劉煥煥

[摘 要]PLC三相交流異步電動(dòng)機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，缺點(diǎn)是不易調(diào)速。隨著生產(chǎn)工藝和節(jié)能要求的日益提高，使三相交流異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用正逐漸向軟啟動(dòng)、變頻調(diào)速等方向發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]三相異步電動(dòng)機(jī)；變頻調(diào)速；PLC

中圖分類號：TG672 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1009-914X（2016）14-0042-01

異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速所要求的變頻電源幾乎都采用靜止式變頻器。利用變頻器進(jìn)行調(diào)速控制時(shí)，只需改變變頻器內(nèi)部逆變電路換流器件的開關(guān)順序，即可以達(dá)到對輸出進(jìn)行換相的目的，很容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)切換。本文介紹了PLC在三相交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)方面的設(shè)計(jì)，說明了系統(tǒng)的控制策略和工作原理，探討三相異步電動(dòng)機(jī)雙速可逆變頻調(diào)速PLC控制。

1、PLC在三相交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

三相交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，以可編程序控制器PLC作為核心控制部件，通過速度傳感器將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號傳給PLC，PLC經(jīng)過控制規(guī)律的運(yùn)算后，給出控制信號，改變電動(dòng)機(jī)輸入電壓的頻率，來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)的速度控制系統(tǒng)。如圖1所示。

2、三相異步電動(dòng)變頻器電路連接的要點(diǎn)

2.1變頻器前面一定要加接觸器

輸入側(cè)接觸器的作用。一般說來，在斷路器和變頻器之間，應(yīng)該有接觸器。a.可通過按鈕開關(guān)方便地控制變頻器的通電與斷電。b.發(fā)生故障時(shí)可自動(dòng)切斷變頻器電源，如：變頻器自身發(fā)生故障，報(bào)警輸出端子動(dòng)作時(shí)，可使接觸器KM迅速斷電，從而使變頻器立即脫離電源。另外，當(dāng)控制系統(tǒng)中有其他故障信號時(shí)，也可迅速切斷變頻器電源。

2.2變頻器與電動(dòng)機(jī)之間是否接輸出接觸器

并不要求和工頻進(jìn)行切換時(shí)，變頻器與電動(dòng)機(jī)接觸器，則有可能在變頻器的輸出頻率較高的致變頻器跳閘。a.當(dāng)一臺(tái)變頻器只控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，且并不要求和工頻進(jìn)行切換時(shí)，變頻器與電動(dòng)機(jī)之間不要接輸出接觸器。因?yàn)槿绻尤肓溯敵鼋佑|器，則有可能在變頻器的輸出頻率較高的情況下啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，產(chǎn)生較大的啟動(dòng)電流，導(dǎo)致變頻器跳閘。b.必須接輸出接觸器的情況有兩種：當(dāng)一臺(tái)變頻器接多臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)必須要有單獨(dú)控制的接觸器。另外，在變頻和工頻需要切換的情況下，當(dāng)電動(dòng)機(jī)接至工頻電源時(shí)，必須切斷和變頻器之間的聯(lián)系。通用變頻器，一般都是采用交、直、交的方式組成，利用普通的電網(wǎng)電源運(yùn)行的交流拖動(dòng)系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)切換，必須利用觸器等裝置對電源進(jìn)行換相切換。因此，電動(dòng)機(jī)和變頻器之間的接觸器是必須接的。

2.3變頻器與電動(dòng)機(jī)之間是否需要加熱繼電器。

3、PLC在三相交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

PLC的控制程序分主程序和定時(shí)中斷程序兩部分。在主程序中，PLC完成高速計(jì)數(shù)、定時(shí)中斷和相關(guān)標(biāo)志位的初始化操作，以及對三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)/停止控制和正/反轉(zhuǎn)控制等。在定時(shí)中斷中，PLC完成轉(zhuǎn)速的采集、控制運(yùn)算和控制量輸出的工作。主程序和中斷程序的框圖如圖2和圖3所示。

取得速度信號后，按照一定的控制規(guī)律進(jìn)行控制運(yùn)算。本系統(tǒng)采用的是變比例-積分分離的控制算法，即根據(jù)設(shè)定值與測量值的偏差大小分為4個(gè)區(qū)間，在每個(gè)區(qū)間采用不同的比例系統(tǒng)，當(dāng)偏差值進(jìn)入-5～+5的區(qū)間內(nèi)，再加入積分控制。

模擬量輸出模塊EM232的輸出電壓為-10～+10V，12位分辨率。PLC經(jīng)過控制運(yùn)算后，得到的控制信號需要轉(zhuǎn)換成PLC的D/A模塊所規(guī)定的數(shù)據(jù)格式，通過EM232輸出給變頻器的頻率設(shè)定端，改變變頻器的輸出頻率，從而實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。

4、PLC控制三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制的技術(shù)

