【正文】 塊模擬量輸入模塊和輸出模塊FX2N3A，各通道可分別指定選用DC 0~10V的輸入/輸出電壓或DC 4mA~20mA的輸入/輸出電流。當(dāng)可調(diào)電抗值減小到零時(shí)，電流反饋值與給定值相等，電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流由最大值減小到額定值。A/D模塊將電流互感器送來的電流量模擬值轉(zhuǎn)換為反饋數(shù)字信號(hào)送入PLC。PLC控制系統(tǒng)中給定值為電機(jī)額定電流值，反饋電流值是用電流互感器取電機(jī)的一相轉(zhuǎn)子電流，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入PLC。圖43 磁控式可調(diào)電抗原理圖在實(shí)際裝置中電抗有三組，分別串聯(lián)在電機(jī)的三相繞組中。起動(dòng)過程中通過PLC調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)可調(diào)電抗的控制電壓，使之電抗逐漸減小至零，電機(jī)由起動(dòng)狀態(tài)平穩(wěn)過渡到正常運(yùn)行狀態(tài)，再將可調(diào)電抗旁路后退出運(yùn)行。反饋電流是通過電流互感器取電機(jī)的三相電流的平均值或一相電流值，經(jīng)A/D變換后送人PLC，電機(jī)起動(dòng)前1QF斷開，2QS閉合使開關(guān)變壓器串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)定子回路中。該裝置本身功耗很小，可以連續(xù)起動(dòng)，可以一拖多(容量可不同)?？刂贫萒KPKIKD TK TK TK TK TK TK TK TK TK TK TK第4章 系統(tǒng)原理及方案設(shè)計(jì) 基于PLC的大中型電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)控制系統(tǒng) 系統(tǒng)的基本工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)開關(guān)變壓器式高壓電機(jī)軟起動(dòng)控制系統(tǒng)的基本工作原理如圖41所示，是用開關(guān)變壓器來隔離高壓和低壓，開關(guān)變壓器的低壓繞組與晶閘管和控制系統(tǒng)相連，通過改變其低壓繞組上的電壓來改變高壓繞組上的電壓，從而達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)端電壓的目的，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)。控制效果的評(píng)價(jià)函數(shù)通常用誤差平方面積表示。然后逐漸減小比例，直到系統(tǒng)發(fā)生等幅振蕩。由于管網(wǎng)中的水壓變化緩慢，所以采樣周期可以取得稍微大一些。常用的簡易工程整定法有兩種擴(kuò)充臨界比例度法和擴(kuò)充響應(yīng)曲線法。并且提供了PID指令向?qū)?，指?dǎo)使用者定義一個(gè)閉環(huán)控制過程的PID算法，該算法程序由編程軟件自動(dòng)插入到主程序中。PID控制在經(jīng)典控制理論中已經(jīng)技術(shù)成熟，現(xiàn)在正廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的控制中。而且，不同控制對(duì)象的給定值和過程變量都是現(xiàn)實(shí)世界的值，他們的大小、范圍和工程單位都可能不一樣。所以在計(jì)算機(jī)的PID運(yùn)算中，沒有必要保存所有的誤差項(xiàng)。PID控制的原理基于式(34)所示的方程，它描述了輸出M(t)作為比例項(xiàng)、積分項(xiàng)和微分項(xiàng)的運(yùn)算參數(shù)關(guān)系。這種方法是目前采用較為廣泛的控制器設(shè)計(jì)方法[13]。然后采用離散化的方法將設(shè)計(jì)好的模擬控制器離散化成數(shù)字控制器，最后構(gòu)成數(shù)字控制系統(tǒng)。由于算式不進(jìn)行累加計(jì)算，增量只與最近幾次采樣值有關(guān)，容易獲得較好的控制效果。 位置式PID算式；模擬儀表調(diào)節(jié)器的動(dòng)作是連續(xù)的，任何瞬間的控制量輸出:都對(duì)應(yīng)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置。通常在模擬PID算法的基礎(chǔ)上，通過離散化處理就得到數(shù)字PID的公式。 PID控制器PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值r(t)與實(shí)際輸出值y(t)構(gòu)成的控制偏差 e(t)=A(t)一r(t) （式31）將偏差e(t)的的比例(Proportion)、積分(Integral)和微分(Differential)，通過線性組合構(gòu)成控制器，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，故稱PID控制器。