【正文】 ，增加維修費(fèi)用。所以稱之為減壓起動(dòng)。斜坡電壓起動(dòng)顧名思義是電壓由小到大斜坡線性上升，它是將傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)從有級(jí)變成了無(wú)級(jí)，主要用在重載起動(dòng)，它的缺點(diǎn)是初始轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)矩特性拋物線型上升對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)不利，且起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)有損于電機(jī)。但是，突跳會(huì)給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，干擾其它負(fù)荷，應(yīng)用時(shí)要特別注意。（3）可以根據(jù)不同的負(fù)載設(shè)定起動(dòng)時(shí)間。其中高壓固態(tài)軟起動(dòng)器主要依賴進(jìn)口，成本高，價(jià)格雖略低于高壓變頻器，但它采用SCR降壓不降頻的控制方式，性能卻遠(yuǎn)不如高壓變頻器。目前，10000KW的水平，但比較成熟、可靠的還僅限于電壓10KV以下、容量5000KW以下的鼠籠式電動(dòng)機(jī)?？蓪?shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流、電壓斜坡上升方式的起動(dòng)，以滿足不同的負(fù)載及工藝起動(dòng)要求。起動(dòng)功率因數(shù)及起動(dòng)機(jī)械效率均比其它起動(dòng)方式要高。對(duì)于6脈沖整流電路，電網(wǎng)輸入側(cè)的5次諧波畸變率達(dá)到基波電流的20%，7次諧波率達(dá)到基波電流的14%，忽略11次及以上的高次諧波，總的電流諧波畸變率達(dá)到基波電流的34%以上，大大超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)允許的諧波電流限定值。而且從僅用于電動(dòng)機(jī)起動(dòng)這個(gè)角度考慮，可謂得不償失。采用級(jí)聯(lián)五電平以上的變頻器時(shí)，雖可極大地減小這些負(fù)面影響，但要配置正弦濾波器。但是，在不是舍我莫誰(shuí)的情況下，選用高壓變頻器作為電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)設(shè)備，其一次投資并沒(méi)有什么大的收益，尤其是非頻繁起動(dòng)的負(fù)載，更不適宜選用高壓變頻器。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。熱變電阻的導(dǎo)電介質(zhì)是具有一定濃度的電解液，它的起動(dòng)原理是將水溶液用一容器加固密封，兩極板固定不動(dòng)，起動(dòng)時(shí)利用極板間大的起動(dòng)電流將電解液的溫度急劇提升，使液阻發(fā)生電解反應(yīng)，電解液的電阻率發(fā)生變化。因此，每次起動(dòng)電流難以保證相同的起動(dòng)特牲。從前述的工作原理可以看出，用熱變電阻實(shí)現(xiàn)的軟起動(dòng)方式，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流不可控、不可調(diào)。況且實(shí)際的電液溫度不會(huì)超過(guò)800C，那么在起動(dòng)切換到全壓運(yùn)行的時(shí)刻，電液阻值肯定不小。從嚴(yán)格意義上講，熱變電阻起動(dòng)器并不能歸類于軟起動(dòng)器的行列，因?yàn)闊嶙冸娮杵饎?dòng)不能實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)——最大限度地限制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，起動(dòng)過(guò)程平滑無(wú)沖擊，起動(dòng)性能可控可調(diào)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。它們是美國(guó)ROCKWELL自動(dòng)化公司所屬的AB公司、GEFANUC公司，德國(guó)的西門(mén)子公司和總部設(shè)在法國(guó)的施耐得自動(dòng)化公司，日本的三菱公司和歐姆龍公司。了解可編程序控制器的工作原理，具備設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)可編程序控制器控制系統(tǒng)的能力，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)對(duì)電氣技術(shù)人員和工科學(xué)生的基本要求。 