江蘇省徐州技師學(xué)院 陳 斌
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基于PLC的交流電機(jī)參數(shù)測試系統(tǒng)
江蘇省徐州技師學(xué)院 陳 斌
【摘要】近年來,交流電機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域中得到了非常廣泛的應(yīng)用,對于交流電機(jī)性能參數(shù)的測試也更為普遍。交流電機(jī)參數(shù)自動(dòng)測試系統(tǒng)的原理是通過實(shí)驗(yàn)獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來分析電機(jī)性能參數(shù)。其硬件可分為前向通道和后向通道兩個(gè)部分。本文主要通過電動(dòng)機(jī)的測試實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證由傳感器、上位機(jī)、可編程控制器構(gòu)成的電機(jī)參數(shù)測試系統(tǒng)的可靠性。
【關(guān)鍵詞】電機(jī)參數(shù);PLC;傳感器
交流電機(jī)參數(shù)自動(dòng)測試系統(tǒng)是通過實(shí)驗(yàn)獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來分析電機(jī)性能參數(shù)。電機(jī)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不能直接讀取,需要一些相應(yīng)的傳感器進(jìn)行變送,才能轉(zhuǎn)換為可編程控制器或工控機(jī)能夠接收處理的信號。電機(jī)自動(dòng)測試可以大幅減輕測試人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,大幅提高工作效率,而且測試精度高、重復(fù)性好,具有傳統(tǒng)測試方法所不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。
本系統(tǒng)主要通過幾項(xiàng)基本的電機(jī)實(shí)驗(yàn)來獲取電機(jī)的相關(guān)參,確定電機(jī)的性能狀況。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主要是由傳感器直接測量電機(jī)參數(shù),通過西門子可編程控制器 S7-200使現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息采集與上位機(jī)軟件系統(tǒng)以及控制設(shè)備之間進(jìn)行信息交換。
該測試系統(tǒng)的硬件由前向通道和后向通道兩個(gè)部分組成。前向通道主要對系統(tǒng)進(jìn)行指令控制,它向上位機(jī)發(fā)出控制指令,由下位機(jī)對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制操作。其中的現(xiàn)場設(shè)備包括執(zhí)行通斷控制的繼電器、控制輸入電壓的調(diào)壓器以及控制負(fù)載的負(fù)載調(diào)節(jié)器。調(diào)壓器和負(fù)載調(diào)節(jié)器的控制信號由S7-200 PLC的EM235模塊的輸出端提供。后向通道負(fù)責(zé)對測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行現(xiàn)場采集,再把信號傳入上位機(jī)分析處理。需要采集的數(shù)據(jù)信息包括:總功率、定子繞組電阻、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電機(jī)溫度、三相線電流、三相線電壓。測試系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示:
圖1 測試系統(tǒng)構(gòu)成示意圖
PLC是系統(tǒng)的核心部分,負(fù)責(zé)采集轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)傳感器的輸出信息,并通過控制繼電器的分合以及負(fù)載調(diào)節(jié)器的輸入來控制被試電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),而且要與上位機(jī)進(jìn)行通信;PLC采用SIMENS S7-200 CPU224 型,帶EM231熱電偶、熱電阻擴(kuò)展模塊、EM235模擬量輸入、輸出模塊。
測量裝置由傳感器構(gòu)成,這部分是負(fù)責(zé)直接測量電機(jī)參數(shù)并轉(zhuǎn)換成能被PLC直接接收的信息,因此選擇合適的傳感器是獲取準(zhǔn)確參數(shù)的基礎(chǔ),系統(tǒng)選用了電壓、電流、功率傳感器,電阻測試儀,轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測試儀。各個(gè)實(shí)驗(yàn)根據(jù)電機(jī)實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn),對異步交流電動(dòng)機(jī)測試。采集被測試電機(jī)的電壓、功率、電流、轉(zhuǎn)矩、電阻、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù),再通過PLC發(fā)送給上位機(jī)。
執(zhí)行部分包括:電壓調(diào)節(jié)器、負(fù)載調(diào)節(jié)器、繼電器。電壓調(diào)節(jié)器用來調(diào)節(jié)電機(jī)的輸入電壓大小,電壓的調(diào)節(jié)范圍以及輸出波形應(yīng)能滿足實(shí)驗(yàn)所需;負(fù)載調(diào)節(jié)器是用于調(diào)節(jié)被試電機(jī)的負(fù)載大小,它的調(diào)節(jié)范圍也應(yīng)滿足實(shí)驗(yàn)需要;繼電器就是PLC開關(guān)量的直接執(zhí)行器,通過通斷來控制電機(jī)的啟停。
