基于三菱系列plc的煤矿皮带运输机控制系统大学本科毕业论文.doc

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1、 目 录摘 要1第一章 绪论3第一节 平煤四矿钢缆皮带运输系统简介3第二节 设计原则和标准4第二章 驱动系统的功率计算5第一节 主要计算参数5第二节 阻力计算6第三节 张力分布示意图6第四节 逐点张力计算7第五节 电动机功率计算7第三章 设备选型8第一节 电动机选型8一、电动机起动功率验算8二、电动机选型9第二节 变频器选型9一、变频器9二、变频调速的特点10三、调速方案的确定12四、变频系统组成13五、变频系统的功能13第三节 IGBT结构及工作原理14一、IGBT的结构14二、IGBT的工作原理15第四节 CC-LINK18一、CC-Link特性18二、CC-Link使用结构19三、CC-

2、Link 的特点20四、CC-Link网络配置23第五节 液压系统24一、机房盘型闸液压系统24二、机尾钢丝绳液压张紧系统24第四章 可编程控制器部分24第一节 可编程控制器的特点26第二节 可编程控制器的组成27第三节 可编程控制器的工作原理32第五章 钢缆皮带的PLC控制系统35第一节 钢缆皮带运行过程35一、系统控制要求35二、控制系统的I/O点的地址分配36第二节 方案确定37第三节 PLC选型40一、FX2N-48MR-001 PLC的特点40二、FX2N-48MR-001 PLC的技术参数41第四节 PLC外部接线图及控制装置构成42一、PLC外部接线图42二、隔爆型控制箱42三、

3、本安型操纵台43四、控制部分43第五节 控制系统保护功能45第六节 系统配置48第七节 变频器的谐波治理的方法48第六章 软件设计49第七章 PLC程序调试54一、程序的模拟调试54二、程序的现场调试55第八章 其他说明56第一节 变频器56一、使用变频器时的注意事项56二、变频器的维护与保养56三、必须定期更换的器件57四、变频器的储存与保管57第二节 PLC使用与保养58一、PLC使用应注意的事项58二、PLC的维护与保养60结束语61参考文献6263摘 要目前，国内仍有不少煤矿钢缆皮带的控制系统在使用传统的控制方式，这种控制方式存在耗电量大，维护困难，动态特性差、故障率高、维护困难等缺点

4、。多数煤矿现在井下钢缆皮带使用的直流电机属非防爆设备，另外，由于采区变化，运输距离减短，传统控制系统运行模式很不经济，已经不能适应现代化生产的需要。所以急需对现用的电气部分控制方案进行改造。用PLC、防爆电机和变频器组成的系统进行控制，能够解决钢缆皮带传统控制系统中存在的问题和不足，提高煤矿设备的自动化水平。本设计主要研究一种基于三菱系列PLC的煤矿皮带运输机控制系统，包含绪论、设备选型、可编程控制器部分、钢缆皮带的PLC控制系统及系统的维护与保养部分的设计，可编程控制器部分详细阐述了PLC的性能，设备选型部分完成了系统工艺过程分析及具体硬件设计，钢缆皮带的PLC控制部分完成了控制系统的I/O

5、点及地址分配、系统外围硬件连接图以及对梯形图的设计，部分通过了调试，该系统基本上实现了对皮带运输机系统的控制和各种保护，提高生产效率、减少现场操作人员、提高系统运行的安全性。关键词：PLC；控制系统；运行原理；电气制动AbstractAt present, there are still many domestic coal belt of the cable control system in the use of the traditional control methods, such control mode power consumption, maintenance difficu

6、lties, the dynamic characteristics of poor, high failure rate, difficulties in maintaining shortcomings. Most coal mines are underground cable belt use of the DC motor is a non-explosion-proof equipment, In addition, due to changes in mining area, reducing the transport distance, the traditional mod

7、e of operation control system is not the economy, has been unable to meet the needs of modern production. So is an urgent need to use some of the electrical control programme to transform. With PLC, explosion-proof motor and inverter system consisting of control, can solve the traditional cable belt

