【導讀】variable-frequencydrives,voltagecontrol.expensive[14],[15].

　　

【正文】 現(xiàn)有的工業(yè) PLC[17]。此外，其他類型的機器與 PLC的連接。因此，工業(yè) PLC 用于控制步進電機五軸轉子位置，方向和速度，減少了電路元件數(shù)量，降低成本，提高可靠性 [18]。由于開關磁阻電機可代替交流和直流驅(qū)動實現(xiàn)調(diào)速，單芯片邏輯控制器使用 PLC 控制轉矩和速度，再加上一個電源控制器 [19]，實現(xiàn)數(shù)字邏輯。作為一個可能的替代其他的一些應用涉及外文翻譯（譯文 ） 18 電 梯的直線感應電機與 PLC 實現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)采集 [20]。為了監(jiān)測電能質(zhì)量和識別破壞電能生產(chǎn)的干擾，需要兩個 PLC 來確定設備的靈敏度。 PLC 控制感應電動機領域的文章很少。一個三相異步電動機的功率因數(shù)的控制采用 PLC，以提高功率因數(shù)。整個控制條件下，保持其電壓頻率比不變 [3]。矢量控制集成電路使用復雜可編程邏輯器件（ CPLD）和整數(shù)運算的三相電壓或電流調(diào)節(jié)脈沖寬度調(diào)制（ PWM）變頻器 [22]。 異步電動機的很多應用不僅需要電機控制功能，還需要對一些具體的模擬和數(shù)字 I / O 信號，家庭信號，跳閘信號，開 /關 /反向命令的處理。這種情況下，涉及 PLC 的控制單元必須被添加到系統(tǒng)結構中。本文提出了一種基于 PLC的三相異步電動機的監(jiān)測和控制系統(tǒng)。它描述了硬件和軟件配置的設計和實施。異步電動機性能測試結果表明，提高了工作效率，并增加在可變負載的恒定速度控制操作的準確性。因此， PLC 的相關性，并控制用戶所要求的速度設定點的運行參數(shù)和監(jiān)測在正常運行和跳閘條件下異步電機系統(tǒng)。 二 PLC 作為系統(tǒng)控制器 一個 PLC 是一種基于微處理器的控制系統(tǒng)，用于在工業(yè)環(huán)境中的自動化進程控制。它使用一個可編程的存儲器，用戶至上的指示執(zhí)行特定功 能，如算術內(nèi)部存儲，計算，邏輯，順序，時機 [23]， [24]。 PLC 可編程來進行感應，動作和控制工業(yè)設備，因此，采用的 I / O 點，允許電信號接口。輸入設備和輸出設備連接到 PLC 的控制程序輸入到 PLC 內(nèi)存（圖 1）。 在我們的應用程序中，它通過模擬和數(shù)字輸入和輸出控制不同的恒定負載的異步電動機的運行速度。此外， PLC 根據(jù)控制程序連續(xù)監(jiān)測輸入和激活輸出。 這是 特定的硬件模塊，直接插入一個專有總線：中央處理器單元（ CPU），電源 外文翻譯（譯文 ） 19 圖 1 PLC 的控制動作 供應器，輸入輸出模塊 I / O，程序終端組成的組合式 PLC 系統(tǒng)。這種模塊化的方法，可以擴大將來的擴展，如多機系統(tǒng)或計算機的連接。 三 異步電機控制系統(tǒng) 實驗系統(tǒng)框圖如圖 2 所示。系統(tǒng)配置可由下列步驟進行。 a）恒定轉速的閉環(huán)控制系統(tǒng)，由速度反饋和負載電流反饋系統(tǒng)構成。感應電機驅(qū)動變量的負載，信號由變頻器送入， PLC 控制變頻器的 V / f 輸出。 