外文翻譯基于plc的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（中文版）

1、<p><b>　　中文6290字</b></p><p>　　出處： Energy Conversion, IEEE Transactions on, 2004, 19(3): 469-476</p><p>　　基于PLC的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　瑪麗亞 G 勞爾尼茲 IEEE高級(jí)成員</

2、p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　本文描述了基于可編程控制器技術(shù)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。同時(shí)，介紹了通過(guò)對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的性能測(cè)量實(shí)現(xiàn)其速度控制和保護(hù)的軟件和硬件。在正常操作和出現(xiàn)故障的條件下，PLC按照使用者所要求的速度運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行。對(duì)由變換器驅(qū)動(dòng)和PLC控制的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明與常規(guī)的V/f控制系統(tǒng)相比，前者在速

3、度調(diào)節(jié)上具有更高的精確性。在高速時(shí)，PLC控制感應(yīng)電機(jī)的效率達(dá)到同步轉(zhuǎn)速的95%。因此，通過(guò)試驗(yàn)證明了PLC在電氣驅(qū)動(dòng)控制方面是一個(gè)通用性和有效性的工具。</p><p>　　關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)化監(jiān)控，電氣驅(qū)動(dòng)，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，運(yùn)動(dòng)控制，可編程控制器（PLC）,變頻驅(qū)動(dòng)器，電壓控制</p><p><b>　　I 前言</b></p><p

4、>　　隨著電氣驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，可編程控制器（PLCs）也隨著工業(yè)電子學(xué)在電機(jī)中的應(yīng)用被引進(jìn)到自動(dòng)化制造業(yè)中來(lái)[1], [2]。這種應(yīng)用具有在啟動(dòng)時(shí)電壓下降較低、控制電動(dòng)機(jī)和其他設(shè)備實(shí)際整功率因數(shù)等優(yōu)點(diǎn)[3]。很多工廠在自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中使用PLCs減少生產(chǎn)成本和增加產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性[4]–[9]。其他應(yīng)用包括應(yīng)用PLCs改進(jìn)了工作母機(jī)的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制精確度[10]。為了獲得精確的工業(yè)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，將PLCs與功率變換器

5、、個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）和其他電氣設(shè)備連接起來(lái)是必要的[11]–[13]。然而，這些技術(shù)的應(yīng)用，使設(shè)備變得更加完善、復(fù)雜和昂貴[14], [15]。</p><p>　　很少看到關(guān)于PLCs控制直流電動(dòng)機(jī)的文章。他們的文章都是關(guān)于使用PLC改變電樞電壓實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)組速度控制的模糊方法[16]與基于自校正調(diào)節(jié)器技術(shù)的自適應(yīng)控制裝置和現(xiàn)有的工業(yè)PLC的結(jié)合[17]。其它類型的設(shè)備與PLCs同樣也需要連接。因此，

6、使用一個(gè)工業(yè)PLC在5軸轉(zhuǎn)子位置、方向和速度控制步進(jìn)電機(jī)，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)、降低了成本和提高了可靠性[18]。為了把磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換為可調(diào)速度的直流或者交流驅(qū)動(dòng)器，使用了一個(gè)單片邏輯控制器控制扭矩和速度，并通過(guò)PLC和功率控制器執(zhí)行控制邏輯[19]。其他的應(yīng)用有：在乘客電梯的線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制中，應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)獲取[20]；為了監(jiān)控電源狀態(tài)和確認(rèn)破壞電氣車間生產(chǎn)的干擾，使用兩個(gè)PLCs確定設(shè)備的靈敏度等[21]。<

7、;/p><p>　　在利用PLC控制感應(yīng)電動(dòng)機(jī)領(lǐng)域只有很少的文章發(fā)表。他們主要在以下方面：三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)控制器利用PLC去改進(jìn)功率因數(shù)和保持它的電壓在整個(gè)控制條件下頻率比率穩(wěn)定[3]；矢量控制集成電路使用復(fù)雜邏輯控制器件(CPLD)和電壓整數(shù)算法或者三相脈寬調(diào)制(PWM)變換器的電流/電壓調(diào)節(jié)[22]。</p><p>　　感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的很多應(yīng)用除了需要電機(jī)控制的函數(shù)性之外，還要有多個(gè)

