三相異步電動機雙速可逆變頻調速PLC控制

劉煥煥

[摘 要]PLC三相交流異步電動機在工業(yè)生產中有著廣泛的應用，它的優(yōu)點是結構簡單，維護方便，缺點是不易調速。隨著生產工藝和節(jié)能要求的日益提高，使三相交流異步電動機的應用正逐漸向軟啟動、變頻調速等方向發(fā)展。

[關鍵詞]三相異步電動機；變頻調速；PLC

中圖分類號：TG672 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）14-0042-01

異步電動機變頻調速所要求的變頻電源幾乎都采用靜止式變頻器。利用變頻器進行調速控制時，只需改變變頻器內部逆變電路換流器件的開關順序，即可以達到對輸出進行換相的目的，很容易實現(xiàn)電動機的正、反轉切換。本文介紹了PLC在三相交流異步電動機變頻調速系統(tǒng)方面的設計，說明了系統(tǒng)的控制策略和工作原理，探討三相異步電動機雙速可逆變頻調速PLC控制。

1、PLC在三相交流異步電動機變頻調速系統(tǒng)設計

三相交流異步電動機變頻調速系統(tǒng)，以可編程序控制器PLC作為核心控制部件，通過速度傳感器將電動機的轉速信號傳給PLC，PLC經過控制規(guī)律的運算后，給出控制信號，改變電動機輸入電壓的頻率，來調節(jié)電動機的轉速，從而構成了一個閉環(huán)的速度控制系統(tǒng)。如圖1所示。

2、三相異步電動變頻器電路連接的要點

2.1變頻器前面一定要加接觸器

輸入側接觸器的作用。一般說來，在斷路器和變頻器之間，應該有接觸器。a.可通過按鈕開關方便地控制變頻器的通電與斷電。b.發(fā)生故障時可自動切斷變頻器電源，如：變頻器自身發(fā)生故障，報警輸出端子動作時，可使接觸器KM迅速斷電，從而使變頻器立即脫離電源。另外，當控制系統(tǒng)中有其他故障信號時，也可迅速切斷變頻器電源。

2.2變頻器與電動機之間是否接輸出接觸器

并不要求和工頻進行切換時，變頻器與電動機接觸器，則有可能在變頻器的輸出頻率較高的致變頻器跳閘。a.當一臺變頻器只控制一臺電動機，且并不要求和工頻進行切換時，變頻器與電動機之間不要接輸出接觸器。因為如果接入了輸出接觸器，則有可能在變頻器的輸出頻率較高的情況下啟動電動機，產生較大的啟動電流，導致變頻器跳閘。b.必須接輸出接觸器的情況有兩種：當一臺變頻器接多臺電動機時，每臺電動機必須要有單獨控制的接觸器。另外，在變頻和工頻需要切換的情況下，當電動機接至工頻電源時，必須切斷和變頻器之間的聯(lián)系。通用變頻器，一般都是采用交、直、交的方式組成，利用普通的電網電源運行的交流拖動系統(tǒng)，為了實現(xiàn)電動機的正、反轉切換，必須利用觸器等裝置對電源進行換相切換。因此，電動機和變頻器之間的接觸器是必須接的。

2.3變頻器與電動機之間是否需要加熱繼電器。

3、PLC在三相交流異步電動機變頻調速系統(tǒng)軟件設計

PLC的控制程序分主程序和定時中斷程序兩部分。在主程序中，PLC完成高速計數(shù)、定時中斷和相關標志位的初始化操作，以及對三相異步電動機的啟動/停止控制和正/反轉控制等。在定時中斷中，PLC完成轉速的采集、控制運算和控制量輸出的工作。主程序和中斷程序的框圖如圖2和圖3所示。

取得速度信號后，按照一定的控制規(guī)律進行控制運算。本系統(tǒng)采用的是變比例-積分分離的控制算法，即根據設定值與測量值的偏差大小分為4個區(qū)間，在每個區(qū)間采用不同的比例系統(tǒng)，當偏差值進入-5～+5的區(qū)間內，再加入積分控制。

模擬量輸出模塊EM232的輸出電壓為-10～+10V，12位分辨率。PLC經過控制運算后，得到的控制信號需要轉換成PLC的D/A模塊所規(guī)定的數(shù)據格式，通過EM232輸出給變頻器的頻率設定端，改變變頻器的輸出頻率，從而實現(xiàn)對電機轉速的控制。