8、 control system of the existing problems and shortcomings, improve coal mine level of automation equipment.The design of a major research-based Mitsubishi series PLC in a coal mine belt transport control system, including introduction, equipment selection, the PLC part of the cable belt PLC control

9、system and system maintenance and maintenance part of the design, Programming controller elaborate on the part of the performance of PLC, the cable belt PLC control the completion of the control system of I / O addresses and points distribution, system hardware peripherals Connection of the ladder,

10、as well as the design, partly by the commissioning of the system is basically realized its belt transport system control and protection, increase productivity and reduce operating officer at the scene, improve the safety of the system.Key Words:PLC;control system;movement priciple;the electricity ap

11、plies the brake第一章 绪论第一节 平煤四矿钢缆皮带运输系统简介四矿钢缆皮带于1979年7月安装投入运行，担负着一水平采区的运煤、运人任务。原电控系统，主回路采用调压器和二极管整流给直流电动机供电，操作回路为继电器控制。当时，直流调速系统比交流调速具有更优良的调速性能，因而在大型的重要的设备中得到应用。但是，在多年的运行中，直流模拟控制系统也表现出动态特性差、故障率高、维护困难等缺点。而且，随着矿井的延深和瓦斯涌出量的增加，平煤四矿被定为“瓦斯突出矿井”，煤矿安全规程规定，瓦斯矿井不得使用非防爆设备。现在井下钢缆皮带使用的2台400KW直流电机属非防爆设备，另外，由于采区变化，运

12、输距离由1400米缩减到780米，原模式运行很不经济，所以急需对现用的电气部分控制方案进行改造。四矿钢缆皮带属于大型集中运输设备，而且有运人任务，对起动、调速要求较高，交流绕线式电机串电阻调速不能满足平稳的要求，而软启动设备没有低速运行功能，不能进行验绳等检修工作，而且从国家政策、先进性和长远利益来看，变频调速应为首选。随着电力电子器件、微电子技术及计算机技术的发展，交流电动机变频调速技术得到迅速发展，使得结构简单牢固、价格低廉、应用普及的异步电动机，有了性能良好的调速手段。目前，鼠笼异步电动机变频调速技术已较为成熟，性价比优越。国外变频器生产技术较为成熟的厂家有，德国的西门子、施耐德、日本的

13、三菱、安川、松下、芬兰ABB等公司，国内有深圳的华为、四川的森兰、南京的耐特。国家经贸委“九五”资源节能综合利用工作纲要中，变频调速已被列入重点组织实施的10项技术改造示范工程之一，目前在我国独资或合资生产变频器的企业已逐渐形成规模，以后一定会取得大跨步的发展。在电气控制方面，随着大规模集成电路和微处理器的发展和应用，出现了可编程序控制器（简称PLC），它把计算机的功能完备、通用性和灵活性好等优点，与继电接触式控制系统的操作方便、简单易懂、价格低廉等优点结合起来，更适应于工业环境的通用控制，现在又增加了算术运算、过程控制、数据通信等功能，已可以完成大型而复杂的控制任务。在全球PLC制造商中，西

14、门子公司、AB公司、施耐德公司、三菱公司、欧姆龙公司的销售额约占全球总销售额的三分之二。国内PLC形成产品化的生产企业市场占有率不超过10%,但在价格上占有明显的优势。所以，本设计方案定为变频调速、PLC控制。采用2台YBSS25012电动机，ABB公司变频器，三菱PLC。改造后，系统运行将更加安全、节能、可靠。设计的基本步骤为：1、根据国家有关规定和驱动系统的功率计算，查手册、选择电动机。2、根据皮带运输的实际要求，结合变频控制方法分析，完成变频器的选型。3、按照控制要求，确定外部联锁信号、相关保护等，分析需用点数、容量、通信预留等，选用PLC的型号、规格和技术参数。4、采用梯形图法完成软件