8、詳細(xì)的模擬和數(shù)字I/O操作，進(jìn)站標(biāo)志，差錯(cuò)信號(hào)，打開/關(guān)閉/反向命令。在這種情況下，一個(gè)包括PLC的控制單元必須添加在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中。本文介紹了一個(gè)基于PLC的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，描述了系統(tǒng)的軟件和硬件配置的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。依據(jù)對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)性能測(cè)試獲得的結(jié)果表明：在變量裝載恒速控制操作中，改進(jìn)了工作效率，提高了精確性。因此，在正常操作和出現(xiàn)故障的條件下，PLC依據(jù)和控制運(yùn)行參數(shù)達(dá)到用戶所需要的設(shè)定值并監(jiān)控感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行。</p

9、><p>　　II. PLC作為系統(tǒng)控制器</p><p>　　PLC是一個(gè)在工業(yè)環(huán)境中為自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程而設(shè)計(jì)的基于微控制器的控制系統(tǒng)。它利用可編程存儲(chǔ)器內(nèi)部存儲(chǔ)用戶指令，執(zhí)行具體的操作，比如：算法、計(jì)算、邏輯運(yùn)算、排序和定時(shí)[23], [24]?？赏ㄟ^(guò)編程使PLC判斷、觸發(fā)和控制工業(yè)設(shè)備。因此，PLC具有與電氣信號(hào)接口的一定數(shù)目的I/O點(diǎn)。在加工過(guò)程中，輸入設(shè)備和輸出設(shè)備與PLC相連接，控制

10、程序則下載到PLC存儲(chǔ)器中（圖1）。</p><p>　　圖1 PLC的控制行為</p><p>　　在我們的應(yīng)用中，依據(jù)模擬和數(shù)字輸入，PLC輸出的變化控制感應(yīng)電機(jī)恒定負(fù)荷速度的操作。同時(shí)，PLC不停的監(jiān)控輸入和依據(jù)控制程序啟動(dòng)輸出。本PLC系統(tǒng)是采用詳細(xì)硬件構(gòu)成單元的模塊化類型，可以直接插入專用總線：一個(gè)中央處理單元（CPU）、電源供給單元、輸入輸出模塊和可編程終端。這樣一個(gè)模塊化處理

11、的優(yōu)點(diǎn)是，隨著將來(lái)的應(yīng)用可以擴(kuò)展初始配置、構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)或者與計(jì)算機(jī)相連等。</p><p>　　III．感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)</p><p>　　實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖見圖2。配置如下所述：</p><p>　　a) 一個(gè)恒速運(yùn)行的閉環(huán)控制系統(tǒng)由速度反饋和負(fù)載電流反饋組成。由變換器饋送的感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的變動(dòng)負(fù)荷，PLC控制變換器的V/f輸出。</p><p&

12、gt;　　b)一個(gè)變速運(yùn)行的開環(huán)控制系統(tǒng)。由變換器恒定V/f控制模塊饋送的感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)變動(dòng)負(fù)荷。PLC是不工作的。</p><p>　　c) 標(biāo)準(zhǔn)變速運(yùn)行。恒定恒壓頻率標(biāo)準(zhǔn)三相電源饋送的感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)變動(dòng)負(fù)荷。</p><p>　　將閉環(huán)配置a)去掉速度和負(fù)荷反饋后，可得到開環(huán)配置b)。另一方面，將整個(gè)控制系統(tǒng)旁路后，就是操作c)。</p><p><b>