在本世紀(jì)40年代以前，除在最簡單的情況下可采用開關(guān)控制外，它是唯一的控制方式。第3章 PID控制及其調(diào)節(jié)規(guī)律 PID控制 PID控制的概念PID控制是一種負(fù)反饋控制，它所組成的控制系統(tǒng)由PID控制器和被控對(duì)象組成，具有一般閉壞反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，通過負(fù)反饋?zhàn)饔檬贡豢叵到y(tǒng)趨于穩(wěn)定。D/A轉(zhuǎn)換器將可編程序控制器的數(shù)字輸出量轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流，再去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。為了增強(qiáng)可編程序控制器的功能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，可編程序控制器廠家開發(fā)了品種繁多的特殊用途I/O模塊，包括帶微機(jī)處理器的智能I/O模塊。解算的結(jié)果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時(shí)，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以左右兩側(cè)母線之間有一個(gè)左正右負(fù)的直流電源電壓，這一方向與執(zhí)行用戶程序時(shí)的邏輯運(yùn)算的順序是一致的。每一編程元件與可編程序控制器存儲(chǔ)器中元件映像寄存器的一個(gè)存儲(chǔ)單元相對(duì)應(yīng)。1）梯形圖（LD）梯形圖是使用得最多的可編程序控制器圖形語言編程語言。其中的第三部分（IEC11313）是可編程序控制器的編程語言標(biāo)準(zhǔn)。輸出繼電器的動(dòng)作延遲。掃描周期越長，滯后現(xiàn)象越嚴(yán)重。 可編程序控制器的I/0滯后現(xiàn)象 由于PLC是掃描工作過程，在程序執(zhí)行階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)映像寄存器的內(nèi)容也不會(huì)變化，要等到下一周期的輸入處理階段才能改變。編程器編程器除了用來輸入和編輯用戶程序外，還可以用來監(jiān)視可編程序控制器運(yùn)行時(shí)各種編程元件的工作狀態(tài)。 可編程序控制器通過輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等執(zhí)行器，可編程序控制器控制的另一類外部負(fù)載是指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等。在可編程序控制器控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當(dāng)于人的大腦和心臟。③程序中有改變程序流向的指令。從用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時(shí)，PLC從輸入映像寄存器中讀出上一階段采入的對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映像寄存器中讀出對(duì)應(yīng)映像寄存器的當(dāng)前狀態(tài)，根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入有關(guān)器件寄存器中。 圖21 PLC工作掃描流程圖 1)輸入處理階段 輸入處理也叫輸入采樣。內(nèi)部處理階段:CPU都要進(jìn)行復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器、硬件檢查、用戶內(nèi)存檢查等操作。識(shí)別擴(kuò)展單元。 可編程序控制器的工作原理 在繼電器控制電路中，當(dāng)某些梯級(jí)同時(shí)滿足導(dǎo)通條件時(shí)，這些梯級(jí)中的繼電器線圈會(huì)同時(shí)通電，這是一種并行的工作方式。向上可與工業(yè)計(jì)算機(jī)、以太網(wǎng)、MAP網(wǎng)等相連構(gòu)成整個(gè)工廠的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。另外，采用PLC還可以大大縮短設(shè)計(jì)、編程和投產(chǎn)周期，使總價(jià)格進(jìn)一步降低。各個(gè)模件上帶有運(yùn)行和故障指示裝置，便于查找故障，大多數(shù)模件可以帶電插拔，模件可更換，使用戶可以在最短的時(shí)間內(nèi)查出故障并排除，最大限度地壓縮故障停機(jī)時(shí)間，使生產(chǎn)迅速恢復(fù)。新的編程工作站配有綜合的軟件工具包，并可在任何兼容的個(gè)人計(jì)算機(jī)上編程?；拘褪皆偌由夏MI/0、基本算術(shù)運(yùn)算、通信能力等。 