3)功能強(qiáng),性能價(jià)格比高 PLC應(yīng)用微電子技術(shù)和微計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)單型式都具有邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能。 4)編程方便 PLC適用針對(duì)工業(yè)控制的梯形圖、功能塊圖、指令表和順序功能表圖(SFC)編程，不需要太多的計(jì)算機(jī)編程知識(shí)。使用時(shí)只要各種器件連接無(wú)誤，系統(tǒng)便可正常工作。 8)總價(jià)格低 PLC的重量、體積、功耗和硬件價(jià)格一直在降低，雖然軟件價(jià)格占的比重有所增加，但是各廠商為了競(jìng)爭(zhēng)也相應(yīng)地降低了價(jià)格。網(wǎng)絡(luò)化和通信能力強(qiáng)是PLC發(fā)展的一個(gè)重要方面，向下可將多個(gè)PLC, I/0框架相連。例如西門(mén)子公司57400系列PLC即使在惡劣、不穩(wěn)定的工作環(huán)境下，堅(jiān)固、全密封的模板依然可正常工作，在操作運(yùn)行過(guò)程中模板還可熱插拔。定時(shí)器預(yù)置。全過(guò)程掃描一次所需的時(shí)間稱為掃描周期。在PLC處于運(yùn)行(RUN)狀態(tài)時(shí)從內(nèi)部處理、外設(shè)端口服務(wù)、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。 2)程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，根據(jù)梯形圖程序先左后右、先上后下的掃描原則，PLC逐句掃描執(zhí)行用戶程序，遇到跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)轉(zhuǎn)移條件來(lái)決定程序的走向。②每條指令的執(zhí)行時(shí)間不同。CPU模塊CPU模塊主要是由微處理器（CPU芯片）和存儲(chǔ)器組成。輸入模塊用來(lái)接收和采集輸入信號(hào)，輸入信號(hào)有兩類：一類是從按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、數(shù)字撥碼開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、壓力繼電器等來(lái)的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)；另一類是由電位器、熱電偶、測(cè)速發(fā)電機(jī)、各種變送器提供的模擬量輸入信號(hào)。在I/O模塊中，用光電耦合器、光電可控硅、小型繼電器等器件來(lái)隔離外部輸入電路和負(fù)載，I/O模塊除了傳遞信號(hào)外，還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。某些可編程序控制器可以為輸入電路和外部電子檢測(cè)裝置（如接近開(kāi)關(guān)）提供24V直流電源，驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直流電源一般由用戶提供。換言之，輸入輸出的狀態(tài)保持一個(gè)掃描周期。影響I/0滯后的主要原因有:輸入濾波器對(duì)信號(hào)的延遲。 IEC（國(guó)際電工委員會(huì)）于1994年5月公布可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)（IEC1131），該標(biāo)準(zhǔn)由以下5部分組成：通用信息，設(shè)備與測(cè)試要求，可編程序控制器的編程語(yǔ)言，用戶指南與通信。梯形圖（Ladder diagram）功能塊圖（Function block diagram）指令表（Instruction list）結(jié)構(gòu)文本（Structured）標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言中有兩種圖形語(yǔ)言梯形圖（LD）和功能塊圖（FBD），還有兩種文字語(yǔ)言指令表（IL）和結(jié)構(gòu)文本（ST），可以認(rèn)為順序功能圖（SFC）是一種結(jié)構(gòu)塊控制程序流程圖。 （a）錯(cuò)誤的梯形圖 （b）正確的梯形圖 圖22梯形圖的特點(diǎn)梯形圖的特點(diǎn)可編程序控制器梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如：輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等等，但是它們不是真實(shí)的物理繼電器（即硬件繼電器），而是在軟件中使用的編程元件。梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為公共母線。邏輯解算是按梯形圖中從上到下、從左到右的順序進(jìn)行的。 可編程序控制器特殊功能模塊現(xiàn)代工業(yè)控制給可編程序控制器提出了許多新的課題，僅僅用通用I/O模塊來(lái)解決，在硬件方面費(fèi)用太高，在軟件方面編程相當(dāng)麻煩，某些控制任務(wù)甚至無(wú)法用通用I/O模塊來(lái)完成。這些數(shù)字量可能是二進(jìn)制的，也可能是十進(jìn)制的，帶正負(fù)號(hào)的電流或電壓在A/D轉(zhuǎn)換后用二進(jìn)制原碼或補(bǔ)碼表示。模擬量輸入/模擬量輸出模塊的另一個(gè)重要指標(biāo)是轉(zhuǎn)換時(shí)間。圖31 PID控制系統(tǒng)原理 PID控制的特點(diǎn) 在生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制的發(fā)展歷程中，PID控制是歷史最久、生命力最強(qiáng)的基本控制方式。由于具有這些優(yōu)點(diǎn)，PID控制直到現(xiàn)仍然是應(yīng)用最廣泛的基本控制方式之一[13]。數(shù)字控制器的經(jīng)典設(shè)計(jì)方法有兩種:連續(xù)設(shè)計(jì)法和離散設(shè)計(jì)法。 在模擬控制器中難以實(shí)現(xiàn)的理想微分的de/dt，在計(jì)算機(jī)中可以利用其差分方程很好的實(shí)現(xiàn)，因此式32也稱為理想微分PID數(shù)字控制器。（式33） 增量型算式僅僅是在計(jì)算方法上作了一點(diǎn)改變，并未改變?cè)隽啃退闶降谋举|(zhì)。模擬設(shè)計(jì)法是將數(shù)字控制器作為模擬控制器，采用連續(xù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，首先設(shè)計(jì)模擬控制系統(tǒng)的模擬控制器，使模擬控制系統(tǒng)性能指標(biāo)滿足。然后利用離散控制系統(tǒng)理論，直接設(shè)計(jì)數(shù)字控制器。在系統(tǒng)中，偏差e是給定值SP(希望值)和過(guò)程變量PV(實(shí)際值)的差。 采樣時(shí)刻n的偏差值 en1 采樣時(shí)刻n1的偏差值(偏差前項(xiàng)) Ki 積分項(xiàng)的比例系數(shù) Mintiui PID回路輸出的初始值 Ko 微分項(xiàng)的比例系數(shù) 積分項(xiàng)包括從第一次采樣到當(dāng)前采樣時(shí)刻的所有誤差項(xiàng)，微分項(xiàng)由本次采樣和前一次采樣值來(lái)決定，比例項(xiàng)僅由本次采樣值決定。 第n采樣時(shí)刻的比例項(xiàng)值 MIn 第n采樣時(shí)刻的積分項(xiàng)值 MDn 第n采樣時(shí)刻的微分項(xiàng)值 對(duì)于不同的控制系統(tǒng)，需要根據(jù)不同的控制對(duì)象，選用不同的控制環(huán)節(jié)。 在控制系統(tǒng)中，模擬式PID控制調(diào)節(jié)器的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，由于它已經(jīng)形成了典型結(jié)構(gòu)，參數(shù)易于調(diào)整且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)靈活，可以是其中的一部分，所以在大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程(如冶金，石油，化工，電站，造紙，供水等過(guò)程)的控制中，獲得了良好的效果，對(duì)于那些數(shù)學(xué)模型不易精確求得，參數(shù)變化較大的被控對(duì)象，采用PID調(diào)節(jié)器往往也能得到滿意的控制效果。A系列的PLC都有配套的編程軟件，該軟件可以在PC機(jī)上運(yùn)行，為用戶開(kāi)發(fā)、編輯和監(jiān)控自己的應(yīng)用程序提供了良好的編程環(huán)境。由于連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的控制回路一般都具有較大的時(shí)間常數(shù)，通常采樣周期比系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)要小的多，因此其參數(shù)選擇可以采用模擬調(diào)節(jié)器的整定方法。采樣周期如果太小，將會(huì)使微分和積分作用不明顯。去掉控制器的積分和微分作用，只保留比例作用?？刂贫仁且阅M調(diào)節(jié)器為基準(zhǔn)，將數(shù)字控制器的控制效果于模擬調(diào)節(jié)器相比較所得。表31 控制度、參數(shù)KP , KI，和KD的值。