湖南工業(yè)大學(xué) 湖南 株洲 412000

引言

在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中有時(shí)會(huì)因?yàn)橥话l(fā)情況而導(dǎo)致短暫供電中斷或者異常，令電機(jī)停轉(zhuǎn)。而供電正常之后，電機(jī)系統(tǒng)由于電路設(shè)計(jì)方面的約束，需要較長(zhǎng)的一段時(shí)間來恢復(fù)啟動(dòng)，這就導(dǎo)致整體工作效率嚴(yán)重滯后。甚至有時(shí)候電機(jī)在重新啟動(dòng)并進(jìn)入工作狀態(tài)時(shí)還會(huì)由于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)缺陷而容易出現(xiàn)故障，不得不額外耗費(fèi)時(shí)間精力來進(jìn)行檢修排障。因此對(duì)于電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以縮短電機(jī)從停機(jī)到完全啟動(dòng)狀態(tài)的耗時(shí)，并同時(shí)降低故障的發(fā)生概率，就具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 電機(jī)控制自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用的意義

（1）安全性與可靠性更高。隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，電機(jī)控制系統(tǒng)的效率及功能、安全性與可靠性與以往相比都有了本質(zhì)的提升。我國(guó)電氣自動(dòng)化發(fā)展雖然起步較晚，但其發(fā)展速度較快，并已取得了豐富的專利成果與一些關(guān)鍵領(lǐng)域的突破。我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)電機(jī)控制自動(dòng)化程度不斷提高，也是未來機(jī)電設(shè)備領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前基于PLC的電機(jī)控制系統(tǒng)已經(jīng)全面普及應(yīng)用，并體現(xiàn)出了諸多的優(yōu)勢(shì)，包括與人工控制相比更高的安全性、可靠性；其本身體積較小、使用壽命長(zhǎng)且可實(shí)現(xiàn)的功能更多，因而能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景的多種實(shí)際控制需求；可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程操控，操作人員無須直接進(jìn)入生產(chǎn)場(chǎng)地，保障了生產(chǎn)安全，且降低了人為失誤導(dǎo)致故障的發(fā)生概率。

（2）智能化程度更高?；赑LC的電機(jī)控制系統(tǒng)具有智能化、可編程的優(yōu)勢(shì)，因而能夠通過編程對(duì)控制過程應(yīng)用多種參數(shù)與功能。目前部分PLC電機(jī)控制系統(tǒng)已經(jīng)支持實(shí)時(shí)在線可視編程。PLC電機(jī)控制系統(tǒng)還具有對(duì)電磁場(chǎng)干擾不敏感、耐各種惡劣的環(huán)境、耐機(jī)械振動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，因此被越來越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)機(jī)電設(shè)備的控制，助力工業(yè)生產(chǎn)向著高效化、智能化的目標(biāo)全面轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)很多僅靠人工監(jiān)測(cè)控制時(shí)難以實(shí)現(xiàn)或根本無法實(shí)現(xiàn)的控制功能，也降低監(jiān)測(cè)控制的成本[1]。

2 電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)的要求

（1）與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合。PLC電機(jī)控制系統(tǒng)很多都已經(jīng)支持自定義編程甚至實(shí)時(shí)在線編程。因此為電機(jī)控制自動(dòng)化很多定制功能的進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)提供了良好的支撐。PLC電機(jī)控制自動(dòng)化系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，可以令操作人員無須親臨現(xiàn)場(chǎng)操作設(shè)備，通過網(wǎng)絡(luò)連接即可遠(yuǎn)程完成對(duì)機(jī)電設(shè)備的監(jiān)測(cè)、操控等。由于電機(jī)系統(tǒng)在啟動(dòng)過程中電流較大，存在一定的危險(xiǎn)性，因此PLC電機(jī)控制自動(dòng)化系統(tǒng)用于電機(jī)控制系統(tǒng)快速啟動(dòng)也就具有了無可替代的優(yōu)勢(shì)。

（2）保持自身內(nèi)部與外部構(gòu)件的良好銜接。電機(jī)控制系統(tǒng)唯有在保持內(nèi)部與外部構(gòu)建良好銜接的情況下，才能實(shí)現(xiàn)各個(gè)環(huán)節(jié)高效的銜接協(xié)作，達(dá)到對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)全時(shí)全面監(jiān)測(cè)，并實(shí)現(xiàn)多種控制功能的目的。電機(jī)控制自動(dòng)化程度的提升的前提就是電機(jī)控制系統(tǒng)要全方位覆蓋而不留盲區(qū)死角。

