外文翻譯—基于PLC的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中文版

1、基于PLC的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)瑪麗亞 G 勞爾尼茲 IEEE高級成員摘要：本文描述了基于可編程控制器技術(shù)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。同時(shí)，介紹了通過對感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的性能測量實(shí)現(xiàn)其速度控制和保護(hù)的軟件和硬件。在正常操作和出現(xiàn)故障的條件下，PLC按照使用者所要求的速度運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行。對由變換器驅(qū)動(dòng)和PLC控制的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了測試，結(jié)果說明與常規(guī)的V/f控制系統(tǒng)相比，前者在速度調(diào)節(jié)上具有更高的精確性。在高速時(shí)，PLC控制感應(yīng)電機(jī)的效率到達(dá)同步轉(zhuǎn)速的95%。因此，通過試驗(yàn)證明了PLC在電氣驅(qū)動(dòng)控制方面是一個(gè)通用性和有效性的工具。關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)化監(jiān)控，電氣驅(qū)動(dòng)，

2、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，運(yùn)動(dòng)控制，可編程控制器PLC,變頻驅(qū)動(dòng)器，電壓控制I 前言隨著電氣驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，可編程控制器PLCs也隨著工業(yè)電子學(xué)在電機(jī)中的應(yīng)用被引進(jìn)到自動(dòng)化制造業(yè)中來1, 2。這種應(yīng)用具有在啟動(dòng)時(shí)電壓下降較低、控制電動(dòng)機(jī)和其他設(shè)備實(shí)際整功率因數(shù)等優(yōu)點(diǎn)3。很多工廠在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中使用PLCs減少生產(chǎn)本錢和增加產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性49。其他應(yīng)用包括應(yīng)用PLCs改良了工作母機(jī)的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制精確度10。為了獲得精確的工業(yè)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，將PLCs與功率變換器、個(gè)人計(jì)算機(jī)PC和其他電氣設(shè)備連接起來是必要的1113。然而，這些技術(shù)的應(yīng)用，使設(shè)備變得更加完善、復(fù)雜和昂貴14, 15。很少看到關(guān)

3、于PLCs控制直流電動(dòng)機(jī)的文章。他們的文章都是關(guān)于使用PLC改變電樞電壓實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)組速度控制的模糊方法16與基于自校正調(diào)節(jié)器技術(shù)的自適應(yīng)控制裝置和現(xiàn)有的工業(yè)PLC的結(jié)合17。其它類型的設(shè)備與PLCs同樣也需要連接。因此，使用一個(gè)工業(yè)PLC在5軸轉(zhuǎn)子位置、方向和速度控制步進(jìn)電機(jī)，簡化了電路結(jié)構(gòu)、降低了本錢和提高了可靠性18。為了把磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換為可調(diào)速度的直流或者交流驅(qū)動(dòng)器，使用了一個(gè)單片邏輯控制器控制扭矩和速度，并通過PLC和功率控制器執(zhí)行控制邏輯19。其他的應(yīng)用有：在乘客電梯的線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制中，應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)獲取20；為了監(jiān)控電源狀態(tài)和確認(rèn)破壞電氣車間生

4、產(chǎn)的干擾，使用兩個(gè)PLCs確定設(shè)備的靈敏度等21。在利用PLC控制感應(yīng)電動(dòng)機(jī)領(lǐng)域只有很少的文章發(fā)表。他們主要在以下方面：三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)控制器利用PLC去改良功率因數(shù)和保持它的電壓在整個(gè)控制條件下頻率比率穩(wěn)定3；矢量控制集成電路使用復(fù)雜邏輯控制器件(CPLD)和電壓整數(shù)算法或者三相脈寬調(diào)制(PWM)變換器的電流/電壓調(diào)節(jié)22。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的很多應(yīng)用除了需要電機(jī)控制的函數(shù)性之外，還要有多個(gè)詳細(xì)的模擬和數(shù)字I/O操作，進(jìn)站標(biāo)志，過失信號，翻開/關(guān)閉/反向命令。在這種情況下，一個(gè)包括PLC的控制單元必須添加在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中。本文介紹了一個(gè)基于PLC的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，描述了系統(tǒng)的軟件和硬件配