13、　　IV.硬件描述</b></p><p>　　針對(duì)繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)和測(cè)試，其詳細(xì)技術(shù)說(shuō)明見表 I。感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)提供可變載荷的直流發(fā)電機(jī)。三相供電電源與三相主開關(guān)連接后與的三相熱過(guò)載繼電器相連接。三相熱過(guò)載繼電器提供電流過(guò)載保護(hù)。繼電器的輸出與整流器相連接。整流器校正三相電壓并對(duì)絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管（IGBT）變換器提供直流輸入。它的詳細(xì)技術(shù)說(shuō)明總結(jié)如表II [25]。IGBT變換

14、器將直流電壓輸入轉(zhuǎn)換為三相電壓輸出，驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電機(jī)定子。另一方面，變換器與基于PLC的控制器相連接。</p><p>　　表I 感應(yīng)電機(jī)的詳細(xì)技術(shù)說(shuō)明</p><p>　　圖 2. 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電氣框圖</p><p>　　表II 變換器詳細(xì)技術(shù)說(shuō)明</p><p>　　本控制器是在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊系統(tǒng)上完成的[5], [26]–[28]。PLC的

15、體系結(jié)構(gòu)涉及其內(nèi)部硬件和軟件。作為一個(gè)基于微控制器的系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)硬件利用如下模塊設(shè)計(jì)和裝配[29]–[37]。</p><p>　　?中央控制單元(CPU)；</p><p>　　?離散輸出模塊(DOM)； </p><p>　　?離散輸入模塊(DIM)；</p><p>　　?模擬輸出模塊(AOM)；</p><p&

16、gt;　　?模擬輸入模塊(AIM)；</p><p><b>　　? 電源；</b></p><p>　　有關(guān)PLC的其它配置詳細(xì)資料見表III 和 IV。</p><p>　　使用一個(gè)速度傳感器作為速度反饋，而電流傳感器則作為負(fù)荷電流反饋，另一個(gè)電流傳感器與定子電路相連接。因此，通過(guò)使用負(fù)荷電流傳感器、速度傳感器和AIM設(shè)置閉環(huán)系統(tǒng)的兩個(gè)反饋

17、回路。</p><p>　　測(cè)速發(fā)電機(jī)（永磁鐵直流電機(jī)）用來(lái)測(cè)速。感應(yīng)式電機(jī)機(jī)械地驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)速度成正比的電壓輸出。極性取決于旋轉(zhuǎn)的方向。測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出的電壓信號(hào)必須與指定的AIM的電壓范圍相匹配（0-5V DC 200-k 內(nèi)阻）。其他PLC外部控制電路的設(shè)計(jì)供電電壓為24V低壓供給。</p><p>　　為了人工控制，本方案設(shè)計(jì)了啟動(dòng)、停止和差錯(cuò)按鍵，同時(shí)還有正向和反向選擇

18、開關(guān)。如圖2所示，所有描述的部分：主開關(guān)、自動(dòng)三相開關(guān)、自動(dòng)單相開關(guān)、三相熱過(guò)載繼電器、負(fù)荷自動(dòng)開關(guān)，信號(hào)燈（正向、反向、啟動(dòng)、停止、差錯(cuò)），點(diǎn)動(dòng)開關(guān)（啟動(dòng)、停止、切斷）、選擇開關(guān)（正向和反向旋轉(zhuǎn)選擇），速度選擇器、增益選擇器，PLC模塊和整流轉(zhuǎn)換器也安裝在控制面板上。程序通過(guò)個(gè)人電腦的RS232串行接口下載到PLC中。</p><p><b>　　V.軟件描述</b></p>

19、<p>　　PLC程序是基于輸入設(shè)備的邏輯命令，并且程序的執(zhí)行是支配邏輯而不是數(shù)字計(jì)算機(jī)的規(guī)則系統(tǒng)。大部分的編程操作是簡(jiǎn)單的雙態(tài)“開或關(guān)”，這些交替的可能性分別與“真或假”（邏輯形式）“1或0”相對(duì)。因此，對(duì)組建使用模擬設(shè)備的基于電氣電路繼電器的控制系統(tǒng)，PLCs提供了一個(gè)靈活的編程選擇性。</p><p>　　圖 3.主程序流程圖</p><p>　　表III PLC配置&