變頻器的數(shù)值型（如頻率、電壓等）指令信號的輸入，可分為數(shù)字輸入和模擬輸入兩種。數(shù)字輸入多采用變頻器面板上的鍵盤操作和串行接口來給定；模擬輸入則通過接線端子由外部給定，通常通過0～10V/5V的電壓信號或0/4～20mA的電流信號輸入。由于接口電路因輸入信號而異，因此必須根據(jù)變頻器的輸入阻抗選擇PI￡的輸出模塊。采用PI￡控制變頻器通常有兩種方法。

4.1 模擬量控制，該方法很直觀而且簡單，利用變頻器的I/O端子，將變頻器的跟隨速度設(shè)置為某個(gè)模擬量輸入，即可實(shí)現(xiàn)對變頻器的控制，但是每個(gè)變頻器占用PLC的一個(gè)模擬量通道。當(dāng)變頻器和PLC的電壓信號范圍不同時(shí)，如變頻器的輸入信號為0～10V，而PLC的輸出電壓信號范圍為0～5V時(shí)；或PLC一次側(cè)的輸出信號電壓范圍為0～10V，而變頻器的輸入電壓信號范圍為0～5V時(shí)，由于變頻器和晶體管的允許電壓、電流等因素的限制，需用串聯(lián)的方式接入限流電阻及分壓方式，以保證進(jìn)行開閉時(shí)不超過PLC和變頻器的允許容量。變頻調(diào)速系統(tǒng)的負(fù)載慣量大，一般起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。所以，加/減速時(shí)間值設(shè)置大時(shí)，轉(zhuǎn)矩提升值要設(shè)置小。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的負(fù)載，一般慣量小。所以，加/減速時(shí)間設(shè)置小時(shí)，轉(zhuǎn)矩提升要設(shè)置大一些。如果加/減速時(shí)間長，大電流流過的時(shí)間長。逐步加大轉(zhuǎn)矩提升，電流會(huì)逐步減小，直到電流反而增大時(shí)，停止轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)奶嵘?/p>

4.2 采用通信接口，該方法不僅實(shí)現(xiàn)了對變頻器的控制，PLC還能夠獲取變頻器的運(yùn)行狀態(tài)，PLC將變頻器納人為其系統(tǒng)中的子設(shè)備，便可讀寫變頻器內(nèi)部寄存器信息，以實(shí)現(xiàn)對變頻器的實(shí)時(shí)控制。

變頻器通過接線端子向外部輸出相應(yīng)的監(jiān)測模擬信號，電壓信號的范圍通常為0～10V/5V，電流信號的范圍通常為0/4～20nA。在應(yīng)用中都應(yīng)依據(jù)PLC一次側(cè)的輸入阻抗的大小，保證電路中電壓和電流不超過電路的允許值，以提高系統(tǒng)的可靠性和減少誤差。在使用PLC進(jìn)行順序控制時(shí)，由于CUP進(jìn)行數(shù)據(jù)處理需要時(shí)間，存在一定的延遲時(shí)間，故在較精確的控制時(shí)應(yīng)予以考慮。因?yàn)樽冾l器在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾，為保證PLC不會(huì)因變頻器主電路斷路器及開關(guān)器件等產(chǎn)生的噪聲而出現(xiàn)故障，變頻器與PLC進(jìn)行信號線連接時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

4.2.1對PLC本身應(yīng)按規(guī)定的接線標(biāo)準(zhǔn)和接地條件進(jìn)行接地，而且應(yīng)注意避免和變頻器使用共同的接地線，且在接地時(shí)使二者盡可能分開。

4.2.2在電源質(zhì)量不高時(shí)，應(yīng)在PLC的電源模塊及輸入、輸出模塊的電源線上接入噪聲濾波器和降低噪聲用的變壓器等。另外，若有必要，在變頻器一次側(cè)也應(yīng)采取相應(yīng)的措施。

4.2.3當(dāng)把變頻器和PLC安裝于同一控制柜中時(shí)，應(yīng)盡可能使與變頻器有關(guān)的導(dǎo)線和與PLC有關(guān)的導(dǎo)線分開。

4.2.4 PLC和變頻器連接時(shí)，應(yīng)該注意連接時(shí)出現(xiàn)的干擾，避免由于干擾造成變頻器的誤動(dòng)作，或者由于連接不當(dāng)導(dǎo)致PLC或變頻器的輸入、輸出端損壞，其連線應(yīng)使用屏蔽線和雙絞線，以提高抗噪聲干擾的水平。

結(jié)束語

本控制系統(tǒng)用PLC實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量和控制，通過變頻器來改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。變頻器的參數(shù)輸入項(xiàng)目中有一些是電動(dòng)機(jī)基本參數(shù)的輸入，如電動(dòng)機(jī)的功率、額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速、極數(shù)等。這些參數(shù)的輸入非常重要，將直接影響變頻器中一些保護(hù)功能的正常發(fā)揮，以使電動(dòng)機(jī)能正常工作在允許的范圍之內(nèi)，起到應(yīng)有的保護(hù)作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳新立.異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制策略的研究[J].硅谷，2013，04.

[2] 張?jiān)创荆瑢O幫華. 三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速及應(yīng)用[J].科技信息，2013，15.

[3] 張宏明，仝彩霞.普通交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速性能研究[J].煤炭技術(shù)，2013，03.