可編程序控制器的主要特點(diǎn) 1)可靠性高 PLC的MTBF(Mean Time Between Failures)平均故障間隔時(shí)間一般在4000050000h以上，三菱、西門子、ABB、松下等微小型PLC可達(dá)10萬h以上，而且均有完善的自診斷功能，判斷故障迅速，便于維護(hù)。這幾家公司控制著全世界80%以上的可編程序控制器市場(chǎng)?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。它的起動(dòng)性能與電抗器相比較相似，起動(dòng)性能決定于電動(dòng)機(jī)、電網(wǎng)及負(fù)載參數(shù)。存在二次沖擊現(xiàn)象。因此切換至全壓運(yùn)行時(shí)刻，會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生浪涌電流沖擊，并且對(duì)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生機(jī)械沖擊。起動(dòng)時(shí)間不可調(diào)用熱變電阻起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，決定起動(dòng)切換到全壓運(yùn)行的時(shí)刻，是依據(jù)對(duì)主電機(jī)電流的監(jiān)測(cè)，通過開關(guān)觸點(diǎn)的控制轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的。起動(dòng)電流不可控、不可調(diào)其電液箱溶液體積與濃度、極板間距一次成型。依據(jù)電解液的電阻值與電解液溫度的反比例變化關(guān)系，電液阻值因電液溫度升高而降低，從而達(dá)到熱變電阻降壓起動(dòng)的目的。起動(dòng)過程中通過PLC調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)可調(diào)電抗的控制電壓，使之電抗逐漸減小至零，電機(jī)由起動(dòng)狀態(tài)平穩(wěn)過渡到正常運(yùn)行狀態(tài)。晶閘管電子軟啟動(dòng)器另一種基于電力電子器件開發(fā)的晶閘管電子軟啟動(dòng)器普遍采用單片機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)的控制。3）、維護(hù)與維修問題高壓變頻器較之通用變頻器，其技術(shù)含量更高，設(shè)備更為復(fù)雜，所需維護(hù)與維修的技術(shù)水平更高，維修更為復(fù)雜。2）、對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響問題高壓大容量電動(dòng)機(jī)多使用普通鼠籠式電動(dòng)機(jī)，采用變頻器供電時(shí)，由于變頻器采用PWM調(diào)制，電壓變化率du/dt很高，電壓峰值也大大高于額定電壓，同時(shí)變頻器還輸出高頻電壓成分。如此高的諧波嚴(yán)重影響同網(wǎng)其他電力設(shè)備的正常運(yùn)行?？蓪?shí)現(xiàn)脈沖突跳方式的起動(dòng)，以克服足夠大的靜阻轉(zhuǎn)矩。變頻器主要應(yīng)用于鼠籠式電動(dòng)機(jī)的調(diào)速節(jié)能，但也可用于鼠籠式電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)、軟停車。且容量僅限于10KV，5000KW以下。（4）起動(dòng)器還具有可控硅短路保護(hù)、缺相保護(hù)、過熱保護(hù)、欠壓保護(hù)。電壓控制起動(dòng)是用在輕載起動(dòng)的場(chǎng)合，在保證起動(dòng)壓降下發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，盡可能的縮短了起動(dòng)時(shí)間，是最優(yōu)的輕載軟起動(dòng)方式[3]。轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)用在重載起動(dòng)，它是將電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩由小到大線性上升，它的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)平滑，柔性好，對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)有更好的保護(hù)，它的目的是保護(hù)拖動(dòng)系統(tǒng)，延長拖動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命。）