20、lt;/p><p>　　編程方法使用的是梯形圖語(yǔ)言。PLC系統(tǒng)提供了一個(gè)軟件開發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)境，在這個(gè)環(huán)境中，可以開發(fā)、檢驗(yàn)、調(diào)試和診斷并在主機(jī)終端上運(yùn)行。 首先，用梯形圖編寫高級(jí)程序[33], [34]。然后，將梯形圖轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制指令代碼存儲(chǔ)在RAM中或者EPROM中。CPU逐條進(jìn)行譯碼執(zhí)行。CPU的功能是控制存儲(chǔ)器操作和輸入輸出設(shè)備并依據(jù)程序傳輸數(shù)據(jù)。將每一個(gè)與PLC連接的輸入輸出點(diǎn)作為I/O點(diǎn)統(tǒng)一編址。數(shù)據(jù)與輸入、輸

21、出和存儲(chǔ)器的直接關(guān)聯(lián)方法是建立三個(gè)區(qū)域：輸入映像存儲(chǔ)器（I）、輸出映像存儲(chǔ)器（Q）和內(nèi)部存儲(chǔ)器（M）。每一個(gè)存儲(chǔ)單元可以用%I, %Q, 和 %M直接引用(表 III)。</p><p>　　表 IV PLC 模塊和 I/O 描述</p><p>　　PLC程序在主程序中用了一個(gè)循環(huán)掃描，這樣對(duì)輸入的變化進(jìn)行周期性的監(jiān)視（圖3）。程序循環(huán)對(duì)系統(tǒng)輸入進(jìn)行掃描并把他們的狀態(tài)存儲(chǔ)在固定存儲(chǔ)器的

22、特定區(qū)域（輸入映像存儲(chǔ)器）。梯形圖程序就這樣循環(huán)執(zhí)行。PLC掃描程序和解釋不同的梯形網(wǎng)絡(luò)邏輯以決定輸出的狀態(tài)。實(shí)時(shí)的輸出狀態(tài)存儲(chǔ)在固定存儲(chǔ)區(qū)域（輸出映像存儲(chǔ)器）。輸出值保存在存儲(chǔ)器中，在PLC程序掃描結(jié)束后，同時(shí)輸出到PLC的物理輸出上。對(duì)于給定的PLC，完成一圈的掃描時(shí)間或者掃描時(shí)間是0.18ms/K (1000步)并且最大的程序容量是1000步。</p><p>　　開發(fā)系統(tǒng)的主機(jī)(PC)通過(guò)RS232端口與

23、PLC相連接。主機(jī)提供文本編輯、存儲(chǔ)、打印和程序操作監(jiān)控的軟件環(huán)境。程序的開發(fā)過(guò)程是使用編輯器編寫梯形圖程序源代碼并轉(zhuǎn)換為可以在PLC上執(zhí)行的二進(jìn)制目標(biāo)代碼，通過(guò)PLC的串行通信口下載到PLC上執(zhí)行。當(dāng)控制機(jī)械系統(tǒng)時(shí)，PLC系統(tǒng)是處于聯(lián)機(jī)狀態(tài)并監(jiān)視所有正確操作的數(shù)據(jù)。</p><p>　　A. PLC速度控制軟件</p><p>　　速度控制軟件流程圖見圖4。</p><

24、;p>　　圖 4.速度控制軟件流程圖</p><p>　　軟件調(diào)節(jié)速度并監(jiān)視等速控制而忽略扭矩的變化。同時(shí)，作為電機(jī)電源的變換器也開始執(zhí)行，并且由PLCs軟件控制。沒(méi)有PLC和控制回路的反饋，僅一個(gè)變換器無(wú)法保持速度恒定。</p><p>　　在控制面板上，操作者選擇速度設(shè)定點(diǎn)nsp和旋轉(zhuǎn)的正反方向。然后，通過(guò)按下手動(dòng)啟動(dòng)按鍵就可以啟動(dòng)電機(jī)。如果按下停止按鍵，電機(jī)將被停止。相應(yīng)的輸入

