上世纪60年代末PLC产生于美国马萨诸塞州，MODICON084是世界上第一种投入生产的PLC。PLC崛起于70年代，首先在汽车流水线上大量应 用。80年代PLC走向成熟，全面采用微电子处理器技术，得到大量推广应用，年销售始终以高于20%的增长率上升，奠定了其在工业控制中不可动摇的地位。 90年代，随着工控编程语言IEC 61131-3的正式颁布，PLC开始了它的第三个发展时期，在技术上取得新的突破。PLC在系统结构上，从传统的单机向多CPU和分布式及远程控制系统 发展；在编程语言上，图形化和文本化语言的多样性，创造了更具表达控制要求、通信能力和文字处理的编程环境；从应用角度看，除了继续发展机械加工自动生产 线的控制系统外，更发展了以PLC为基础的DCS系统、监控和数据采集系统（SCADA）、柔性制造系统（FMS）、安全连锁保护系统（ESD）等，全方 位地提高了PLC的应用范围和水平。21世纪PLC技术发展的几个特点

   1  适应市场需要，加强PLC通信联网的信息处理能力

    在信息时代的今天，几乎所有PLC制造商都注意到了加强PLC通信联网的信息处理能力这一点。小型PLC都有通信接口，中、大型PLC都有专门的通信模 块。随着计算机网络技术的飞速发展，PLC的通信联网能使其与PC和其它智能控制设备很方便地交换信息，实现分散控制和集中管理。也就是说，用户需要 PLC与PC更好地融合，通过PLC在软技术上协助改善被控过程的生产性能，在PLC这一级就可以加强信息处理能力。例如，CONTEC与日本三菱电机公 司（以下简称为三菱电机）合作，推出专门插在小Q系列PLC的机架上的PC机模块，该模块实际上就是一台可在工厂现场环境下正常运行，而且可通过PLC的 内部总线与PLC的CPU模块交换数据的PC机。其处理芯片采用IntelCeleron400M主频、系统内存128MB、Cache 128K、支持外挂显示器，该模块内装WindowsNT 4.0或Windows 2000。支持的软件有：三菱综合F4软件，包括PLC编程软件GT、FA数据处理软件MX、人机界面画面设计软件GT、运动控制设计编程软件MT等。

    最近，国外一些中、大型PLC制造商推出了一个机架上可以插多个CPU模块的结构，将PC机模块与PLC的CPU模块、过程控制CPU模块或运动控制模块 同时插在一个机架上。实际上就是将原来PLC要通过工厂自动化（FA）用PC机与管理计算机通信的三层结构改为PLC系统可直接与生产管理用的计算机的两 层结构。这样生产管理更加快捷方便。

    小型PLC之间通信“傻瓜化”。为了尽量减少PLC用户在通信编程方面的工作量，PLC制造商做了大量工作，使设备之间的通信自动地周期性的进行，而不需 要用户为通信编程，用户的工作只是在组成系统时作一些硬件或软件上初始化设置。如欧姆龙公司的两台CPM1A之间一对一连接通信只需用三根导线将它们的 RS-232C通信接口连在一起后将通信有关的参数写入5个指定的数据存储器中，即可方便地实现两台PLC之间的通信。

    2  PLC向开放性发展

    早期的PLC缺点之一是它的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的，如专用总线、通信网络及协议、I/O模块更互不通用，甚至连机架、电源模板亦各不相同， 编程语言之一的梯形图名称虽一致，但组态、寻址、语言结构均不一致，因此，几乎各个公司的PLC均互不兼容。目前，PLC在开放性方面已有实质性突破。十 多年前PLC被攻破的一个重要方面就是它的专有性，现在情况有了极大改观，不少大型PLC厂商在PLC系统结构上采用了各种工业标准，如IEC 61131-3、IEEE 802.3以太网、TCP/IP、UDP/IP等。例如，AEG Schneider集团已开发以PLC机为基础，在Windows平台下，符合IEC 61131-3国际标准的全新一代开放体系结构的PLC实现高度分散控制，开放度高。

    高度分散控制是一种全新的工业控制结构，不但控制功能分散化，而且网络也分散化，所谓高度分散化控制，就是控制算法常驻在该控制功能的节点上，而不是常驻 在PLC上或PC上，凡挂在网络节点上的设备，均处于同等的位置，将“智能”扩展到控制系统的各个环节，从传感器、变送器到I/O模块，乃至执行器，无处 不采用微处理芯片，因而产生了智能分散系统（SDS）。

    为了使PLC更具开放性和执行多任务，在一个PLC系统中同时装几个CPU模块，每个CPU模块都执行某一种任务。例如三菱电机公司的小Q系列PLC可以 在一个机架上插4个CPU模块，富士电机的MICREX-ST系列最多可在一个机架上插6个CPU模块，这些CPU模块可以进行专门的逻辑控制、顺序控 制、运动控制和过程控制。这些都是在Windows环境下执行PC机任务的模块，组成混合式的控制系统。

    近几年，众多PLC厂商都开发了自己的模块型I/O或端子型I/O，而通信总线都符合IEC 61131-3标准，这极大的增强了PLC的开放性。

    创建开放的网络环境后，推出了能挂100M的高速以太网的WEB服务器模块，三菱电机公司小Q系列的QJ71WS96，横河电机FA-M3系列的 F3WBM1-0T-S0；模块内的软件捆绑了目前常用的TCP/IP、UDP/IP等传输层和网络层规约，以及HTTP、FTP、SMTP、POP3等 应用层规约，使PLC可直接进入因特网，成为不折不扣的WEB的PLC。

