基于PLC和變頻器的汽車發(fā)電機(jī)性能離車檢測(cè)方法

戰(zhàn)祥森

摘要：探究基于PLC和變頻器的發(fā)電機(jī)性能離車檢測(cè)方法。為進(jìn)一步提高發(fā)電機(jī)性能檢測(cè)方法的可行性和直觀性，利用智能人機(jī)交互界面、PLC以及變頻器，在傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)檢測(cè)的基礎(chǔ)上，研究一種新的檢測(cè)方法。

關(guān)鍵詞：變頻器;人機(jī)界面;發(fā)電機(jī)性能;PLC

0 ?引言

隨著科技的迅速發(fā)展，可編程控制器、變頻器、模糊控制器等新技術(shù)產(chǎn)品在汽車生產(chǎn)和相關(guān)產(chǎn)品檢測(cè)中，得到了廣泛應(yīng)用，促使相關(guān)產(chǎn)品的檢測(cè)方法不斷豐富。其中可編程控制器（PLC）和變頻器具有成本較低、性能卓越等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，其技術(shù)日趨完善和成熟，在發(fā)電機(jī)性能離車檢測(cè)中效果顯著，本文將對(duì)其做出詳細(xì)分析。

1 ?發(fā)電機(jī)性能檢測(cè)原理及要素

在發(fā)電機(jī)性能離車檢測(cè)中，PLC主要起到采集、運(yùn)算數(shù)據(jù)的作用，變頻器通過(guò)平滑調(diào)整發(fā)電機(jī)速度，得出在不同工況下發(fā)電機(jī)的要素值，人機(jī)界面則起到顯示用戶交流和PLC運(yùn)算數(shù)據(jù)的重要作用，可用于發(fā)電機(jī)滿載轉(zhuǎn)速和空載轉(zhuǎn)速的測(cè)試[1]。該檢測(cè)方法流程圖詳見圖1。

測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)變頻器拖動(dòng)試驗(yàn)發(fā)電機(jī)，由蓄電池供給激磁繞組電流，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速提高時(shí)，閉合一下開關(guān)然后再打開;在進(jìn)行空載試驗(yàn)時(shí)啟動(dòng)電源，調(diào)節(jié)“速度提升”按鈕使其轉(zhuǎn)速逐漸提升，當(dāng)電壓達(dá)到額定電壓時(shí)（小型車一般為14V），可在人機(jī)界面讀取此時(shí)的轉(zhuǎn)速。在進(jìn)行滿載試驗(yàn)時(shí)，首先應(yīng)調(diào)節(jié)，逐漸減小負(fù)載阻值，確保輸出電流為額定電流、電壓為額定電壓，此時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)<4000轉(zhuǎn)/min，可通過(guò)人機(jī)界面讀取數(shù)值，從而對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行性能判斷。

發(fā)電機(jī)性能檢測(cè)系統(tǒng)包括電機(jī)安裝座、變頻器、PLC數(shù)據(jù)處理器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)等，其中驅(qū)動(dòng)電機(jī)與變頻器相連接，以此調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速，確保其平穩(wěn)、可靠，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和輸入端、PLC數(shù)據(jù)處理器相連接，用于處理、接收和輸出數(shù)據(jù)。不僅如此，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)上，還安裝有PLC數(shù)據(jù)處理器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)速度傳感器，檢測(cè)數(shù)據(jù)在顯示器上顯示，全面對(duì)比發(fā)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，確保數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性和可靠性。與傳統(tǒng)檢測(cè)方法相比，該方法可收集變頻調(diào)節(jié)器不同工況下的負(fù)載特性、電流、電壓、轉(zhuǎn)速，便于檢測(cè)人員進(jìn)行調(diào)整和判斷。

2 ?變頻器

2.1 變頻器調(diào)速原理

在交流電氣系統(tǒng)中，想要確保其達(dá)到工藝要求的運(yùn)行方式，可通過(guò)調(diào)整電動(dòng)機(jī)的電源頻率，有效控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。將變頻調(diào)速器添加到正常工頻的交流電源中，“濾波器”和“整流器”可將其轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姴⑤斎搿澳孀兤鳌保妱?dòng)機(jī)關(guān)通過(guò)調(diào)節(jié)逆變裝置，可明確輸出交流電的頻率，從而調(diào)整和改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速[2]。在發(fā)電機(jī)性能離車檢測(cè)系統(tǒng)中，變頻器既可以實(shí)現(xiàn)設(shè)定速度和加速減速，也可以平滑的調(diào)速，可從“零速度”調(diào)整至額定轉(zhuǎn)速，具有精準(zhǔn)度高、調(diào)速質(zhì)量高、調(diào)整范圍寬等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，因此應(yīng)用較為廣泛。

2.2 變頻器配置與選型

考慮到發(fā)電機(jī)功率范圍和整機(jī)適用性，可將15kW功率的單相電源變頻器作為變頻器類型，內(nèi)置EMC濾波器，型號(hào)為ATV31HU15M2，其具體項(xiàng)目參數(shù)如下：

①想要實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)升降，就必須對(duì)旋鈕速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此將輸入AI1有效作為配置給定。

②所選標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)的功率因數(shù)（COS）、額定速度（NSP）、額定電流（NCR）、額定功率（FRS）、額定電壓（UNS）、頻率（BFR）。

變頻器控制驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)不同轉(zhuǎn)速下工作，收集、模擬不同工況下發(fā)電機(jī)的負(fù)載特性、轉(zhuǎn)速、電流、電壓等，直觀的在顯示屏上顯示發(fā)電機(jī)性能檢測(cè)值，通過(guò)分析發(fā)電機(jī)輸入和輸出轉(zhuǎn)速，判斷發(fā)電機(jī)傳動(dòng)性能是否可靠。

