【正文】 所以在變頻器的輸出端切換電動機時，一定要慎之又慎。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。在過渡到由電網(wǎng)和變頻器同時向電動機供電階段，再稍稍調(diào)高變頻器輸出電壓的幅值，逐漸將負荷從電網(wǎng)向變頻器轉(zhuǎn)移，以免在電網(wǎng)開關(guān)跳閘時對變頻器造成過大的沖擊。如果電動機拖動的負載不允許突然停車的話，或者須由定速運行轉(zhuǎn)為調(diào)速運行時，可以這樣操作：先將電動機由電網(wǎng)切除，自由停車運行，延時1~2秒，避開反電勢的影響，在封鎖輸出的情況下將電機接到變頻器，變頻器跟蹤電動機轉(zhuǎn)速并以跟蹤頻率啟動運行，沖擊將會很小。因此電動機在斷開電源后，應該等轉(zhuǎn)子電流充分衰減后再合上電源。 硬切換的危害性及改進辦法 由于硬切換時不可避免地要使電動機瞬時停電，問題也就因此而產(chǎn)生了：1）、由變頻器向電網(wǎng)切換 變頻器拖動電機軟起動，逐漸升速，當變頻器輸出頻率達到50HZ，電壓達到額定電壓，電動機的轉(zhuǎn)速也已達到額定轉(zhuǎn)速時，快速將電動機從變頻器切出，再立即投入電網(wǎng)運行。這樣就不可避免地要進行電網(wǎng)和變頻器之間的相互切換操作。常用的方法是降壓軟起動，但由于電動機的起動轉(zhuǎn)矩與所加電壓的平方成正比，所以降壓軟起動只適用于空載或輕載起動的設備。當軟停止時，觸點KM和觸點KMn2閉合，觸點KMn1斷開，實現(xiàn)軟停止，直到電動機停止運行，然后斷開觸點KM和KMn2。電動機的軟停止使電動機從額定轉(zhuǎn)速開始，按預先設置的方式逐步減速，直到停止。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主機啟動X1主機急停X2試驗啟動X3熔斷器開關(guān)合閘X4KM1開關(guān)合閘X5KM2開關(guān)合閘Y0熔斷器合閘Y1KM1合閘Y2KM1分閘Y3KM2合閘Y4KM2分閘Y5故障報警 軟件編程大型電機軟起動裝置軟件部分主要包括模塊自檢、開機判斷、PID運算、超時及故障保護、開關(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。采用交流220V電源供電，主模塊本身帶有8路開關(guān)量輸入，用于檢測控制命令和開關(guān)狀態(tài)；6路繼電器型開關(guān)量輸出，用于各操作開關(guān)的控制。起動時PLC發(fā)出信號先合上斷路器QF0，電機開始起動，電流迅速增大。 系統(tǒng)原理及方案設計磁控式可調(diào)電抗原理圈如圖1所示，電抗原始值為LO，可調(diào)電源的電流值改變時，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電抗輸出值在L0~O之間變化（圖43）。開關(guān)變壓器高壓側(cè)串聯(lián)在高壓回路中，輸出端與電動機相串聯(lián)，通過調(diào)節(jié)低壓側(cè)電壓而達到調(diào)節(jié)高壓側(cè)電壓的目的。表31 控制度、參數(shù)KP , KI，和KD的值。去掉控制器的積分和微分作用，只保留比例作用。由于連續(xù)生產(chǎn)過程的控制回路一般都具有較大的時間常數(shù)，通常采樣周期比系統(tǒng)的時間常數(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。 在控制系統(tǒng)中，模擬式PID控制調(diào)節(jié)器的應用已經(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)過程(如冶金，石油，化工，電站，造紙，供水等過程)的控制中，獲得了良好的效果，對于那些數(shù)學模型不易精確求得，參數(shù)變化較大的被控對象，采用PID調(diào)節(jié)器往往也能得到滿意的控制效果。 采樣時刻n的偏差值 en1 采樣時刻n1的偏差值(偏差前項) Ki 積分項的比例系數(shù) Mintiui PID回路輸出的初始值 Ko 微分項的比例系數(shù) 積分項包括從第一次采樣到當前采樣時刻的所有誤差項，微分項由本次采樣和前一次采樣值來決定，比例項僅由本次采樣值決定。然后利用離散控制系統(tǒng)理論，直接設計數(shù)字控制器。（式33） 增量型算式僅僅是在計算方法上作了一點改變，并未改變增量型算式的本質(zhì)。數(shù)字控制器的經(jīng)典設計方法有兩種:連續(xù)設計法和離散設計法。圖31 PID控制系統(tǒng)原理 PID控制的特點 在生產(chǎn)過程自動控制的發(fā)展歷程中，PID控制是歷史最久、生命力最強的基本控制方式。這些數(shù)字量可能是二進制的，也可能是十進制的，帶正負號的電流或電壓在A/D轉(zhuǎn)換后用二進制原碼或補碼表示。邏輯解算是按梯形圖中從上到下、從左到右的順序進行的。 （a）錯誤的梯形圖 （b）正確的梯形圖 圖22梯形圖的特點梯形圖的特點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。 IEC（國際電工委員會）于1994年5月公布可編程序控制器標準（IEC1131），該標準由以下5部分組成：通用信息，設備與測試要求，可編程序控制器的編程語言，用戶指南與通信。換言之，輸入輸出的狀態(tài)保持一個掃描周期。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隔離外部輸入電路和負載，I/O模塊除了傳遞信號外，還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。CPU模塊CPU模塊主要是由微處理器（CPU芯片）和存儲器組成。 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)移條件來決定程序的走向。全過程掃描一次所需的時間稱為掃描周期。例如西門子公司57400系列PLC即使在惡劣、不穩(wěn)定的工作環(huán)境下，堅固、全密封的模板依然可正常工作，在操作運行過程中模板還可熱插拔。 8)總價格低 PLC的重量、體積、功耗和硬件價格一直在降低，雖然軟件價格占的比重有所增加，但是各廠商為了競爭也相應地降低了價格。 4)編程方便 PLC適用針對工業(yè)控制的梯形圖、功能塊圖、指令表和順序功能表圖(SFC)編程，不需要太多的計算機編程知識。了解可編程序控制器的工作原理，具備設計、調(diào)試和維護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)對電氣技術(shù)人員和工科學生的基本要求。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)、和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。從前述的工作原理可以看出，用熱變電阻實現(xiàn)的軟起動方式，電動機起動電流不可控、不可調(diào)。熱變電阻的導電介質(zhì)是具有一定濃度的電解液，它的起動原理是將水溶液用一容器加固密封，兩極板固定不動，起動時利用極板間大的起動電流將電解液的溫度急劇提升，使液阻發(fā)生電解反應，電解液的電阻率發(fā)生變化。但是，在不是舍我莫誰的情況下，選用高壓變頻器作為電動機的起動設備，其一次投資并沒有什么大的收益，尤其是非頻繁起動的負載，更不適宜選用高壓變頻器。而且從僅用于電動機起動這個角度考慮，可謂得不償失。起動功率因數(shù)及起動機械效率均比其它起動方式要高。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以下的鼠籠式電動機。（3）可以根據(jù)不同的負載設定起動時間。