    3  PLC的体积小型化，运算速度高速化

    PLC小型化的好处是节省空间、降低成本、安装灵活。目前一些大型PLC，其外形尺寸比他们前一代的同类产品的安装空间要小50%左右。

    近几年，很多PLC厂商推出了超小型PLC，用于单机自动化或组成分布式控制系统。西门子公司的超小型PLC称通用逻辑模块LOGO！，它采用整体式结 构，集成了控制功能、实时时钟和操作显示单元，可用面板上的小型液晶显示屏和6个键来编程。LOGO！超小型PLC使用功能模块图FBD编程语言，有在 PC上运行的Windows 98/NT编程软件。三菱电机的超小型PLC叫简单应用控制器，简称α并有AL-PCS/win-C型VLS软件，是强有力且界面友好的编程工具。松下电 工的超小型PLC叫可选模式控制器。德国金钟—默勒公司（MOELLER）的超小型PLC称控制继电器，简称easy。

    运算速度高速化是PLC技术发展的重要特点，在硬件上，PLC的CPU模块采用32位的RISC芯片，使PLC的运算速度大为提高，一条基本指令的运算速 度达到数十个纳秒（ns）。三菱电机公司的ANA系列PLC最早使用32位的CPU模块，当今它的Q02H系列PLC的CPU模块也用了32位的RISC 芯片，基本指令的执行时间为34ns；富士电机MICREX-SX系列PLC的CPU模块由于采用了32位RISC芯片后，其一条基本指令的运算时间为 20ns。

    PLC主机运算速度大大提高，与外设的数据交换速度也呈高速化。大家知道，PLC的CPU模块通过系统总线与装插在基板上的各种I/O模块、特殊功能模 块、通信模块等交换数据，基板上装的模块越多，PLC的CPU模块与那些模块之间的数据交换的时间就会增加，在一定程度上会使PLC的扫描时间加长，为 此，不少PLC厂商采用新技术，增加PLC系统的带宽，使一次传输的数据量增多；在系统总线数据存取方式上，采用连续成组传送技术实现连续数据的高速批量 传送，大大缩短了存取每个字所需的时间；通过向系统总线相连接的模块实现全局传送，即针对多个模块同时传送同一数据的技术，有效地活用系统总线。

   当前，不少PLC厂商采用了多CPU芯片并行处理方式，用专门CPU处理编程及监控服务，大大减轻对执行控制程序的CPU芯片的影响，只让执行控制程序的 CPU进行顺控和逻辑运算。另外，为提高服务处理速度，缩短操作时间，采用高速的串行通信（最大波特率为115Kbps），并将UCB口（最大波特率为 12Mbps）引入PLC的CPU模块，从而实现与编程工具及监控设备之间通信的高速化，并允许许多人同时使用这两个通信端口同时进行编程和调试程序。
4  软PLC出现

    所谓软PLC，实际就是在PC机的平台上，在Windows操作环境下，用软件来实现PLC的功能，也就是说，软PLC是一种基于PC机开发结构的控制系 统，它具有硬PLC的功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特点，利用软件技术可以将标准的工业PC转换全功能的PLC过程控制器。软PLC综合了计算机 和PLC的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、网络通信等功能，通过一个多任务控制内核，提供强大的指令集、快速而准确的扫描周期，可靠的操作 和可连接各种I/O系统及网络的开放式结构。软PLC具有硬PLC的功能，同时又提供了PC机环境的各种优点。GE Fanuc公司推出了一种外形类似笔记本电脑的PC以Windows为操作系统，可实现PLC的CPU模块的功能，通过以太网和I/O模块、通信模块用于 工厂的现场控制。在美国底特律汽车城，大多数汽车装配自动生产线、热处理工艺生产线等都已由传统PLC控制改为软件PLC控制，可以说，高性能价格比的软 PLC将成为今后高档PLC的发展方向。

    5  PLC编程语言趋于标准化

    IEC61131是可编程控制器的国际标准，共有8个部分，从1992年开始陆续颁布实行。IEC61131-3是PLC编程语言的标准，于1993年颁布实施。IEC61131-8于2001年颁布实施，与IEC61131-3被称为PLC语言的实现导则。

    IEC61131-3 PLC编程语言国际标准是将现代软件概念和现代软件工程的机制与传统的PLC编程语言成功的结合，使它在工业控制领域的影响远远超出PLC的界限，已成为 DCS、PC控制、运动控制以及SCADA的编程系统事实上的标准。IEC61131-3规定了二大类编程语言：文本化编程语言和图形化编程语言。前者包 括指令语句表语言（IL）和结构化文本化语言（ST），后者包括梯形图语言（LD）和功能块图语言（FBD）。而顺序功能图（SFC）可以在梯形图语言中 使用，也可以在指令语句表语言中使用。

    IEC61131-3允许在同一个PLC中使用多种编程语言，也允许程序开发人员对一个特定的任务选择最合适的编程语言，还允许在同一个控制程序中其不同 的软件模块用不同的编程语言编制，这一规定既解决了PLC发展历史形成编程语言多样化的现状，又为PLC的软件技术进一步发展提供了足够的空间。