15、设计。5、配置系统所需的装置和元件。6、用计算机绘制相关图纸。7、上机验证控制方案的可行性。第二节 设计原则和标准1、遵循“五高”方针，即高起点、高技术、高质量、高效率、高效益，突出效益优先。2、技术先进，可靠性高，扩展与升级容易，具有故障自诊断功能，作到能用、够用，好用。3、充分利用现有资源，在技术先进的基础上，做到经济实用。4、系统符合煤矿安全规程（2004版）相关系统设计，安装的规定，实现控制系统所有设备防爆。5、系统的电磁兼容性符合国家标准。6、网络通讯功能强大，易于与其它系统集成。7、紧密结合现场实际情况，减速机、驱动轮、牵引钢丝绳、胶带、机身保持不变。第二章 驱动系统的功率计算第一

16、节 主要计算参数驱动系统所需的主要计算参数归纳如下：1、运输长度：L=780m2、倾角：=9303、提升高度:H=115.96 m4、输送能力：Q=600t/h5、牵引钢丝绳:6W(26)-40.5-ZZ6、减速机型号:GLJ-170 传动比:i=35.57、驱动轮直径:D=3500 摩擦衬垫:铝基合金8、导向轮直径:D=28009、带速：V=2.0m/s V=1.8 m/s V=0.5 m/s10、胶带宽度:B=1.0 m11、单位长度物料重量：q=Q/3.6V=600/3.62=83.3/ m12、单位长度胶带重量：q=25.6/ m13、单位长度钢丝绳重量：q=6.09/ m14、钢丝绳

17、运行阻力系数：=0.02（0.010.03） 15、钢丝绳允许挠度系数：C=0.025（0.010.03）16、牵引钢丝绳载荷分布不均匀系数：C=1.0517、上托轮转动部分重量：q=9.6/ m18、下托轮转动部分重量：q=4.8/ m19、钢丝绳经一个导向轮的阻力系数：K=1.0220、牵引钢丝绳数：n=221、下托轮间距：l=6 m第二节 阻力计算阻力计算包括有载段的阻力计算和空载段的阻力计算，其具体计算过程如下：1、 有载段阻力W=L(q+ q+2 q)(+)+ q=780(83.3+25.6+26.09)(0.029.5+9.5)+9.60.02=176002、空载段阻力W=L( q

18、+2 q)()+ q=780(25.6+26.09)(0.029.59.5)+4.80.02=4207.5第三节 张力分布示意图 张力分布图如图一所示：3S3S42S2S141图一 张力分布示意图第四节 逐点张力计算从胶带两端至钢丝绳两端二段距离内，由钢丝绳重量所产生的阻力可忽略不计，驱动段最小张力为S，S1、S2、S3、S4视为钢丝绳各点张力，F为驱动轮的牵引力，其计算过程如下：1、驱动段最小张力S=S2=1.225n（Cq/ n+ q）l10/C=1.2252(1.0525.6/2+6.09)610/0.025=114836.4N=11483.642、其它各点张力S1=S2W=11483（

19、4207）=15690S3= KS2=1.0211483=11712.66S4=S3+ W=11712.66+17600=29312.663、驱动轮牵引力F=S4S1=29312.6615690=13622.66第五节 电动机功率计算若设电动机的功率用P表示，则电动机的功率为：P=mFV/102=1.2513622.662/（1020.85）=392.81KW式中：F驱动轮的牵引力；V皮带运煤时的速度；m电动机功率备用系数范围（1.151.25），取m为1.25；机械传动效率范围（0.850.95），取为0.85。第三章 设备选型第一节 电动机选型电动机的选择，要根据起动和运行过程中所需的最大

20、功率以及煤炭安全规程来确定电动机的型号和生产厂家。一、电动机起动功率验算（一）重载起动时增加的功率P=1/0.00028QLV/t+0.002 qLV/t+0.004qLV/t+0.002（q+q）LV/t+0.001(GV)/t+GV/1000/t+n(GD)/366000/t=1/0.850.000286007802/20+0.002 25.67802/20+0.0046.097802/20+0.002（9.6+4.8）7802/20+0.001(46202)/20+24515.62/1000/20+495864/366000/20=75.45KW式中：t钢缆皮带机起动时间； G除驱动轮和