起動(dòng)性能的比較；軟起動(dòng)與傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)的性能指標(biāo)見表11：表11軟起動(dòng)與傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)的性能指標(biāo)現(xiàn)以AllenBradley公司SMC Dialog Plus系列交流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器為例來說明工作原理和運(yùn)行特點(diǎn): （a）Ma特性 （b）La特性圖11 降低電動(dòng)機(jī)端子的電壓時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Ma和啟動(dòng)電流La的特性可見三相交流異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Ma直接與所加電壓的二次方有關(guān)，也就是說，只要降低電機(jī)接線端子上的電壓就會(huì)影響這些值。綜合考慮，在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下應(yīng)盡量避免采用電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)方式，以保證電網(wǎng)的供電質(zhì)量。同時(shí)，還可能引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)，儀表指示和電度計(jì)量不準(zhǔn)以及通信受干擾等一系列問題。如果水泵前面的管路比較長，當(dāng)水泵電機(jī)突然停止時(shí)，高速的水流會(huì)沖擊到水泵的葉輪上，產(chǎn)生很大的沖擊力，會(huì)使葉輪變形或損壞。當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量相對(duì)較大時(shí)，該起動(dòng)電流將引起電網(wǎng)電壓急劇下降，電壓頻率也發(fā)生變化，這會(huì)破壞同電網(wǎng)其它設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至?xí)痣娋W(wǎng)失去穩(wěn)定，造成更大的事故。總之電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程需要考慮以下幾個(gè)問題：1． 應(yīng)有足夠大的最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩（TS≥）；2． 盡可能小的最初起動(dòng)電流；3． 起動(dòng)操作簡便，起動(dòng)設(shè)備簡單和經(jīng)濟(jì)；二、大中異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)的再一個(gè)危害就是影響由同一臺(tái)配電變壓器供電的其他負(fù)載。因此要采取措施，減少最初起動(dòng)電流的影響。若變壓器額定容量相對(duì)不夠大、電動(dòng)機(jī)額定功率相對(duì)不算小時(shí)，電動(dòng)機(jī)短時(shí)較大的起動(dòng)電流，會(huì)使變壓器輸出電壓短時(shí)下降幅度較大，超過了正常值，這樣一來，影響了幾個(gè)方面：一、起動(dòng)電動(dòng)機(jī)本身，由于電壓太低起動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降很多，當(dāng)負(fù)載較重時(shí)，可能起動(dòng)不了。但是具體到直接供電的變壓器來講，容量卻是有限的。 異步電動(dòng)機(jī)的磁勢(shì)平衡方程： oooo 結(jié)論：空載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子電流為0，定子電流等于激磁電流；負(fù)載時(shí)，定子電流隨負(fù)載增大而增大。 激磁磁勢(shì)近似不變 o 由電勢(shì)方程式：；電源電壓不變，阻抗壓降很小，電勢(shì)近似不變； o 由公式：，近似不變； o 可見，激磁磁勢(shì)和激磁電流幾乎不變。 大?。?o 轉(zhuǎn)子電流的頻率 o 轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的轉(zhuǎn)速： o 轉(zhuǎn)子磁勢(shì)的絕對(duì)轉(zhuǎn)速（相對(duì)于不動(dòng)的定子） o 考慮到轉(zhuǎn)子繞組的相電阻后： 同樣會(huì)產(chǎn)生漏磁電抗壓降。 167。 167。 結(jié)論：由于s很小，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)頻率很低。 主磁通以同步速度旋轉(zhuǎn) 167。 o 漏抗壓將： 轉(zhuǎn)差率一般很小，如s=。 轉(zhuǎn)子必須與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)保持一定的速度差，才可能切割磁力線。感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力，判斷電磁力的方向。