    欧美PLC厂商的PLC大都支持IEC61131-3标准，特别是西门子公司的PLC。我国在1995年就采用IEC61131-3作为PLC的国家标 准。日本虽然工业发达，技术还是相对封闭，但IEC61131-3标准成为PLC的公认世界主流标准后，日本的PLC生产商开始在新一代PLC软件平台中 广泛采用。三菱电机的PLC编程软件包GX Ver.8开发系统就支持梯形图语言（LD）、指令语句表语言（IL）、顺序功能图编程语言（SFC）、结构化文本语言（ST）。三菱电机的PX开发系统 支持功能块图FBD，供PLC用于过程控制。欧姆龙公司的编程软件包GX除了支持LD、IL外，近期即将推出支持功能块FBD和结构化文本语言ST的编程 软件包。富士电机的及横河电机的PLC编程软件包也都支持IEC61131-3。

　　PLC的国产化

    国内开始研制PLC产品是上世纪70年代中期，当时上海、北京、西安、广州和长春等地的不少科研单位、大专院校和工厂，总计20多家单位都在研制和生产 PLC（绝大多数都是小型PLC）。特别值得一提的是国家科委和原机械工业部在仪器仪表重点课题攻关专项中组织了“六五”、“七五”、“八五”的可编程序 控制器子项攻关，由部属北京机械工业自动化研究所负责，先后研制开发了MPC-10、MPC-20、MPC-85型PLC。这几种型号的PLC I/O点数为256～512，并可扩展到1024点，开创了国内研制大型PLC的先河，先后在注塑机、恒温室、锅炉控制、汽车压力机生产线上获得了应用。 这些项目有自动开发的操作系统、工业控制编程语言并具有与上位机、HMI连网和通信等功能。当时国内研制开发的PLC产品由于缺乏资金、后续研制力量不足 及生产技术相对落后等原因，没有形成批量工业化生产，因而被国外产品淘汰而纷纷消失。可喜的是在90年代，由于PLC应用不断深入，国内又掀起研制PLC 的高潮，虽然仍是小型PLC，批量亦不大，但其功能、质量和可靠性比70年代的产品有明显的提高。其代表产品如：南京冠德科技有限公司（原江苏嘉华实业有 限公司PLC工厂）的JH200系列PLC，I/O为12～120点，具有高速计数器和模拟量功能；杭州新箭电子有限公司的D系列PLC，D20P的I /O点数为20点，D100的I/O点可从40～120点；兰州全志电子有限公司的RD系列小型PLC很有特点，RD100型PLC的I/O点9/4 点，2点模拟量输入，而RD200型PLC的I/O为20～40点，扩展的功能有编码盘测速、热电偶测温和模拟量I/O，RD200型PLC最多可32台 连网，并能与上位PC机进行实时通信。

    为了尽快提升我国PLC的技术水平，引进PLC的先进生产技术，中外合资或外商独资企业在国内开始批量生产PLC。西门子公司首先在大连开办PLC生产企 业；欧姆龙公司在上海生产的PLC远销海内外；中日合资后又成独资的江苏无锡光洋电子有限公司的PLC已有小、中、大系列产品。中外合资、引进技术，使国 产PLC上了一个新的台阶。

    特别是近几年，国产PLC有了更新的产品。北京和利时系统工程股份有限公司推出的FOPLC有小型、中型、大型。该公司推出的HOLIiAS-LEC G3新一代高性能的小型PLC有14点（8/6）、24点（14/10）、40点（24/16）三个规格，基本指令的执行时间为0.6微秒。程序存储器的 容量为52K。为方便用户选用，该公司开发了19种、35个不同规格的I/O扩展模块，G3型PLC可最多扩展7个模块，I/O最大可到264点。G3系 列PLC有符合IEC61131-3的5种编程语言，编程软件具有超强的计算功能，如其他小型PLC所不具备的64位浮点数运算、优化的PID可同时处理 有十几个模拟量的多个闭环回路。G3系列PLC具有极强的通信功能，有集于CPU模块的标准Modbus协议、专有协议和自由协议的通信接口。通过该接口 可方便的挂到Profibus等总线上去。该公司的FOPLC中型机，开关量I/O为256点；内置TCP/IP通信接口，很容易接入管理网；配有 Profibus-DP现场总线的主站、从站和远程I/O都通过ISO9001严格的质量保证体系认真。FO PLC编程语言符合IEC61131-3标准。

    深圳德维森公司开发的基于PC的软PLC TOMC系列，其特点是符合IEC61131-3国际标准的编程语言，允许梯形图、顺序功能图和功能块图混合编程；用户可开发基于内置PC资源的C语言和 定义功能块，通过以太网、TCP/IP与上位机联网。TOMC1软PLC可连接最多32个本地I/O模块，最多15个远程站，每个远程站可带32个I/O 点。

    在90%的国内PLC市场由国外PLC产品占领的今天，国产PLC能脱颖而出，并具有和国外同类产品进行竞争的能力，相信不久的将来，国产PLC将占市场更大份额。

    PLC的应用领域目前不断扩大，并延伸到过程控制、批处理、运动和传动控制、无线电遥控以至实现全厂的综合自动化。PLC的技术发展除了小型化、超高速， 大容量存储器，多CPU，多任务并行运行外，PLC的开放性更大，通信联网能力更强，集成化软件更优。标准化的IEC61131-3 PLC编程语言已被众多PLC厂商所接受，其推广速度越来越快。软PLC的应用范围将更广。

　　西门子表示，来自伊拉克电力部的这笔订单包括16台高效燃气发电机，以及高压开关、变压器、电厂控制系统，以及其它部件。

　　西门子只负责供应部件，这些工厂的建造则将由“客户或一般承包商”负责。

　　西门子表示，这些天然气或火力发电厂将建在巴士拉、基尔库克、贝基(Beiji)和巴格达地区。

    吹塑机的变频调速拖动系统主要由挤压电机、牵引电机和冷却风机组成，使用变频器数量较多，控制系统较为简单，历来都是各变频器厂家的必争之地。台达E系列变频器如此受到推崇，其先进的技术和优越的性能功不可抹。它采用弹性模块设计，最大的特色是内置PLC功能，可编写简易程序储存与执行，这为用户设定参数提供了方便，并可外加特殊功能扩展卡及通讯卡，是台达小功率变频器的最佳代表，可满足业界多元化的需求。

    在此次吹塑机变频调速系统中，台达成功将数字化测控、分布式监控系统、触摸屏等技术应用其中。用户只需要通过从HMI上改变相应参数，即可控制吹塑、卷取的快慢，从而提高整个系统的运转效率。它还能达到以下效果：成品高产量、机械低噪音、运行速度高、吹塑料准确、系统稳定性增强、用户操作简单、维护方便。

    台达以其先进的技术及产品又一次赢得了客户的认可。随着武汉塑机业的成功深入，台达变频器及其它产品在塑机行业的占有率将会不断攀升！

    变频器的过电流故障跳闸是最常见也是最复杂的故障之一，当故障发生时，变频器保护会立即动作并停机，同时显示故障代码或故障类型。大多数情况下可以根据显示的故障代码迅速找到故障原因并排除故障，但也有一些故障的原因是多方面的，并不是单一的，而是包含了过电流、短路、欠电压、接地、过热、谐波干扰等各种可能导致跳闸的因素。为了查找故障原因并排除故障，可依据图1所示的故障诊断流程图进行。

    2 故障诊断

    尤其是采用IPM模块的变频器，在模块内包含有过电流、短路、欠电压、接地、过热等保护功能，而这些故障信号都是经过模块的控制引脚的故障输出端Fn引入到控制器的，当控制器收到故障信息后，控制器立即封锁脉冲输出，同时将故障信息显示到控制面板上，但是，一旦模块内部发生故障，就很难查找故障原因。因此，在排除这类故障时，首先应区分跳闸是由外部负载原因还是由变频器内部的原因引起的；变频器是在加速过程，减速过程还是在恒速过程中出现的跳闸。区分后就能缩小故障查找的范围，以利于快速排除故障。    

    2.1一般故障查找步骤

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    1）在外观上看不出明显的故障痕迹的情况下，可以先将变频器连接到电动机的电缆拆下，分别试验变频器和电动机。如果变频器还连接有外部控制信号电路，最好也断开，这样可以手动试验变频器，如果正常，说明变频器没有问题或没有损坏。

    2）进一步检查整定值是否有变化，最好重新整定一遍。

    3）然后采用一个试验控制信号或电位器接到外部控制端子上，试验变频器的外部信号控制性能，如果正常，说明变频器完好无损，可以进一步检查外部信号和电动机。

    4）外部控制信号一般是各种传感器的输出信号，或来自于控制器，应根据传感器或控制器的检验方法对其进行检验，最好采用现场信号校验仪校验。

    5）对于电动机的检查，应先用万用表和兆欧表检查绝缘情况，如果变频器输出侧安装了接触器，还应检查接触器的触点是否正常。

    6）如果上述一切正常，如条件允许最好采用工频电源进行起动电机试验，并使其运行一段时间后观察是否存在异常。

    通过以上工作，一般情况下就会将事故原因缩小到一定范围，在上述检查过程中，在哪个环节发现异常，就在哪个环节进一步检查。

    2.2利用运行记录分析故障原因

    如果从变频器的故障历史记录中，能查询到跳闸时的电流超过了通用变频器的额定电流，或者超过了电子热继电器的整定值，而三相电压和电流是平衡的，则应考虑是否是电动机过载或负载有突变的可能，如电动机堵转，电动机突然甩负载（在变频器正常运行过程中突然断开负载）等，前者一般发生在电动机与机械连接部位的机械原因，或电动机轴承出了问题，后者一般发生在外部控制信号丢失的情况。如果三相电流不平衡，则可能是电源侧断相、电动机端子或绕组内部断线等。若跳闸时的电流在通用变频器的额定电流或者电子热继电器的整定值范围内，可判定变频器内部的逆变器模块或相关部分发生了故障。首先可以通过测量通用变频器主回路输出端子U，V、W分别与直流侧的P、N端子之间的正、反向电阻来判断逆变器模块是否损坏，如模块无损坏，则是驱动电路出了故障，一般这种情况比较少见。

    2.3变速过程中的故障原因分析

    如果是减速时逆变器模块过电流或是变频器对地短路跳闸，一般是逆变器桥臂的上半桥或其驱动电路部分发生故障，而加速时逆变器模块过电流则是下半桥或其驱动电路部分发生故障，经检查，确认逆变器桥臂损坏，更换后变频器就应工作正常。

    如果变频器跳闸后，发现电动机外壳很热，则有可能是载波频率调整的过高所致，如果排除了上述可能发生故障的情况外，且变频器没有新更换过硬件，在重新启动系统后，应适当降低载波频率。

