论文部分内容阅读
[摘 要]PLC三相交流异步电动机在工业生产中有着广泛的应用，它的优点是结构简单，维护方便，缺点是不易调速。随着生产工艺和节能要求的日益提高，使三相交流异步电动机的应用正逐渐向软启动、变频调速等方向发展。
[关键词]三相异步电动机；变频调速；PLC
中图分类号：TG672 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0042-01
异步电动机变频调速所要求的变频电源几乎都采用静止式变频器。利用变频器进行调速控制时，只需改变变频器内部逆变电路换流器件的开关顺序，即可以达到对输出进行换相的目的，很容易实现电动机的正、反转切换。本文介绍了PLC在三相交流异步电动机变频调速系统方面的设计，说明了系统的控制策略和工作原理，探讨三相异步电动机双速可逆变频调速PLC控制。
1、PLC在三相交流异步电动机变频调速系统设计
三相交流异步电动机变频调速系统，以可编程序控制器PLC作为核心控制部件，通过速度传感器将电动机的转速信号传给PLC，PLC经过控制规律的运算后，给出控制信号，改变电动机输入电压的频率，来调节电动机的转速，从而构成了一个闭环的速度控制系统。如图1所示。
2、三相异步电动变频器电路连接的要点
2.1变频器前面一定要加接触器
输入侧接触器的作用。一般说来，在断路器和变频器之间，应该有接触器。a.可通过按钮开关方便地控制变频器的通电与断电。b.发生故障时可自动切断变频器电源，如：变频器自身发生故障，报警输出端子动作时，可使接触器KM迅速断电，从而使变频器立即脱离电源。另外，当控制系统中有其他故障信号时，也可迅速切断变频器电源。
2.2变频器与电动机之间是否接输出接触器
并不要求和工频进行切换时，变频器与电动机接触器，则有可能在变频器的输出频率较高的致变频器跳闸。a.当一台变频器只控制一台电动机，且并不要求和工频进行切换时，变频器与电动机之间不要接输出接触器。因为如果接入了输出接触器，则有可能在变频器的输出频率较高的情况下启动电动机，产生较大的启动电流，导致变频器跳闸。b.必须接输出接触器的情况有两种：当一台变频器接多台电动机时，每台电动机必须要有单独控制的接触器。另外，在变频和工頻需要切换的情况下，当电动机接至工频电源时，必须切断和变频器之间的联系。通用变频器，一般都是采用交、直、交的方式组成，利用普通的电网电源运行的交流拖动系统，为了实现电动机的正、反转切换，必须利用触器等装置对电源进行换相切换。因此，电动机和变频器之间的接触器是必须接的。
2.3变频器与电动机之间是否需要加热继电器。
3、PLC在三相交流异步电动机变频调速系统软件设计
PLC的控制程序分主程序和定时中断程序两部分。在主程序中，PLC完成高速计数、定时中断和相关标志位的初始化操作，以及对三相异步电动机的启动/停止控制和正/反转控制等。在定时中断中，PLC完成转速的采集、控制运算和控制量输出的工作。主程序和中断程序的框图如图2和图3所示。
取得速度信号后，按照一定的控制规律进行控制运算。本系统采用的是变比例-积分分离的控制算法，即根据设定值与测量值的偏差大小分为4个区间，在每个区间采用不同的比例系统，当偏差值进入-5～+5的区间内，再加入积分控制。
模拟量输出模块EM232的输出电压为-10～+10V，12位分辨率。PLC经过控制运算后，得到的控制信号需要转换成PLC的D/A模块所规定的数据格式，通过EM232输出给变频器的频率设定端，改变变频器的输出频率，从而实现对电机转速的控制。
4、PLC控制三相异步电动机变频调速控制的技术
变频器的数值型（如频率、电压等）指令信号的输入，可分为数字输入和模拟输入两种。数字输入多采用变频器面板上的键盘操作和串行接口来给定；模拟输入则通过接线端子由外部给定，通常通过0～10V/5V的电压信号或0/4～20mA的电流信号输入。由于接口电路因输入信号而异，因此必须根据变频器的输入阻抗选择PI￡的输出模块。采用PI￡控制变频器通常有两种方法。
4.1 模拟量控制，该方法很直观而且简单，利用变频器的I/O端子，将变频器的跟随速度设置为某个模拟量输入，即可实现对变频器的控制，但是每个变频器占用PLC的一个模拟量通道。当变频器和PLC的电压信号范围不同时，如变频器的输入信号为0～10V，而PLC的输出电压信号范围为0～5V时；或PLC一次侧的输出信号电压范围为0～10V，而变频器的输入电压信号范围为0～5V时，由于变频器和晶体管的允许电压、电流等因素的限制，需用串联的方式接入限流电阻及分压方式，以保证进行开闭时不超过PLC和变频器的允许容量。变频调速系统的负载惯量大，一般起动转矩小。所以，加/减速时间值设置大时，转矩提升值要设置小。起动转矩大的负载，一般惯量小。所以，加/减速时间设置小时，转矩提升要设置大一些。如果加/减速时间长，大电流流过的时间长。逐步加大转矩提升，电流会逐步减小，直到电流反而增大时，停止转矩补偿的提升。
