起重機(jī)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計(jì)含2張CAD圖紙+帶任務(wù)書+開題報(bào)告+外文翻譯】
起重機(jī)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
摘 要
起重機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和運(yùn)輸中完成生產(chǎn)進(jìn)程自動化和機(jī)械化扮演著重要的角色。起重機(jī)的自動化有助于減輕體力勞動，提高工作效率，降低工傷有著重要的實(shí)際意義。在鋼鐵行業(yè)、鐵路運(yùn)輸、工礦采集、碼頭港口及物流周轉(zhuