PLC和變頻器的電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

劉中磊

摘要：對(duì)于大型的設(shè)備來說，變頻調(diào)速能夠有效的提升它們的效率，使用變頻器可以有效的節(jié)省能源，提升產(chǎn)品的質(zhì)量，節(jié)省勞動(dòng)力?，F(xiàn)今，因?yàn)樵谑褂肞LC和變頻器時(shí)信號(hào)抗干擾的能力強(qiáng)、成本低的優(yōu)點(diǎn)，所以很多工業(yè)領(lǐng)域開始應(yīng)用它們。

關(guān)鍵詞：PLC;變頻器;電機(jī)控制系統(tǒng);研究

引言：在工業(yè)發(fā)展的過程中，繼電器控制技術(shù)已經(jīng)跟不上發(fā)展的腳步了，發(fā)展已經(jīng)逐漸趨于電機(jī)變頻控制技術(shù)。在工業(yè)生產(chǎn)中，PLC和變頻器的電機(jī)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為了企業(yè)運(yùn)行的基本要求，本文主要論述了PLC和變頻器的電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究。

1對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能進(jìn)行分析

1.1閉環(huán)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

電機(jī)的控制系統(tǒng)是由下面三個(gè)組成的，電機(jī)、變頻器、PLC。首先對(duì)PLC進(jìn)行設(shè)置輸入，讓PLC對(duì)變頻器進(jìn)行控制，在通過變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，最后電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以對(duì)PLC進(jìn)行反饋，在進(jìn)行比較后輸出到變頻器，可以完成無靜差調(diào)速。PLC以及光電編碼器可以實(shí)現(xiàn)速度的測(cè)量。使用S7-200采集速度信號(hào)，其采集的功能是高速脈沖的，在采集的頻率上面可以實(shí)現(xiàn)30KHZ，擁有的高速計(jì)數(shù)器一共是6個(gè)，在進(jìn)行脈沖差值采集時(shí)，是在固定的時(shí)間間隔內(nèi)的，當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過計(jì)算就可以得出了，所謂的閉環(huán)控制，就是PLC接受速度信號(hào)的反饋，與給定量進(jìn)行比較，輸出數(shù)據(jù)給到PID控制的部分，從而對(duì)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其可以實(shí)現(xiàn)設(shè)定的目標(biāo)。

1.2變頻調(diào)速的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）在將工頻電源轉(zhuǎn)換為直流電源時(shí)，使用的就是整流器。（2）因?yàn)楫惒诫姍C(jī)是逆變器的負(fù)載，這是感性負(fù)載范圍內(nèi)的，所以不管電動(dòng)機(jī)是在發(fā)電的狀態(tài)，還是電動(dòng)的狀態(tài)，起始的功率在因數(shù)方面不會(huì)是1。所以，在電動(dòng)機(jī)和中間直流的環(huán)節(jié)，總會(huì)出現(xiàn)交換無功功率的情況，在直流環(huán)節(jié)進(jìn)行儲(chǔ)能的元件（電感器、電容器）可以對(duì)無功能量進(jìn)行緩沖，所以，中間的直流環(huán)節(jié)其實(shí)就是在中間進(jìn)行儲(chǔ)能的環(huán)節(jié)，

2 PLC技術(shù)特點(diǎn)

2.1反應(yīng)速度變快

輔助繼電器在PLC技術(shù)中起到非常重要的作用，在應(yīng)用中，可以忽略部分節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而將這些節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為時(shí)間，能夠快速的完成對(duì)各項(xiàng)內(nèi)容的處理。

2.2安全性強(qiáng)

PLC技術(shù)在電氣設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，能有效地提高該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用的抗干擾能力。時(shí)代在不斷發(fā)展，PLC技術(shù)也在不斷的完善，其中安全性能也得到了進(jìn)一步的提升，使得電氣設(shè)備能夠正常運(yùn)行。

2.3操作方便

PLC技術(shù)在操作時(shí)相對(duì)簡(jiǎn)單點(diǎn)，能夠大大降低PLC技術(shù)的操作難度，為了避免在操作是出現(xiàn)問題，導(dǎo)致電氣設(shè)備無法正常運(yùn)行，所以要提高電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)的工作效率，進(jìn)而加快企業(yè)發(fā)展的步伐。