4、PLC控制三相異步電動機變頻調速控制的技術

變頻器的數(shù)值型（如頻率、電壓等）指令信號的輸入，可分為數(shù)字輸入和模擬輸入兩種。數(shù)字輸入多采用變頻器面板上的鍵盤操作和串行接口來給定；模擬輸入則通過接線端子由外部給定，通常通過0～10V/5V的電壓信號或0/4～20mA的電流信號輸入。由于接口電路因輸入信號而異，因此必須根據變頻器的輸入阻抗選擇PI￡的輸出模塊。采用PI￡控制變頻器通常有兩種方法。

4.1 模擬量控制，該方法很直觀而且簡單，利用變頻器的I/O端子，將變頻器的跟隨速度設置為某個模擬量輸入，即可實現(xiàn)對變頻器的控制，但是每個變頻器占用PLC的一個模擬量通道。當變頻器和PLC的電壓信號范圍不同時，如變頻器的輸入信號為0～10V，而PLC的輸出電壓信號范圍為0～5V時；或PLC一次側的輸出信號電壓范圍為0～10V，而變頻器的輸入電壓信號范圍為0～5V時，由于變頻器和晶體管的允許電壓、電流等因素的限制，需用串聯(lián)的方式接入限流電阻及分壓方式，以保證進行開閉時不超過PLC和變頻器的允許容量。變頻調速系統(tǒng)的負載慣量大，一般起動轉矩小。所以，加/減速時間值設置大時，轉矩提升值要設置小。起動轉矩大的負載，一般慣量小。所以，加/減速時間設置小時，轉矩提升要設置大一些。如果加/減速時間長，大電流流過的時間長。逐步加大轉矩提升，電流會逐步減小，直到電流反而增大時，停止轉矩補償?shù)奶嵘?/p>

4.2 采用通信接口，該方法不僅實現(xiàn)了對變頻器的控制，PLC還能夠獲取變頻器的運行狀態(tài)，PLC將變頻器納人為其系統(tǒng)中的子設備，便可讀寫變頻器內部寄存器信息，以實現(xiàn)對變頻器的實時控制。

變頻器通過接線端子向外部輸出相應的監(jiān)測模擬信號，電壓信號的范圍通常為0～10V/5V，電流信號的范圍通常為0/4～20nA。在應用中都應依據PLC一次側的輸入阻抗的大小，保證電路中電壓和電流不超過電路的允許值，以提高系統(tǒng)的可靠性和減少誤差。在使用PLC進行順序控制時，由于CUP進行數(shù)據處理需要時間，存在一定的延遲時間，故在較精確的控制時應予以考慮。因為變頻器在運行中會產生較強的電磁干擾，為保證PLC不會因變頻器主電路斷路器及開關器件等產生的噪聲而出現(xiàn)故障，變頻器與PLC進行信號線連接時應注意以下事項：

4.2.1對PLC本身應按規(guī)定的接線標準和接地條件進行接地，而且應注意避免和變頻器使用共同的接地線，且在接地時使二者盡可能分開。

4.2.2在電源質量不高時，應在PLC的電源模塊及輸入、輸出模塊的電源線上接入噪聲濾波器和降低噪聲用的變壓器等。另外，若有必要，在變頻器一次側也應采取相應的措施。

4.2.3當把變頻器和PLC安裝于同一控制柜中時，應盡可能使與變頻器有關的導線和與PLC有關的導線分開。

4.2.4 PLC和變頻器連接時，應該注意連接時出現(xiàn)的干擾，避免由于干擾造成變頻器的誤動作，或者由于連接不當導致PLC或變頻器的輸入、輸出端損壞，其連線應使用屏蔽線和雙絞線，以提高抗噪聲干擾的水平。

結束語

本控制系統(tǒng)用PLC實現(xiàn)電機轉速的測量和控制，通過變頻器來改變三相異步電動機的轉速。變頻器的參數(shù)輸入項目中有一些是電動機基本參數(shù)的輸入，如電動機的功率、額定電壓、額定電流、額定轉速、極數(shù)等。這些參數(shù)的輸入非常重要，將直接影響變頻器中一些保護功能的正常發(fā)揮，以使電動機能正常工作在允許的范圍之內，起到應有的保護作用。

參考文獻

[1] 吳新立.異步電動機變頻調速控制策略的研究[J].硅谷，2013，04.

[2] 張源淳，孫幫華. 三相異步電動機變頻調速及應用[J].科技信息，2013，15.

[3] 張宏明，仝彩霞.普通交流異步電動機變頻調速性能研究[J].煤炭技術，2013，03.