【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。當可調電抗值減小到零時，電流反饋值與給定值相等，電機的轉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換為反饋數(shù)字信號送入PLC。PLC控制系統(tǒng)中給定值為電機額定電流值，反饋電流值是用電流互感器取電機的一相轉子電流，經(jīng)A/D轉換后送入PLC。圖43 磁控式可調電抗原理圖在實際裝置中電抗有三組，分別串聯(lián)在電機的三相繞組中。起動過程中通過PLC調節(jié)裝置調節(jié)可調電抗的控制電壓，使之電抗逐漸減小至零，電機由起動狀態(tài)平穩(wěn)過渡到正常運行狀態(tài)，再將可調電抗旁路后退出運行。反饋電流是通過電流互感器取電機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，電機起動前1QF斷開，2QS閉合使開關變壓器串聯(lián)在電動機定子回路中。該裝置本身功耗很小，可以連續(xù)起動，可以一拖多(容量可不同)。控制度TKPKIKD TK TK TK TK TK TK TK TK TK TK TK第4章 系統(tǒng)原理及方案設計 基于PLC的大中型電動機軟起動控制系統(tǒng) 系統(tǒng)的基本工作原理及結構特點開關變壓器式高壓電機軟起動控制系統(tǒng)的基本工作原理如圖41所示，是用開關變壓器來隔離高壓和低壓，開關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，從而達到改變電動機端電壓的目的，實現(xiàn)電動機的軟起動?？刂菩Ч脑u價函數(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充臨界比例度法和擴充響應曲線法。并且提供了PID指令向導，指導使用者定義一個閉環(huán)控制過程的PID算法，該算法程序由編程軟件自動插入到主程序中。PID控制在經(jīng)典控制理論中已經(jīng)技術成熟，現(xiàn)在正廣泛應用于實際生產(chǎn)的控制中。而且，不同控制對象的給定值和過程變量都是現(xiàn)實世界的值，他們的大小、范圍和工程單位都可能不一樣。所以在計算機的PID運算中，沒有必要保存所有的誤差項。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、積分項和微分項的運算參數(shù)關系。這種方法是目前采用較為廣泛的控制器設計方法[13]。然后采用離散化的方法將設計好的模擬控制器離散化成數(shù)字控制器，最后構成數(shù)字控制系統(tǒng)。由于算式不進行累加計算，增量只與最近幾次采樣值有關，容易獲得較好的控制效果。 位置式PID算式；模擬儀表調節(jié)器的動作是連續(xù)的，任何瞬間的控制量輸出:都對應于執(zhí)行機構的位置。通常在模擬PID算法的基礎上，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)與實際輸出值y(t)構成的控制偏差 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)，通過線性組合構成控制器，對被控對象進行控制，故稱PID控制器。在本世紀40年代以前，除在最簡單的情況下可采用開關控制外，它是唯一的控制方式。第3章 PID控制及其調節(jié)規(guī)律 PID控制 PID控制的概念PID控制是一種負反饋控制，它所組成的控制系統(tǒng)由PID控制器和被控對象組成，具有一般閉壞反饋控制系統(tǒng)的結構，通過負反饋作用使被控系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。D/A轉換器將可編程序控制器的數(shù)字輸出量轉換為模擬電壓或電流，再去控制執(zhí)行機構。為了增強可編程序控制器的功能，擴大其應用范圍，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，包括帶微機處理器的智能I/O模塊。解算的結果，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系時，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以左右兩側母線之間有一個左正右負的直流電源電壓，這一方向與執(zhí)行用戶程序時的邏輯運算的順序是一致的。每一編程元件與可編程序控制器存儲器中元件映像寄存器的一個存儲單元相對應。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準。輸出繼電器的動作延遲。掃描周期越長，滯后現(xiàn)象越嚴重。 