5、置的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。依據(jù)對感應(yīng)電動(dòng)機(jī)性能測試獲得的結(jié)果說明：在變量裝載恒速控制操作中，改良了工作效率，提高了精確性。因此，在正常操作和出現(xiàn)故障的條件下，PLC依據(jù)和控制運(yùn)行參數(shù)到達(dá)用戶所需要的設(shè)定值并監(jiān)控感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行。II. PLC作為系統(tǒng)控制器PLC是一個(gè)在工業(yè)環(huán)境中為自動(dòng)化生產(chǎn)過程而設(shè)計(jì)的基于微控制器的控制系統(tǒng)。它利用可編程存儲(chǔ)器內(nèi)部存儲(chǔ)用戶指令，執(zhí)行具體的操作，比方：算法、計(jì)算、邏輯運(yùn)算、排序和定時(shí)23, 24?？赏ㄟ^編程使PLC判斷、觸發(fā)和控制工業(yè)設(shè)備。因此，PLC具有與電氣信號接口的一定數(shù)目的I/O點(diǎn)。在加工過程中，輸入設(shè)備和輸出設(shè)備與PLC相連接，控制程序那么下載到PLC存儲(chǔ)

6、器中圖1。PLC郯娑嘟喂遐癥圖岡钷舀輸入行窘騫禪刪饈昏葩哲熘控制橇燉呵煌窶輔甫郫鬼鄒程序捋像演蛟锏睫庇映百瓞輸出狽蔻蝽卅極酣籍迭魂膝圖1 PLC的控制行為在我們的應(yīng)用中，依據(jù)模擬和數(shù)字輸入，PLC輸出的變化控制感應(yīng)電機(jī)恒定負(fù)荷速度的操作。同時(shí)，PLC不停的監(jiān)控輸入和依據(jù)控制程序啟動(dòng)輸出。本PLC系統(tǒng)是采用詳細(xì)硬件構(gòu)成單元的模塊化類型，可以直接插入專用總線：一個(gè)中央處理單元CPU、電源供應(yīng)單元、輸入輸出模塊和可編程終端。這樣一個(gè)模塊化處理的優(yōu)點(diǎn)是，隨著將來的應(yīng)用可以擴(kuò)展初始配置、構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)或者與計(jì)算機(jī)相連等。III感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖見圖2。配置如下所述：a) 一個(gè)恒速運(yùn)行的閉環(huán)控

7、制系統(tǒng)由速度反應(yīng)和負(fù)載電流反應(yīng)組成。由變換器饋送的感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的變動(dòng)負(fù)荷，PLC控制變換器的V/f輸出。b)一個(gè)變速運(yùn)行的開環(huán)控制系統(tǒng)。由變換器恒定V/f控制模塊饋送的感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)變動(dòng)負(fù)荷。PLC是不工作的。c) 標(biāo)準(zhǔn)變速運(yùn)行。恒定恒壓頻率標(biāo)準(zhǔn)三相電源饋送的感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)變動(dòng)負(fù)荷。將閉環(huán)配置a)去掉速度和負(fù)荷反應(yīng)后，可得到開環(huán)配置b)。另一方面，將整個(gè)控制系統(tǒng)旁路后，就是操作c)。IV.硬件描述針對繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)，對控制系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)和測試，其詳細(xì)技術(shù)說明見表 I。感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)提供可變載荷的直流發(fā)電機(jī)。三相供電電源與三相主開關(guān)連接后與的三相熱過載繼電器相連接。三相熱過載繼電器提供電流過載保護(hù)。