控制系統(tǒng)主程序的作用是對測試數(shù)據(jù)的采集、測量、分析處理、輸出進(jìn)行控制和對試驗(yàn)過程的實(shí)時(shí)控制,主程序由(VC和VB)高級語言編制。根據(jù)事先設(shè)定的負(fù)載、空載、堵轉(zhuǎn)等試驗(yàn)項(xiàng)目,編制各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的主程序,試驗(yàn)時(shí),可直接調(diào)用相應(yīng)實(shí)驗(yàn)程序進(jìn)行測試。
3.1上位機(jī)軟件流程
本系統(tǒng)上位機(jī)軟件主要包括通訊數(shù)據(jù)采集、接口協(xié)議、控制軟件、數(shù)據(jù)庫管理四部分。主程序流程如圖2所示。
圖2 上位機(jī)主程序流程圖
3.2實(shí)驗(yàn)控制流程
電機(jī)自動(dòng)測試系統(tǒng)需要完成多個(gè)實(shí)驗(yàn),由于完成不同的實(shí)驗(yàn)時(shí)電機(jī)所處的工作狀態(tài)不同,實(shí)驗(yàn)條件和調(diào)節(jié)參數(shù)也各不相同,因此不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)編制不同的主程序。這些主程序存放在計(jì)算機(jī)中,供實(shí)驗(yàn)時(shí)調(diào)用。而一些子程序則可為各種實(shí)驗(yàn)所共享,例如,數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及顯示、打印等。將這些公共部分編制成子程序,供各主程序調(diào)用。下面以負(fù)載實(shí)驗(yàn)為例介紹一下實(shí)驗(yàn)控制流程。
如圖3所示三相交流電動(dòng)機(jī)自動(dòng)測試系統(tǒng)的負(fù)載實(shí)驗(yàn)主程序流程圖。負(fù)載實(shí)驗(yàn)的主程序編制按以下步驟進(jìn)行。
實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備 實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備階段的操作流程,首先應(yīng)根據(jù)額定數(shù)據(jù)確定好各傳感器的量程。量程確定無誤后即可給系統(tǒng)上電,包括系統(tǒng)的主電源,控制電源等。然后即可調(diào)用實(shí)驗(yàn)程序并輸入被試電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)等,準(zhǔn)備開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
開始實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作完成后,在確認(rèn)系統(tǒng)各部分均處于正常工作狀態(tài)的情況下可以開始實(shí)驗(yàn)了。此時(shí),由上位機(jī)發(fā)送指令,調(diào)節(jié)電壓輸入和負(fù)載力矩,使被試電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)空載降壓起動(dòng)。
負(fù)載調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采樣及數(shù)據(jù)處理 待被試電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行后,開始執(zhí)行負(fù)載調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采樣及數(shù)據(jù)處理程序,其程序流程
圖如圖4所示。
圖3 負(fù)載實(shí)驗(yàn)流程圖
圖4 負(fù)載調(diào)節(jié)、采樣及數(shù)據(jù)處理流程圖
首先由上位機(jī)發(fā)出負(fù)載、電壓調(diào)節(jié)指令,通過兩個(gè)PLC的EM235模塊輸出模擬量來調(diào)節(jié),分別控制磁粉制動(dòng)儀的勵(lì)磁調(diào)節(jié)端和調(diào)壓器的電壓調(diào)節(jié)端,使被試電機(jī)達(dá)到額定運(yùn)行點(diǎn)(UN·fN·PN),這是數(shù)據(jù)采樣的第一點(diǎn)。如果上位機(jī)通過采樣判斷上述條件中有一個(gè)不滿足,就繼續(xù)發(fā)出調(diào)節(jié)指令,直至滿足給定條件。
然后,程序可按定步長逐次減小功率給定值,每一個(gè)測試點(diǎn)均應(yīng)在上位機(jī)的控制下重復(fù)上述調(diào)節(jié),直至全部測試點(diǎn)數(shù)據(jù)采樣完畢。
為了保證測試的準(zhǔn)確性,每個(gè)測試點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行多次采樣,取多次采樣平均值作為特性計(jì)算的依據(jù)。多次采樣的平均值由一個(gè)平均值子程序來完成。
本文詳細(xì)地介紹了交流電機(jī)的測試原理和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。測試系統(tǒng)通過可編程控制器進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集并與控制設(shè)備以及上位機(jī)軟件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換,構(gòu)成靈活方便的交流電機(jī)參數(shù)測試系統(tǒng),便于交流電機(jī)型式實(shí)驗(yàn),并減少了實(shí)驗(yàn)工作量。
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作者簡介:
陳斌(1980—),男,江蘇徐州人,碩士研究生,江蘇省徐州技師學(xué)院講師,研究方向:交直流調(diào)速控制系統(tǒng)。