    2.4外围设备引起的故障原因分析

    在变频器运行中出现的过电流故障中，由变频器外部引起的故障原因往往容易被忽略，现将由外部原因引起过电流保护动作的情况做一分析。

    1）电动机负载突变引起较大的冲击电流造成过电流保护动作。

    2）电动机内部或电动机连接电缆绝缘被击穿，造成匝间或相间及对地短路，导致过电流保护动作。对于对地短路接地故障，如果通用变频器有接地保护，则接地保护亦动作。

    3）当变频器控制系统中装有测速编码器时，速度反馈信号丢失或非正常时会引起过电流。

    4）外部控制信号线断线或传感器故障，也会引起过电流，导致过电流保护动作。现在有的变频器增加了反馈信号断线保护功能，可以通过设定防止这种故障发生。

    5）如果在变频器输出侧安装了接触器，接触器的触点瞬间抖动、损坏也是常见的过电流保护动作的原因，因为在接触器长期运行过程中，其触点表面会被氧化，形成一层膜电阻，导致接触不良，造成缺相运行，并且不容易发现，因此应该仔细用万用表检查触点是否正常。

    进入高速成长期

    据中国电器工业协会变频器分会统计，2006年高压变频器产量比2005年增加1200台，合同金额达10.2亿元。2007年比2006年增加2000台，合同金额达16.5亿元，同比增长61.8%。目前，变频器产品向大功率发展的趋势十分明显。国内厂家在大功率产品开发方面近几年取得了长足的进步，多个厂家突破2000千瓦。北京利德华福电气技术有限公司高压变频器产品的销售收入已经达到5600千瓦。

    资料显示，目前我国大功率变频器市场还是以国外产品为主，但是随着我国高压变频器技术的不断成熟，正在逐渐进入大功率产品市场并逐步取代进口大功率变频器产品，高压变频器行业迎来一个加速发展时期。预计到“十一五”期末，中国变频器市场规模将达到115亿元左右。

    呈现三大趋势

    我国高压变频器在技术方面已有突飞猛进的发展，通过自主研发掌握了很多国际先进技术。专家预测，今后技术和产品发展将呈现三大趋势。

    一是功率单元串联多电平技术依然是市场的主流。目前，采用功率单元串联多电平技术的高压变频器国内市场份额已经超过三分之二，包括利德华福、东方日立、山东风光等高压变频器生产厂商采用的都是这种技术。

    二是向大功率方向发展。大功率变频器市场份额前些年基本掌握在国外厂商手中，随着国内企业技术水平的提高，国产变频器产品的功率也随之逐步提高。

    三是随着高压变频技术的成熟，将大幅拓展工艺控制对于变频调速的需求。如应用于轧钢机、矿井提升机、电气机车牵引系统等工业领域和高端军事领域等，进一步拓展了高压变频调速技术的应用领域。

    市场向多元化发展

    2007年，在节能降耗政策推动下，高压变频器在水泥、有色、造纸等轻工行业的应用快速铺开。据变频器分会的资料，随着高压变频器技术的成熟和上游元器件性能的持续提高、产品在众多行业多年积累的经验，以及政府节能降耗政策的推动，高压变频器除了在电力、冶金、石油石化、市政供水等行业得到广泛应用外，开始出现更多的细分市场。同时，生产企业在技术全面提高的情况下，供应商日益注重提供整体节能方案及服务。

    在市场竞争中，国外厂家拥有一定的技术优势，但是在售后服务方面有些不足。国外的高压变频器出现问题后，由于配件和人员不能及时到位，非常影响售后服务质量。目前行业骨干企业为了在市场竞争中弥补与国外厂家在技术水平上的差距，纷纷有意识地扩大售后服务队伍，在各个业务环节提高服务质量和水平。建立了庞大的销售和工程师队伍及时满足客户的需求，有效提高了市场竞争力。

    需多方支持

    面对新的市场机遇，我国高压变频器产业的发展还需要多方面的支持。

专家建议，首先，行业协会应发挥协调、引导作用，通过组织和举办行业发展研讨会等活动，统一全行业的认识，避免行业出现恶性价格竞争。由协会出面协调企业与政府、社会、上下游客户的关系，积极协助政府落实有关节能降耗的相关政策。

梦想照进现实

 漫游在2020年，你的眼里还不只这些新奇。通过在模拟世界中设计并检测，生产商们只需要花费很短的时间就能够把想法变成现实，哪怕是设计会飞的汽车座椅；世界各地的50亿人正在永久享受高带宽网络，不仅可以相互交流，还能传送照片和视频；空气污染大户发电厂，在日益精密的过滤装置等措施下，变成了零排放发电厂。
这一切想象距离我们其实并不远，以创新技术著名的西门子公司正在为此努力。在日前举行的德中同行“西门子创新日”中，西门子公司用它在制造业、机场、发电、医疗、交通、水处理、楼宇自控和照明等各行业的解决方案告诉我们：世界面临的种种挑战，西门子总有答案，那就是创新。
西门子东北亚业务大区首席执行官、西门子(中国)有限公司总裁兼首席执行官郝睿强博士这样对《瞭望东方周刊》说：“西门子广泛的业务组合和领先技术，使我们处于最佳优势，能最好地为21世纪发展的大趋势提供创新的技术和解决方案，以及应对工业、能源、医疗和环境领域中所遇到的严峻挑战。”他说，西门子非常乐意为中国城市的可持续发展作贡献，帮助提升人们的城市生活质量。人们对城市的梦想有多大，这个公司的梦想就有多大。