在起動(dòng)過(guò)程中，能在額定電流以內(nèi)給電動(dòng)機(jī)以充分加速，因此能最大限度的降低起動(dòng)電流最大值，最大值保持時(shí)間短。開(kāi)關(guān)變壓器高壓側(cè)串聯(lián)在高壓回路中，輸出端與電動(dòng)機(jī)相串聯(lián)，通過(guò)調(diào)節(jié)低壓側(cè)電壓而達(dá)到調(diào)節(jié)高壓側(cè)電壓的目的。它投資較小，起動(dòng)效果好 它的基本工作原理是將電壓調(diào)節(jié)式可調(diào)電抗串聯(lián)在籠型電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中，電機(jī)起動(dòng)前可調(diào)電抗值為其最大值L0，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。 系統(tǒng)原理及方案設(shè)計(jì)磁控式可調(diào)電抗原理圈如圖1所示，電抗原始值為L(zhǎng)O，可調(diào)電源的電流值改變時(shí)，由于互感的作用，電抗的輸出值也隨之變化， 合理選擇電感參數(shù)，可使電源電壓由小到大變化時(shí)電抗輸出值在L0~O之間變化（圖43）。磁控式可調(diào)電抗的輸出端串聯(lián)在籠型電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中，控制端口接可控硅的輸出端。起動(dòng)時(shí)PLC發(fā)出信號(hào)先合上斷路器QF0，電機(jī)開(kāi)始起動(dòng)，電流迅速增大。隨著電機(jī)的起動(dòng)，反饋值I0不斷減小，因此PLC的輸出電流模擬量值不斷增大，使可控硅輸出電壓值不斷增大，可調(diào)電抗值不斷減小。采用交流220V電源供電，主模塊本身帶有8路開(kāi)關(guān)量輸入，用于檢測(cè)控制命令和開(kāi)關(guān)狀態(tài)；6路繼電器型開(kāi)關(guān)量輸出，用于各操作開(kāi)關(guān)的控制。PLC主模塊上輸入開(kāi)關(guān)量有6個(gè)，其中三個(gè)為控制命令， 它們是：X0(主機(jī)啟動(dòng))、X1(主機(jī)急停)、X2(試驗(yàn)啟動(dòng))，另三個(gè)為開(kāi)關(guān)狀態(tài)：X3 (QF0開(kāi)關(guān)合)、X4 (KM1開(kāi)關(guān)合)、X5 (KM2開(kāi)關(guān)合)。表41可編程控制器輸入輸出端口(DI/0)地址分配表端口地址注釋X0主機(jī)啟動(dòng)X1主機(jī)急停X2試驗(yàn)啟動(dòng)X3熔斷器開(kāi)關(guān)合閘X4KM1開(kāi)關(guān)合閘X5KM2開(kāi)關(guān)合閘Y0熔斷器合閘Y1KM1合閘Y2KM1分閘Y3KM2合閘Y4KM2分閘Y5故障報(bào)警 軟件編程大型電機(jī)軟起動(dòng)裝置軟件部分主要包括模塊自檢、開(kāi)機(jī)判斷、PID運(yùn)算、超時(shí)及故障保護(hù)、開(kāi)關(guān)量順序控制等軟件采用模塊化思想編程，程序流程圈如圖46所示。為防止采集數(shù)據(jù)的誤差引起PLC輸出調(diào)節(jié)量不準(zhǔn)確而導(dǎo)致起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可在軟件中設(shè)置起動(dòng)超時(shí)保護(hù)，即設(shè)置一個(gè)起動(dòng)最大時(shí)限，到了這個(gè)時(shí)限后若檢測(cè)的轉(zhuǎn)子電流仍大于改定值．PLC將發(fā)信號(hào)結(jié)束起動(dòng)過(guò)程，保證電機(jī)的正常工作，軟件編制流程如下圖所示：圖46 PLC控制程序流程圖 基于單臺(tái)軟起動(dòng)器對(duì)多臺(tái)大中型異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用當(dāng)中，往往需要實(shí)現(xiàn)一臺(tái)軟啟動(dòng)器對(duì)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，所以，用PLC實(shí)現(xiàn)“一拖多”就具備了極其實(shí)用的意義。電動(dòng)機(jī)的軟停止使電動(dòng)機(jī)從額定轉(zhuǎn)速開(kāi)始，按預(yù)先設(shè)置的方式逐步減速，直到停止。圖10中，在軟起動(dòng)器的輸入和輸出兩端，并聯(lián)接觸器KMn1(n=4以下同)的常開(kāi)觸點(diǎn)，在軟起動(dòng)器輸入和輸出端串聯(lián)接觸器KM和接觸器KMn2的常開(kāi)觸點(diǎn)。