外文翻譯--基于PLC的感應(yīng)電動機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

- 1 - 附錄 1： 外文文獻 - 2 - - 3 - - 4 - 附錄 2： 基于 PLC 的感應(yīng)電動機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 瑪麗亞 G 勞爾尼茲 IEEE高級成員 摘要： 本文描述了基于可編程控制器技術(shù)的感應(yīng)電動機監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。同時，介紹了通過對感應(yīng)電動機的性能測量實現(xiàn)其速度控制和保護的軟件和硬件。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行參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的運行。對由變換器驅(qū)動和 PLC 控制的感應(yīng)電動機系統(tǒng)進行了測試，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， PLC 控制感應(yīng)電機的效率 達到同步轉(zhuǎn)速的 95%。因此，通過試驗證明了 PLC 在電氣驅(qū)動控制方面是一個通用性和有效性的工具。 關(guān)鍵詞： 計算機控制系統(tǒng)，計算機化監(jiān)控，電氣驅(qū)動，感應(yīng)電動機，運動控制，可編程控制器（ PLC） ,變頻驅(qū)動器，電壓控制 I 前言 隨著電氣驅(qū)動器運動控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，可編程控制器（ PLCs）也隨著工業(yè)電子學(xué)在電機中的應(yīng)用被引進到自動化制造業(yè)中來 1, 2。這種應(yīng)用具有在啟動時電壓下降較低、控制電動機和其他設(shè)備實際整功率因數(shù)等優(yōu)點 3。很多工廠在自動化生產(chǎn)過程中使用 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改進了工作母機的計算機數(shù)字控制精確度 10。 為了獲得精確的工業(yè)電氣驅(qū)動系統(tǒng)，將 PLCs與功率變換器、個人計算機（ PC）和其他電氣設(shè)備連接起來是必要的 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控制直流電動機的文章。他們的文章都是關(guān)于使用 PLC改變電樞電壓實現(xiàn)直流電動機 /發(fā)電機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。其它類型的設(shè)備與 PLCs同樣也需要連接。因此，使用一個工業(yè) PLC在 5軸轉(zhuǎn)子位置、方向和速度控制步進電機，簡化了電路結(jié)構(gòu)、降低了成本和提高了可靠性 18。為了把磁阻電動機轉(zhuǎn)換為可調(diào)速度的直流或者交流驅(qū)動器，使用了一個單片邏輯控制器控制扭矩和速度，并通過 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)電動機的控制中，應(yīng)用 PLC實現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)獲取 20；為了監(jiān)控電源狀態(tài)和確認破壞電氣車間生產(chǎn)的干擾，使用兩個PLCs確定設(shè)備的靈敏度等 21。 在利用 PLC 控制感應(yīng)電動機領(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)電動機的功率因數(shù)控制器利用 PLC 去改進功率因數(shù)和保持它的電壓在整個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)電動機的很多應(yīng)用除了需要電機控制的函數(shù)性之外，還要有多個詳細的模擬和數(shù)字 I/O 操 - 5 - 作，進站標志，差錯信號，打開 /關(guān)閉 /反向命令。在這種情況下，一個包括 PLC 的控制單元必須添加在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中。本文介紹了一個基于 PLC 的三相感應(yīng)電動機監(jiān)控系統(tǒng)，描述了系統(tǒng)的軟件和硬件配置的 設(shè)計和實現(xiàn)方法。依據(jù)對感應(yīng)電動機性能測試獲得的結(jié)果表明：在變量裝載恒速控制操作中，改進了工作效率，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)和控制運行參數(shù)達到用戶所需要的設(shè)定值并監(jiān)控感應(yīng)電機系統(tǒng)的運行。 II. PLC作為系統(tǒng)控制器 PLC 是一個在工業(yè)環(huán)境中為自動化生產(chǎn)過程而設(shè)計的基于微控制器的控制系統(tǒng)。