25、信號(hào)與DIM相連接，輸出信號(hào)與DOM相連，如表IV。</p><p>　　AIM從定子電流傳感器接收差錯(cuò)信號(hào)IS、測(cè)速發(fā)電機(jī)的速度反饋信號(hào)和來(lái)自控制面板的nsp信號(hào)。這樣，PLC讀取設(shè)定速度和電機(jī)的實(shí)際速度。操作者的設(shè)定速度與電機(jī)的實(shí)際速度的差值給出誤差信號(hào)。如果誤差信號(hào)不為零，是大或者小，PLC依據(jù)CPU的計(jì)算執(zhí)行減小或增大變換器的Vf，就這樣校正了電機(jī)的速度。</p><p>　　圖

26、5..監(jiān)控和保護(hù)軟件流程圖</p><p>　　執(zhí)行的控制是比例和整型（PI）的（也就是錯(cuò)誤信號(hào)要乘以增益Kp ，綜合和添加到所要求得速度）。結(jié)果，控制信號(hào)傳送到DOM并且連接到變換器的數(shù)字輸入去控制V/f的變化。首先，操作者通過(guò)安裝在控制面板上（增益調(diào)節(jié)）的可變電阻器選擇增益Kp 并且由AIM獲取其電壓降落作為控制器的增益信號(hào)（0-10V）。</p><p>　　通過(guò)一個(gè)可變電阻器選擇設(shè)

27、定速度nsp，并且由AIM讀取這個(gè)信號(hào)。這個(gè)值被發(fā)送到AOM并在控制面板上顯示（速度設(shè)定點(diǎn)顯示）?？刂泼姘迳系牡诙€(gè)顯示器指示了來(lái)自速度反饋信號(hào)的計(jì)算的實(shí)際速度。第三個(gè)顯示器指示了來(lái)自負(fù)荷電流信號(hào)的負(fù)荷扭矩，以牛頓-米（N*m）表示。他們的通信信號(hào)輸出到AOM（表IV）。</p><p>　　B. 監(jiān)控和保護(hù)軟件</p><p>　　軟件的流程圖見圖5。在電機(jī)操作過(guò)程中，不可能通過(guò)改變開關(guān)

28、的位置使其旋轉(zhuǎn)方向反向。在改變方向前，必須先按下停止按鍵，使電機(jī)停下來(lái)。為了保護(hù)電機(jī)，防止在啟動(dòng)和裝載時(shí)電流過(guò)載，在軟件中編寫了如下命令。</p><p>　　i)正向/反向信號(hào)輸入到DIM。</p><p>　　ii) 速度設(shè)定信號(hào)nsp，負(fù)荷電流IL，定子電流IS和速度反饋信號(hào)輸入到AIM.</p><p>　　iii) 在沒(méi)有負(fù)載IS≤1.0A時(shí)，如果速度調(diào)整

29、點(diǎn)低于20%或者nsp<300 r/min，電機(jī)將不起動(dòng)。</p><p>　　iv) 負(fù)荷增加超過(guò)0.4 N?m（40%的額定轉(zhuǎn)矩），IS≥1.3A，速度調(diào)整點(diǎn)低于40%或者nsp<600r/min，電機(jī)將不啟動(dòng)。</p><p>　　v) 負(fù)荷增加超過(guò)1.0 N?m（額定轉(zhuǎn)矩）IS≥1.5A并且速度調(diào)整點(diǎn)超過(guò)100%或者nsp≥1500r/min，電機(jī)進(jìn)入差錯(cuò)程序。<