    某电厂化学水处理系统基础设备具有良好的可控性，利用PLC和工业控制计算机对其进行实时监控管理，系统基本组成如图1所示。

    采用3台西门子公司的SIMATICS5—115U可编程序控制器控制现场的一次设备，程控系统分为3套，依次为＃1补给水处理单元、＃2补给水处理单元、＃3凝结水处理单元。

图1系统结构图

    操作员站选用两台研华586工控机，软件开发平台选用美国Intellution公司的FIX5.5组态软件。FIX5.5是一种能完成数据采集及控制、报警、图形数据显示等功能的完整工业自动化软件，该版本在WINDOWS或WINDOWSNT环境下运行，采用了图形用户界面，相应其内部的图形处理是基于第三代图形技术。

    数据通信系统采用SINECL2网，它把SIMATIC系列可编程序控制器以及工控机连成网络。SNECL2是令牌总线网，网络传输介质是双绞线或光缆。每个节点通过总线连接器连到总线网上，在本系统中，三台PLC之间以及与两台工控机之间都实现了数据通讯。

    该方案配置体现了分散控制系统的优点，即控制功能分散，操作管理集中。控制功能分散意味着系统实时响应快和系统危险分散，操作管理集中便于集中管理，方案配置还具有冗余特性。
 

2、PLC及其程序设计

    2.1SIMATICS5-115U硬件组成及编程概要

    可编程序控制器SIMATICS5-115U采用标准的模块式结构，电源、CPU、各种I/O模件都插在一块母板上，并可以根据不同的I/O点数增加扩展母板，输入、输出模件和存储器的精细分级，使得这种装置具有较强的配置适应能力；通过通讯处理器和局部网，可方便地实现PLC之间及与计算机的通讯。

    SIMATICS5-115U的编程语言是STEP5，有3种表达方法，即控制系统流程图CSF，梯形图LAD和语句表STL。其中语句表STL最接近于机器内部的控制程序，功能也比前两种方法丰富得多，因此在本系统实际编程应用中全部采用语句表STL。

    STEP5的最大特点是采用了结构化编程方法，并提供大量标准功能块如乘法功能块FB242、通讯功能块FB244等，使得编程工作大大简化，而且所编程序条理清晰，易于读懂、修改和测试，这一优点尤其在编制大型复杂程序时更能显现出来。

    要完成复杂任务，可以把整个程序分成一个个独立的程序块，STEP5有5种块类型，即组织块(OB)、程序块(PB)、顺序块(SB)、功能块(FB)和数据块(DB)，其中组织块(OB)用以管理用户程序，形成了操作系统和控制程序之间的接口，所有其它类型块在此被调用执行。功能块(FB)用于实现反复调用或者特别复杂的程序功能，这些功能块可以是系统以标准功能块的形式提供的，也可以由用户自己编制。例如标准功能块FB242就可以实现16位二进制乘法功能、FB244可以实现CPU与通讯处理器之间的数据传送，用到这些功能时可以直接调用这些功能块。

    2.2SIMATICS5-115U大型程序的设计

    以本系统＃1补给水处理单元的控制程序为例，在组织块OB1内主要有下面几条语句，完成各功能块的无条件调用。

    JUFB1(定义PLC1向两台工控机传送的数据)

    JUFB2(定义两台工控机向PLC1传送的数据)

    JUFB231(完成PLC1与两台工控机之间通讯的基本设置)

    JUFB232(完成PLC1与PLC2、PLC3之间通讯的基本设置)

    JUFB4(实现自动控制及无扰切换功能)

    JUFB3(气动门及电动门控制)

    JUFB10(实现模拟量处理功能)

    JUFB11(报警处理)

    在FB1、FB2内主要将需要通讯的数据分别写入某数据块如DB10的相应位，由此才能与通讯处理器中的变量取得一致。在 FB231中调用两个STEP5本身提供的标准功能块FB244(发送数据)、FB245(接收数据)，再根据通讯处理器填写一些必要的参数如接口、作业号等，从而实现数据通讯功能。在FB232内按照通讯处理器分配的数据位，定义3台PLC之间需要传送的数据。在FB4内根据生产工艺流程要求及操作规范，充分利用其它功能块及I/O模块传送的数据，实现系统的自动控制及无扰切换功能；针对多个被控对象相似的特点，分别编制了几个有代表性的功能块 FB20、FB30、FB40，例如在FB4内多次调用了FB20以便解决PLC内某程序步时间和工控机画面显示时间保持一致的问题，而且FB20内又调用了乘法功能块FB244。FB3根据FB4发出的自动程序步指令去控制气动门、电动门及泵等现场设备。FB10负责所有模拟量的处理，在此调用了开方功能块FB5。FB11根据FB10转换出来的数据，对模拟量进行报警处理，在此一定要注意模拟量和PLC内部数字量的对应关系，以保证模拟量显示和报警的准确性。

