题。电机运行在615r/min，变频器的输出频率为32.5Hz，节能显著。 

三、节能计算 

    回转窑窑中主传动改为变频器驱动后，启动非常容易且平稳。在回转窑调到低速80r/min时也能安全的运行。电机主电机电磁轴输出功率和损耗功率，可用下列公式计算，

即电动机轴输出功率：

P1=T1n1 （1）

式中：T1—电动机的输出转矩

n1 –-电动机的输出轴转速

转差离合器轴输出功率

P2=T2n2 （2）

式中：T2—转差离合器的输出转矩

n2 –-转差离合器的输出轴转速

    电动机的输出功率，即为转差离合器的输入功率。 对于恒转矩负载，T= T1 = T2=常数，转差离合器的效率 ：

    其效率正比于输出转速，输出大转速时其效率理论值为85% 。

转差率可按下式计算： 

则得：

    可见在恒转负载下，转差离合器的效率正比于输出转速。当转速下降时，输出功率成比例下降，而输入功率基本保持不变，此时损耗功率Ph与转差损耗成正比增加，即：

    原来的电磁调速电机额定转速1440r/min，工作在1000r/min左右，200r/min以上，转速太低电磁调速力矩不够。由（5）式可算出电磁调速电机转速在1000r/min时损耗的功率，由此算出节电率为44%，实际上回转窑有时运转在1000r/min以下，这时节能率要高于44%，再考虑到变频器本身要消耗能量，经水泥厂实际测算，节能在50%，于是不到半年可收回全部投资。