（3）確保變頻調(diào)控系統(tǒng)的正常工作。支持基于PLC的電機(jī)控制系統(tǒng)持續(xù)正常運(yùn)作的核心就是變頻調(diào)控系統(tǒng)。傳統(tǒng)的電機(jī)控制系統(tǒng)雖然也能夠?qū)崿F(xiàn)一定的自動(dòng)化控制，但存在電壓波動(dòng)過大時(shí)則導(dǎo)致正?？刂乒δ軣o法實(shí)現(xiàn)乃至控制設(shè)備損壞的問題。而如今自動(dòng)化、智能化的電機(jī)控制系統(tǒng)一方面要確保多項(xiàng)控制功能的實(shí)現(xiàn)，另一方面還要保障工作中的穩(wěn)定性。這就需要變頻調(diào)控系統(tǒng)來及時(shí)應(yīng)對(duì)沖抵工作過程中電流電壓的異常波動(dòng)。因此可以說變頻調(diào)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性決定了整個(gè)電機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性[2]。

3 電機(jī)控制系統(tǒng)快速啟動(dòng)的電氣線路改進(jìn)方案

（1）使用達(dá)林頓晶體管放大電流。有時(shí)電機(jī)控制系統(tǒng)無法快速啟動(dòng)是因?yàn)閷?shí)時(shí)電流持續(xù)過低，達(dá)不到啟動(dòng)要求，此時(shí)就可以使用達(dá)林頓晶體管來放大電流。達(dá)林頓電路接法有四種。其中異極性接法類型為NPN+PNP與PNP+NPN，同極性接法為NPN+NPN和PNP+PNP。達(dá)林頓晶體管即采用復(fù)合連接方法的晶體管，一般由兩個(gè)三極管連接構(gòu)成，具體又可以分為普通型或升級(jí)型。后者與前者相比增加了起到保護(hù)作用的專門電路，以提高放電電流的穩(wěn)定性與實(shí)際效果。在實(shí)際應(yīng)用中，達(dá)林頓晶體管對(duì)電流的放大能力可高達(dá)數(shù)百倍至數(shù)萬倍不等，因此可以通過對(duì)電流的快速高倍放大，讓電流達(dá)到設(shè)備的啟動(dòng)要求從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的快速啟動(dòng)，而無須耗時(shí)等待電流慢慢增大。達(dá)林頓晶體管在放大電流時(shí)，為了確保將電流放大到合理的數(shù)值，同時(shí)能夠保持電流的穩(wěn)定性而不損害設(shè)備，就需要通過解算數(shù)據(jù)模擬對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行確定，以保證電機(jī)控制系統(tǒng)能夠快速啟動(dòng)并恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。

（2）引入電流串聯(lián)正反饋。在使用達(dá)林頓晶體管電流放大模塊放大電流時(shí)，為了解決諸如飽和降壓過大、運(yùn)行效率不高的問題，還需要對(duì)電氣線路基于達(dá)林頓原理進(jìn)行改裝，繼續(xù)加入一些功能性的零部件模塊，從而實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)時(shí)的電流串聯(lián)實(shí)時(shí)正反饋，提高電機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性與精準(zhǔn)性，在提升啟動(dòng)速度的同時(shí)防止各種故障與意外情況的發(fā)生，更加符合電氣控制自動(dòng)化的設(shè)計(jì)理念。

（3）使用不同的電機(jī)以調(diào)節(jié)啟動(dòng)時(shí)間常數(shù)。在電氣控制自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，還可以通過對(duì)啟動(dòng)時(shí)間常數(shù)進(jìn)行適度調(diào)節(jié)以達(dá)到提升電機(jī)重啟性能的目的。比如可以使用慣性力相對(duì)更小的電機(jī)或者轉(zhuǎn)矩更大的電機(jī)，這些電機(jī)的電路性質(zhì)會(huì)有所不同，重啟性能相對(duì)也會(huì)更好。使用重啟性能更好的電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)更改啟動(dòng)時(shí)間常數(shù)以完善電氣系統(tǒng)綜合響應(yīng)性能的目的[3]。

4 結(jié)束語

機(jī)電設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)中由于斷電或者電壓電流異常而停車是一種比較常見的現(xiàn)象。為了不耽誤生產(chǎn)進(jìn)度，設(shè)備在斷電之后需要盡快啟動(dòng)并恢復(fù)到正常的工作狀態(tài)。但在實(shí)踐中生產(chǎn)場(chǎng)地?cái)嚯娭?，其電壓、電流各?xiàng)參數(shù)恢復(fù)到設(shè)備啟動(dòng)要求的水平需要很長(zhǎng)的時(shí)間，且設(shè)備啟動(dòng)過程發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)也相對(duì)較高。因此在對(duì)電機(jī)控制自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要采用提高啟動(dòng)電流、進(jìn)行電流正反饋和利用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)電氣線路改進(jìn)優(yōu)化，彌補(bǔ)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的不足，并提高啟動(dòng)過程中的安全性、可靠性。