【導(dǎo)讀】variable-frequencydrives,voltagecontrol.[14],[15].

　　

【正文】 連。繼電器輸出連接整流器，整流器調(diào)整三相電壓，并且給 IGBT逆變器提供直流輸入。它的技術(shù)規(guī)范 [25]在表 II中給出了概括。 表 1 異步電機(jī)技術(shù)參數(shù) 接線方式 △ /Y 輸入電壓 380/660 AC 輸入電流 額定功率 輸入頻率 50HZ 磁極數(shù) 4 額定速度 1400rpm 表 2 逆變器技術(shù)參數(shù) 輸出電壓 380， 460 AC 輸出頻率 0， 480 HZ 輸出電流 2， 5 A 輸出負(fù)載 150%/60S 電源電壓 38046010% V AC 輸入電流 3 A 功耗 46 W IGBT逆變器將直流電壓輸入轉(zhuǎn)變成三相電壓輸出，提供給異步 電機(jī)的定子。另外，逆 變器與基于 PLC的控制器連接?？刂破魇窃跇?biāo)準(zhǔn) PLC的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。 PLC系統(tǒng)調(diào)用它固有的硬件和軟件。作為基于微處理器的系統(tǒng)， PLC系統(tǒng)硬件是由以下幾個(gè)模塊組成： 中央處理單元（ CPU） 數(shù)字輸出模塊（ DOM） 數(shù)字輸入模塊（ DIM） 模擬輸入模塊（ AOM） 模擬輸出模塊（ AIM） 電源 表 3— 表 5 給出了 PLC 的其它詳細(xì)的結(jié)構(gòu)。速度傳感器是用于速度反饋，電流傳感器是用于負(fù)載電流反饋，第二電流傳感器是連接定子回路。因此，閉環(huán)系統(tǒng)的雙反饋回路是有負(fù)載電流傳感器，速度傳感器和模擬輸入模塊組成。測(cè)速電動(dòng)機(jī)（永磁電動(dòng)機(jī) ）就是速度傳感器。異步電機(jī)帶動(dòng)它的軸機(jī)械旋轉(zhuǎn)，輸出一個(gè)電壓，電壓的大小與旋轉(zhuǎn)速度成比例。極性取決于旋轉(zhuǎn)方向，測(cè)速發(fā)電機(jī)的電壓信號(hào)必須與模擬輸入模塊的電壓范圍（直流 05V 和電阻 200K）匹配。 PLC 的其它外在控制回路設(shè)計(jì)采用低壓直流 24V 電源。因?yàn)槭謩?dòng)控制，系統(tǒng)中配置了啟動(dòng)，停止和急速跳閘按鈕，還有向前向后方向選擇開(kāi)關(guān)。圖 2 給出了所有組成；一個(gè)主開(kāi)關(guān)，一個(gè)自動(dòng)單相開(kāi)關(guān)，一個(gè)三相熱繼電器，一個(gè)負(fù)載自動(dòng)開(kāi)關(guān)，信號(hào)燈（向前，向后，啟動(dòng)，停止，跳閘），按鈕（啟動(dòng)，停止，跳閘），選擇開(kāi)關(guān)（向前向后旋轉(zhuǎn)），一個(gè)速度選擇 器，一個(gè)增益選擇器，還有 PLC 模塊和整流逆變器也放置在控制面板上。程序從個(gè)人主機(jī)上通過(guò) RS232 總線下到 PLC 中。 表 3 PLC結(jié)構(gòu)配置 可用的 已用的 直接輸入 (%I) 32 8 直接輸出 (%Q) 16 9 模擬輸入 (%AI) 8 7 模擬輸出 (%AQ) 8 6 存儲(chǔ)器 (M) 540 PLC 程序是依據(jù)輸入設(shè)備的邏輯要求，程序與其說(shuō)是體現(xiàn)數(shù)字計(jì)算法則不若說(shuō)主要是體現(xiàn)了邏輯性。