2.4功能完善

PLC技術(shù)在電氣設(shè)備自動(dòng)化控制中有重要的作用。PLC技術(shù)的功能完善，可以使PLC技術(shù)和電氣設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)合在一起，從而使電氣設(shè)備自動(dòng)化控制的功能得到很大的提高。在對(duì)PLC技術(shù)的應(yīng)用分析前，要充分掌握該技術(shù)的特點(diǎn)，確保在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)PLC技術(shù)進(jìn)行有效控制，為實(shí)現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益提供良好的保障。

3變頻器在多電機(jī)時(shí)的控制方式

3.1正弦脈寬調(diào)制的控制方式

使用這種控制方式，主要是為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩-速度這一特性，讓電動(dòng)機(jī)在磁通方面不變化的情況下，對(duì)電源進(jìn)行頻率的改變，實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。一般使用的變頻器就是使用正弦脈寬調(diào)制的控制方式，實(shí)際上這種變頻器具有非常簡(jiǎn)單的組成結(jié)構(gòu)，但是因?yàn)槭褂玫目刂品绞绞情_環(huán)的，所以在不能很好的完成控制的要求，在低頻的狀態(tài)時(shí)，就需要進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，對(duì)低頻轉(zhuǎn)矩進(jìn)行特性方面的更改?？刂品绞降奶攸c(diǎn)主要表現(xiàn)是：低成本的控制電路、比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、在機(jī)械特性方面具有較好的硬度，對(duì)于平滑調(diào)速的需求一般是可以進(jìn)行滿足的，目前來說，已經(jīng)有很多領(lǐng)域使用這個(gè)控制方式了。

3.2矢量控制法

謂的矢量控制，就是將異步電動(dòng)機(jī)的定子交流電流在三相坐標(biāo)下，Ia、Ib、Ic、之間實(shí)行三相到二相的轉(zhuǎn)換，把交流電流是在兩相靜止坐標(biāo)系下的Ia1和Ib1的效果進(jìn)行相等，然后在使用磁場(chǎng)定向（按轉(zhuǎn)子）對(duì)它們變換旋轉(zhuǎn)，達(dá)到Im1、It1的相等效果。通過這種方式對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行控制方式的模仿，在直流電機(jī)方面，實(shí)現(xiàn)控制量，與其對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，進(jìn)行反交換，可以有效的實(shí)現(xiàn)控制異步電動(dòng)機(jī)。使用這種控制的方式，實(shí)際上就是將直流電機(jī)與交流電機(jī)的效果相等，分別控制其中速度和磁場(chǎng)這兩個(gè)分量，通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，讓轉(zhuǎn)子磁鏈變成定向，分解定子電流，最后可以收獲磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)矩這兩個(gè)分量，通過交換坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)正交或者解耦控制。

3.3轉(zhuǎn)差頻率的控制方式

這種方式是對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行直接控制，是在正弦脈寬調(diào)制控制方式的基礎(chǔ)上，結(jié)合異步電動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)速的電源頻率，在進(jìn)行變頻器輸出頻率調(diào)節(jié)的時(shí)候，還需要結(jié)合預(yù)期的轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)就可以得到的相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩輸出，使用這樣的控制方式，需要將速度感應(yīng)器安裝到控制系統(tǒng)中，在實(shí)際的操作中，可能需要進(jìn)行電流反饋，以此來控制電流頻率和電流，這種方法就是閉環(huán)的控制方式，讓變頻器可以保持穩(wěn)定性，并且在出現(xiàn)急速的減速、加速時(shí)，或者負(fù)載發(fā)生變化的時(shí)候，都可以進(jìn)行良好的響應(yīng)。

3.4直接轉(zhuǎn)矩控制

使用這種控制方式，對(duì)矢量控制出現(xiàn)的問題進(jìn)行了解決，對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新，使其簡(jiǎn)潔，有效的對(duì)動(dòng)靜態(tài)性能進(jìn)行了保障。目前來說，在交流傳動(dòng)功率比較大的方面已經(jīng)廣泛的使用了直接轉(zhuǎn)矩控制。直接轉(zhuǎn)矩控制是控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈的轉(zhuǎn)矩，其并不要求直流電機(jī)與交流電機(jī)擁有相等的效果，相比矢量控制來說，省略了很多的復(fù)雜的計(jì)算步驟，也不需要模仿直流電機(jī)的控制方式，也就省略了因?yàn)榻怦疃?jiǎn)單化的數(shù)學(xué)模型。

結(jié)語：PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)在很大程度上促進(jìn)了我國(guó)工業(yè)的發(fā)展。它具有一系列優(yōu)點(diǎn)，能有效地優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高控制效果。然而，在未來的發(fā)展中，有必要結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)過程的要求，積極優(yōu)化和研究PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)。

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