外文翻譯—基于PLC的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 中文版.doc

IEEE能量轉(zhuǎn)換學(xué)報(bào)2004年9月第3號(hào)19卷基于PLC的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)0885-8969/04$20.002004IEEE基于PLC的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)瑪麗亞G勞爾尼茲IEEE高級(jí)成員摘要：本文描述了基于可編程控制器技術(shù)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。同時(shí)，介紹了通過(guò)對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的性能測(cè)量實(shí)現(xiàn)其速度控制和保護(hù)的軟件和硬件。在正常操作和出現(xiàn)故障的條件下，PLC按照使用者所要求的速度運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行。對(duì)由變換器驅(qū)動(dòng)和PLC控制的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明與常規(guī)的V/f控制系統(tǒng)相比，前者在速度調(diào)節(jié)上具有更高的精確性。在高速時(shí)，PLC控制感應(yīng)電機(jī)的效率達(dá)到同步轉(zhuǎn)速的95%。因此，通過(guò)試驗(yàn)證明了PLC在電氣驅(qū)動(dòng)控制方面是一個(gè)通用性和有效性的工具。關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)化監(jiān)控，電氣驅(qū)動(dòng)，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，運(yùn)動(dòng)控制，可編程控制器（PLC）,變頻驅(qū)動(dòng)器，電壓控制I前言隨著電氣驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，可編程控制器（PLCs）也隨著工業(yè)電子學(xué)在電機(jī)中的應(yīng)用被引進(jìn)到自動(dòng)化制造業(yè)中來(lái)1,2。這種應(yīng)用具有在啟動(dòng)時(shí)電壓下降較低、控制電動(dòng)機(jī)和其他設(shè)備實(shí)際整功率因數(shù)等優(yōu)點(diǎn)3。很多工廠在自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中使用PLCs減少生產(chǎn)成本和增加產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性49。其他應(yīng)用包括應(yīng)用PLCs改進(jìn)了工作母機(jī)的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制精確度10。為了獲得精確的工業(yè)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，將PLCs與功率變換器、個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）和其他電氣設(shè)備連接起來(lái)是必要的1113。然而，這些技術(shù)的應(yīng)用，使設(shè)備變得更加完善、復(fù)雜和昂貴14,15。很少看到關(guān)于PLCs控制直流電動(dòng)機(jī)的文章。他們的文章都是關(guān)于使用PLC改變電樞電壓實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)組速度控制的模糊方法16與基于自校正調(diào)節(jié)器技術(shù)的自適應(yīng)控制裝置和現(xiàn)有的工業(yè)PLC的結(jié)合17。其它類(lèi)型的設(shè)備與PLCs同樣也需要連接。因此，使用一個(gè)工業(yè)PLC在5軸轉(zhuǎn)子位置、方向和速度控制步進(jìn)電機(jī)，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)、降低了成本和提高了可靠性18。為了把磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換為可調(diào)速度的直流或者交流驅(qū)動(dòng)器，使用了一個(gè)單片邏輯控制器控制扭矩和速度，并通過(guò)PLC和功率控制器執(zhí)行控制邏輯19。其他的應(yīng)用有：在乘客電梯的線性感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制中，應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)獲取20；為了監(jiān)控電源狀態(tài)IEEE能量轉(zhuǎn)換學(xué)報(bào)2004年9月第3號(hào)19卷基于PLC的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)0885-8969/04$20.002004IEEE和確認(rèn)破壞電氣車(chē)間生產(chǎn)的干擾，使用兩個(gè)PLCs確定設(shè)備的靈敏度等21。在利用PLC控制感應(yīng)電動(dòng)機(jī)領(lǐng)域只有很少的文章發(fā)表。他們主要在以下方面：三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)控制器利用PLC去改進(jìn)功率因數(shù)和保持它的電壓在整個(gè)控制條件下頻率比率穩(wěn)定3；矢量控制集成電路使用復(fù)雜邏輯控制器件(CPLD)和電壓整數(shù)算法或者三相脈寬調(diào)制(PWM)變換器的電流/電壓調(diào)節(jié)22。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的很多應(yīng)用除了需要電機(jī)控制的函數(shù)性之外，還要有多個(gè)詳細(xì)的模擬和數(shù)字I/O操作，進(jìn)站標(biāo)志，差錯(cuò)信號(hào)，打開(kāi)/關(guān)閉/反向命令。在這種情況下，一個(gè)包括PLC的控制單元必須添加在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中。本文介紹了一個(gè)基于PLC的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，描述了系統(tǒng)的軟件和硬件配置的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。依據(jù)對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)性能測(cè)試獲得的結(jié)果表明：在變量裝載恒速控制操作中，改進(jìn)了工作效率，提高了精確性。因此，在正常操作和出現(xiàn)故障的條件下，PLC依據(jù)和控制運(yùn)行參數(shù)達(dá)到用戶(hù)所需要的設(shè)定值并監(jiān)控感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行。II.PLC作為系統(tǒng)控制器PLC是一個(gè)在工業(yè)環(huán)境中為自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程而設(shè)計(jì)的基于微控制器的控制系統(tǒng)。它利用可編程存儲(chǔ)器內(nèi)部存儲(chǔ)用戶(hù)指令，執(zhí)行具體的操作，比如：算法、計(jì)算、邏輯運(yùn)算、排序和定時(shí)23,24?？赏ㄟ^(guò)編程使PLC判斷、觸發(fā)和控制工業(yè)設(shè)備。因此，PLC具有與電氣信號(hào)接口的一定數(shù)目的I/O點(diǎn)。在加工過(guò)程中，輸入設(shè)備和輸出設(shè)備與PLC相連接，控制程序則下載到PLC存儲(chǔ)器中（圖1）。圖1PLC的控制行為在我們的應(yīng)用中，依據(jù)模擬和數(shù)字輸入，PLC輸出的變化控制感應(yīng)電機(jī)恒定負(fù)荷速度的操作。同時(shí)，PLC不停的監(jiān)控輸入和依據(jù)控制程序啟動(dòng)輸出。本PLC系統(tǒng)是采用詳細(xì)硬件構(gòu)成單元的模塊化類(lèi)型，可以直接插入專(zhuān)用總線：一個(gè)中央PLC輸入控制程序輸出IEEE能量轉(zhuǎn)換學(xué)報(bào)2004年9月第3號(hào)19卷基于PLC的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)0885-8969/04$20.002004IEEE處理單元（CPU）、電源供給單元、輸入輸出模塊和可編程終端。這樣一個(gè)模塊化處理的優(yōu)點(diǎn)是，隨著將來(lái)的應(yīng)用可以擴(kuò)展初始配置、構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)或者與計(jì)算機(jī)相連等。III感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2。配置如下所述：a)一個(gè)恒速運(yùn)行的閉環(huán)控制系統(tǒng)由速度反饋和負(fù)載電流反饋組成。由變換器饋送的感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的變動(dòng)負(fù)荷，PLC控制變換器的V/f輸出。b)一個(gè)變速運(yùn)行的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。由變換器恒定V/f控制模塊饋送的感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)變動(dòng)負(fù)荷。PLC是不工作的。c)標(biāo)準(zhǔn)變速運(yùn)行。恒定恒壓頻率標(biāo)準(zhǔn)三相電源饋送的感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)變動(dòng)負(fù)荷。將閉環(huán)配置a)去掉速度和負(fù)荷反饋后，可得到開(kāi)環(huán)配置b)。另一方面，將整個(gè)控制系統(tǒng)旁路后，就是操作c)。IV.硬件描述針對(duì)繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)和測(cè)試，其詳細(xì)技術(shù)說(shuō)明見(jiàn)表I。感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)提供可變載荷的直流發(fā)電機(jī)。三相供電電源與三相主開(kāi)關(guān)連接后與的三相熱過(guò)載繼電器相連接。三相熱過(guò)載繼電器提供電流過(guò)載保護(hù)。繼電器的輸出與整流器相連接。整流器校正三相電壓并對(duì)絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管（IGBT）變換器提供直流輸入。它的詳細(xì)技術(shù)說(shuō)明總結(jié)如表II25。IGBT變換器將直流電壓輸入轉(zhuǎn)換為三相電壓輸出，驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電機(jī)定子。另一方面，變換器與基于PLC的控制器相連接。表I感應(yīng)電機(jī)的詳細(xì)技術(shù)說(shuō)明連接類(lèi)型/Y輸入電壓380/660VAC