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[摘 要]可编程控制器PLC自动调速系统作为我国工程实践中许多生产器械设计之初需要调节的重点范畴，在直流电机的应用中，已然完成了诊断、监视、控制、复原、保护等多项直流调速控制所需要的功能改进。本文对直流电机调速的PLC控制进行了探讨分析。
[關键词]直流电机 调速系统设计 PLC控制技术
中图分类号：TM734 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）01-0061-01
引言：我国控制技术和工程控制机以计算机技术的融入为标志，已经进入了一个崭新的历史阶段。根据当前工业现代化生产和转型的需求，传统工业生产中应用的大型继电器，逐步被微处理机为载体的PLC系统所代替，本文对PLC控制技术在大功率直流电机调速系统中应用进行了探讨。
一、PLC控制技术在大功率直流电机调速系统应用的作用
可编程控制器PLC作为传播智能化、自动化控制的重要控制元件，需要将计算机技术、电气控制技术、通讯技术融合为一体，并以模块式的组合设计方式为载体，进而辅助大功率直流电机系统控制、操作等方面的灵活运作及功能性扩展。在大功率直流电机调速系统中应用PLC控制技术，其特有的高稳定性可保障大功率直流电机调速系统电气控制设备运作的高性能性。比如PLC内部电路特有的先进干扰技术，生产工艺制造的严格性，现代大规模的集成电路技术应用，输入和输出口的光电隔离，每个模块的防辐射屏蔽处理，输入端口使用RC滤波器等均可以极为良好的保持大功率直流电机调速系统运行的顺利性，以及调节的精准性。尤其是PLC控制技术在大功率直流电机调速系统中应用后，所具有的灵敏自诊断功能，更能在软硬件及电源初次出现异常时，就可以及时使用有效措施应对，极大的提升了大功率直流电机调速系统对故障判断的准确性、及时性和问题解决的针对性等。
二、PLC控制技术融入直流电机调速系统的设计
在各类工程船舶中应用的大功率直流电机系统，作为工程船舶工程作业动力的核心，具有可靠性高、性能优良等优势。大功率直流电机属于强电和弱电控制的结合系统，其中强电部分主要以控制信号为依据进行电动机转速的调节，按照不同作业现场需要，对钻机、铰刀等机械负载进行拖动等控制。而弱电部分需要对系统工作时的电机温度、转速、晶闸管温度、电枢电流等信号进行检测，并以此为依据进行控制信号的发出。调速系统的设定方面因为PLC控制技术融入大功率直流电机调速系统的设计并没有限定在某个类型的工程船舶或者某种类型的电力拖动设备中，因此仅仅从宏观层面进行分析时，要求调速系统的控制系统速度必须反映灵敏，可满足断续、连续工作机制的要求，具有防爆、轻载高速等方面的良好性能，而制动方面必须要可靠、快速，转速调节方面可选择D=5（一般范围为D=4-10）。按照系统应用需要，在直流电动机选择方面，考虑到直流电动机的安装空间尺寸容易受限，在船舶工况的限制下，电动机和控制结构均需要进行紧凑型设计。直流电动机在运行时，因动力装置和负载所出现的突变而导致的震动有可能给电动机带来极大的震动或冲击，因此电动机零部件的机械强度和连接性必须强。考虑到在应用中直流电动机容易受到温度、污泥、潮湿、盐雾等方面的侵袭，因此其绝缘规格和绝缘材料的选择不仅需要考虑到以上各方面因素，还需要考虑到直流电动机经常制动、过载、启动和在磁场消弱条件下运行时的换向要求。
三、PLC控制技术在直流电动机调速系统模型的构建
在PLC控制技术融入的要求下，大功率直流电机调速系统需要将测速发电机、大功率直流电动机、晶闸管风机、电动机风机、晶闸管控制模块、PLC控制模块和一些小型执行继电器、直流电压隔离器、电流互感器、大功率接触器等有效组合起来。