許多編制的程序是直接工作在“開(kāi)或關(guān)”兩種狀態(tài)，并且它們這種交替的形式分別是與“真或假”（邏輯形式）和“ 1 或 0”（二進(jìn)制形式）對(duì)應(yīng)的。因此， PLC 提供了靈活的可編程選擇形式給用模擬設(shè)備建立的電路傳輸控制系統(tǒng)。編程是采用梯形圖方法。 PLC 提供了在主機(jī)終端可以運(yùn)行的基于軟件的設(shè)計(jì)環(huán)境，它可以將梯形圖調(diào)出，修改，測(cè)試和診斷。首先，高級(jí)程序是用梯形圖來(lái)表示。然后，梯形圖轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制命令形式，因此它就可以保存到隨機(jī)存儲(chǔ)器 （ REM）或可擦可編程存儲(chǔ)器（ EPROM）。每一個(gè)正確的指令都被 CPU解碼和執(zhí)行。 CPU 的功能就是控制存儲(chǔ)器和 I/O 設(shè)備，依照程序來(lái)處理數(shù)據(jù)。每一個(gè) PLC 上的輸入輸出連接點(diǎn)都一個(gè)地址，用來(lái)識(shí)別輸入輸出位。輸入輸出數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)器之間的直接聯(lián)系是以下面的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的： PLC 的存儲(chǔ)器分為三個(gè)區(qū)：輸入映像區(qū)（ I），輸出映像區(qū)（ Q），和內(nèi)存（ M）。任何存儲(chǔ)區(qū)都直接用 %I， %M， %Q調(diào)用（表 III）。 PLC 程序在主循環(huán)程序中采用循環(huán)掃描，如對(duì)輸入變量的周期檢查。程序先開(kāi)始掃描系統(tǒng)輸入，然后將它們的狀態(tài)存儲(chǔ)到固定存儲(chǔ)區(qū)（輸 入映像區(qū) I）。接下來(lái)梯形圖程序也一行行執(zhí)行。 掃描程序，處理梯形行各種邏輯運(yùn)算來(lái)決定輸出狀態(tài)。最新的輸出狀態(tài)保存到固定存儲(chǔ)區(qū)（輸出映像區(qū) Q）。輸出數(shù)據(jù)保存在存儲(chǔ)器中，然后在本次程序掃描的最后設(shè)置或是重置輸出設(shè)備。對(duì)于給定的 PLC，完整的掃描一次所用的時(shí)間或是掃描時(shí)間是 (1000 步 )，最大的程序容量是 1000 步。擴(kuò)展系統(tǒng)由主機(jī)通過(guò) 232 總線連接 PLC 組成。主機(jī)給程序文檔編輯，保存，打印和程序執(zhí)行監(jiān)控提供了軟件環(huán)境。 PLC 執(zhí)行程序的過(guò)程包括：編輯員畫出源梯形程序，將源程序轉(zhuǎn)變成二進(jìn)制命令形式，這 樣它可以在 PLC 的微處理器中執(zhí)行并通過(guò)連續(xù)傳輸端口從 PC 中下載到 PLC 系統(tǒng)。當(dāng) PLC 系統(tǒng)處于對(duì)機(jī)器的實(shí)時(shí)控制時(shí)， PLC 系統(tǒng)是在線的且監(jiān)控所有數(shù)據(jù)確保正確的運(yùn)行。 表 5 PLC模塊和 I/O設(shè)定 主板 模塊 1 模塊 2 模塊 3 模塊 4 模塊 5 模擬量輸入模塊 數(shù)字量輸入模塊 模擬量輸出模塊 數(shù)字量輸出模塊 CPU 速度反饋信號(hào) 啟動(dòng)按鈕信號(hào) 速度反饋信號(hào)（顯示） 繼電器 1 電源 負(fù)載電流反饋信號(hào) 停止按鈕信號(hào) 負(fù)載電流反饋信號(hào)（顯示） 2啟動(dòng)燈（運(yùn)行） 定子電 流信號(hào) 跳閘按鈕信號(hào) 負(fù)載轉(zhuǎn)矩信號(hào)（顯示） 繼電器 2 速度設(shè)定值信號(hào) 前向開(kāi)關(guān)信號(hào) 逆變器參考頻率 停止燈 控制增益信號(hào) 后向開(kāi)關(guān)信號(hào) 負(fù)載繼電器 繼電器 3 控制時(shí)間常數(shù) 跳閘按鈕信號(hào) 定子繼電器 跳閘燈 逆變器模擬 端口 24V DC 逆變器數(shù)字 端口 24V DC 24V DC 24V DC 速度控制軟件 在圖 4 中，給出了速度控制軟件的流程圖。軟件調(diào)整速度監(jiān)視定速度 控制而不管轉(zhuǎn)矩變化。逆變器這會(huì)兒在做電機(jī)的電源的同時(shí)也受到 PLC 軟件的控制。如果沒(méi)有 PLC 和反饋控制環(huán)，逆變器也不可能控制電機(jī)恒定速度運(yùn)行。操作員通過(guò)控制面板設(shè)定速度和選擇電機(jī)向前或是向后的旋轉(zhuǎn)方向。通過(guò)按下手動(dòng)按鈕，電機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。如果停止按鈕被按下，則電機(jī)停下。如表 5 所示，對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)接入到數(shù)字輸入模塊，輸出信號(hào)送到數(shù)字輸出模塊。模擬輸入模塊接受定子電流傳感器的跳閘信號(hào) Is，測(cè)速發(fā)電機(jī)的速度反饋信號(hào)，和控制面板的信號(hào)。這樣，PLC 可以獲得電機(jī)被要求的速度和的實(shí)際速度。操作員要求的速度和電機(jī)實(shí)際速度的差值 給出了誤差信號(hào)。如果誤差信 號(hào)不是 0，而是正或是負(fù)，然后， PLC 根據(jù) CPU 的運(yùn)算減少或增加逆變器的 V/F，因此，電機(jī)速度是修正的?？刂破鞑捎帽壤e分型（ PI）（如，誤差信號(hào)通過(guò)增益放大，積分，加給要求的速度）。最后，控制信號(hào)送給數(shù)字輸出模塊，并且連接逆變器的數(shù)字輸入去控制變化量。在開(kāi)始的時(shí)候，操作員通過(guò)控制面板上的旋轉(zhuǎn)變阻器改變?cè)鲆妫ㄔ鲆嬲{(diào)節(jié)），模擬輸入模塊接受它的電壓降作為控制增益信號(hào)（ 010V）。要求的速度是通過(guò)改變旋轉(zhuǎn)變阻器得到的， AIM 獲取這個(gè)信號(hào)。它的值送到 AOM，并在控制面板上顯示（設(shè)定速度顯 示），控制面板上另一個(gè)是顯示通過(guò)速度反饋信號(hào)計(jì)算出的電機(jī)實(shí)際速度。第三個(gè)顯示的是通過(guò)負(fù)載電流信號(hào)計(jì)算出來(lái)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩（ Nm）。它他們對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸出給 AOM。 圖 3. 主程序流程圖 掃描循環(huán) 控制模式 掃描輸入 存儲(chǔ)輸入 停止模式 梯形圖執(zhí)行 : 速度控制軟件 保護(hù)軟件 關(guān)閉 /重啟電機(jī)軟件 數(shù)據(jù)更 新 Y 讀入輸入： 前向 /后向信號(hào) 定子電流 IS 啟動(dòng)信號(hào) 速度反饋信號(hào) 速度設(shè)定信號(hào) nsp 停止信號(hào) 計(jì)算速度錯(cuò)誤信號(hào) IF 錯(cuò)誤 =0 圖 4 速度軟件流程圖 圖 5 給出了軟件流程圖 .