b）一個開環(huán)變速操作控制系統(tǒng)。異步電機驅(qū)動變量負載。 c）標準變速操作。異步電動機驅(qū)動變量負載，接收恒定的電壓恒定頻率標準的三相供電的反饋信號 四 硬件描述 該繞線式異步電機實施和測試控制系統(tǒng)的技術規(guī)格在表一給出。異步電動機驅(qū)動直流發(fā)電機，它提供了一個變量負載 R。三相電源連接到主三相開關，然后是三相熱過載繼電器，它提供了對電流過載的保護。繼繼電器輸出連接到整流器，來矯正三相電壓，并給絕緣柵雙極晶體管（ IGBT）變頻器一個直流輸入。PLC 控制程序 輸入 輸出 外文翻譯（譯文 ） 20 其技術規(guī)范 [25]總結在表二。 IGBT 變頻器將直流電壓轉換為三相電壓輸出，提供給異步電動機的定子。另一方面，變頻器連接到 PLC 控制器。 表一 異步電動機技術規(guī)格 接線類型 /Y? 輸入電壓 380/660V ac 輸入電流 額定功率 輸入頻率 50Hz 極數(shù) 4 額定轉速 1400rpm 這種控制器由 PLC 的模塊化系統(tǒng)實施。 PLC 的體系結構是指其內(nèi)部的硬件和軟件。作為一個基于微處理器的系統(tǒng)， PLC 系統(tǒng)的硬件設計和建造以下模塊 [29] [37]： ?中央處理器（ CPU）， 離散輸出模塊（ DOM） 離散輸入模塊（點心） ?模擬量輸出模塊（ AOM）的 ?模擬輸入模塊（ AIM） ?電源。 PLC 配置的其他詳情載于表三和四。 外文翻譯（譯文 ） 21 圖 2 實驗系統(tǒng)的電氣原理圖 速度傳感器用于速度反饋，電流傳感器，電流傳感器用于負載電流反饋，第二個電流傳感器連接到定子電路 [32]。因此，兩個閉環(huán)系統(tǒng)反饋回路是由負載電流傳感器，速度傳感器，和 AIM 安裝而成。 測速器（永磁直流電動機）用于速度感應。感應電機驅(qū)動機械軸和產(chǎn)生輸出電壓，其中電壓的大小與旋轉速度成正比。極性取決于旋轉方向。測速發(fā)電外文翻譯（譯文 ） 22 機的電壓信號，必須與 AIM 指定的電壓范圍（ 05 伏直流和 200 內(nèi)部阻力）符合。其他 PLC 外部控制電路的設計，使用 24 V DC 電源的低電壓。 五，軟 件說明 PLC 的編程是基于輸入設備邏輯指令，程序?qū)嵤┲饕沁壿嫸皇菙?shù)值計算。編程操作的大部分工作在簡單的兩個狀態(tài)“打開或關閉”的基礎，這些替代的可能性“真或假”（邏輯形式）和“ 0 或 1”（二進制形式），分別對應。因此， PLC 提供靈活的編程替代以電路繼電器控制系統(tǒng)建立模擬設備。 編程方法是梯形圖法。 PLC 系統(tǒng)在主機上的計算機終端上以軟件工具的形式提供了一個設計環(huán)境，允許梯形圖開發(fā)，驗證，測試，診斷。首先，高層次的程序是梯形圖中編寫， [33][34]。然后，梯形圖轉換成二進制指令代碼，使他們可以存儲在隨機存取存儲器（ RAM）或可擦除可編程只讀存儲器（ EPROM）。每個連續(xù)的指令是由 CPU 解碼并執(zhí)行。 CPU 的功能是控制內(nèi)存和 I / O 設備的操作和處理數(shù)據(jù)，根據(jù)該方案。每一個 PLC 的輸入和輸出的連接點，用于識別 I / O 位地址。相關數(shù)據(jù)的輸入，輸出，內(nèi)存直接表示的方法是基于 PLC 存儲 器被分成三個區(qū)域組織的事實：圖像記憶（ I）輸入，輸出的圖像存儲器（ Q），內(nèi)部存儲器（ M）任何被引用的內(nèi)存位置直接使用％ I,％ Q，和％ M（表三）。 