    3、工控机监控管理软件的设计

    工控机监控管理软件在FIX5.5软件平台下完成，FIX5?5是一个高精度模块化的软件系统，包括十几种软件模块，在此主要介绍开发本应用软件时所用到的几种软件模块。

    (1)系统配置模块(SCU)：它主要完成网络、I/O驱动程序、数据库名称、系统启动参数及初始启动任务等配置。 Intellution公司和第三方厂商为PLC、I/O卡编写了300多种I/O驱动程序，如SIEMENS、OMRON、MODICON、ABB等公司产品的驱动程序，并提供I/O驱动程序开发工具包，供用户开发自己的I/O驱动程序。

    (2)数据扫描、报警和控制模块(SAC)：它用来实现现场数据的扫描、信号调理、数据格式和数据类型的转换，报警条件判别及实现遥控输出等功能，SAC将处理的现场数据送入实时数据库，或将遥控输出的数据送到I/O驱动程序，以便实现遥控输出功能。

    (3)实时数据库管理模块(DATABASEBUILDER)：它提供以交互方式建立实时数据库和在线显示/修改实时数据库的功能，它是系统运行的主要数据来源。用户需要在此做很大一部分工作，最主要的是填写变量的标签名，从而将现场数据与数据库中的变量标签一一对应起来，以便在其它模块中调用此数据。在填写变量标签名时既要讲究规范性又要有技巧性，首先需要遵循FIX软件的语法要求，其次按照一定的分类标准定义标签名，以便在以后的数据查询及应用中提高效率。

    (4)绘图模块(DRAW)：FIX拥有一个直观的、基于对象的图形化用户接口(GUI)，它简化了图形开发过程。为了建立画面，可以用DRAW提供的工具箱(TOOLBOX)生成某些对象如阀门、泵、记录表等，并定义其动态特性，即对象基于现场数据改变状态、大小、颜色、产生旋转、移动等，例如阀门的开或关、泵的转或停，这些工作可以在一个对话框内完成，主要是将实时数据库中的变量标签与相应对象联系起来，从而使对象状态随着现场数据改变。为了减少图形开发时间，Intellution公司还提供了一个常用设备对象的图形库，其中有多种国际标准图形，可随时粘贴到用户画面中，同时用户可以把自己画好的常用图形保存到图形库中，以方便以后使用。

    (5)显示模块(VIEW)：它的主要功能是动态显示由DRAW建立的画面，可以在多幅画面间切换、改变画面形态、输入数据、实现监控等，这就是提供给用户的实际操作画面。

    4、系统功能

    系统具有上位机监控功能和模拟盘监控功能，两者互为热备用方式并列运行。在上位机画面上设有上位机手动、上位机自动、上位机监视3种工作方式，方式之间的切换是无扰动的。

    当系统需要由模拟盘监控时，上位机画面选择上位机监视工作方式。此时系统状态由模拟盘M/A转换开关状态决定，M/A置手动，可利用模拟盘按键在模拟盘上进行一对一手动操作。当M/A置自动时，系统可由自动程序实现水处理的自动控制。

    当系统需要由上位机监控时，可在上位机画面上选择上位机手动和上位机自动功能。选择上位机手动时，可在上位机画面上实现就地设备的一对一手操。选择上位机自动时，可在上位机画面上进行自动启停控制，自动控制程序与模拟盘自动控制功能相同。

    5、结束语

    在大中型生产系统中，单机使用可编程控制器的时代已经过去，其与工控机的有机结合以及计算机网络的应用，大大提高了生产现场的自动化控制水平和管理水平，这是必然的趋势。

    谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经 负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶(M．Fourier)分析原理 证实，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。谐波可以I 区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、14，6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz时，2次谐波为lOOHz，3次谐波则是 150Hz。一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。对于三相整 流负载，出现的谐波电流是6n±1次谐波，例如5、7，11、13、17、19等，变频器主要产生5、7次谐波。谐波定义示意图如图1所示。

    此主题相关图片如下：

    1．2谐波治理的有关标准

    变频器谐波治理应注重下面几个标准，抗干扰标 准：EN50082-1、-2，EN61800-3：辐射标准：EN5008l-1、-2，EN61800-3。非凡是IECl0003、 IECl800-3(EN61800-3)、IEC555(EN60555)和IEEE519-1992。

    普通的抗干扰标准EN50081和EN50082以 及针对变频器的标准EN61800(1ECl800-3)定义了设备在不同的环境中运行时的辐射及抗干扰的水平。上述标准定义了在不同环境条件下的可接受 辐射等级：L级，无辐射限制。适用于在不受干扰的环境下使用变频器的用户和自己处理辐射限制的用户。H级，根据EN61800-3确定的限制，第一环境： 有限制分布，和第二环境。作为选件RFI滤波器，配置RFI滤波器可以使变频器达到商业级，通常用于非工业的环境。

    2 谐波的治理措施

    治理谐波问题，抑制辐射干扰和供电系统干扰，可采取屏蔽，隔离，接地及滤波等技术手段。①使用无源滤波器或有源滤波器：②增加变压器的容量，减少回路的阻抗及切断传输线路法；③使用无谐波污染的绿色变频器。

    2．1使用无源滤波器或有源滤波器

    使用无源滤波器其主要是改变在非凡频率下电源的阻抗，适用于稳定、不改变的系统。而使用有源滤波器主要是用于补偿非线性负载。

    传统的方式多选用无源滤波器，无源滤波器出现最早，因其结构简单、投资少、运行可靠性较高以及运行费用较低，至今仍是谐波抑制的主要手段。
LC滤波器是传统的无源谐波抑制装置，它由滤波电容 器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除具有滤波作用外，还有无功补偿的作用。这种装置存在一些较难克服的缺点，主要是轻易过载，在过载时会被 烧损，可能造成功率因数过引、偿而被罚款；另外，无源滤波器不能受控，因此随着时间的推移，配件老化或电网负载的变动，会使谐振频率发生改变，滤波效果下 降。更重要的是无源滤波器只能过滤一种谐波成份(如有的滤波器只能滤除三次谐波)，假如过滤不同的谐波频率，则要分别用不同的滤波器，增加设备投资。