30、/p><p>　　vi) 在所有其它情況下，電機(jī)進(jìn)入速度控制模式，速度控制軟件的執(zhí)行如分部分A所述。</p><p>　　C. 切斷和重啟電機(jī)軟件</p><p>　　這個(gè)軟件的流程圖如圖6所示。</p><p>　　? 在過(guò)載情況下，電機(jī)被切斷并點(diǎn)亮差錯(cuò)指示燈（黃色）。操作人員必須釋放熱動(dòng)繼電器并按下差錯(cuò)或停止按鍵切斷差錯(cuò)指示燈。熱動(dòng)繼電器設(shè)定

31、在電機(jī)額定電流1.5A。如果按照這樣做，就可以重新啟動(dòng)電機(jī)。</p><p>　　? 操作者可以通過(guò)按下停止按鍵切斷電機(jī)，實(shí)際速度顯示設(shè)定為0，啟動(dòng)指示燈熄滅，停止指示燈點(diǎn)亮并持續(xù)3s。</p><p>　　? 在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)重啟之前，電機(jī)切斷之后，負(fù)載必須立即分離。在切斷后3s內(nèi)，即使按下啟動(dòng)按鍵，電機(jī)也不會(huì)啟動(dòng)。</p><p><b>　　VI.結(jié)論&l

32、t;/b></p><p>　　系統(tǒng)在變動(dòng)載荷和差錯(cuò)情況下運(yùn)行，對(duì)感應(yīng)電機(jī)速度控制性能進(jìn)行了測(cè)試。PLC監(jiān)控電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和依照軟件設(shè)定參數(shù)。作為參照，開始時(shí)，感應(yīng)電機(jī)加載標(biāo)準(zhǔn)380V，50Hz對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試。然后，分別在無(wú)負(fù)荷和滿負(fù)荷（1.0N·m）兩種不同模型對(duì)實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，見部分III：</p><p>　　a) 感應(yīng)電機(jī)由變換器和PLC控制反饋；</p&g

33、t;<p>　　b) 變換器饋送感應(yīng)電機(jī)。負(fù)荷扭矩和速度的范圍與所設(shè)計(jì)PLC的軟硬件相當(dāng)，見前面部分所述。</p><p>　　在500-1500 r/min的范圍對(duì)速度與轉(zhuǎn)矩性能比較進(jìn)行了研究，見圖7。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示了配置b)對(duì)于不同的速度調(diào)整點(diǎn)nsp，變速負(fù)荷扭矩性能的變化。配置a)顯示了在0–1400 r/min 和 0–100% 負(fù)荷的范圍內(nèi)，恒速負(fù)荷扭矩性能的變化。</p>&

34、lt;p>　　然而，在速度高于1400r/min和負(fù)荷高于70%的范圍內(nèi)，系統(tǒng)在變速變負(fù)荷和恒速操作時(shí)都不可能保持。因此，當(dāng)nsp≥1400r/min 配置a)和b)具有相似的扭矩速度響應(yīng)。這個(gè)事實(shí)表明了利用PLC軟件執(zhí)行的PI 控制對(duì)恒速時(shí)的有效性，比同步的低93%。</p><p>　　圖 6.切斷/重啟電機(jī)軟件流程圖</p><p>　　對(duì)不同nsp值的效率也作了研究。在圖8中

35、，將效率作了規(guī)格化顯示，作為基本值或1 p.u.由標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)提供的感應(yīng)電機(jī)的效率。如圖8所描述，結(jié)果顯示在所有情況下，配置a)比配置b)具有更高的效率。同時(shí)，在負(fù)荷高于70%下操作，標(biāo)準(zhǔn)化效率η(pu)>1，意味著PLC控制的獲得效率比沒(méi)有PLC控制的有標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)提供380V,50Hz和沒(méi)有變換器的感應(yīng)電機(jī)的效率更高。依據(jù)圖形顯示，PLC控制系統(tǒng)的效率比標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)操作提高了10-12%。從理論的觀點(diǎn)來(lái)看，如果我們忽略磁化電流，效率的近似