2.3 調(diào)速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

采用變頻器將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在控制在0-4000轉(zhuǎn)/min。在安裝時(shí)應(yīng)盡量使用獨(dú)立的線槽，將控制電纜和電源線分開，同時(shí)采取分散布線的方式，條件允許時(shí)可采用電纜套管，避免變頻器信號(hào)線與輸入、輸出線集束布線或平行布線，最大限度減少未屏蔽的線路。電機(jī)、變頻器等加數(shù)據(jù)線濾波器到信號(hào)線上，接地線接到同一點(diǎn)上，COM段連接屏蔽線的外皮，使用雙絞線屏蔽控制用信號(hào)線和檢測(cè)器連接線。控制回路端必須與強(qiáng)電回路、主回路分開布線，應(yīng)使用雙絞線作為屏蔽接線。由于控制回路的頻率輸入信號(hào)是微小電流，因此為了防止接觸不良，在接點(diǎn)輸入的場(chǎng)合，可使用雙生接點(diǎn)或兩個(gè)并排的接點(diǎn)，應(yīng)選用大于0.75平方毫米的電纜接線作為控制回路。

3 ?可編程控制器

選擇S7-200型PLC（西門子公司生產(chǎn)）作為系統(tǒng)的可編程序控制器，該類型PLC實(shí)時(shí)性強(qiáng)，操作便捷、容易掌握，具有豐富的指令集和較高的可靠性，擁有強(qiáng)勁的拓展能力和通訊能力，因此在各領(lǐng)域、行業(yè)中的控制、監(jiān)測(cè)及檢測(cè)中應(yīng)用廣泛。本套研究系統(tǒng)應(yīng)用EM231模擬量拓展模塊和CPU模塊。其中CPU222模塊有6個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)和8個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)輸入點(diǎn)），數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后在觸摸屏上顯示，該模塊有高速計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)通道，因此可通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)時(shí)采集和傳輸數(shù)據(jù)。

同時(shí)，具有2kB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)和4kB的用戶程序區(qū)，支持Profibus Dp、自由口以及MPI、PPI通訊協(xié)議[3]。EM231在發(fā)電機(jī)性能離車檢測(cè)中，能夠完成實(shí)時(shí)電壓、電流的采集，并將其輸送至CPU進(jìn)行計(jì)算。這種類型的PLC編程軟件掌握FBD、STL、LAD三種編程語(yǔ)言，按照要求編寫程序，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，可使PLC實(shí)現(xiàn)以下功能：

①將數(shù)據(jù)輸送至eVinw界面實(shí)時(shí)顯示，根據(jù)公式（偏置值+量程值×采樣值/27648）運(yùn)算傳感器送達(dá)的模擬信號(hào)。

②運(yùn)算、比較、保存用戶輸入的被測(cè)發(fā)電機(jī)的額定電流、額定電壓、滿載轉(zhuǎn)速和空載轉(zhuǎn)速。

③運(yùn)算、捕捉高速脈沖信號(hào)，并將轉(zhuǎn)速傳感器送達(dá)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋給觸摸屏顯示[4]。

4 ?人機(jī)界面

現(xiàn)階段，給予PC機(jī)、單片機(jī)、PLC的自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)迅猛發(fā)展，在大多數(shù)自動(dòng)化領(lǐng)域都得到了應(yīng)用和發(fā)展，人機(jī)交互系統(tǒng)隨之而來(lái)，其重要作用也日益凸顯。人機(jī)交互系統(tǒng)的核心就是液晶顯示工業(yè)觸摸屏，其具有壽命長(zhǎng)、可靠性高等優(yōu)勢(shì)，受到了自動(dòng)化設(shè)備制造商和自動(dòng)化系統(tǒng)集成商的關(guān)注和青睞。本套系統(tǒng)采用eView觸摸屏，該觸摸屏價(jià)格低廉、性能優(yōu)良，能夠生動(dòng)直觀的顯示PC機(jī)、單片機(jī)、PLC上的數(shù)據(jù)信息。不僅如此，這套系統(tǒng)使用方便，功能強(qiáng)大，適用于大多數(shù)的PLC產(chǎn)品，能夠?qū)崟r(shí)顯示PLC輸送的數(shù)據(jù)，整個(gè)界面具有較強(qiáng)的人性化，顏色豐富，操作簡(jiǎn)便。

5 ?通訊

系統(tǒng)采用S7-200和eView的通訊，可將外部設(shè)備或PLC連接至其通訊端口，從而確保通訊正常建立。需要注意的是，RS232、RS485/422設(shè)備通訊時(shí)電纜長(zhǎng)度不能超過(guò)15m、150m，以此避免通訊問(wèn)題發(fā)生。當(dāng)顯示屏出現(xiàn)“PLC no response……”時(shí)，則表示通訊出現(xiàn)故障，需要及時(shí)采取相應(yīng)措施予以解決[5]。

6 ?結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，相較于原有的發(fā)電機(jī)離車檢測(cè)系統(tǒng)，基于PLC和變頻器的檢測(cè)系統(tǒng)和方法操作更加便捷，顯示界面也更加直觀。同時(shí)，CPU可有效捕捉運(yùn)算高速脈沖信息，進(jìn)一步提升轉(zhuǎn)速檢測(cè)的精準(zhǔn)度和效率，利用變頻器調(diào)節(jié)電阻的旋動(dòng)，能夠大幅度提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。在今后研究中，可通過(guò)電子負(fù)載代替可調(diào)電阻、建立發(fā)電機(jī)性能參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)等方式，對(duì)該檢測(cè)方法進(jìn)行優(yōu)化，促使其檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性更加優(yōu)越。

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