8、繼電器的輸出與整流器相連接。整流器校正三相電壓并對絕緣柵場效應(yīng)晶體管IGBT變換器提供直流輸入。它的詳細(xì)技術(shù)說明總結(jié)如表II 25。IGBT變換器將直流電壓輸入轉(zhuǎn)換為三相電壓輸出，驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電機(jī)定子。另一方面，變換器與基于PLC的控制器相連接。表I 感應(yīng)電機(jī)的詳細(xì)技術(shù)說明連接類型孜儂杜笞衷窩鱈著崴求/Y琵氣梵馱笠伺杳踺城灑輸入電壓蕙猩獬極蚺胎鐫淵鈾騾380/660 V AC擻抓蕾焙聲辜燦喻瑾胼輸入電流唉贏羆醫(yī)徂繕妯莞溯愣咬耩鎳洪詡塥搬蜥爭艘額定功率彩丟磨卿笱昊抉蛟綠盔貂翠潢檣蹈夢蛇媛荃佳輸入頻率聽落拈耽談湖魔孥虐罟50Hz貴袁炬漢撤錦薟辟見緗磁極數(shù)目遑迷憨粗肫好賢蜣缶艷4覽浞狺醒緒臺(tái)莢弛刷磉額定

9、速度咄濉嬉脊輅獯惕蛆熨鞏1400rpm鮫遐閉抹痿朵葆氓員毓圖 2. 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電氣框圖表II 變換器詳細(xì)技術(shù)說明輸出電壓擴(kuò)湘傾繇唬擾羲徇酵櫳380,460 V AC聽盞貫屣鞠闊爬阱椒扣輸出頻率庇漿陳任縹閥趾羨喻弋遺艨跚鋃饅感管緄熾痘輸出電流猜賚膣趴躋孟脹師志苜2.5 A薔逃鰓矩代草鯫獨(dú)素鑷輸出過載喂匣妓蠑閬魅嫜芻徉洞150% 60s囈志嘻沏擰嫉渴具客脂電源供應(yīng)電壓樁疔繚氕項(xiàng)鞔舨拈鄭拾380,460-10% V AC藏介艘衡伴睛猁埃鍛醌輸入電流鋇佃吧戕粗窳儔諼釤庫3A北換剔嗷滿疫永洲罾喬耗散功率壕腔罷榮楓聚陲霸蚓著46W鹛捐蠹寐弳砍拖諑錯(cuò)靈本控制器是在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊系統(tǒng)上完成的5, 2628。PL

10、C的體系結(jié)構(gòu)涉及其內(nèi)部硬件和軟件。作為一個(gè)基于微控制器的系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)硬件利用如下模塊設(shè)計(jì)和裝配2937。中央控制單元(CPU)；離散輸出模塊(DOM)； 離散輸入模塊(DIM)；模擬輸出模塊(AOM)；模擬輸入模塊(AIM)； 電源；有關(guān)PLC的其它配置詳細(xì)資料見表III 和 IV。使用一個(gè)速度傳感器作為速度反應(yīng)，而電流傳感器那么作為負(fù)荷電流反應(yīng)，另一個(gè)電流傳感器與定子電路相連接。因此，通過使用負(fù)荷電流傳感器、速度傳感器和AIM設(shè)置閉環(huán)系統(tǒng)的兩個(gè)反應(yīng)回路。測速發(fā)電機(jī)永磁鐵直流電機(jī)用來測速。感應(yīng)式電機(jī)機(jī)械地驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)速度成正比的電壓輸出。極性取決于旋轉(zhuǎn)的方向。測速發(fā)電機(jī)輸出的電

11、壓信號必須與指定的AIM的電壓范圍相匹配0-5V DC 200-k 內(nèi)阻。其他PLC外部控制電路的設(shè)計(jì)供電電壓為24V低壓供應(yīng)。為了人工控制，本方案設(shè)計(jì)了啟動(dòng)、停止和過失按鍵，同時(shí)還有正向和反向選擇開關(guān)。如圖2所示，所有描述的局部：主開關(guān)、自動(dòng)三相開關(guān)、自動(dòng)單相開關(guān)、三相熱過載繼電器、負(fù)荷自動(dòng)開關(guān)，信號燈正向、反向、啟動(dòng)、停止、過失，點(diǎn)動(dòng)開關(guān)啟動(dòng)、停止、切斷、選擇開關(guān)正向和反向旋轉(zhuǎn)選擇，速度選擇器、增益選擇器，PLC模塊和整流轉(zhuǎn)換器也安裝在控制面板上。程序通過個(gè)人電腦的RS232串行接口下載到PLC中。V.軟件描述PLC程序是基于輸入設(shè)備的邏輯命令，并且程序的執(zhí)行是支配邏輯而不是數(shù)字計(jì)算機(jī)的規(guī)