4.2 采用通信接口，该方法不仅实现了对变频器的控制，PLC还能够获取变频器的运行状态，PLC将变频器纳人为其系统中的子设备，便可读写变频器内部寄存器信息，以实现对变频器的实时控制。
变频器通过接线端子向外部输出相应的监测模拟信号，电压信号的范围通常为0～10V/5V，电流信号的范围通常为0/4～20nA。在应用中都应依据PLC一次侧的输入阻抗的大小，保证电路中电压和电流不超过电路的允许值，以提高系统的可靠性和减少误差。在使用PLC进行顺序控制时，由于CUP进行数据处理需要时间，存在一定的延迟时间，故在较精确的控制时应予以考虑。因为变频器在运行中会产生较强的电磁干扰，为保证PLC不会因变频器主电路断路器及开关器件等产生的噪声而出现故障，变频器与PLC进行信号线连接时应注意以下事项：
4.2.1对PLC本身应按规定的接线标准和接地条件进行接地，而且应注意避免和变频器使用共同的接地线，且在接地时使二者尽可能分开。
4.2.2在电源质量不高时，应在PLC的电源模块及输入、输出模块的电源线上接入噪声滤波器和降低噪声用的变压器等。另外，若有必要，在变频器一次侧也应采取相应的措施。
4.2.3当把变频器和PLC安装于同一控制柜中时，应尽可能使与变频器有关的导线和与PLC有关的导线分开。
4.2.4 PLC和变频器连接时，应该注意连接时出现的干扰，避免由于干扰造成变频器的误动作，或者由于连接不当导致PLC或变频器的输入、输出端损坏，其连线应使用屏蔽线和双绞线，以提高抗噪声干扰的水平。
结束语
本控制系统用PLC实现电机转速的测量和控制，通过变频器来改变三相异步电动机的转速。变频器的参数输入项目中有一些是电动机基本参数的输入，如电动机的功率、额定电压、额定电流、额定转速、极数等。这些参数的输入非常重要，将直接影响变频器中一些保护功能的正常发挥，以使电动机能正常工作在允许的范围之内，起到应有的保护作用。
参考文献
[1] 吴新立.异步电动机变频调速控制策略的研究[J].硅谷，2013，04.
[2] 张源淳，孙帮华. 三相异步电动机变频调速及应用[J].科技信息，2013，15.
[3] 张宏明，仝彩霞.普通交流异步电动机变频调速性能研究[J].煤炭技术，2013，03.
[关键词]三相异步电动机；变频调速；PLC
中图分类号：TG672 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0042-01
异步电动机变频调速所要求的变频电源几乎都采用静止式变频器。利用变频器进行调速控制时，只需改变变频器内部逆变电路换流器件的开关顺序，即可以达到对输出进行换相的目的，很容易实现电动机的正、反转切换。本文介绍了PLC在三相交流异步电动机变频调速系统方面的设计，说明了系统的控制策略和工作原理，探讨三相异步电动机双速可逆变频调速PLC控制。
1、PLC在三相交流异步电动机变频调速系统设计
三相交流异步电动机变频调速系统，以可编程序控制器PLC作为核心控制部件，通过速度传感器将电动机的转速信号传给PLC，PLC经过控制规律的运算后，给出控制信号，改变电动机输入电压的频率，来调节电动机的转速，从而构成了一个闭环的速度控制系统。如图1所示。
2、三相异步电动变频器电路连接的要点
2.1变频器前面一定要加接触器
输入侧接触器的作用。一般说来，在断路器和变频器之间，应该有接触器。a.可通过按钮开关方便地控制变频器的通电与断电。b.发生故障时可自动切断变频器电源，如：变频器自身发生故障，报警输出端子动作时，可使接触器KM迅速断电，从而使变频器立即脱离电源。另外，当控制系统中有其他故障信号时，也可迅速切断变频器电源。
2.2变频器与电动机之间是否接输出接触器
并不要求和工频进行切换时，变频器与电动机接触器，则有可能在变频器的输出频率较高的致变频器跳闸。a.当一台变频器只控制一台电动机，且并不要求和工频进行切换时，变频器与电动机之间不要接输出接触器。因为如果接入了输出接触器，则有可能在变频器的输出频率较高的情况下启动电动机，产生较大的启动电流，导致变频器跳闸。b.必须接输出接触器的情况有两种：当一台变频器接多台电动机时，每台电动机必须要有单独控制的接触器。另外，在变频和工頻需要切换的情况下，当电动机接至工频电源时，必须切断和变频器之间的联系。通用变频器，一般都是采用交、直、交的方式组成，利用普通的电网电源运行的交流拖动系统，为了实现电动机的正、反转切换，必须利用触器等装置对电源进行换相切换。因此，电动机和变频器之间的接触器是必须接的。