首先，在主电路设计方面。该系统的主电路主要由来自母线的三相交流断路器支撑，以整流变压器为载体向晶闸管进行供电，为降低高次谐波所带来的不良影响，电路必须使用三相全控桥式整流电路，而变压器则使用△/Y接法。其中，晶闸管元件所承受的正反向的峰值电压需要与变压器副边线电压值的2倍作为选择值。如晶闸管额定电流设定为844A，在晶闸管设计阶段可选择使用冷却风机进行管温度的冷却，晶闸管的结温不能超过110℃。
其次，调速控制电路的设计。弱磁调速和调压调速作为整体调速方法，并以给定装置作为弱磁调速和调压调速之间相互关联的载体。在设定方面，设定给定转速小于额定转速的95%时，以调压调速为主，励磁电流的稳定依靠励磁系统。给定转速大于额定转速的95%时，系统依靠弱磁调节，励磁电流需要减弱，以保持转速上升达到稳态要求。从本质而言，转速上升实际是保持电动机反电动势保持恒值的调节过程。当PLC发出控制信号时，脉冲变压器作为被控制载体，按照正、反两极运行的信号进行晶闸管整流组正反向的切换。
第三，晶闸管触发电路方面。目前的设计可使用双脉冲触发的模式，如将电路设计为锯齿波形成电路、脉冲放大电路、移相电路三个构成部分。在放大器同相端的信号处理方面，输出为负，二极管D6在辅助输出到放大器ICZC的反相端后，按照输出为正的设定，反相器IC4A需要反相输出信号，并由二极管D8向积分器IC2D进行反相输入。积分器IC2D、IC2C和二极管D7和D9负责构建锯齿波并向放大器IC2A和IC2B输送。经电流调节器进行+5V―5V的信号输出时，其对应的移相角必须限定在0-180°。此外，脉冲放大电路需要使用三极管放大电路、脉冲变压器、三态锁存器hef4O373b及可调占空比方波发生器NE555来构建。
第四，信号检测电路方面。调速系统作为反馈控制，需要使用传感器进行实时的系统运行状态检测，以构建反馈控制。检测信号的实时运作具有随机性，此类干扰信号容易影响故障分析和处理。因此，基于信号转换及数据处理等方面的需要，在交流测速发电机选择时，运用型号为GGT-250，额定频率为100OHz、额定转速为1500r/min的具有高稳定性、安全性、线性，不需要对其进行特殊维护的交流测速发电机。其三相额定线电压和三相整流后的直流输出电压目前为380V和510V。需要注意的是，直流电动机主轴和测速发电机需要刚性连接，不能出现任何间隙，以避免出现发电机转动部位的意外损伤。为保障电流反馈信号获取的准确性，交流电流互感器作为大功率直流调速系统的反馈信号检测器。
四、直流电动机调速系统的逻辑控制
在系统运转的过程中PLC主要接收主控制板所输出的转速设定信号和启动信号，以电动机启动条件作为判断是否可以启动电动机的依据。当出现不满足条件时可自动发出警报。启动方式可设定为自动和手动两种，前者由PLC按照操作人员预先设定的程序进行电动机启动，后者则需要操作人员自行点击控制台上的开关如“PLC/ByPass”或者按动手柄进行电动机启动。
在电机运作的同时，PLC需要不停的接收来自各个检测电路所输出的如电流、转速、温度等反馈信号，并按照程序设定的要求进行对比、判断、信息反馈，并适时启动电动机风机、可控硅风机等辅助设备，以确保调速系统的顺利运作。一旦控制台反馈重大事故信号或要求停止电机的启动时，电机必须停止。操作人员需要按照反馈信息进行应对问题的检查和解决。
五、总结
综上，直流电机调速未来发展趋势集中在控制元件水平和控制理论不断提高和完善等方面，目前所使用的PLC控制技术可不断完善调速系统逻辑控制系统的智能化，在工作可靠性、器件容量、生产工艺、经济效能等方面还有待于进一步的完善。
参考文献
[1] 李聪.基于模糊自适应PI控制的无刷直流电机无级调速系统研究[D].南京农业大学，2015（12）.
[2] 张存礼.PLC控制系统的干扰源分析与抗干扰措施[J].电气传动，2013（01）.
[3] 王静.高性能永磁无刷直流电机调速系统的研究[D].内蒙古科技大学，2013（06）.
