變頻器和PLC在傳送帶多種速度控制中的應(yīng)用

海瀅 孫樂(lè)濤 郭玉梅

摘要：隨著工業(yè)自動(dòng)化的逐漸發(fā)展，自動(dòng)化已經(jīng)在各種制造業(yè)和企業(yè)中得到廣泛運(yùn)用。在進(jìn)行加工生產(chǎn)的時(shí)候，我們就要求流水線傳送帶上物流能夠按照所指定的加工位置停止，這樣才能跟上皮帶傳送時(shí)的速度變化。而PLC和變頻器的組合控制系統(tǒng)就可以很好地解決上述存在的問(wèn)題，PLC控制系統(tǒng)還能適用于所有的普通電動(dòng)機(jī)。其中，變頻器具有多種計(jì)算邏輯運(yùn)算和職能控制功能，使變頻器可以很容易的改變電動(dòng)機(jī)的速度，精度高、穩(wěn)定性好、可靠性高、存儲(chǔ)容量大、靈活性好。

關(guān)鍵詞：PLC 變頻器 高質(zhì)量設(shè)備 存儲(chǔ)容量大

1 變頻調(diào)速技術(shù)分析與應(yīng)用

1.1 變頻器的調(diào)速技術(shù)和控制方式 變頻器要想把工頻電源變?yōu)楦鞣N頻率的交流電源，就需要可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)變速運(yùn)行的設(shè)備。變頻器的基本構(gòu)成如圖1-1所示，其主要電路是由整流電路、直流中間電路和逆變電路三部分以及相關(guān)的控制電路組成的。

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圖1-1 變頻器的基本結(jié)構(gòu)框圖

在交流變頻器中常用的非智能控制方式有v/f控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。

1.2 變頻調(diào)速技術(shù)

1.2.1 變頻調(diào)速的定義 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：n=n0（1-s）=60f0（1-s）/p其中f0為定子電壓頻率，p為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率。n0為異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。由上面的公式可以看出通過(guò)改變供電電源的頻率，可以平滑地調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，我們將這種調(diào)速方法稱(chēng)為變頻調(diào)速。

1.2.2 變頻調(diào)速的原理 在電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，我們希望保持每極磁通量為額定值。如果磁通太弱，電機(jī)的鐵芯就不會(huì)得到充分利用；磁通太大，又會(huì)使鐵芯飽和，導(dǎo)致過(guò)大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過(guò)熱而損壞電機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)定子繞組每相感應(yīng)電勢(shì)為：

E1=4.4f1？棕1k1φ（1）

U1=I1Z1+E1（2）

式中：k1——定子繞組等值匝數(shù)，k1

如果忽略定子阻抗電壓降，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)近似等于定子外加電壓

U1=E1=4.4f1？棕1k1φ（3）

若定子端電壓U1不變，則隨著f1的升高，氣隙磁通將減小電機(jī)轉(zhuǎn)矩為：

T=c1φI2cos？漬2（4）

I2——轉(zhuǎn)子電流；cos？漬2——轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)；c1——轉(zhuǎn)矩常數(shù)。

從電機(jī)轉(zhuǎn)矩公式可看出的減小勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致電機(jī)允許輸出轉(zhuǎn)矩T下降，使電機(jī)的利用率降低，電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩也將降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電機(jī)堵轉(zhuǎn)。若維持定子端電壓u不變，而減小f1則φ增加，將造成磁路過(guò)飽和，勵(lì)磁電流增加，鐵心過(guò)熱。為此在調(diào)頻的同時(shí)需改變定子電壓U，以維持氣隙磁通不變。根據(jù)U1和f1的不同比例關(guān)系，將有不同的變頻調(diào)速方式。

2 可編程控制器的分析與應(yīng)用

2.1 PLC的主要功能和特點(diǎn)

PLC的主要功能有：邏輯控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制、步進(jìn)控制、PID控制、數(shù)據(jù)控制、遠(yuǎn)程I/O功能、通信和聯(lián)網(wǎng)。

PLC的主要特點(diǎn)有：可靠性；豐富的接口模塊；采用模塊化結(jié)構(gòu)；編程簡(jiǎn)單易學(xué)；安裝簡(jiǎn)單，維修方便。

2.2 PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

①單機(jī)控制系統(tǒng)：該控制系統(tǒng)使用一臺(tái)PLC控制一個(gè)對(duì)象，沒(méi)有通信問(wèn)題，采樣條件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較集中，控制系統(tǒng)的構(gòu)成簡(jiǎn)單明了。

②集中控制系統(tǒng)：該控制系統(tǒng)用一臺(tái)功能強(qiáng)大的PLC監(jiān)視、控制多個(gè)設(shè)備。其中，中央PLC統(tǒng)一調(diào)控各個(gè)設(shè)備之間的通信問(wèn)題和運(yùn)行順序等。

③分散控制系統(tǒng)：該控制系統(tǒng)的構(gòu)成是為每一個(gè)控制對(duì)象設(shè)置一臺(tái)PLC，各臺(tái)PLC之間可通過(guò)信號(hào)傳遞進(jìn)行內(nèi)部連鎖，或者由上位機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)通信總線進(jìn)行通信。

3 系統(tǒng)的硬件開(kāi)發(fā)

3.1 變頻器的選擇

變頻器主要利用的就是電力半導(dǎo)體器件的通電作用以此改變工頻電源頻率的電能控制裝置的。其中，變頻器的電路一般都是由四個(gè)部分組成的，即整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變以及控制等四部分，變頻器在選型的時(shí)候，我們主要通過(guò)以下幾點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)：

①采用變頻的目的：恒壓控制或恒流控制等。

②變頻器的負(fù)載類(lèi)型：特別注意負(fù)載的性能曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時(shí)的方式方法。

③變頻器與負(fù)載的匹配問(wèn)題：a電壓匹配：變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。b電流匹配：變頻器的額定電流與電機(jī)的額定電流相符。c轉(zhuǎn)矩匹配：這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝置時(shí)有可能發(fā)生。

④在使用變頻器驅(qū)動(dòng)高速電機(jī)時(shí)，由于高速電機(jī)的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。

3.2 變頻器參數(shù)設(shè)置

變頻器的設(shè)定參數(shù)多，每個(gè)參數(shù)均有一定的選擇范圍。

最低運(yùn)行頻率：即電機(jī)運(yùn)行的最小轉(zhuǎn)速，電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，其散熱性能很差。

最高運(yùn)行頻率：一般的變頻器最大頻率為60Hz，有的最高可達(dá)到400HZ。

載波頻率：載波頻率設(shè)置的越高其高次諧波分量越大，受電纜長(zhǎng)度，電機(jī)發(fā)熱，電纜發(fā)熱變頻器發(fā)熱等因素影響很大。

電機(jī)參數(shù)：變頻器在參數(shù)中設(shè)定電機(jī)的功率、電流、電壓、轉(zhuǎn)速、最大頻率，這些參數(shù)可以從電機(jī)銘牌中直接得到。

4 結(jié)論

PLC系統(tǒng)使得電動(dòng)機(jī)控制變得簡(jiǎn)單易操作，同時(shí)提高了系統(tǒng)的效率、性能和擴(kuò)展能力，具有鮮明的技術(shù)特點(diǎn)。用它來(lái)代替原來(lái)的雙速電機(jī)等，可以大幅擴(kuò)展速度范圍，提高了速度的種類(lèi)，從而節(jié)約了成本。

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