起動(dòng)過程中通過PLC調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)可調(diào)電抗的控制電壓，使之電抗逐漸減小至零，電機(jī)由起動(dòng)狀態(tài)平穩(wěn)過渡到正常運(yùn)行狀態(tài)再將可調(diào)電抗旁路后退出運(yùn)行，電機(jī)起動(dòng)過程完成。即采用PLC來對(duì)以串聯(lián)在籠型電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中的電壓調(diào)節(jié)式可漏電抗、A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊、電力電子裝置、PID調(diào)節(jié)等共同組成的一套起動(dòng)系統(tǒng)加以控制，大致原理即電機(jī)起動(dòng)時(shí)由于串聯(lián)了可調(diào)電抗，起動(dòng)電流較小。轉(zhuǎn)子導(dǎo)體通過端環(huán)自成閉路，并通過感應(yīng)電流。 二、 轉(zhuǎn)差，轉(zhuǎn)差率（為什么叫異步電動(dòng)機(jī)？）切割磁力線是產(chǎn)生轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流和電磁轉(zhuǎn)矩的必要條件。 起動(dòng)瞬間，n=0,s=1 理想空載運(yùn)行時(shí)：n=n1,s=0 作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，s的范圍在01之間。 漏磁電勢(shì)（漏抗壓降） o 定子漏磁通：僅與定子繞組相匝鏈。 轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電勢(shì) o 轉(zhuǎn)子繞組切割主磁通的轉(zhuǎn)速 167。 公式： 167。 感應(yīng)電勢(shì)與轉(zhuǎn)差率正比。 對(duì)于籠型轉(zhuǎn)子來說，由于每個(gè)導(dǎo)條中電流相位均不一樣，所以，每個(gè)導(dǎo)條即為一相，可見相數(shù)等于導(dǎo)條數(shù)即轉(zhuǎn)子槽數(shù)；每相串聯(lián)匝數(shù)為半匝即1/2。 轉(zhuǎn)子繞組的阻抗 o 由于轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，所以有轉(zhuǎn)子電流流過。轉(zhuǎn)速越高，漏抗越小。 轉(zhuǎn)速： 轉(zhuǎn)子繞組磁勢(shì) 激磁電流和激磁磁勢(shì) o 產(chǎn)生主磁通所需要的電流稱為激磁電流； o 對(duì)應(yīng)的磁勢(shì)稱為激磁磁勢(shì)： 負(fù)載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中有電流流過，產(chǎn)生一個(gè)同步旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，為了保持不變，定子磁勢(shì)除了提供激磁磁勢(shì)外，還必須抵消轉(zhuǎn)子磁勢(shì)的影響，即： 再看對(duì)供電變壓器的影響，整個(gè)交流電網(wǎng)的容量相對(duì)于單個(gè)的三相異步電動(dòng)機(jī)來講是非常大的。若變壓器額定容量相對(duì)很大、電動(dòng)機(jī)額定功率相對(duì)很小時(shí)，短時(shí)起動(dòng)電流不會(huì)使變壓器輸出電壓下降多少，因此也沒有什么關(guān)系。但是，對(duì)于起動(dòng)頻繁的電動(dòng)機(jī)，過大的起動(dòng)電流會(huì)使電動(dòng)機(jī)內(nèi)部過熱，導(dǎo)致電機(jī)溫升過高，使電機(jī)繞組絕緣過熱而老化。有時(shí)要求有大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；有時(shí)要求起動(dòng)電流要小，有時(shí)上述兩個(gè)要求要同時(shí)滿足。直接全壓起動(dòng)的危害性主要有如下幾點(diǎn)：(1) 電動(dòng)機(jī)在空載全壓直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流會(huì)達(dá)到額定電流的5～7倍。對(duì)于水泵類負(fù)荷來說，電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)時(shí)，水流會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到全速，在遇到管路拐彎時(shí)，高速的水流沖擊到管壁上，產(chǎn)生很大的沖擊力，形成水錘效應(yīng)，會(huì)破壞管道。電網(wǎng)諧波含量的增加，將導(dǎo)致電氣設(shè)備壽命縮短，網(wǎng)損加大，系統(tǒng)發(fā)生諧波諧振的可能性增加。以上各點(diǎn)都會(huì)使設(shè)備增加停工臺(tái)時(shí)，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行