2.3变频器与电动机之间是否需要加热继电器。
3、PLC在三相交流异步电动机变频调速系统软件设计
PLC的控制程序分主程序和定时中断程序两部分。在主程序中，PLC完成高速计数、定时中断和相关标志位的初始化操作，以及对三相异步电动机的启动/停止控制和正/反转控制等。在定时中断中，PLC完成转速的采集、控制运算和控制量输出的工作。主程序和中断程序的框图如图2和图3所示。
取得速度信号后，按照一定的控制规律进行控制运算。本系统采用的是变比例-积分分离的控制算法，即根据设定值与测量值的偏差大小分为4个区间，在每个区间采用不同的比例系统，当偏差值进入-5～+5的区间内，再加入积分控制。
模拟量输出模块EM232的输出电压为-10～+10V，12位分辨率。PLC经过控制运算后，得到的控制信号需要转换成PLC的D/A模块所规定的数据格式，通过EM232输出给变频器的频率设定端，改变变频器的输出频率，从而实现对电机转速的控制。
4、PLC控制三相异步电动机变频调速控制的技术
变频器的数值型（如频率、电压等）指令信号的输入，可分为数字输入和模拟输入两种。数字输入多采用变频器面板上的键盘操作和串行接口来给定；模拟输入则通过接线端子由外部给定，通常通过0～10V/5V的电压信号或0/4～20mA的电流信号输入。由于接口电路因输入信号而异，因此必须根据变频器的输入阻抗选择PI￡的输出模块。采用PI￡控制变频器通常有两种方法。
4.1 模拟量控制，该方法很直观而且简单，利用变频器的I/O端子，将变频器的跟随速度设置为某个模拟量输入，即可实现对变频器的控制，但是每个变频器占用PLC的一个模拟量通道。当变频器和PLC的电压信号范围不同时，如变频器的输入信号为0～10V，而PLC的输出电压信号范围为0～5V时；或PLC一次侧的输出信号电压范围为0～10V，而变频器的输入电压信号范围为0～5V时，由于变频器和晶体管的允许电压、电流等因素的限制，需用串联的方式接入限流电阻及分压方式，以保证进行开闭时不超过PLC和变频器的允许容量。变频调速系统的负载惯量大，一般起动转矩小。所以，加/减速时间值设置大时，转矩提升值要设置小。起动转矩大的负载，一般惯量小。所以，加/减速时间设置小时，转矩提升要设置大一些。如果加/减速时间长，大电流流过的时间长。逐步加大转矩提升，电流会逐步减小，直到电流反而增大时，停止转矩补偿的提升。
4.2 采用通信接口，该方法不仅实现了对变频器的控制，PLC还能够获取变频器的运行状态，PLC将变频器纳人为其系统中的子设备，便可读写变频器内部寄存器信息，以实现对变频器的实时控制。
变频器通过接线端子向外部输出相应的监测模拟信号，电压信号的范围通常为0～10V/5V，电流信号的范围通常为0/4～20nA。在应用中都应依据PLC一次侧的输入阻抗的大小，保证电路中电压和电流不超过电路的允许值，以提高系统的可靠性和减少误差。在使用PLC进行顺序控制时，由于CUP进行数据处理需要时间，存在一定的延迟时间，故在较精确的控制时应予以考虑。因为变频器在运行中会产生较强的电磁干扰，为保证PLC不会因变频器主电路断路器及开关器件等产生的噪声而出现故障，变频器与PLC进行信号线连接时应注意以下事项：
4.2.1对PLC本身应按规定的接线标准和接地条件进行接地，而且应注意避免和变频器使用共同的接地线，且在接地时使二者尽可能分开。
4.2.2在电源质量不高时，应在PLC的电源模块及输入、输出模块的电源线上接入噪声滤波器和降低噪声用的变压器等。另外，若有必要，在变频器一次侧也应采取相应的措施。
4.2.3当把变频器和PLC安装于同一控制柜中时，应尽可能使与变频器有关的导线和与PLC有关的导线分开。
4.2.4 PLC和变频器连接时，应该注意连接时出现的干扰，避免由于干扰造成变频器的误动作，或者由于连接不当导致PLC或变频器的输入、输出端损坏，其连线应使用屏蔽线和双绞线，以提高抗噪声干扰的水平。
结束语
本控制系统用PLC实现电机转速的测量和控制，通过变频器来改变三相异步电动机的转速。变频器的参数输入项目中有一些是电动机基本参数的输入，如电动机的功率、额定电压、额定电流、额定转速、极数等。这些参数的输入非常重要，将直接影响变频器中一些保护功能的正常发挥，以使电动机能正常工作在允许的范围之内，起到应有的保护作用。
参考文献
[1] 吴新立.异步电动机变频调速控制策略的研究[J].硅谷，2013，04.
[2] 张源淳，孙帮华. 三相异步电动机变频调速及应用[J].科技信息，2013，15.
[3] 张宏明，仝彩霞.普通交流异步电动机变频调速性能研究[J].煤炭技术，2013，03.