當(dāng)軟停止時(shí)，觸點(diǎn)KM和觸點(diǎn)KMn2閉合，觸點(diǎn)KMn1斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)軟停止，直到電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，然后斷開(kāi)觸點(diǎn)KM和KMn2。起動(dòng)、停止的控制過(guò)程可由PLC的順序控制完成，并能實(shí)現(xiàn)用一臺(tái)軟起動(dòng)器起動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)。常用的方法是降壓軟起動(dòng)，但由于電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與所加電壓的平方成正比，所以降壓軟起動(dòng)只適用于空載或輕載起動(dòng)的設(shè)備。如果變頻器僅僅承擔(dān)軟起動(dòng)的任務(wù)，不作調(diào)速運(yùn)行的話，則在變頻器帶動(dòng)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，就要將電動(dòng)機(jī)切換到工頻電網(wǎng)直接供電運(yùn)行，變頻器可以再去起動(dòng)其他的電動(dòng)機(jī)。這樣就不可避免地要進(jìn)行電網(wǎng)和變頻器之間的相互切換操作。熱切換：在變頻器運(yùn)行中進(jìn)行帶電切換。 硬切換的危害性及改進(jìn)辦法 由于硬切換時(shí)不可避免地要使電動(dòng)機(jī)瞬時(shí)停電，問(wèn)題也就因此而產(chǎn)生了：1）、由變頻器向電網(wǎng)切換 變頻器拖動(dòng)電機(jī)軟起動(dòng)，逐漸升速，當(dāng)變頻器輸出頻率達(dá)到50HZ，電壓達(dá)到額定電壓，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也已達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，快速將電動(dòng)機(jī)從變頻器切出，再立即投入電網(wǎng)運(yùn)行。我們知道，當(dāng)電動(dòng)機(jī)斷開(kāi)電源后，由于定子開(kāi)路，定子繞組中儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的時(shí)間才能衰減完，而轉(zhuǎn)子是短路的，轉(zhuǎn)子電流將按一定的時(shí)間常數(shù)衰減，這個(gè)電流產(chǎn)生的磁通，因?yàn)檗D(zhuǎn)子還在旋轉(zhuǎn)，就會(huì)在定子繞組中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)（反電勢(shì)）。因此電動(dòng)機(jī)在斷開(kāi)電源后，應(yīng)該等轉(zhuǎn)子電流充分衰減后再合上電源。由此可見(jiàn)，硬切換一定會(huì)引起沖擊電流，只是其大小的不同罷了，不可能做到平穩(wěn)切換。如果電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的負(fù)載不允許突然停車的話，或者須由定速運(yùn)行轉(zhuǎn)為調(diào)速運(yùn)行時(shí)，可以這樣操作：先將電動(dòng)機(jī)由電網(wǎng)切除，自由停車運(yùn)行，延時(shí)1~2秒，避開(kāi)反電勢(shì)的影響，在封鎖輸出的情況下將電機(jī)接到變頻器，變頻器跟蹤電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速并以跟蹤頻率啟動(dòng)運(yùn)行，沖擊將會(huì)很小。然后有一段變頻器和電網(wǎng)同時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)供電的時(shí)間。在過(guò)渡到由電網(wǎng)和變頻器同時(shí)向電動(dòng)機(jī)供電階段，再稍稍調(diào)高變頻器輸出電壓的幅值，逐漸將負(fù)荷從電網(wǎng)向變頻器轉(zhuǎn)移，以免在電網(wǎng)開(kāi)關(guān)跳閘時(shí)對(duì)變頻器造成過(guò)大的沖擊。圖52 同步切換系統(tǒng)框圖 圖52為具有同步切換功能的交流異步電動(dòng)機(jī)循環(huán)軟起動(dòng)切換控制裝置框圖。鎖相環(huán)路由鎖相控制電路和變頻器組成；鎖相控制電路則由鑒相器和環(huán)路濾波器組成。當(dāng)二者的頻率相等，相位差穩(wěn)定在一個(gè)較小的數(shù)值時(shí)，稱為鎖定，此時(shí)輸出一個(gè)切換信號(hào)，便可以在PLC的控制下，平穩(wěn)地進(jìn)行變頻器和工頻電網(wǎng)之間的相互切換了。所以在變頻器的輸出端切換電動(dòng)機(jī)時(shí)，一定要慎之