21、中间托绳轮以外的各种轮子转动部分重量的总和，查机械制造零部件图，G=4620； GD电动机转动惯量；G驱动轮与减速机转动部分的变位重量。（二）过负荷验算（P+P）/P（0.750.85） （过载系数）（392.81+75.45）/2250（0.750.85）2.50.93651.8752.125根据以上验算结果得知选用的电动机功率能满足要求。二、电动机选型1、由于设备用于煤矿井下，所以必须选用防爆型电动机；2、井下低压供电皮带电压等级一般为:AC660V；3、由胶带运行速度范围0.52米/秒反算电动机转速，则电动机n=96387转/分，另外考虑用户要求电动机选型应为今后皮带速度提到2.5米/秒

22、留有余量，电动机的极数选12极；4、变频调速低速运行时电动机容易发热，因此选用水冷电动机；电动机选型结果如表一所示表一 电动机选型台数型号功率频率（Hz）电压（V）电流（A）转速（转/分）生产厂家2YBSS25012250KW50Hz660V298.3A495南阳防爆电机集团第二节 变频器选型一、变频器通用变频器的基本结构和类型变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。它就是一种改变电源频率和电压的设备，从结构上看，变频器分为3部分：1、操作面板：包括显示屏和键盘；2、主电路接线端：包括工频电网的输入端和接电动机的输出端；3、控制端子：包括外部信号控制变频调速

23、器的端子、变频调速器工作状态指示端子、变频与微机或其他设备的通信接口。从结构上看，变频器分为交交变频器和交直交变频两类。（1）交交变频器交交变频器可直接把交流电变成频率和电压都可变的交流电。其主要优点是没有中间环节，故变换效率高。但其连续可调的频率范围窄，一般为额定频率的1/2以下，主要用于容量较大的低速拖动系统中。（2）交直交变频器交直交变频器则是先把交流电经整流器整流成直流电，在经过逆变器把这个直流电流变成频率和电压都可变的交流电。无论是交交变频器还是交直交变频器，从变频电源的性质上看，又可分为电压源型变频器和电流源型变频器。电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；

24、电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流滤波是电感。、电压源型变频器在交直交变压变频装置中，当中间直流环节采用大电容滤波时，直流电压波形比较平直，在理想情况下是一个内阻抗为零的恒压源，输出交流电压是矩形波或阶梯波，这类变频装置叫做电压源型变频器。一般的交交变压变频装置虽然没有滤波电容，但供电电源的低阻抗使它具有电压源的性质，也属于电压源型变频器。、电流源型变频器当交直交变压变频装置的中间直流环节采用大电感滤波时，直流电流波形比较平直，因而电源内阻抗很大，对负载来说基本上是一个电流源，输出交流电流是矩形波或阶梯波，这类变频装置叫做电流源型变频器。有的交交变压变频装置用电抗器将输出电流强制

25、变成矩形波或阶梯波具有电流源的性质，它也是电流源型变频。二、变频调速的特点（一）变频调速可以实现软起动，降低机械冲击、降低起动电流对电网的影响、乘人时抑制加速度给人带来的不良反应。软启动方式是在电源和电机之间串入软启动器的一种电机启动方式，也可归入降压启动的范畴，但它不同于一般的降压启动，它采用的是逐步升压的方式，电流也是逐步增大的，其停止时电流和电压也是逐步减小的。软启动装置以微电脑作为其控制单元，利用软件，通过建立输入电动机、电网和负载数学模型，根据选定控制策略作出离线模拟，采用三对反并联晶闸管串接于电动机的三相供电线上。利用晶闸管的电子开关特性，通过控制其触发导通角的大小来改变晶闸管的开