36、值為：</p><p>　　s是滑移，RS RR分別是定子和轉(zhuǎn)子線圈阻抗。由圖7可以看出，PLC控制系統(tǒng)（a）只有很緩慢的滑移，近似于0。在所有速度和載荷條件下，配置a)比配置b）的滑移更小。因此，證明了其具有更高的效率，尤其是在高速和高頻下。在低頻時(shí)，磁通量增大，因此導(dǎo)致了磁化電流的增加，損耗也隨之增加。</p><p>　　圖9顯示了與圖7在相同的速度和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)，利用PLC控制的變換

37、器定子電壓與定子頻率的特性曲線，定子電壓和定子頻率之間是常數(shù)關(guān)系。然而，這種與電機(jī)通量相關(guān)的關(guān)系，隨著頻率由50Hz減少到12Hz，其從8.3增加到11.25，如圖10</p><p>　　圖 7. PLC和變換器的速度-扭矩試驗(yàn)性能</p><p>　　圖 8.在有和沒(méi)有PLC的控制系統(tǒng)的每單位效率標(biāo)準(zhǔn)供給電機(jī)效率</p><p>　　所示。因此，由圖7可以看出，

38、有效轉(zhuǎn)矩由50 Hz 的100% 減少到20 Hz的60%，當(dāng)電壓和頻率都增加時(shí)，磁通量隨著增加同時(shí)最大有用轉(zhuǎn)矩減小了。</p><p>　　圖 9. 有PLC控制的變換器的定子電壓與頻率的性能曲線。</p><p>　　在圖11中，繪出了在所有速度和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)調(diào)整器的增益Kp 的曲線。結(jié)果顯示，在可變載荷下，Kp 與nsp幾乎呈直線變化，但在每個(gè)曲線之間有很小的位移。</p>

39、<p>　　圖 10. 定子電壓與定子電流的比率</p><p>　　圖 11. PLC的控制性能</p><p>　　系統(tǒng)在利用V/f速度控制的閉環(huán)系統(tǒng)的情況下，呈現(xiàn)出相似的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。它的瞬態(tài)響應(yīng)性能由于扭矩的震動(dòng)而受到限制，并且這種現(xiàn)象限制了這個(gè)系統(tǒng)只能在低速度變化的情況下應(yīng)用。</p><p><b>　　VII.結(jié)論</b>

40、;</p><p>　　由前面描述的方案獲得的成功實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：PLC可以在有感應(yīng)電機(jī)的的自動(dòng)化系統(tǒng)中使用。由變換器驅(qū)動(dòng)和PLC控制的感應(yīng)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)證明了在恒速變載荷操作下具有更高的速度調(diào)節(jié)精確性。</p><p>　　基于PLC的控制軟件的有效性達(dá)到同步轉(zhuǎn)速的96%。使用PLC控制的獲得效率比由變換器饋送的感應(yīng)電機(jī)的開環(huán)配置有了增加。尤其是在高速和負(fù)載下，PLC控制系統(tǒng)的效率與標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)

41、供給的感應(yīng)電機(jī)的效率相比提高了10-12%。盡管使用簡(jiǎn)單的速度控制方法，本系統(tǒng)提出：</p><p>　　?在變化負(fù)荷扭矩時(shí)恒速；</p><p>　　?在較寬的范圍內(nèi)全扭矩有效；</p><p>　　?在閉環(huán)速度控制方案中很好的精確性；</p><p><b>　　?較高的效率；</b></p><

42、p><b>　　?過(guò)載保護(hù)；</b></p><p>　　因此，證明了PLC在工業(yè)電氣驅(qū)動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域是一個(gè)通用性和有效性的工具。</p><p><b>　　感謝</b></p><p>　　作者對(duì)雅典國(guó)家技術(shù)大學(xué)在經(jīng)濟(jì)上和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建、實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和測(cè)量等方面的支持表示非常感激！</p><p&g

43、t;<b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] G. Kaplan, “Technology 1992. Industrial electronics,” IEEE Spectr., vol. 29, pp. 47–48, Jan. 1992.</p><p>　　[2] , “Technology 1993. Industrial electronic

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