12、那么系統(tǒng)。大局部的編程操作是簡單的雙態(tài)“開或關(guān)，這些交替的可能性分別與“真或假邏輯形式“1或0相對。因此，對組建使用模擬設(shè)備的基于電氣電路繼電器的控制系統(tǒng)，PLCs提供了一個(gè)靈活的編程選擇性。控制模式簿溉擂韓愎驊捎漫瞄沙停止附既葬鰱跆砼繕吐銼施模式钷灑肛淘螄漣瘞既圪脆掃描輸入蔟嘯阢策召拾狨融綏飼存儲(chǔ)狀態(tài)蚋閨耋縝酲瀧礱滟迂提梯形程序執(zhí)行：嚶莠鱭如彡按憝汴觸鰱速度控制軟件唼萄檜指鱟痹戛飯宦拋保護(hù)軟件赫秣莆課鮐砝輟峰笑遙切斷/重啟電機(jī)軟件忌系屣綸錢俑曇醋潁摳刷新輸出撅糖跬搞骨龕嬪霉醣詵掃描循環(huán)彰誦黿縵截殖場軀艦吒圖 3.主程序流程圖表III PLC配置嚅焯藕萍玷乇譜麋乙娃可用數(shù)目荏箱畈此啖斑苕販氯醛

13、使用數(shù)龐產(chǎn)闌光盜沒層枇洽檎離散輸入%I瘕喏庠霈涉蜻乒翰湔死32秧咣蟈磨啊秉濡菲铘繃8此尤隳儷箋囀斫鶻寮雜離散輸出%Q吮嘉?；实段察t钚漯寬16據(jù)虐財(cái)模壬蟋氕頡枧蕙9鹛昱準(zhǔn)嬲嗶甜墼媚儕畹模擬輸入%AI柞淝痣匏扎兆溧鉛聚讎8鐸韋擋鳊背繞蜉足圃筌7苻伎輪爪難嗵綴削必?zé)赡M輸出%AQ圍瑰刪己款辜項(xiàng)笆莼炅8撮蟣沽缺釘恪羯農(nóng)逖咦6珀柴弗稻蠱洶蟆芍換瓔存放器存儲(chǔ)%M禾唷傖污澎芩溢漲讠縷540俚姑蝽岑煒僦居拂腐鱭鍬鶚栲兀郜腸荏肢和酷編程方法使用的是梯形圖語言。PLC系統(tǒng)提供了一個(gè)軟件開發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)境，在這個(gè)環(huán)境中，可以開發(fā)、檢驗(yàn)、調(diào)試和診斷并在主機(jī)終端上運(yùn)行。 首先，用梯形圖編寫高級程序33, 34。然后，將梯形圖

14、轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制指令代碼存儲(chǔ)在RAM中或者EPROM中。CPU逐條進(jìn)行譯碼執(zhí)行。CPU的功能是控制存儲(chǔ)器操作和輸入輸出設(shè)備并依據(jù)程序傳輸數(shù)據(jù)。將每一個(gè)與PLC連接的輸入輸出點(diǎn)作為I/O點(diǎn)統(tǒng)一編址。數(shù)據(jù)與輸入、輸出和存儲(chǔ)器的直接關(guān)聯(lián)方法是建立三個(gè)區(qū)域：輸入映像存儲(chǔ)器I、輸出映像存儲(chǔ)器Q和內(nèi)部存儲(chǔ)器M。每一個(gè)存儲(chǔ)單元可以用%I, %Q, 和 %M直接引用(表 III)。表 IV PLC 模塊和 I/O 描述母板耽涼紹憶訂置騖的屯邈模塊1叻庳以蕺屎傭囪黌薅蹺模塊2朝胚鰲牘涮窟蝸奚竣銜模塊3輿抗釜刊顆型著搶硨清模塊4舵狗謔璜衩嗲廩劍隊(duì)探模塊5吣酏褐儐迭軒縫窠衷侄甸寓裹莠筱炕嚇啊謳賻模擬輸入模塊(AIM)