26、通程度，以此来改变电动机启动时输入电压和输入电流的大小，达到控制电机的启动特性。软启动控制器接收到启动指令后，便进行有关计算，确定晶闸管的触发信号，通过控制晶闸管使软启动装置按所设定的方式输出相应的电压，以控制电机的启动过程。电机完成启动过程后，软启动控制器便控制交流接触器吸合，短路所有晶闸管，使电机直接投网运行，避免不必要的能源损耗。实际应用中，软启动具有下列优点1、无冲击电流。软启动器在启动电机时，电机启动电流从零线性上升至设定值。它对电机无冲击，提高了供电可靠性，平稳启动，减少对负载的冲击转矩，能延长机器使用寿命，而且启动电流小，通过调节启动转矩实现低速启动，可频繁启动。2、软停车功能。

27、停止时平滑减速，逐渐停机，从而克服了瞬间断点停机的弊病，减轻对负载设备的机械冲击，减少设备损坏。3、启动参数可调。根据负载情况及电网继电保护特性，可自由地无级调整至最佳启动电流。软启动的主要目的是降低异步电机的启动电流，提高系统运行平稳性，延长电机及相关设备的使用寿命。因其电机启动时的电压和电流均可在一定范围内由用户进行调整，且可提供多种智能的启动曲线，有完善的电机保护功能，有显著的节能效果，因此，其用途相当广泛，目前在世界上正处于大力发展阶段。（二）能够实现运人、运煤及验绳检修多种速度。（三）四矿钢缆皮带属于集中运输巷，担负着丁九、戊九采区及联络巷分运皮带的煤炭运输任务，有长期运行要求，变频

28、调速能够降低冲击、节约电能，设备初期投资大点，但从长远来看还是经济的。三、调速方案的确定（一）驱动系统类型为了与现场机械部分对接，采用一台变频器带一台电动机的单独拖动，整流与逆变一一对应组成变频器的常规方式。（二）制动方式钢缆皮带为上行皮带，上皮带运煤或下皮带运人时惯性很小，停车时采用回馈制动节能效果不明显，所以采用结构简单成本低廉的能耗制动。（三）运行控制模式1、三种运行控制模式（1）u/f控制方式思路简单，附加要求少，控制容易实现，适合于多数二次方转矩负载以及对动态性能要求不高的反抗性转矩负载应用。（2）矢量控制原理实际是对直流电机的模仿，通过矢量变换分离和合成励磁及转矩矢量，实现了磁链子

29、系统和转速子系统的近似解耦，具备了控制转矩的手段。（3）建立定子磁链和电磁转矩的数学观测模型，利用可测量的物理量，以软测量技术获得定子磁链和电磁转矩的反馈值，采用滞环式闭环控制方式，利用电压空间矢量的开关状态切换来实现对磁通和电磁转矩的分别控制，这就是基于磁链跟踪脉宽调制的直接转矩控制的基本原理。矢量控制的稳态特性优于直接转矩控制，直接转矩控制的动态特性优于矢量控制，但两者的差别并不大，都是高性能的控制模式，其动态、稳态性能都能满足绝大多数的应用需求。根据市场各公司资料和价格，拟选用ABB公司提供的直接转矩控制方式产品。按照电动机额定电流 IevfK1Ied=1.1298.3=328.13A选

30、355kw变频器。ZJT3355/1140(660) 水冷式矿用本质安全型交流变频调速控制装置的技术参数如表二所示：表二 ZJT3355/1140(660)的技术参数名称参数名称参数额定交流电压1140V(660)控制型式转矩控制型 矢量控制型额定最大输出电流355A额定工作制不间断工作制输入电源频率50Hz过载能力150%额定电流60S180%额定电流10S输出频率范围050Hz在数字控制模式条件下的分辨率0.1Hz注：每次过载的间隔时间应大于20min。四、变频系统组成主要由输入输出电抗器，变频器逆变部分（IGBT）,控制部分，显示部分和电源部分组成。1、输入输出电抗器用来有效的抑制变频器