斜坡電壓起動顧名思義是電壓由小到大斜坡線性上升，它是將傳統(tǒng)的降壓起動從有級變成了無級，主要用在重載起動，它的缺點是初始轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)矩特性拋物線型上升對拖動系統(tǒng)不利，且起動時間長有損于電機。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，增加維修費用。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(nèi)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。有時要求有大的起動轉(zhuǎn)矩；有時要求起動電流要小，有時上述兩個要求要同時滿足。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(guān)系。 負載運行時，轉(zhuǎn)子繞組中有電流流過，產(chǎn)生一個同步旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子磁勢的影響，即： 轉(zhuǎn)速： 轉(zhuǎn)子繞組磁勢 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。 感應電勢與轉(zhuǎn)差率正比。 轉(zhuǎn)子繞組的感應電勢 o 轉(zhuǎn)子繞組切割主磁通的轉(zhuǎn)速 167。 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。轉(zhuǎn)子導體通過端環(huán)自成閉路，并通過感應電流。起動過程中通過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，電機由起動狀態(tài)平穩(wěn)過渡到正常運行狀態(tài)再將可調(diào)電抗旁路后退出運行，電機起動過程完成。 轉(zhuǎn)子必須與旋轉(zhuǎn)磁場保持一定的速度差，才可能切割磁力線。 o 漏抗壓將： 結(jié)論：由于s很小，轉(zhuǎn)子感應電勢頻率很低。 167。 o 考慮到轉(zhuǎn)子繞組的相電阻后： 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。但是具體到直接供電的變壓器來講，容量卻是有限的。因此要采取措施，減少最初起動電流的影響。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。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。）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(zhuǎn)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(zhuǎn)矩Ma直接與所加電壓的二次方有關(guān)，也就是說，只要降低電機接線端子上的電壓就會影響這些值。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(zhuǎn)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]。且容量僅限于10KV，5000KW以下?？蓪崿F(xiàn)脈沖突跳方式的起動，以克服足夠大的靜阻轉(zhuǎn)矩。如此高的諧波嚴重影響同網(wǎng)其他電力設備的正常運行。3）、維護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，設備更為復雜，所需維護與維修的技術(shù)水平更高，維修更為復雜。起動過程中通過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，電機由起動狀態(tài)平穩(wěn)過渡到正常運行狀態(tài)。起動電流不可控、不可調(diào)其電液箱溶液體積與濃度、極板間距一次成型。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(gòu)產(chǎn)生機械沖擊。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)。這幾家公司控制著全世界80%以上的可編程序控制器市場。基本型式再加上模擬I/0、基本算術(shù)運算、通信能力等。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(nèi)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。向上可與工業(yè)計算機、以太網(wǎng)、MAP網(wǎng)等相連構(gòu)成整個工廠的自動化控制系統(tǒng)。識別擴展單元。 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。③程序中有改變程序流向的指令。 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載是指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等。 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)容也不會變化，要等到下一周期的輸入處理階段才能改變。輸出繼電器的動作延遲。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。在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時，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。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。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(jié)構(gòu)，通過負反饋作用使被控系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。 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(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，對被控對象進行控制，故稱PID控制器。 位置式PID算式；模擬儀表調(diào)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(gòu)的位置。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(gòu)成數(shù)字控制系統(tǒng)。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(guān)系。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。并且提供了PID指令向?qū)?，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。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?？刂菩Ч脑u價函數(shù)通常用誤差平方面積表示。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)。起動過程中通過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，電機由