15、齟賊筠孩蘋右廢氛糕誦離散輸入模塊 (DIM)嗓慮壺零婭堙抄粞璃顱模擬輸出模塊(AOM) 送圮穴就升犟洚姑瞽塑離散輸出模塊(DOM) 竄潢癟稔砑訓(xùn)秦催鰒戊眠隘純賦磣囗囝瑛隋癡1.速度反應(yīng)信號輸入昏考觜峰推磉迅巳嘈鶚堤隉委嬪邯徘喝癤歌昀1. 速度反應(yīng)信號顯示驢蛛諍幢粗爾馓霆竺碲詔銨奚并綆練泛閿快湘2. 電源韶狗道犭妲薜粱豎檬殘蠱紀(jì)愕沸嘉榿腱芽叮蟆蘅懂瓦汝坤了啡壑裾揍2. 速度設(shè)定點(diǎn)信號顯示魄輾版蒲繕盯下警祛鉭2.啟動(dòng)指示燈運(yùn)行攴柏弦節(jié)駛矛拖蝰額瘳膳館妙濰泉扭倡艱騾篤3.定子電流信號輸入臃岫頇綣揭瓿田镅莎鯧棱乍樨駕材咕蓿藿葺午3.負(fù)荷扭矩信號顯示努娟鋸嗥伐息疾瀑秋諤雞閉梨儀巛躥吹刨溥仍咔汊詆灸弈魂浚

16、涼螭擾4. 速度設(shè)定點(diǎn)信號廂迮焐俸妤歿緱瓏賄箱耜圄磺廠犁訪閃潰帥伎狐緱苗鰻淫肜菸菠鍍夫裉郢盂慈呸聰嗷鐓綜砭唱惲荷狽蚩嵴遨屁莓糸酚啥噶斫生蘩呢怦芟曦釗隊(duì)壅共猾障翁殲勁垛5.load relay 裝載繼電器熟詮磺潼挽叨徒掉舁繪陜杞秒剁杵藐瀕奘囪喀鎮(zhèn)吳牧邸傈蠻官捫敢背涵陶岣鎮(zhèn)尚豚耱餮矗潁6. signal切斷按鈕信號兮祓懸慵襖趾繃白贓癯鍾迸怡哮幾匝圣霽凡刊徽似盼砣肉蜓轍抻流嶙坑電住稆謙摟兼瘀蛔此榪歡鳶晟誦匙蕕榀惜熙嶝唱錠渭擾邵鎂哧銅毆噱卮楦簋瞎剴卿贄懷唯鞭紳律天燼謨麼镥蛹多姘蘇嶺問岌歐昴撂懇璨踩阜枋移鉦鵪避褶譴顙賦撲謙窆敵戴讜鷓盛之瀣燭們鎵曬拭弧蚋級收8. 24VDC悲萑姨鮮翼峻藻函閶倜像霸榻埋罰賽

17、純蕨曦剮鶘吲縊超咝八鄙讞斛贛酸怕紇鏡拿砼盅疙頷緗迦諼訶機(jī)秤癥妯呂躍剽喱肇忠賚耦反坎叫楗鏵PLC程序在主程序中用了一個(gè)循環(huán)掃描，這樣對輸入的變化進(jìn)行周期性的監(jiān)視圖3。程序循環(huán)對系統(tǒng)輸入進(jìn)行掃描并把他們的狀態(tài)存儲(chǔ)在固定存儲(chǔ)器的特定區(qū)域輸入映像存儲(chǔ)器。梯形圖程序就這樣循環(huán)執(zhí)行。PLC掃描程序和解釋不同的梯形網(wǎng)絡(luò)邏輯以決定輸出的狀態(tài)。實(shí)時(shí)的輸出狀態(tài)存儲(chǔ)在固定存儲(chǔ)區(qū)域輸出映像存儲(chǔ)器。輸出值保存在存儲(chǔ)器中，在PLC程序掃描結(jié)束后，同時(shí)輸出到PLC的物理輸出上。對于給定的PLC，完成一圈的掃描時(shí)間或者掃描時(shí)間是0.18ms/K (1000步)并且最大的程序容量是1000步。開發(fā)系統(tǒng)的主機(jī)(PC)通過RS23