在電機(jī)運(yùn)行中，不能通過(guò)改變開(kāi)關(guān)位置來(lái)改變旋轉(zhuǎn)方向。只有按下停止按鈕才可改變旋轉(zhuǎn)方向。在軟件中編制下列程序 ,使電機(jī)在啟動(dòng)和帶載運(yùn)行情況下進(jìn)行過(guò)載電流保護(hù)。 I）在 DIM 中輸入前向后向信號(hào)。 II）在 AIM 中輸入速度設(shè)定值 nsp ,負(fù)載電流 LI ，定子電流 SI ，和速度反饋信號(hào)。 III）在無(wú)載情況 SI ? ,如果速度設(shè)定值小于 20%,或 nsp 300r/min,電機(jī)不會(huì)啟動(dòng)。 IV）負(fù)載增加 (額定轉(zhuǎn)矩的 40%),SI ? ,速度設(shè)定值低于 40%或nsp 600r/min,則電機(jī)不會(huì)啟動(dòng)。 V）如果負(fù)載增加 (額定轉(zhuǎn)矩 ), SI ? 并且如果轉(zhuǎn)速設(shè)定值超過(guò)100%或 nsp ? 1500r/min,電機(jī)進(jìn)入停機(jī) 程序。 VI）在所有其他情況下 ,電機(jī)進(jìn)入速度控制模式，速度控制軟件如 A 部分描述的執(zhí)行。 圖 5 監(jiān)視和保護(hù)軟件流程圖 B. 關(guān)機(jī)和重啟電機(jī)軟件 在圖 6 給出了軟件流程圖。在過(guò)載情況下，電機(jī)停機(jī) ,跳閘燈 (黃 )亮 .操作員必須釋放熱繼電器 ,然后通過(guò)按下跳閘或停止按鈕關(guān)掉跳閘燈。熱繼電器設(shè)定為電機(jī)額定電流值 。這樣電機(jī)可以重新啟動(dòng)。 操作員可以按下停止按鈕來(lái)停止電機(jī) :顯示 的實(shí)際速度變?yōu)榱?0,啟動(dòng)燈 (綠 )關(guān)閉，停止燈 (紅 )閉合且持續(xù)亮 3S。 電機(jī)停止后和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)重啟前負(fù)載馬上卸下。 即使啟動(dòng)按鈕已經(jīng)按下 ,電機(jī)在停止后 ,3 秒鐘之內(nèi)不能啟動(dòng)。 N N N Y Y Y N N Y 讀入輸入： ▽ 前向 /后向信號(hào) ▽ 負(fù)載電流信號(hào) IL ▽ 啟動(dòng)信號(hào) ▽ 定子電流信號(hào) IS ▽ 速度設(shè)定信號(hào) ▽ 速度反饋信號(hào) 轉(zhuǎn)子方向鎖定 IF IS＜ A N 速度控制模式 IF IS＞ A 速度控制模式 Y IF IS＞ 速度控制模式 IF nsp＞ 1500 切斷電機(jī)程序 IF ns＜ 600 不啟動(dòng)電機(jī) 啟動(dòng)電機(jī) IF ns＜ 300 Y 圖 /重啟流程圖 讀入輸入： ＊ 停止信號(hào) ＊ 負(fù)載電流 IL ＊ 定子電流 IS IF IS ＞ Y ＊ 合上跳閘燈 ＊ 打開(kāi)三相自動(dòng)開(kāi)關(guān) ＊ 將速度顯示置位為 0 ＊ 打開(kāi)啟動(dòng)燈（綠） ＊ 合上停止燈（紅） ＊ 打開(kāi)負(fù)載自動(dòng)開(kāi)關(guān) ＊ 等待 3 秒種 ＊ 斷 開(kāi) 跳 閘 燈（黃） ＊ 打開(kāi)熱繼電器 ＊ 啟動(dòng)電機(jī) 監(jiān)視和保護(hù)模式 N 速度控制模式