它利用可編程存儲器內(nèi)部存儲用戶指令，執(zhí)行具體的操作，比如：算法、計算、邏輯運算、排序和定時 23, 24?？赏ㄟ^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 信號接口的一定數(shù)目的 I/O 點。在加工過程中，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 存儲器中（圖 1）。 圖 1 PLC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)電機恒定負荷速度的操作。同時， PLC 不停的監(jiān)控輸入和依據(jù)控制程序啟動輸出。本 PLC 系統(tǒng)是采用詳細硬件構(gòu)成單元的模塊化類型，可以直接插入專用總線：一個中央處理單元（ CPU）、電源供給單元、輸入輸出模塊和可編程終端。這樣一個模塊化處理的優(yōu)點是，隨著將來的應(yīng)用可以擴展初始配置、構(gòu)成多機系 統(tǒng)或者與計算機相連等。 III感應(yīng)電機控制系統(tǒng) 實驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖見圖 2。配置如下所述： a) 一個恒速運行的閉環(huán)控制系統(tǒng)由速度反饋和負載電流反饋組成。由變換器饋送的感應(yīng)電機驅(qū)動的變動負荷， PLC控制變換器的 V/f輸出。 b)一個變速運行的開環(huán)控制系統(tǒng)。由變換器恒定 V/f控制模塊饋送的感應(yīng)電機驅(qū)動變動負荷。 PLC是不工作的。 PLC 輸入 控制 程序 輸出 - 6 - c) 標準變速運行。恒定恒壓頻率標準三相電源饋送的感應(yīng)電機驅(qū)動變動負荷。 將閉環(huán)配置 a)去掉速度和負荷反饋后，可得到開環(huán)配置 b)。另一方面，將整個控制系統(tǒng)旁路后，就是操作 c)。 IV.硬件描述 針對繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機，對控制系統(tǒng)進行了試驗和測試，其詳細技術(shù)說明見表 I。感應(yīng)電機驅(qū)動提供可變載荷的直流發(fā)電機。三相供電電源與三相主開關(guān)連接后與的三相熱過載繼電器相連接。三相熱過載繼電器提供電流過載保護。繼電器的輸出與整流器相連接。整流器校正三相電壓并對絕緣柵場效應(yīng)晶體管（ IGBT）變換器提供直流輸入。它的詳細技術(shù)說明總結(jié)如表 II 25。 IGBT變換器將直流電壓輸入轉(zhuǎn)換為三相電壓輸出，驅(qū)動感應(yīng)電機定子。另一方面，變換器與基于 PLC的控制器相連接。 表 I 感應(yīng)電機的詳細技術(shù)說明 連接類型 /Y 輸入電壓 380/660 V AC 輸入電流 1.5/0.9 A 額定功率 0.6kW 輸入頻率 50Hz 磁極數(shù)目 4 額定速度 1400rpm - 7 - 圖 2. 實驗系統(tǒng)的電氣框圖 - 8 - 表 II 變換器詳細技術(shù)說明 輸出電壓 380,460 V AC 輸出頻率 0.480Hz 輸出電流 2.5 A 輸出過載 150% 60s 電源供給電壓 380,460-10% V AC 輸入電流 3A 耗散功率 46W 本控制器是在一個標準模塊系統(tǒng)上完成的 5, 2628。 PLC的體系結(jié)構(gòu)涉及其內(nèi)部硬件和軟件。作為一個基于微控制器的系統(tǒng)， PLC系統(tǒng)硬件利用如下模塊設(shè)計和裝配。 中央控制單元 (CPU)； 離散輸出模塊 (DOM)； 離散輸入模塊 (DIM)； 模擬輸出模塊 (AOM)； 模擬輸入模塊 (AIM)； 電源； 有關(guān) PLC的其它配置詳細資料見表 III 和 IV。 使用一個速度傳感器作為速度反饋，而電流傳感器則作為負荷電流反饋，另一個電流傳感器與定子電路相連接。因此，通過使用負荷電流傳感器、速度傳感器和 AIM設(shè)置閉環(huán)系統(tǒng)的兩個反饋回路。 測速發(fā)電機（永磁鐵直流電機 ）用來測速。感應(yīng)式電機機械地驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)速度成正比的電壓輸出。極性取決于旋轉(zhuǎn)的方向。測速發(fā)電機輸出的電壓信號必須與指定的 AIM的電壓范圍相匹配（ 0-5V DC 200-k 內(nèi)阻）。其他 PLC外部控制電路的設(shè)計供電電壓為 24V低壓供給。 為了人工控制，本方案設(shè)計了啟動、停止和差錯按鍵，同時還有正向和反向選擇開關(guān)。如圖 2所示，所有描述的部分：主開關(guān)、自動三相開關(guān)、自動單相開關(guān)、三相熱過載繼電器、負荷自動開關(guān)，信號燈（正向、反向、啟動、停止、差錯），點動開關(guān)（啟動、停止、切斷）、選擇開關(guān)（正向和反向旋 轉(zhuǎn)選擇），速度選擇器、增益選擇器， PLC模塊和整流轉(zhuǎn)換器也安裝在控制面板上。程序通過個人電腦的 RS232串行接口下載到 PLC中。 - 9 - 參考文獻 1 G. 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