外文翻譯（譯文 ） 23 圖 3 主程序流程圖 表三 PLC 配置 可用 已用 離散輸入 (%I) 32 8 離散輸出（ %Q） 16 9 模擬輸入（ %AI） 8 7 模擬輸出（ %AQ） 8 6 寄存器（ %M） 540 PLC 程序循環(huán)掃描主程序，這樣就能夠定期檢查輸入變量（圖 3）。程序在固定的內(nèi)存位置（輸入圖像存儲器 I）循環(huán)掃描輸入系統(tǒng)和存儲它們的狀態(tài)。梯形圖外文翻譯（譯文 ） 24 程序一級一級 的執(zhí)行。掃描程序和解決各種梯級的邏輯關系從而確定輸出狀態(tài)。更新輸出狀態(tài)被存儲在固定的內(nèi)存位置（輸出圖像存儲器 Q）。保存在內(nèi)存中的輸出量在掃描結束后用來設置和重置物理輸出。對于一給定的 PLC，完成一個周期或掃描時間的時間是 MS/度（ 1000 步），并有 1000 步的最快速度。 開發(fā)系統(tǒng)是一臺通過 RS232 端口連接到目標 PLC 的主機（ PC）。電腦主機提供文件編輯的軟件環(huán)境，存儲、打印、程序運行監(jiān)控。在 PLC 上運行的程序開發(fā)的過程是：使用編輯器繪制的源階梯程序，源程序轉換成在 PLC 的微處理器上運行的二進 制代碼，通過串行通信端口從 PC 系統(tǒng)下載目標代碼傳輸至 PLC。PLC 系統(tǒng)在主動控制和監(jiān)視數(shù)據(jù)以檢查的操作正確性時，它是在線運行的。 A. PLC 調(diào)速控制軟件 速度控制的軟件流程圖如圖 4 所示。該軟件調(diào)節(jié)速度和監(jiān)控恒速控制的扭矩變化。變頻器為電機的任務執(zhí)行提供能量，同時，它是由 PLC 軟件控制。如果沒有速度反饋和 PLC 控制回路，變頻器不能保持速度的恒定。 操作員可以從控制面板選擇的速度設定值和向前 /向后方向旋轉。然后，按手動啟動按鈕，電機開始轉動；按停止按鈕，電機停止轉動。相應的輸入信號DIM 和輸出信號 DOM 在 表四給出。 AIM 從定子電流傳感器收到跳閘信號 sI? ，從測速機監(jiān)測速度反饋信號，并從控制面板接收 spn? 信號。通過這種方式， PLC 讀取所要求的速度和電機的實際轉速。要求的速度和電機的實際轉速之間的差異，給出誤差信號。如果不為零，但是是積極或消極的誤差信號， PLC 根據(jù) CPU 的計算結果，減少或增加變頻器的 V /f，從而使電機的轉速得到糾正。 外文翻譯（譯文 ） 25 圖 4 速度控制流程圖 用比例積分（ PI）方式控制系統(tǒng)的實施?？?制信號發(fā)送到 DOM，并連接到變頻器的數(shù)字輸入來控制的 V / f 變化。一開始，操作員選擇通過使用控制面板上的旋轉式電阻器（增益調(diào)整）以及 AIM 接收控制器增益信號的電壓降（ 010V）來獲得 PK 。 目標速度 spn 旋轉式電阻器調(diào)節(jié)， AIM 讀取此信號。其值發(fā)送到 AOM，并顯示在控制面板（速度設定點顯示）。另一個控制面板顯示從速度反饋信號計算的實際速度。第三個顯示由負載電流信號計算得到的負載轉矩。其相應的信號輸出到 AOM（表四）。 外文翻譯（譯文 ） 26 圖 5 流程監(jiān)控和軟件保護 電機運行期間，不能通過改變開關的位置改變旋轉方向。逆轉方向前，必須按下急停按鈕。 