作者简介：
于成龙（1984-），吉林公主岭人，毕业于长春工程学院自动化专业，主要从事自动化设备及工程设计，调试工作。
[關键词]直流电机 调速系统设计 PLC控制技术
中图分类号：TM734 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）01-0061-01
引言：我国控制技术和工程控制机以计算机技术的融入为标志，已经进入了一个崭新的历史阶段。根据当前工业现代化生产和转型的需求，传统工业生产中应用的大型继电器，逐步被微处理机为载体的PLC系统所代替，本文对PLC控制技术在大功率直流电机调速系统中应用进行了探讨。
一、PLC控制技术在大功率直流电机调速系统应用的作用
可编程控制器PLC作为传播智能化、自动化控制的重要控制元件，需要将计算机技术、电气控制技术、通讯技术融合为一体，并以模块式的组合设计方式为载体，进而辅助大功率直流电机系统控制、操作等方面的灵活运作及功能性扩展。在大功率直流电机调速系统中应用PLC控制技术，其特有的高稳定性可保障大功率直流电机调速系统电气控制设备运作的高性能性。比如PLC内部电路特有的先进干扰技术，生产工艺制造的严格性，现代大规模的集成电路技术应用，输入和输出口的光电隔离，每个模块的防辐射屏蔽处理，输入端口使用RC滤波器等均可以极为良好的保持大功率直流电机调速系统运行的顺利性，以及调节的精准性。尤其是PLC控制技术在大功率直流电机调速系统中应用后，所具有的灵敏自诊断功能，更能在软硬件及电源初次出现异常时，就可以及时使用有效措施应对，极大的提升了大功率直流电机调速系统对故障判断的准确性、及时性和问题解决的针对性等。
二、PLC控制技术融入直流电机调速系统的设计
在各类工程船舶中应用的大功率直流电机系统，作为工程船舶工程作业动力的核心，具有可靠性高、性能优良等优势。大功率直流电机属于强电和弱电控制的结合系统，其中强电部分主要以控制信号为依据进行电动机转速的调节，按照不同作业现场需要，对钻机、铰刀等机械负载进行拖动等控制。而弱电部分需要对系统工作时的电机温度、转速、晶闸管温度、电枢电流等信号进行检测，并以此为依据进行控制信号的发出。调速系统的设定方面因为PLC控制技术融入大功率直流电机调速系统的设计并没有限定在某个类型的工程船舶或者某种类型的电力拖动设备中，因此仅仅从宏观层面进行分析时，要求调速系统的控制系统速度必须反映灵敏，可满足断续、连续工作机制的要求，具有防爆、轻载高速等方面的良好性能，而制动方面必须要可靠、快速，转速调节方面可选择D=5（一般范围为D=4-10）。按照系统应用需要，在直流电动机选择方面，考虑到直流电动机的安装空间尺寸容易受限，在船舶工况的限制下，电动机和控制结构均需要进行紧凑型设计。直流电动机在运行时，因动力装置和负载所出现的突变而导致的震动有可能给电动机带来极大的震动或冲击，因此电动机零部件的机械强度和连接性必须强。考虑到在应用中直流电动机容易受到温度、污泥、潮湿、盐雾等方面的侵袭，因此其绝缘规格和绝缘材料的选择不仅需要考虑到以上各方面因素，还需要考虑到直流电动机经常制动、过载、启动和在磁场消弱条件下运行时的换向要求。
三、PLC控制技术在直流电动机调速系统模型的构建
在PLC控制技术融入的要求下，大功率直流电机调速系统需要将测速发电机、大功率直流电动机、晶闸管风机、电动机风机、晶闸管控制模块、PLC控制模块和一些小型执行继电器、直流电压隔离器、电流互感器、大功率接触器等有效组合起来。
首先，在主电路设计方面。该系统的主电路主要由来自母线的三相交流断路器支撑，以整流变压器为载体向晶闸管进行供电，为降低高次谐波所带来的不良影响，电路必须使用三相全控桥式整流电路，而变压器则使用△/Y接法。其中，晶闸管元件所承受的正反向的峰值电压需要与变压器副边线电压值的2倍作为选择值。如晶闸管额定电流设定为844A，在晶闸管设计阶段可选择使用冷却风机进行管温度的冷却，晶闸管的结温不能超过110℃。