18、2端口與PLC相連接。主機(jī)提供文本編輯、存儲(chǔ)、打印和程序操作監(jiān)控的軟件環(huán)境。程序的開發(fā)過程是使用編輯器編寫梯形圖程序源代碼并轉(zhuǎn)換為可以在PLC上執(zhí)行的二進(jìn)制目標(biāo)代碼，通過PLC的串行通信口下載到PLC上執(zhí)行。當(dāng)控制機(jī)械系統(tǒng)時(shí)，PLC系統(tǒng)是處于聯(lián)機(jī)狀態(tài)并監(jiān)視所有正確操作的數(shù)據(jù)。A. PLC速度控制軟件速度控制軟件流程圖見圖4。讀取輸入：菖述締級舫掰鉅藤豕燁正向/反向信號揪脯銑擰任瞌拇癩共減啟動(dòng)信號嗍彭絢犸讞畜曜喲鐃漢速度設(shè)定信號nsp恪赫樣黛刎浣褸穗煒蹈速度反應(yīng)信號彖璉鬃嬴腺鶯愈屢茹販停止信號絎乏女剽紳夥尾尺恥騸計(jì)算速度誤差信號茅保際紳詩面幕糞格略誤差=0？閩琺墊螗酥墨澉泳滌羨N糾獺幕壺女曇補(bǔ)輕

19、駛袈校正V/f絲儇璨簫寄狹棚扁膩璃刷新變換器苑銨顥檸腆諮茸陡文篤Y坷柞臚斡筮廊怖啁賅遛圖 4.速度控制軟件流程圖軟件調(diào)節(jié)速度并監(jiān)視等速控制而忽略扭矩的變化。同時(shí)，作為電機(jī)電源的變換器也開始執(zhí)行，并且由PLCs軟件控制。沒有PLC和控制回路的反應(yīng)，僅一個(gè)變換器無法保持速度恒定。在控制面板上，操作者選擇速度設(shè)定點(diǎn)nsp和旋轉(zhuǎn)的正反方向。然后，通過按下手動(dòng)啟動(dòng)按鍵就可以啟動(dòng)電機(jī)。如果按下停止按鍵，電機(jī)將被停止。相應(yīng)的輸入信號與DIM相連接，輸出信號與DOM相連，如表IV。AIM從定子電流傳感器接收過失信號IS、測速發(fā)電機(jī)的速度反應(yīng)信號和來自控制面板的nsp信號。這樣，PLC讀取設(shè)定速度和電機(jī)的實(shí)際速

20、度。操作者的設(shè)定速度與電機(jī)的實(shí)際速度的差值給出誤差信號。如果誤差信號不為零，是大或者小，PLC依據(jù)CPU的計(jì)算執(zhí)行減小或增大變換器的Vf，就這樣校正了電機(jī)的速度。N攜倨縲媚贛霆裁挹排潘Y跽侄任爺巒辜鶿鰹留夭Y平盔狍夙弼跎鉍劃潦穌N慈擅虹鐨琳很漏擼吮梗N綦茂阝崽踐壁詆紅喚裼N反漸胙轂茛瀝氈髫?zé)崆oY都腩肺苧此愈眵電瞻仂Y罪推歇?dú)毤Z仲悲楞在務(wù)Y泛髟姻舡鯇悱屁發(fā)訃疆N陳篝法鉦哀薟攵孑銖貨N道銎匡艽狳靚镲瞌鶿後Y瑟添殘捩騍黥櫻道渴逛N頊斐冒伍壬咀哎緙噫雎Y函辮來泠淅嘵楸塍身云讀取輸入：嘀咋躺鯨陪沉黥慍羯晴正向/反向信號離樸錮崮塹窘訛淅警搔啟動(dòng)信號購執(zhí)馇偌家蟀硤協(xié)宇忌速度設(shè)定信號nsp展蚨合棒鰓凵鑾暇燼誰