為應對啟動和加載時的過電流保護，下面的命令將編寫到程序中。 I） 輸入到 DIM 的正向 /反向信號。 II） 輸入到 AIM 的給定速度信號 spn 、負載電流 LI 、定子電流 SI 、速度反饋信號 III） 在無負載時 ? ，如果速度設定點是低于 20％或 300 轉 /分，電機外文翻譯（譯文 ） 27 將無法啟動。 IV） 在所有其他情況下，電機進入速度控制模式和速度控制軟件執(zhí)行小節(jié) A. 該軟件的流程如圖 6 所示。 在超載的情況下，電機斷電和跳閘燈（黃色）點亮。操作員必須釋放熱繼電器，關閉推跳閘或停止按鈕跳閘燈。熱繼電器設置為電機額定電流 樣，電機可以重新開始。 ?操作員按下停止按鈕切斷電機：實際速度設置為零，開始燈（綠色）熄滅，停止燈（紅色）開啟并保持 3 秒。 ?電機斷電后負載必須立即斷開。 3s 內(nèi)即使啟動按鈕被按下后電機也無法啟動 六 結論 系統(tǒng)在可變負載運行過程中進行了測試，包括對異步電動機的速度控制性能的測試和行程的情況下測試。 PLC 根據(jù)軟件監(jiān)控電機運行和相關參數(shù)。 開始時，為異步電動機性能測試提供一個標準的 380 伏， 50 赫茲網(wǎng)絡。然后，實驗控制系統(tǒng)在空載和滿負荷（ N m）兩種情況下測試。 a）由變頻器和 PLC 控制的感應電機的反饋 。 b）變頻器控制感應電機的反饋 對應 PLC 硬件和軟件設計的負載轉矩和速度的范圍如上一節(jié)所述。 外文翻譯（譯文 ） 28 圖 6 切斷 /重啟流程圖 效率提供 標準的網(wǎng)絡。圖 8 描繪的結果表明，在所有情況下的配置 a）比配置 b）具有更高的效率。此外，在高于額定負載 70％時，規(guī)范化的效率 ? ?pu? 1，根據(jù)這個數(shù)字， PLC 控制系統(tǒng)的效率較標準電機運行提高 1012％。 從理論的角度來看，如果我們忽略勵磁電流，效率的近似值為 外文翻譯（譯文 ） 29 其中 s 是滑差， ,SRRR分別是定子和轉子繞組的電阻，從圖 7 中可以看出。 PLC控制系統(tǒng)（ a）工程滑值非常低，幾乎為零。在所有速度和負載轉矩條件下，配置 (a)比配置 (b）有較小的滑差，從而效率更高，系統(tǒng)更合理，尤其是在高的速度和頻率下。在較低的頻率下，磁通增加，磁化電流增加，造成損失增加。 七 總結 前文所描述的計劃表明， PLC 可以與異步電動機成功的應用于自動化系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)由變頻器驅(qū)動，異步電動機由 PLC 控制，其在恒速變負荷運行的調(diào)速精度較高。 基于 PLC 的控制對同步速度的控制效果非常理想，精確度高達 96%。采用 PLC 控 圖 8 有無 PLC 控制系統(tǒng)時的效率 圖 9 PLC 控制的變頻器的頻率特性與定子電壓 外文翻譯（譯文 ） 30 制變頻器相比開環(huán)配置效果要好很多。具體來說，在高轉 速和高負荷下， PLC 控制系統(tǒng)的效率要比標準網(wǎng)絡中的異步電動機配置提高 10 12％。 盡管速度控制方法簡單，本系統(tǒng)具有一系列優(yōu)點： ?負載轉矩變化時速度恒定 。 ?在更寬的轉速范圍內(nèi)全扭矩 。 ?閉環(huán)控制系統(tǒng)中較高的準確性 。 ?更高的效率 。 ?過載保護 因此， PLC 是在工業(yè)電氣傳動中應用靈活、高效的控制工具。