趙巧妮

(1. 西南交通大學,四川 成都 610031; 2. 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學院,湖南 株洲 412001)

基于FX2N的電機型式試驗系統(tǒng)設(shè)計*

趙巧妮1,2

(1. 西南交通大學,四川 成都 610031; 2. 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學院,湖南 株洲 412001)

分析了電機工作原理及控制流程，設(shè)計了基于三菱FX2N系列PLC的電機型式測試控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)由晶閘管整流設(shè)備供電，通過直流電參數(shù)測量儀及測功機控制器，可以實時對電機的各項型式參數(shù)進行測試。該控制系統(tǒng)可在手動和自動間進行切換，極大地提高了電機的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。

三菱FX2N系列PLC； 電機型式試驗； 控制系統(tǒng)

0 引 言

由于體積小、可靠性高以及使用靈活方便等優(yōu)點，PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1]。電機型式試驗主要包括空載試驗、功率扭矩試驗、效率試驗、堵轉(zhuǎn)試驗、溫升試驗、負載試驗、M-S特性測試等。其測試項目較多，采用常用的控制方法難以實現(xiàn)將所有的測試項目集成在一個系統(tǒng)中?；谝陨显虮鞠到y(tǒng)采用PLC作為控制系統(tǒng)，測功機作為負載，通過電量測試儀測量采集電動機功率、電流、電壓、頻率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、效率、功率因數(shù)、溫升等參數(shù)。計算機與電量測試儀和測功機進行通信，實時采集并顯示數(shù)據(jù)和曲線，可對空載、負載測試、堵轉(zhuǎn)測試結(jié)果進行分析處理，并進行曲線繪制。通過投入使用實現(xiàn)了生產(chǎn)測試自動化，減輕了勞動強度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量[2]。

1 電機型式測試控制系統(tǒng)設(shè)計要求

電機測試開始前，需要進行模式選擇，在手動模式下，電機的測試是通過按壓相應(yīng)的手動按鈕。型式測試控制系統(tǒng)流程如圖1所示。按照圖1所示每一個單獨的動作進行選擇，并且可以隨時切換到自動控制模式。整個測試過程的動作按照步進方式循環(huán)執(zhí)行，從開始到結(jié)束為一個周期，用戶可以根據(jù)不同的產(chǎn)品調(diào)整每個工段所需時間的長短，同時可以對工作方式進行選擇，各模式的設(shè)定非常方便。

通過以上對電機測試流程和工作原理的分析，電機測試控制系統(tǒng)主要要求如下[3]:

(1) 系統(tǒng)應(yīng)具有手動控制和自動控制兩種工作方式。

圖1 電機型式測試控制系統(tǒng)流程圖

(2) 在自動模式下，系統(tǒng)應(yīng)能夠隨時調(diào)整各模式循環(huán)的次數(shù)及時間，以提高系統(tǒng)的通用性。

(3) 在控制過程中，每個動作之間應(yīng)具有聯(lián)鎖功能，防止誤操作。

(4) 系統(tǒng)應(yīng)具有良好的人機界面。通過界面可以實時地觀察各部分的測量參數(shù)，并對數(shù)據(jù)進行保存、繪圖、分析。

(5) 系統(tǒng)應(yīng)具備報警和故障處理功能。

2 電機型式測試系統(tǒng)硬件設(shè)計

電機測試系統(tǒng)硬件主要由以下幾個部分組成： 晶閘管整流供電設(shè)備、控制系統(tǒng)、測功機系統(tǒng)、顯示模塊、上位機。

(1) 晶閘管整流供電設(shè)備： 該設(shè)備采用三相橋式電路，改變晶閘管元件的導通角度，即可改變直流輸出電壓的大小。觸發(fā)電路集閉環(huán)控制、反饋采樣、過流保護于一塊印制線路板上，可以方便地實現(xiàn)調(diào)試與維修。該設(shè)備具有穩(wěn)流、穩(wěn)壓兩檔控制功能，由面板開關(guān)操縱。直流過流、缺相都能發(fā)出聲光報警信號。