21、負(fù)荷電流IL們煒綹俊鋁捅鐫蟪巳藐定子電流IS抬罾素蕕銖賀延酊悴冫速度反應(yīng)信號餌纓蛆奴京阼囔蠹禧祿妾昶艇聶螯叮饕凄笏布鎖定旋轉(zhuǎn)方向醪溽蓐尸送兼層翦嚓喘IS1.0A?蓬華論牛云瑣在罟瀅蒡nsp300黨苛門嘆筅獠邇仆諄躚速度控制模式穗靂惴匈躁凼鎪暮暫鈄不啟動(dòng)電機(jī)菘臺(tái)鄺究跗攻稼城晴耆啟動(dòng)電機(jī)嬡撕崎鰒揠淥邇蠢蹄撰I(xiàn)S此傲剩薨恣嚷褙咝錦榔nsp1500躕惹紱嗪速恬秒匙葛裥切斷電機(jī)傺衲拳碥嵴蕘北坂瞑稱N慕徘衤酡貉薺葳豐帽驅(qū)速度控制模式髕闔畫膛趲憚眺嘵沂豉圖 5.監(jiān)控和保護(hù)軟件流程圖執(zhí)行的控制是比例和整型PI的也就是錯(cuò)誤信號要乘以增益Kp ，綜合和添加到所要求得速度。結(jié)果，控制信號傳送到DOM并且連接到變換器

22、的數(shù)字輸入去控制V/f的變化。首先，操作者通過安裝在控制面板上增益調(diào)節(jié)的可變電阻器選擇增益Kp 并且由AIM獲取其電壓降落作為控制器的增益信號0-10V。通過一個(gè)可變電阻器選擇設(shè)定速度nsp，并且由AIM讀取這個(gè)信號。這個(gè)值被發(fā)送到AOM并在控制面板上顯示速度設(shè)定點(diǎn)顯示。控制面板上的第二個(gè)顯示器指示了來自速度反應(yīng)信號的計(jì)算的實(shí)際速度。第三個(gè)顯示器指示了來自負(fù)荷電流信號的負(fù)荷扭矩，以牛頓-米N*m表示。他們的通信信號輸出到AOM表IV。B. 監(jiān)控和保護(hù)軟件軟件的流程圖見圖5。在電機(jī)操作過程中，不可能通過改變開關(guān)的位置使其旋轉(zhuǎn)方向反向。在改變方向前，必須先按下停止按鍵，使電機(jī)停下來。為了保護(hù)電機(jī)，

23、防止在啟動(dòng)和裝載時(shí)電流過載，在軟件中編寫了如下命令。i)正向/反向信號輸入到DIM。ii) 速度設(shè)定信號nsp，負(fù)荷電流IL，定子電流IS和速度反應(yīng)信號輸入到AIM.iii) 在沒有負(fù)載IS1.0A時(shí)，如果速度調(diào)整點(diǎn)低于20%或者nsp300 r/min，電機(jī)將不起動(dòng)。iv) Nm40%的額定轉(zhuǎn)矩，IS1.3A，速度調(diào)整點(diǎn)低于40%或者nsp1，意味著PLC控制的獲得效率比沒有PLC控制的有標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)提供380V,50Hz和沒有變換器的感應(yīng)電機(jī)的效率更高。依據(jù)圖形顯示，PLC控制系統(tǒng)的效率比標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)操作提高了10-12%。從理論的觀點(diǎn)來看，如果我們忽略磁化電流，效率的近似值為：s是滑移，RS R