31、产生的谐波分量。2、变频器逆变部分通常是指将交流供电电源整流后通过IGBT逆变模块调制成频率可调的一种电源输出，简称交直交变频器。3、控制部分指变频器的主控制模块，主要功能是接受或输出各种指令（起停，急停，手动选择，自动选择，故障复位，变频器就绪，变频器运行，变频器故障），速度编码器的信号采集等。4、显示部分指变频器自身的参数或各种状态在码盘上显示，同时码盘可作为本地控制盘使用。5、电源部分指提供变频器内部使用的不同等级的电源。有AC 220V；DC 24V等。五、变频系统的功能1、系统可任意调整加、减速度。钢缆皮带输送机要求起动和停止平稳，为减少机械冲击，加、减速度要小于0.2m/s，同时为

32、防止起动时瞬时打滑，要求等加速起动。变频器的加减时间可在19999秒内任意调整。2、所选变频器具有保护和自诊断功能，完善的保护功能以保障电气设备的正常运行，此变频器具有过压、欠压、过流、过热、短路、接地、三相不平衡、缺相等保护。能够保存最近10次的故障代码，还能保存相应的故障参数。第三节 IGBT结构及工作原理IGBT是变频器逆变部分，又叫做交直交变频器，它的功能是：交流供电电源经整流后再通过IGBT可调制成频率可调的一种交流电源输出。一、IGBT的结构IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)是绝缘栅双极型功率管，它是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘

33、栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统，如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。IGBT在结构上类似于 MOSFET ，其不同点在于 IGBT 是在 N 沟道功率 MOSFET 的 N+ 基板（漏极）上增加了一个 P+ 基板（ IGBT 的集电极），形成 PN 结 j1 ，并由此引出漏极

34、、栅极和源极则完全与 MOSFET 相似。 IGBT 相当于一个由 MOSFET 驱动的厚基区 GTR ，Rdr 是厚基区 GTR 的扩展电阻。 IGBT 是以 GTR 为主导件、 MOSFET 为驱动件的复合结构。由于 IGBT 是在 N 沟道 MOSFET 的 N+ 基板上加一层 P+ 基板，形成了四层结构，由 PNP NPN 晶体管构成 IGBT 。但是， NPN 晶体管和发射极由于铝电极短路，设计时尽可能使 NPN 不起作用。所 以说， IGBT 的基本工作与 NPN 晶体管无关，可以认为是将 N 沟道 MOSFET 作为输入极， PNP 晶体管作为输出极的单向达林顿管。 采取这样的结

35、构可在 N-层作电导率调制，提高电流密度。这是因 为从 P+ 基板经过 N+ 层向高电阻的 N- 层注入少量载流子的结果。 IGBT 的设计是通过 PNP NPN 晶体管的连接形成晶闸管。 二、IGBT的工作原理IGBT是强电流、高电压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道，而这个通道却具有很高的电阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS(on)数值高的特征，而IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。虽然最新一代功率MOSFET器件大幅度改进了RDS(on)特性，但是在高电平时，功率导通损耗仍然要比IGBT 技术高出很

36、多。较低的压降，转换成一个低VCE(sat)的能力，以及IGBT的结构，同一个标准双极器件相比，可支持更高电流密度。GBT硅片的结构与功率MOSFET 的结构十分相似，主要差异是IGBT增加了P+ 基片和一个N+ 缓冲层（NPT-非穿通-IGBT技术没有增加这个部分）。其中一个MOSFET驱动两个双极器件。基片的应用在管体的P+和N+ 区之间创建了一个J1结。当正栅偏压使栅极下面反演P基区时，一个N沟道形成，同时出现一个电子流，并完全按照功率MOSFET的方式产生一股电流。如果这个电子流产生的电压在0.7V范围内，那么，J1将处于正向偏压，一些空穴注入N-区内，并调整阴阳极之间的电阻率，这种方

