基于可编程逻辑器件的感应电机监控系统的设计和应用参考.doc

基于可编程逻辑器件的感应电机监控系统的设计和应用 Maria G. Ioannides，高级会员，IEEE 摘要 本文描述了基于可编程逻辑器件（PLC）技术的感应电动机监视与控制系统的应用。同时，速度的控制是通过感应电动机来执行的。用户根据需求对PLC进行相关的参数设置，并且可以在正常运转或暂停状态下对系统进行监控。测试表明由反向驱动器驱动PLC控制的感应电动机的速度调整比传统的V/f系统有更高的准确性。PLC的控制能够使速度增加到同步速度的9 5%。因此，在电气驱动的工业控制领域，PLC是非常通用和有效的工具。 关键词：计算机控制系统；计算机化监控；电气驱动器；感应电动机；运动控制；可编程逻辑控制器（PLC）；变频率驱动器；电压控制。 Ⅰ. 绪论 自从电气驱动的控制技术变得成熟，可编程逻辑控制器件已经应用到制造业。这种应用它具有自己的优点。例如当旋转压降低时，控制电动机和其它设备具有提供视在功率因数的能力。许多工厂在自动控制过程中应用PLC来降低产品生产成本并且提高产品质量和系统可靠性。其它的应用包括由PLC系统给机器工具提供精确计算的数字化控制（CNC数控）。为了得到精确的工业电子驱动系统，有必要将PLC系统连接到电源转换器、个人电脑和其它的电子设备上。然而，这样将使设备更加精密、复杂，成本更昂贵。 有关介绍PLC系统控制的直流电动机的比较少。大部分是介绍直流电动机/发电机的速度模糊控制方法的应用，通过PLC来改变电枢的电压，和基于控制器集成应用到现有工业PLC当中。同样，其它类型的机器设备也连接到PLC上。因此，工业PLC被用来控制步进电机的五轴转子的位置、方向和速度、减少电路器件的数量，降低生产成本，并且增加了系统的可靠性。转化普通电动机可调整速度的交流和直流驱动设备，一个单片逻辑控制器来控制转矩和速度，用PLC来实现与功率控制器的数字逻辑连接。其它的应用是关于使用了PLC的线性感应电动机来实现乘客电梯的驱动系统和获得数据。为了监控电源的品质和确认电气设备所带来的中断干扰，需用两台PLC来保证设备的灵敏性。 PLC应用于感应电动机方面的介绍比较少。三相感应电动机的功率因数控制器应用PLC来提高整个过程中的功率因数，并使电压频率比率保持为常数。矢量控制集成电路用一复杂可编程逻辑器件（CPLD）和整数算法来作为三相脉冲—宽度调制（PWM）反向驱动器的电压或者电流。 除电动机控制功能以外，许多感应电动机的应用还有其他要求，特殊模拟信号和数字输入/输出信号、本地信号、暂停信号、开/关/反转要求信号的处理。这样的话，有PLC的控制单元必须添加到系统结构当中去。本论文介绍了基于PLC的三相感应电动机的监视和控制系统。描述了所配置的硬件和软件的设计和执行。从感应电动机性能方面得到的测试数据结果表明，系统的效率提高了，变负载-匀速运动中的精确性也得到显著增加。因此，用户根据要求对PLC的速度设置点进行相关参数的设定，并且在正常运转和暂停状态下对感应电动机系统进行监控。 Ⅱ. PLC 作为系统控制器 PLC是一种基于微处理器的控制系统，它在工业领域的自动控制设计中占有很大的地位。它用一块可编程内存作为内部存储器，用来存储用户自定义的一些特殊功能指令，例如算法、计算、逻辑、排序、和计时。PLC可以通过编程来感应、激励和控制工业设备。因此，一些电气信号通过输入和输出设备连接到PLC，并将控制程序写入PLC存储器中。（图1） 图1. PLC 的控制过程 在我们的应用中，通过改变感应电动机的模拟和数字输入和输出达到对恒转矩负载的速度进行控制。同样，PLC根据控制程序来不断监控输入并对输出进行相应的控制。PLC系统通过特殊的功能模块直接安装在所有的总线上。即由一个中央处理单元（CPU），电源供给单元，输入/输出模块，和一个程序终端组成。如此标准组件方法有其优点：多机器系统或者电脑连接在初始配置基础上，对应的功能可以实现扩展。 Ⅲ.感应电动机的控制系统 在图2中，描述了实验系统的方框图。能够从这种系统中得到下面的配置。 a）匀速运动的闭环控制系统，配置有速度反馈和负载即时反馈。感应电动 机拖动变化的负载，由反向驱动器供给，而PLC控制反向驱动器的V/f输出。 b) 变速运动的开环控制系统。感应电动机带动变化的负载，由V/f为常数控 制模式的反向驱动器供给。PLC停止工作。 c) 标准变速运动。感应电动机带动变化的负载，由恒压-恒频率标准三相电 源供给。 开环配置b）可由闭环配置a）通过移除速度和负载反馈得到。另一方面，如果整