基于PLC和變頻器的電機(jī)控制技術(shù)分析

內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯生態(tài)環(huán)境職業(yè)學(xué)院 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017010

引言

在自動(dòng)化產(chǎn)品快速發(fā)展的今天,同樣的功能可以通過多種方式實(shí)現(xiàn)。舉例來說,有很多方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)許多設(shè)備的定位控制。單片機(jī)與伺服系統(tǒng)相結(jié)合的位置控制部分,PLC具有高速脈沖輸出功能,伺服系統(tǒng)與定位裝置配合使用。但不同的定位控制系統(tǒng)其特點(diǎn)不同,成本也各不相同,因此應(yīng)根據(jù)不同設(shè)備對(duì)精度和響應(yīng)速度的要求,選擇合適的定位控制系統(tǒng),以獲得最佳的性能性價(jià)比。采用可編程控制器的高速計(jì)數(shù)器和變頻器通信功能,實(shí)現(xiàn)位置控制是經(jīng)濟(jì)有效的方法。

一、相關(guān)技術(shù)背景簡介

變頻具有效率高,范圍寬,精度高等特點(diǎn)。最早提出電壓型逆變器,后來發(fā)展到電流型、脈寬調(diào)制等逆變器。當(dāng)前的主要方案是頻率轉(zhuǎn)換率,調(diào)制系統(tǒng)包括正交頻變速度、正交頻變速度、同步電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)調(diào)頻速度、正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)、矢量調(diào)制、功率半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換器調(diào)制、電機(jī)調(diào)制、控制檢測等。三者相互依存,共同實(shí)現(xiàn)高精度、使用方便性,低扭矩脈沖,低噪聲,無傳感器,小尺寸等交流傳輸性能指標(biāo)。變頻速度快,具有范圍廣、光滑度好、機(jī)械特性硬等優(yōu)點(diǎn)。等速或等速轉(zhuǎn)矩容易實(shí)現(xiàn)。

PLC全名為ProgrambleController,可編寫邏輯運(yùn)算,順序控制,定時(shí),計(jì)數(shù),算術(shù)運(yùn)算等程序。它是一種指令序列形式的存儲(chǔ)器,它通過模擬、數(shù)字等輸入輸出元件,根據(jù)存儲(chǔ)器中的控制內(nèi)容,對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。典型的PLC組通常包括CPU模塊、電源模塊和若干I/O可插底板模塊。附加配置中,還可以包括操作者界面、電腦顯示器、通訊模塊、軟件等特殊功能模塊。本系統(tǒng)具有安裝方便,占用空間小,能耗低等特點(diǎn),可應(yīng)用于手持式故障診斷指示器中,其他項(xiàng)目可重復(fù)使用。專注于PLC的功能,如運(yùn)行速度、接口類型、數(shù)據(jù)處理能力等,這一點(diǎn)已經(jīng)得到了很大的改善,但PLC仍保留著其原始的設(shè)計(jì)原則[1]。

二、系統(tǒng)的構(gòu)成

本實(shí)用新型通過人機(jī)界面簡單地設(shè)置了PLC中寄存器的插件,便于與人進(jìn)行交互,操作頻率可在人機(jī)界面上直接顯示。該系列PLC包括兩個(gè)通信接口。COM1為RS232,commp2為RS485。對(duì)應(yīng)于MODBUSASCII/RTU通信格式。通信費(fèi)可以達(dá)到1152bps的上限。因此,無需擴(kuò)展模塊。另外,DVP系列PLC提供了專門用于ModbusASCII/RTU模式的通信命令,無需極大地簡化通信程序,可進(jìn)行復(fù)雜的驗(yàn)證碼計(jì)算,或使用復(fù)雜的命令形式,如串行數(shù)據(jù)傳輸命令rs,Delta的VFD系列INver數(shù)據(jù)具有獨(dú)立的RS-485串行通信接口,符合MODBUSASCII/RTU通信格式(不包括VCCD-FDa系列)。

三、變頻器的選型

(1)負(fù)荷型調(diào)速裝置的選用。由于負(fù)載變化越小,期望速度的變化就越小,系統(tǒng)的運(yùn)行就越穩(wěn)定,所以負(fù)載的大部分就越小,機(jī)械性能就越好。但是,有些負(fù)荷需要像電車和電梯這樣柔軟的機(jī)械特性。如負(fù)荷過大,速度會(huì)自動(dòng)減慢,以求安全。

(2)考慮經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、設(shè)備投資和雙方的利益。二是選擇適合于系統(tǒng)調(diào)速的調(diào)速設(shè)備,如風(fēng)機(jī)、泵等通用調(diào)速節(jié)能設(shè)備,一般選用v/f型SPMW(正弦波脈寬調(diào)制)通用變頻設(shè)備。逆變器沒有選擇矢量控制或直轉(zhuǎn)矩控制。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,速度快,請(qǐng)選用矢量逆變器或直接轉(zhuǎn)矩控制。在對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)裝置扭矩進(jìn)行測量時(shí),若直接選擇扭矩控制的逆變器,可將其輸出的扭矩作為測量參數(shù),直接測量。在設(shè)備性能價(jià)格比方面,當(dāng)價(jià)格接近時(shí),應(yīng)選擇性能較好的變頻器；另外還必須考慮到調(diào)速系統(tǒng)的失靈問題。由于馬達(dá)本身,調(diào)速系統(tǒng)故障導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備停機(jī),維修,因此損失可超過調(diào)速裝置本身價(jià)格的幾倍。在選型時(shí),應(yīng)充分考慮變頻裝置的性能和可靠性,而僅考慮其價(jià)格因素是片面的。