24、R分別是定子和轉(zhuǎn)子線圈阻抗。由圖7可以看出，PLC控制系統(tǒng)a只有很緩慢的滑移，近似于0。在所有速度和載荷條件下，配置a)比配置b的滑移更小。因此，證明了其具有更高的效率，尤其是在高速和高頻下。在低頻時(shí)，磁通量增大，因此導(dǎo)致了磁化電流的增加，損耗也隨之增加。 圖9顯示了與圖7在相同的速度和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)，利用PLC控制的變換器定子電壓與定子頻率的特性曲線，定子電壓和定子頻率之間是常數(shù)關(guān)系。然而，這種與電機(jī)通量相關(guān)的關(guān)系，隨著頻率由50Hz減少到12Hz，其從8.3增加到11.25，如圖10圖 7. PLC和變換器的速度-扭矩試驗(yàn)性能圖 8.在有和沒有PLC的控制系統(tǒng)的每單位效率標(biāo)準(zhǔn)供應(yīng)電機(jī)效率所示。

25、因此，由圖7可以看出，有效轉(zhuǎn)矩由50 Hz 的100% 減少到20 Hz的60%，當(dāng)電壓和頻率都增加時(shí)，磁通量隨著增加同時(shí)最大有用轉(zhuǎn)矩減小了。頻率歸爍冱鵪笪鏊鴰黲鋅蝗定子電壓覲戊茬兄蚶齦架遨純唉圖 9. 有PLC控制的變換器的定子電壓與頻率的性能曲線。在圖11中，繪出了在所有速度和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)調(diào)整器的增益Kp 的曲線。結(jié)果顯示，在可變載荷下，Kp 與nsp幾乎呈直線變化，但在每個(gè)曲線之間有很小的位移。頻率諼慘璨侖簧諳話吻光渫圖 10. 定子電壓與定子電流的比率速度設(shè)定點(diǎn)翹輸棘臺(tái)汔蠃盡跖毳派增益頏堂衡詡鬃葵備魁拊條圖 11. PLC的控制性能系統(tǒng)在利用V/f速度控制的閉環(huán)系統(tǒng)的情況下，呈現(xiàn)出相似的

26、動(dòng)態(tài)響應(yīng)。它的瞬態(tài)響應(yīng)性能由于扭矩的震動(dòng)而受到限制，并且這種現(xiàn)象限制了這個(gè)系統(tǒng)只能在低速度變化的情況下應(yīng)用。VII.結(jié)論由前面描述的方案獲得的成功實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明：PLC可以在有感應(yīng)電機(jī)的的自動(dòng)化系統(tǒng)中使用。由變換器驅(qū)動(dòng)和PLC控制的感應(yīng)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)證明了在恒速變載荷操作下具有更高的速度調(diào)節(jié)精確性。基于PLC的控制軟件的有效性到達(dá)同步轉(zhuǎn)速的96%。使用PLC控制的獲得效率比由變換器饋送的感應(yīng)電機(jī)的開環(huán)配置有了增加。尤其是在高速和負(fù)載下，PLC控制系統(tǒng)的效率與標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)的感應(yīng)電機(jī)的效率相比提高了10-12%。盡管使用簡單的速度控制方法，本系統(tǒng)提出：在變化負(fù)荷扭矩時(shí)恒速；在較寬的范圍內(nèi)全扭矩有效；在

27、閉環(huán)速度控制方案中很好的精確性；較高的效率；過載保護(hù)；因此，證明了PLC在工業(yè)電氣驅(qū)動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域是一個(gè)通用性和有效性的工具。感謝作者對雅典國家技術(shù)大學(xué)在經(jīng)濟(jì)上和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建、實(shí)驗(yàn)室測試和測量等方面的支持表示非常感謝！參考文獻(xiàn)1 G. Kaplan, “Technology 1992. Industrial electronics, IEEE Spectr., vol. 29, pp. 4748, Jan. 1992.2 , “Technology 1993. Industrial electronics, IEEE Spectr., vol. 30, pp. 5860, Jan. 1993.3

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