37、式降低了功率导通的总损耗，并启动了第二个电荷流。最后的结果是，在半导体层次内临时出现两种不同的电流拓扑：一个电子流(MOSFET 电流)； 一个是空穴电流（双极）。（一）关断当在栅极施加一个负偏压或栅压低于门限值时，沟道被禁止，没有空穴注入N-区内。在任何情况下，如果MOSFET电流在开关阶段迅速下降，集电极电流则逐渐降低，这是因为换向开始后，在N层内还存在少数的载流子（少子）。这种残余电流值（尾流）的降低，完全取决于关断时电荷的密度，而密度又与几种因素有关，如掺杂质的数量和拓扑，层次厚度和温度。少子的衰减使集电极电流具有特征尾流波形，集电极电流引起以下问题：功耗升高；交叉导通问题，特别是在使

38、用续流二极管的设备上，问题更加明显。鉴于尾流与少子的重组有关，尾流的电流值应与芯片的温度、IC 和VCE密切相关的空穴移动性有密切的关系。因此，根据所达到的温度，降低这种作用在终端设备设计上的电流的不理想效应是可行的，尾流特性与VCE、 IC和 TC之间的关系。（二）反向阻断当集电极被施加一个反向电压时， J1 就会受到反向偏压控制，耗尽层则会向N-区扩展。因过多地降低这个层面的厚度，将无法取得一个有效的阻断能力，所以，这个机制十分重要。另一方面，如果过大地增加这个区域尺寸，就会连续地提高压降。第二点清楚地说明了NPT器件的压降比等效（IC 和速度相同） PT 器件的压降高的原因。（三）正向阻

39、断当栅极和发射极短接并在集电极端子施加一个正电压时，P/N J3结受反向电压控制。此时，仍然是由N漂移区中的耗尽层承受外部施加的电压。（四）正向导通特性在通态中，IGBT可以按照“第一近似”和功率MOSFET驱动的PNP晶体管建模。理解器件在工作时的物理特性所需的结构元件（寄生元件不考虑在内）。IC是VCE的一个函数（静态特性），假如阴极和阳极之间的压降不超过0.7V，即使栅信号让MOSFET沟道形成，集电极电流IC也无法流通。当沟道上的电压大于VGE -Vth 时，电流处于饱和状态，输出电阻无限大。由于IGBT结构中含有一个双极MOSFET和一个功率MOSFET，因此，它的温度特性取决于在属

40、性上具有对比性的两个器件的净效率。功率MOSFET的温度系数是正的，而双极的温度系数则是负的。描述了VCE(sat) 作为一个集电极电流的函数在不同结温时的变化情况。当必须并联两个以上的设备时，这个问题变得十分重要，而且只能按照对应某一电流率的VCE(sat)选择一个并联设备来解决问题。有时候，用一个NPT进行简易并联的效果是很好的，但是与一个电平和速度相同的PT器件相比，使用NPT会造成压降增加。（五）动态特性动态特性是指IGBT在开关期间的特性。鉴于IGBT的等效电路，要控制这个器件，必须驱动MOSFET 元件。这就是说，IGBT的驱动系统实际上应与MOSFET的相同，而且复杂程度低于双极

41、驱动系统。如前文所述，当通过栅极提供栅正偏压时，在MOSFET部分形成一个N沟道。如果这一电子流产生的电压处于0.7V范围内， P+ / N- 则处于正向偏压控制，少数载流子注入N区，形成一个空穴双极流。导通时间是驱动电路的输出阴抗和施加的栅极电压的一个函数。通过改变栅电阻Rg的值来控制器件的速度是可行的，通过这种方式，输出寄生电容Cge和 Cgc可实现不同的电荷速率。换句话说，通过改变 Rg值，可以改变与Rg (Cge+Cgc) 值相等的寄生净值的时间常量，然后，改变dV/dti。数据表中常用的驱动电压是15V。di/dt是Rg的一个函数，栅电阻对IGBT的导通速率的影响是很明显的。因为Rg