其次，调速控制电路的设计。弱磁调速和调压调速作为整体调速方法，并以给定装置作为弱磁调速和调压调速之间相互关联的载体。在设定方面，设定给定转速小于额定转速的95%时，以调压调速为主，励磁电流的稳定依靠励磁系统。给定转速大于额定转速的95%时，系统依靠弱磁调节，励磁电流需要减弱，以保持转速上升达到稳态要求。从本质而言，转速上升实际是保持电动机反电动势保持恒值的调节过程。当PLC发出控制信号时，脉冲变压器作为被控制载体，按照正、反两极运行的信号进行晶闸管整流组正反向的切换。
第三，晶闸管触发电路方面。目前的设计可使用双脉冲触发的模式，如将电路设计为锯齿波形成电路、脉冲放大电路、移相电路三个构成部分。在放大器同相端的信号处理方面，输出为负，二极管D6在辅助输出到放大器ICZC的反相端后，按照输出为正的设定，反相器IC4A需要反相输出信号，并由二极管D8向积分器IC2D进行反相输入。积分器IC2D、IC2C和二极管D7和D9负责构建锯齿波并向放大器IC2A和IC2B输送。经电流调节器进行+5V―5V的信号输出时，其对应的移相角必须限定在0-180°。此外，脉冲放大电路需要使用三极管放大电路、脉冲变压器、三态锁存器hef4O373b及可调占空比方波发生器NE555来构建。
第四，信号检测电路方面。调速系统作为反馈控制，需要使用传感器进行实时的系统运行状态检测，以构建反馈控制。检测信号的实时运作具有随机性，此类干扰信号容易影响故障分析和处理。因此，基于信号转换及数据处理等方面的需要，在交流测速发电机选择时，运用型号为GGT-250，额定频率为100OHz、额定转速为1500r/min的具有高稳定性、安全性、线性，不需要对其进行特殊维护的交流测速发电机。其三相额定线电压和三相整流后的直流输出电压目前为380V和510V。需要注意的是，直流电动机主轴和测速发电机需要刚性连接，不能出现任何间隙，以避免出现发电机转动部位的意外损伤。为保障电流反馈信号获取的准确性，交流电流互感器作为大功率直流调速系统的反馈信号检测器。
四、直流电动机调速系统的逻辑控制
在系统运转的过程中PLC主要接收主控制板所输出的转速设定信号和启动信号，以电动机启动条件作为判断是否可以启动电动机的依据。当出现不满足条件时可自动发出警报。启动方式可设定为自动和手动两种，前者由PLC按照操作人员预先设定的程序进行电动机启动，后者则需要操作人员自行点击控制台上的开关如“PLC/ByPass”或者按动手柄进行电动机启动。
在电机运作的同时，PLC需要不停的接收来自各个检测电路所输出的如电流、转速、温度等反馈信号，并按照程序设定的要求进行对比、判断、信息反馈，并适时启动电动机风机、可控硅风机等辅助设备，以确保调速系统的顺利运作。一旦控制台反馈重大事故信号或要求停止电机的启动时，电机必须停止。操作人员需要按照反馈信息进行应对问题的检查和解决。
五、总结
综上，直流电机调速未来发展趋势集中在控制元件水平和控制理论不断提高和完善等方面，目前所使用的PLC控制技术可不断完善调速系统逻辑控制系统的智能化，在工作可靠性、器件容量、生产工艺、经济效能等方面还有待于进一步的完善。
参考文献
[1] 李聪.基于模糊自适应PI控制的无刷直流电机无级调速系统研究[D].南京农业大学，2015（12）.
[2] 张存礼.PLC控制系统的干扰源分析与抗干扰措施[J].电气传动，2013（01）.
[3] 王静.高性能永磁无刷直流电机调速系统的研究[D].内蒙古科技大学，2013（06）.
作者简介：
于成龙（1984-），吉林公主岭人，毕业于长春工程学院自动化专业，主要从事自动化设备及工程设计，调试工作。