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)映像寄存器的內容也不會變化，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行時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、調節(jié)閥、調速裝置等執(zhí)行器，可編程序控制器控制的另一類外部負載是指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等。在可編程序控制器控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當于人的大腦和心臟。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，PLC從輸入映像寄存器中讀出上一階段采入的對應輸入端子狀態(tài)，從輸出映像寄存器中讀出對應映像寄存器的當前狀態(tài)，根據(jù)用戶程序進行邏輯運算，運算結果再存入有關器件寄存器中。 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。內部處理階段:CPU都要進行復位監(jiān)視定時器、硬件檢查、用戶內存檢查等操作。識別擴展單元。 可編程序控制器的工作原理 在繼電器控制電路中，當某些梯級同時滿足導通條件時，這些梯級中的繼電器線圈會同時通電，這是一種并行的工作方式。向上可與工業(yè)計算機、以太網(wǎng)、MAP網(wǎng)等相連構成整個工廠的自動化控制系統(tǒng)。另外，采用PLC還可以大大縮短設計、編程和投產(chǎn)周期，使總價格進一步降低。各個模件上帶有運行和故障指示裝置，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間內查出故障并排除，最大限度地壓縮故障停機時間，使生產(chǎn)迅速恢復。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人計算機上編程?；拘褪皆偌由夏MI/0、基本算術運算、通信能力等。 可編程序控制器的主要特點 1)可靠性高 PLC的MTBF(Mean Time Between Failures)平均故障間隔時間一般在4000050000h以上，三菱、西門子、ABB、松下等微小型PLC可達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。這幾家公司控制著全世界80%以上的可編程序控制器市場。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。它的起動性能與電抗器相比較相似，起動性能決定于電動機、電網(wǎng)及負載參數(shù)。存在二次沖擊現(xiàn)象。因此切換至全壓運行時刻，會對電網(wǎng)產(chǎn)生浪涌電流沖擊，并且對電動機傳動機構產(chǎn)生機械沖擊。起動時間不可調用熱變電阻起動電動機，決定起動切換到全壓運行的時刻，是依據(jù)對主電機電流的監(jiān)測，通過開關觸點的控制轉換實現(xiàn)的。起動電流不可控、不可調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系，電液阻值因電液溫度升高而降低，從而達到熱變電阻降壓起動的目的。起動過程中通過PLC調節(jié)裝置調節(jié)可調電抗的控制電壓，使之電抗逐漸減小至零，電機由起動狀態(tài)平穩(wěn)過渡到正常運行狀態(tài)。晶閘管電子軟啟動器另一種基于電力電子器件開發(fā)的晶閘管電子軟啟動器普遍采用單片機控制技術實現(xiàn)對電動機的軟起動的控制。3）、維護與維修問題高壓變頻器較之通用變頻器，其技術含量更高，設備更為復雜，所需維護與維修的技術水平更高，維修更為復雜。2）、對電動機的影響問題高壓大容量電動機多使用普通鼠籠式電動機，采用變頻器供電時，由于變頻器采用PWM調制，電壓變化率du/dt很高，電壓峰值也大大高于額定電壓，同時變頻器還輸出高頻電壓成分。如此高的諧波嚴重影響同網(wǎng)其他電力設備的正常運行。可實現(xiàn)脈沖突跳方式的起動，以克服足夠大的靜阻轉矩。變頻器主要應用于鼠籠式電動機的調速節(jié)能，但也可用于鼠籠式電動機的軟起動、軟停車。且容量僅限于10KV，5000KW以下。（4）起動器還具有可控硅短路保護、缺相保護、過熱保護、欠壓保護。電壓控制起動是用在輕載起動的場合，在保證起動壓降下發(fā)揮電動機的最大起動轉矩，盡可能的縮短了起動時間，是最優(yōu)的輕載軟起動方式[3]。轉矩控制起動用在重載起動，它是將電動機的起動轉矩由小到大線性上升，它的優(yōu)點是起動平滑，柔性好，對拖動系統(tǒng)有更好的保護，它的目的是保護拖動系統(tǒng)，延長拖動系統(tǒng)的使用壽命。）起動性能的比較；軟起動與傳統(tǒng)的降壓起動的性能指標見表11：表11軟起動與傳統(tǒng)的降壓起動的性能指標現(xiàn)以AllenBradley公司SMC Dialog Plus系列交流電動機軟起動器為例來說明工作原理和運行特點: （a）Ma特性 （b）La特性圖11 降低電動機端子的電壓時啟動轉矩Ma和啟動電流La的特性可見三相交流異步電動機的起動轉矩Ma直接與所加電壓的二次方有關，也就是說，只要降低電機接線端子上的電壓就會影響這些值。