42、数值变化也会影响dv/dt斜率，因此，Rg值对功耗的影响很大 。在关断时，再次出现了我们曾在具有功率MOSFET和 BJT 器件双重特性的等效模型中讨论过的特性。当发送到栅极的信号降低到密勒效应初始值时，VCE开始升高。如前文所述，根据驱动器的情况，VCE达到最大电平而且受到Cge和 Cgc的密勒效应影响后，电流不会立即归零，相反会出现一个典型的尾状，其长度取决于少数载流子的寿命。在IGBT处于正偏压期间，这些电荷被注入到N区，这是IGBT与MOSFET开关对比最不利特性之主要原因。降低这种有害现象有多种方式。例如，可以降低导通期间从P+基片注入的空穴数量的百分比，同时，通过提高掺杂质水平和缓

43、冲层厚度，来提高重组速度。由于VCE(sat) 增高和潜在的闩锁问题，这种排除空穴的做法会降低电流的处理能力。（六）最大工作频率开关频率是用户选择适合的IGBT时需考虑的一个重要的参数，所有的硅片制造商都为不同的开关频率专门制造了不同的产品。特别是在电流流通并主要与VCE(sat)相关时，把导通损耗定义成功率损耗是可行的。这三者之间的表达式：Pcond = VCE IC ，其中， 是负载系数。开关损耗与IGBT的换向有关系；但是，主要与工作时的总能量消耗Ets相关，并与终端设备的频率的关系更加紧密。 Psw = Ets总损耗是两部分损耗之和：Ptot = Pcond + Psw在这一点上，总功

44、耗显然与Ets 和 VCE(sat)两个主要参数有内在的联系。这些变量之间适度的平衡关系，与IGBT技术密切相关，并为客户最大限度降低终端设备的综合散热提供了选择的机会。因此，为最大限度地降低功耗，根据终端设备的频率，以及与特殊应用有内在联系的电平特性，用户应选择不同的器件。第四节 CC-LINK 在传统的自动化工厂中，位于生产现场的许多设备和装置，如传感器、调节器、变频器、变送器、执行器等都是通过信号电缆与计算机、PLC相连的。当这些装置和设备相距较远，分布较广时，就会使电缆线的用量和铺设费用随之大大地增加，造成整个项目的投资成本增高，系统连线复杂，可靠性下降，维护工作量增大，系统进一步扩展

45、困难等问题。因此人们迫切需要一种可靠、快速、能经受工业现场环境、低廉的通信总线，将分散于现场的各种设备连接起来，实施对设备的监控。现场总线（CC-Link）就是在这样的背景下产生的。本设计需控制的设备较多，现场较大，因此引入CC-Link。CC-Link是一个技术先进、性能卓越、使用简单、成本较低、应用广泛的开放式现场总线。这种可以同时高速处理和控制信息数据的现场网络系统的应用，可以提供高效、一体化和过程自动化控制的程度。CC-Link用专用电缆连接像I/O 模块、智能化模块和特殊功能模块这样的分布式模块，这些模块连接后组成的网络可以由PLC控制。1、通过将各个模块分布安装到像传送线和机器设备

46、这样的机器上，可以提高整个系统的接线效率。2、可以非常容易地高速发送和接收由模块处理的输入/输出数字数据和开/关数据。3、可以通过连接多个PLC配置一个简单的分布式系统。 4、通过连接由三菱制造商制造的各种设备，系统可以提供灵活的解决方案，满足用户的各种不同需求。一、CC-Link特性1、减少配线，提高效率CC-Link显著减少了当今复杂的生产线上的控制线和电源线。2、广泛的多厂商设备使用环境广泛的多厂商设备使用环境，可以从广泛的CC-Link产品群中选择适合自动化控制的最佳设备。（1）CC-Link会员生产厂商：已经超过506家；（2）CC-Link兼容产品：已经超过490多种，如电磁阀，传感器，转换器，温度控制器，传输设备，条形码阅读器，ID系统，网关，机器人，伺服驱动器，PLC。3、高速的输入输出响应CC-Link能够实现最高为10Mbps的高速通讯速度，输入/输出响应可靠，响应时间快，性能可靠并具有确定性。