(2) 控制系統(tǒng)： 通過用戶對模式的選擇，由PLC進行控制，從而達到不同的控制效果。

(3) 測功機系統(tǒng)： 測功機及顯示設(shè)備連接圖如圖2所示。系統(tǒng)由測功機、測功機控制顯示儀及輸入電參數(shù)測試儀、負載調(diào)節(jié)儀組成。測功機轉(zhuǎn)子采用空心杯磁滯材料結(jié)構(gòu)，體積小、慣量大、制動平穩(wěn)、無沖擊、噪聲低；采用高精度的懸梁式力矩傳感器和非接觸式光電轉(zhuǎn)速傳感器，測試精度高；由數(shù)字顯示轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、輸出功率，分辨率高，顯示穩(wěn)定，工作可靠；調(diào)節(jié)負載調(diào)節(jié)儀控制旋鈕，即可改變負載轉(zhuǎn)矩，能做電機制動及溫升試驗。

圖2 測功機及顯示設(shè)備連接圖

(4) 顯示模塊： 如圖2所示，顯示模塊由測功機控制器和直流電參數(shù)測量儀組成。直流電參數(shù)測量儀可實時顯示電機輸入電壓、電流及功率。測功機控制器可實時監(jiān)測電機轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、輸出功率和效率,并可通過旋鈕實時調(diào)節(jié)勵磁大小。

(5) 上位機： 通過上位機與測試設(shè)備之間的通信，能自動接收儀器測試數(shù)據(jù),顯示及畫曲線圖，將原始數(shù)據(jù)和曲線圖以報表形式打印，解決了手工的繁瑣勞動，減輕了使用者的負擔，提高了效益[4]。

3 控制系統(tǒng)的程序設(shè)計

根據(jù)電機型式的測試要求，按照模塊化的程序設(shè)計思想，對電機型式測試系統(tǒng)程序進行設(shè)計。系統(tǒng)的控制方式有兩種： 自動模式和手動模式。系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)的程序流程圖如圖3所示。圖3中初始化程序是對系統(tǒng)初始化參數(shù)進行設(shè)置，對部分數(shù)據(jù)寄存器及定時器進行清零復位。手動程序供系統(tǒng)調(diào)試使用，自動程序根據(jù)預(yù)先設(shè)置的配方參數(shù)進入自動測試的控制。

圖3 電機型式試驗控制系統(tǒng)軟件流程圖

4 系統(tǒng)人機界面的設(shè)計

為了獲得較理想的人機交互效果，滿足人機界面顯示的美觀和易操作，上位機采用了圖4所示的電機測試應(yīng)用軟件。它具有操作簡單方便、符合人性化等優(yōu)點。上位機屏幕分辨率為 1024×768，軟件的運行環(huán)境為簡體中文版win2000，winXP。根據(jù)系統(tǒng)要求，選用FX2N-30MR型號的PLC。

圖4 設(shè)置測試條件

5 結(jié) 語

本文所設(shè)計的系統(tǒng)已投入實際使用，經(jīng)實際

運行證明，采用PLC控制的電氣控制系統(tǒng)可靠性高、穩(wěn)定性好，產(chǎn)品的自動化水平和生產(chǎn)效率得到了顯著提高，減輕了現(xiàn)場工人的勞動強度，取得了比較明顯的經(jīng)濟效益。該控制系統(tǒng)可實時改變預(yù)設(shè)參數(shù)和模式，具有很好的通用性，可對不同型號的同類產(chǎn)品進行測試，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

[1] 張萬忠，劉明芹.電氣與PLC控制技術(shù)[M].北京： 化學工業(yè)出版，2008.

[2] 李振勝.在工業(yè)自動化生產(chǎn)過程中PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計方法[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2007(2)： 60-63.

[3] 王阿根.電氣可編程控制原理與應(yīng)用[M].北京: 清華大學出版社，2010.

[4] 肖艷軍，李磊，周蜻，等.基于PLC的自動續(xù)料機械手[J].機械設(shè)計與制造，2011(2)： 152-154.

[5] 秦虹.PLC控制系統(tǒng)的編程方法簡述[J].機床電器，2002(3)： 31-33.

Design of Motor Type Test System Based on FX2N

ZHAOQiaoni1,2

(1. Southwest Jiaotong University， Chengdu 610031, China;2. Hunan Railway Professional Technology College, Zhuzhou 412001， China)

Through analyzing the working principle and control flow of motor, Design motor type testing Control System based on Mitsubishi PLC of FX2N serial the control system was powered by silicon controlled rectifier equipment and could observe the test parameters of ramming motor in real-time by DC measurement instrument and dynamometer controller. The control system could switch between manual and automatic, which greatly improved the production efficiency and quality of motor.

Mitsubishi PLC of FX2N serial； motor type test； control system

湖南省教育廳科學研究項目(14C0754)

趙巧妮

TM 306

A

1673-6540(2015)05-0048-03

2015-01-14