DB50/50機械(齒輪)傳動系統(tǒng)性能試驗機電氣控制

孫 勇，魏志遠(yuǎn)，田寶勝

(中機試驗裝備股份有限公司，吉林 長春 130103)

1 引 言

近年，來隨著我國工業(yè)自動化的迅猛發(fā)展，對工業(yè)電氣控制節(jié)能也提出了更高的要求。DB50/50機械(齒輪)傳動系統(tǒng)性能試驗機采用電能量回饋封閉結(jié)構(gòu)，通過變頻電機模擬加載輸入，采用電力測功機(電機)模擬負(fù)載扭矩，采用共直流母線技術(shù)，將模擬負(fù)載扭矩產(chǎn)生的電能量回收為輸入端驅(qū)動輸入供電，以電能量的形式形成寄生功率，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

2 主機結(jié)構(gòu)

DB50/50機械(齒輪)傳動系統(tǒng)性能試驗機如圖1所示，該試驗機的傳動、負(fù)載裝置為試驗提供傳動、負(fù)載力，對傳動效率、轉(zhuǎn)速要求都很高。綜合考慮，拖動電機和負(fù)載電機都選用功率為75kW的變頻電機，控制選用與之匹配的ABB的ACS800系列變頻器(變頻器參數(shù)設(shè)定見表1)。ACS800系列變頻器可通過DP總線與PLC組態(tài)建立通信，達(dá)到實時交互控制的效果。同時，在變頻器端加入編碼器采集卡，電機端加入編碼器，使變頻器與電機間形成轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)，從而達(dá)到對電機轉(zhuǎn)速的精確控制。

圖1 主機外觀

參數(shù)代碼含義設(shè)定值備注10.01定義外部EXT1控制信號源COMM.CW現(xiàn)場總線控制字10.03電機旋轉(zhuǎn)方向REQUEST允許用戶定義轉(zhuǎn)向11.02選擇控制口COMM.CW現(xiàn)場總線控制字11.03選擇外部信號源COMM.REF現(xiàn)場總線給定值REF151.01總線類型Profibus DP51.02節(jié)點地址451.03波特率1500 52.04PPO類型598.02選擇外部通信接口FIELDBUS

3 電氣控制主控制系統(tǒng)

3.1 共直流母線原理

目前，國內(nèi)很多交流變頻采用PWM調(diào)速方式，變頻器并沒有設(shè)計使再生能量反饋到三相電網(wǎng)的功能。因此，所有變頻器從電動機吸收的能量都會保存在電解電容中，最終導(dǎo)致變頻器中的母線電壓升高。如果變頻器配備制動單元和制動電阻，變頻器可通過短時間接通電阻，使電能以熱方式消耗掉。在沒有制動電阻和能量反饋單元的情況下，變頻器經(jīng)常性過壓、制動會導(dǎo)致變頻器發(fā)生變頻跳閘、停機現(xiàn)象，影響正常生產(chǎn)。

在這種情況下，如果有多個傳動變頻器通過直流母線互連，一個或多個電動機產(chǎn)生的再生能量就可以被其他電動機以電動的方式消耗吸收。這是一種非常有效的工作方式，即使有多個部位的電動機一直處于連續(xù)發(fā)電狀態(tài)，也不用再去考慮其他的處理再生能量的方式。主要控制過程為：變頻器交流端先供給380V交流電，待變頻器正常運行后，接觸器線圈吸合，直流端閉合，此時變頻器的閉環(huán)系統(tǒng)才算完成。

DB50/50機械(齒輪)傳動系統(tǒng)性能試驗機采用共直流母線技術(shù)，使能量通過母線流動供其它傳動使用，達(dá)到節(jié)能、提高設(shè)備運行可靠性等目的。共直流母線原理如圖2所示。

圖2 共直流母線原理圖

圖2中，1為隔離變壓器，主要作用是對主電源與本設(shè)備電源隔離，目的是為了隔離回饋后的電能逆變(斬波)對主電源下其它設(shè)備和科學(xué)儀器的影響。2為負(fù)載控制及回饋和逆變系統(tǒng)，主要用于負(fù)載的控制和發(fā)電后的整流、濾波、逆變、相位測控并網(wǎng)的功能的實現(xiàn)。3為負(fù)載電機，用于負(fù)載的模擬和發(fā)電。4為試樣，同時也是試驗機的被測對象和拖動裝置，一般為車橋或傳動軸。5為傳動裝置，模擬傳動輸入轉(zhuǎn)速。

3.2 上位機系統(tǒng)

上位機系統(tǒng)采用西門子S7-300PLC，是可靠性高、穩(wěn)定性強、實時處理能力強的工業(yè)領(lǐng)域控制系統(tǒng)。計算機具有良好的人機界面和綜合管理功能，方便用戶進行參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)采集等。PLC控制系統(tǒng)包括3個部分：計算機監(jiān)控系統(tǒng)、西門子PLC、主機傳感器。

西門子電控系統(tǒng)的基本組成：主流的CPU315-2 PN/DP、接口模塊、通信模塊、連接電纜、I/O模塊、存儲卡等。西門子PLC適用于中端性能要求的模塊化小型控制系統(tǒng)，各種性能的模塊可以非常好地滿足和適應(yīng)自動化控制任務(wù)，具有簡單實用的分布式結(jié)構(gòu)和多接口網(wǎng)絡(luò)能力，應(yīng)用十分靈活，控制任務(wù)增加時，可自由擴展，功能非常強大。

對PLC與變頻器之間進行組態(tài)(如圖3所示)，將PLC作為主站控制變頻器1和變頻器2，變頻器1為從站1，變頻器2為從站2。PQW264為從站1的控制字，PQW266為從站1的速度給定值；PQW292為從站2的控制字，PQW294為從站2的速度給定值。 通過以上設(shè)定， 可編寫控制啟動停止的主程序，如圖4所示。

圖3 PLC與ACS800組態(tài)結(jié)構(gòu)圖

圖4 邏輯框圖

4 結(jié)術(shù)語

根據(jù)對試驗結(jié)果的分析，設(shè)計的自動化電氣控制系統(tǒng)可達(dá)到節(jié)能、增效的目的，進而大大提高傳動軸試驗的靈活性和可靠性。在工業(yè)應(yīng)用中，針對同軸連接需要同步運行的場合，主從控制是一種最佳的選擇方案，不僅能夠保證多個同軸電機的同步運行，而且可較好地實現(xiàn)負(fù)載的均勻分配，減少了設(shè)備因不同步、負(fù)載分配不平衡而導(dǎo)致的系統(tǒng)故障和產(chǎn)品質(zhì)量差等現(xiàn)象的發(fā)生。