    国内外有多种有源滤波器，这种滤波器能对频率和幅值都变化的 谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响。有源电力滤波器(APF)理论在20世纪60年代形成，后来着大中功率全控型半导体器件的成熟，脉冲宽 度调制(PWM)控制技术的进步以及基于瞬时无功功率理论的谐波电流瞬时检测方法的提出，有源电力滤波器得以迅速发展。其基本原理是从补偿对象中检测出谐 波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流频谱，以抵消原线路谐波源所产生的谐波，从而使电网电流只含有基波分量。其中核心部 分是谐波电流发生器与控制系统，即其工作靠数字信号处理(DSP)技术控制快速绝缘双极晶体管(1GBT)来完成。

    目前，在具体的谐波治理方面，出现了无源滤波器 (LC滤波器)与有源滤波器互补混合使用的方式，充分发挥LC滤波器结构简单、易实现、成本低，有源电力滤波器补偿性能好的优点，克服有源电力滤波器容量 大、成本高的缺点，两者结合使用，从而使整个系统获得良好的性能。

    2．2减少回路的阻抗及切断传输线路法

    谐波产生的根本原因是由于使用了非线性负载，因此，解 决的根本办法是把产生谐波的负载的供电线路和对谐波敏感的负载的供电线路分开。由于非线性负载引起的畸变电流在电缆的阻抗上产生一个畸变电压降，而合成的 畸变电压波形加到与此同一线路上所接的其它负载，引起谐波电流在其上流过。因此，减少谐波危害的措施也可从加大电缆截面积，减少回路的阻抗方式来实现。目 前，国内较多采用提高变压器容量，增大电缆截面积，非凡是加大中性线电缆截面，以及选用整定值较大的断路器、熔断器等保护元件等办法，但此种方式不能从根 本上消除谐波，反而降低了保护特性与功能，又加大了投资，增加供电系统的隐患。可以将线性负载与非线性负载从同一电源接口点(PCC)就开始分别的电路供 电，这样可以使由非线性负载产生的畸变电压不会传导到线性负载上去。这是目前治理谐波问题较为理想的解决方案。

    2．3使用无谐波污染的绿色变频器

    绿色变频器的品质标准是：输入和输出电流都是正弦波， 输入功率因数可控，带任何负载时都能使功率因数为1，可获得工频上下任意可控的输出频率。变频器内置的交流电抗器，它能很好的抑制谐波，同时可以保护整流 桥不受电源电压瞬间尖波的影响，实践表明，不带电抗器的谐波电流明显高于带电抗器产生的谐波电流。为了减少谐波污染造成的干扰，在变频器的输出回路安装噪 声滤波器。并且在变频器答应的情况，降低变频器的载波频率。另外，在大功率变频器中，通常使用12脉冲或18脉冲整流，这样在电源中，通过消除最低次谐波 来减少谐波含量。例如12脉冲，最低的谐波是11次、13次、23次、25次谐波。依次类推，对于18脉冲，最低的谐波是17次和19次谐波。

频器中应用的低谐波技术可，归纳如下：①逆变 单元的并联多重化，采用2个或多个逆变单元并联，通过波形叠加抵消谐波分量。②整流电路的多重化，在PWM变频器中采用121脉冲、18脉冲或者24脉冲 的整流，以减少谐波。③逆变单元的串联多重化，采用30脉冲的串联逆变单元多重化线路，其谐波可减少到很小。④采用新的变频调制方法，如电压矢量的菱形调 制等。目前，许多变频器制造厂商已非常重视谐波问题，在设计时已从技术手段上保证了变频器的绿色化,从而在根本上解决谐波问题。

    3 结论

    综上所述，可以清楚地了解谐波产生的原因，在具体治理上可采用无源滤波器、有源滤波器，减少回路阻抗，切断谐波传输路径及开发使用无谐波污染的绿色变频器等方法，将变频器产生的谐波控制在最小范围内，达到科学合理用电，抑制电网污染，提高电源质量。

频器中应用的低谐波技术可，归纳如下：①逆变 单元的并联多重化，采用2个或多个逆变单元并联，通过波形叠加抵消谐波分量。②整流电路的多重化，在PWM变频器中采用121脉冲、18脉冲或者24脉冲 的整流，以减少谐波。③逆变单元的串联多重化，采用30脉冲的串联逆变单元多重化线路，其谐波可减少到很小。④采用新的变频调制方法，如电压矢量的菱形调 制等。目前，许多变频器制造厂商已非常重视谐波问题，在设计时已从技术手段上保证了变频器的绿色化,从而在根本上解决谐波问题。

    3 结论

    综上所述，可以清楚地了解谐波产生的原因，在具体治理上可采用无源滤波器、有源滤波器，减少回路阻抗，切断谐波传输路径及开发使用无谐波污染的绿色变频器等方法，将变频器产生的谐波控制在最小范围内，达到科学合理用电，抑制电网污染，提高电源质量。