四、多電機(jī)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)

伴隨著控制理論的不斷創(chuàng)新和技術(shù)的不斷發(fā)展,各種電機(jī)同步控制方案應(yīng)運(yùn)而生。有以下幾種主要的操作方法。每種調(diào)速系統(tǒng)都是在給定同一信號(hào)的基礎(chǔ)上,采用并行方式實(shí)現(xiàn)的。這種方法很容易實(shí)現(xiàn)。具有良好的跟蹤性能,但在電機(jī)負(fù)荷變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的速度誤差。該方法依據(jù)相同信號(hào)的串聯(lián)運(yùn)行方式,以前向電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度作為后向電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種控制線路,雖然簡單,但在步進(jìn)式輸入式恒流升降啟動(dòng)階段,后輪電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度稍慢。本發(fā)明基于補(bǔ)償原理,通過將主、從動(dòng)電機(jī)的預(yù)置信號(hào)或原電機(jī)的轉(zhuǎn)速輸出作為下一次電機(jī)的轉(zhuǎn)速供給,通過補(bǔ)償器將主、從動(dòng)電機(jī)的預(yù)置信號(hào)或原電機(jī)的轉(zhuǎn)速輸出作為下一次電機(jī)的轉(zhuǎn)速供給,比較了從動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速輸出量與從動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速輸出量。采用PLC實(shí)現(xiàn)速度同步；該補(bǔ)償方法改善了同步跟蹤性能和穩(wěn)態(tài)性能,提高了多電機(jī)同步系統(tǒng)并行運(yùn)行的抗干擾能力。串行多電機(jī)同步系統(tǒng)提高了旋轉(zhuǎn)速度補(bǔ)償性能,改善了同步跟蹤性能和抗干擾能力。精度高、可靠性好、可同步運(yùn)行。該方法具有可靠性高,成本低,多電機(jī)同步控制實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。

首先,它是串聯(lián)的。原電機(jī)為主電機(jī),后改為2930電機(jī)為從屬電機(jī),其余為主電機(jī)和從動(dòng)電機(jī)。對(duì)于前輪電機(jī),從前輪到后輪的電機(jī)是主電機(jī)。除末級(jí)電機(jī)外,所有電機(jī)均可作為主電機(jī)。一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷干擾對(duì)前一臺(tái)沒有影響。只能影響后面的發(fā)動(dòng)機(jī)。拆卸主電機(jī)后,對(duì)后續(xù)各電機(jī)的同步速度與前一次電機(jī)進(jìn)行比較。二是并行處理。相對(duì)于主電機(jī)速度,總電機(jī)速度達(dá)到同步。以2臺(tái)電機(jī)為例,根據(jù)補(bǔ)償原理,結(jié)合現(xiàn)場情況,采用同步控制方式。如需擴(kuò)大電機(jī),可用相關(guān)方法擴(kuò)大內(nèi)部備用。采用串行、并行電機(jī)控制；

五、變頻調(diào)速系統(tǒng)的類型

1.按應(yīng)用的場合。高壓高頻輸出變頻調(diào)速裝置。巨型電船和礦車卷起的特殊載荷一般由高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)。在解決諧波污染等問題的同時(shí),該變頻調(diào)速系統(tǒng)還應(yīng)注意開閉管路的耐壓、耐耗問題。為滿足生產(chǎn)設(shè)備和公共設(shè)施生產(chǎn)過程的需要或滿足人們舒適的乘坐感受,必須根據(jù)預(yù)定曲線,增加輸送帶、地鐵、電梯等。家電方面,由于采用了空調(diào)的頻率變換、冰箱的頻率改變等低頻動(dòng)作方式,所以壓縮機(jī)不需要重復(fù)起動(dòng),從而延長了壓縮機(jī)時(shí)間。從壽命方面,解決了壓縮機(jī)起動(dòng)頻繁、噪音大的問題,節(jié)省了能源。如前所述,在適用的情況下,如果將其歸類為一個(gè)系統(tǒng),其外延并未得到充分確定。

2.按變頻原理。根據(jù)濾波方式的不同,可以分為電容濾波或電感濾波,電壓型和電流型。驅(qū)動(dòng)馬達(dá)類型：異步馬達(dá)FM系統(tǒng)。異步電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中,有很多需要調(diào)節(jié)的工況。采用頻率變換法進(jìn)行調(diào)速,其差動(dòng)功率基本不變,效率較高。二是同步電機(jī)FM系統(tǒng)。頻率轉(zhuǎn)換速度只能由固定轉(zhuǎn)子來實(shí)現(xiàn)。在變頻調(diào)速模式下,變頻調(diào)速可以分為自控變頻和受控變頻兩種。

六、結(jié)束語

本文所研究的多電機(jī)控制系統(tǒng)主要思路是由一臺(tái)PLC來控制多臺(tái)變頻器從而達(dá)到多電機(jī)的控制,但是隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展,變頻器都能夠?qū)崿F(xiàn)一拖二甚至更高的功能,這樣的話一臺(tái)變頻器就能夠帶動(dòng)多臺(tái)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),從這方面著手在一定場合中也有一定的研究意義。