綜合考慮，在經(jīng)濟條件允許的情況下應盡量避免采用電動機的直接起動方式，以保證電網(wǎng)的供電質量。同時，還可能引起繼電保護和自動裝置誤動，儀表指示和電度計量不準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，當水泵電機突然停止時，高速的水流會沖擊到水泵的葉輪上，產(chǎn)生很大的沖擊力，會使葉輪變形或損壞。當電動機容量相對較大時，該起動電流將引起電網(wǎng)電壓急劇下降，電壓頻率也發(fā)生變化，這會破壞同電網(wǎng)其它設備的正常運行，甚至會引起電網(wǎng)失去穩(wěn)定，造成更大的事故?？傊妱訖C起動過程需要考慮以下幾個問題：1． 應有足夠大的最初起動轉矩（TS≥）；2． 盡可能小的最初起動電流；3． 起動操作簡便，起動設備簡單和經(jīng)濟；二、大中異步電動機直接起動的再一個危害就是影響由同一臺配電變壓器供電的其他負載。因此要采取措施，減少最初起動電流的影響。若變壓器額定容量相對不夠大、電動機額定功率相對不算小時，電動機短時較大的起動電流，會使變壓器輸出電壓短時下降幅度較大，超過了正常值，這樣一來，影響了幾個方面：一、起動電動機本身，由于電壓太低起動轉矩下降很多，當負載較重時，可能起動不了。但是具體到直接供電的變壓器來講，容量卻是有限的。 異步電動機的磁勢平衡方程： oooo 結論：空載運行時，轉子電流為0，定子電流等于激磁電流；負載時，定子電流隨負載增大而增大。 激磁磁勢近似不變 o 由電勢方程式：；電源電壓不變，阻抗壓降很小，電勢近似不變； o 由公式：，近似不變； o 可見，激磁磁勢和激磁電流幾乎不變。 大?。?o 轉子電流的頻率 o 轉子電流產(chǎn)生的旋轉磁勢的轉速： o 轉子磁勢的絕對轉速（相對于不動的定子） o 考慮到轉子繞組的相電阻后： 同樣會產(chǎn)生漏磁電抗壓降。 167。 167。 結論：由于s很小，轉子感應電勢頻率很低。 主磁通以同步速度旋轉 167。 o 漏抗壓將： 轉差率一般很小，如s=。 轉子必須與旋轉磁場保持一定的速度差，才可能切割磁力線。感應電流與旋轉磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，判斷電磁力的方向。起動過程中通過PLC調節(jié)裝置調節(jié)可調電抗的控制電壓，使之電抗逐漸減小至零，電機由起動狀態(tài)平穩(wěn)過渡到正常運行狀態(tài)再將可調電抗旁路后退出運行，電機起動過程完成。即采用PLC來對以串聯(lián)在籠型電機的轉子回路中的電壓調節(jié)式可漏電抗、A/D、D/A轉換模塊、電力電子裝置、PID調節(jié)等共同組成的一套起動系統(tǒng)加以控制，大致原理即電機起動時由于串聯(lián)了可調電抗，起動電流較小。轉子導體通過端環(huán)自成閉路，并通過感應電流。 二、 轉差，轉差率（為什么叫異步電動機？）切割磁力線是產(chǎn)生轉子感應電流和電磁轉矩的必要條件。 起動瞬間，n=0,s=1 理想空載運行時：n=n1,s=0 作為電動機運行時，s的范圍在01之間。 漏磁電勢（漏抗壓降） o 定子漏磁通：僅與定子繞組相匝鏈。 轉子繞組的感應電勢 o 轉子繞組切割主磁通的轉速 167。 公式： 167。 感應電勢與轉差率正比。 對于籠型轉子來說，由于每個導條中電流相位均不一樣，所以，每個導條即為一相，可見相數(shù)等于導條數(shù)即轉子槽數(shù)；每相串聯(lián)匝數(shù)為半匝即1/2。 轉子繞組的阻抗 o 由于轉子繞組是閉合的，所以有轉子電流流過。轉速越高，漏抗越小。 轉速： 轉子繞組磁勢 激磁電流和激磁磁勢 o 產(chǎn)生主磁通所需要的電流稱為激磁電流； o 對應的磁勢稱為激磁磁勢： 負載運行時，轉子繞組中有電流流過，產(chǎn)生一個同步旋轉磁勢，為了保持不變，定子磁勢除了提供激磁磁勢外，還必須抵消轉子磁勢的影響，即： 再看對供電變壓器的影響，整個交流電網(wǎng)的容量相對于單個的三相異步電動機來講是非常大的。若變壓器額定容量相對很大、電動機額定功率相對很小時，短時起動電流不會使變壓器輸出電壓下降多少，因此也沒有什么關系。但是，對于起動頻繁的電動機，過大的起動電流會使電動機內部過熱，導致電機溫升過高，使電機繞組絕緣過熱而老化。有時要求有大的起動轉矩；有時要求起動電流要小，有時上述兩個要求要同時滿足。直接全壓起動的危害性主要有如下幾點：(1) 電動機在空載全壓直接起動時，起動電流會達到額定電流的5～7倍。對于水泵類負荷來說，電動機全壓起動時，水流會在很短的時間內達到全速，在遇到管路拐彎時，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，會破壞管道。電網(wǎng)諧波含量的增加，將導致電氣設備壽命縮短，網(wǎng)損加大，系統(tǒng)發(fā)生諧波諧振的可能性增加。以上各點都會使設備增加停工臺時，影響生產(chǎn)的正常進行