外文翻譯—基于PLC的感應電動機監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn) 中文版.doc

IEEE能量轉(zhuǎn)換學報2004年9月第3號19卷基于PLC的感應電動機監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)0885-8969/04$20.002004IEEE基于PLC的感應電動機監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(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)的廣泛應用，可編程控制器（PLCs）也隨著工業(yè)電子學在電機中的應用被引進到自動化制造業(yè)中來1,2。這種應用具有在啟動時電壓下降較低、控制電動機和其他設備實際整功率因數(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。其他應用包括應用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）和其他電氣設備連接起來是必要的1113。然而，這些技術(shù)的應用，使設備變得更加完善、復雜和昂貴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)的自適應控制裝置和現(xiàn)有的工業(yè)PLC的結(jié)合17。其它類型的設備與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。其他的應用有：在乘客電梯的線性感應電動機的控制中，應用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)IEEE能量轉(zhuǎn)換學報2004年9月第3號19卷基于PLC的感應電動機監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)0885-8969/04$20.002004IEEE和確認破壞電氣車間生產(chǎn)的干擾，使用兩個PLCs確定設備的靈敏度等21。在利用PLC控制感應電動機領域只有很少的文章發(fā)表。他們主要在以下方面：三相感應電動機的功率因數(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。感應電動機的很多應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計和實現(xiàn)方法。依據(jù)對感應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定值并監(jiān)控感應電機系統(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。可通過編程使PLC判斷、觸發(fā)和控制工業(yè)設備。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，輸入設備和輸出設備與PLC相連接，控制程序則下載到PLC存儲器中（圖1）。圖1PLC的控制行為在我們的應用中，依據(jù)模擬和數(shù)字輸入，PLC輸出的變化控制感應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PLC輸入控制程序輸出IEEE能量轉(zhuǎn)換學報2004年9月第3號19卷基于PLC的感應電動機監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(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。這樣一個模塊化處理的優(yōu)點是，隨著將來的應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電機驅(qū)動變動負荷。PLC是不工作的。c)標準變速運行。恒定恒壓頻率標準三相電源饋送的感應電機驅(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)動感應電機定子。另一方面，變換器與基于PLC的控制器相連接。表I感應電機的詳細技術(shù)說明連接類型/Y輸入電壓380/660VAC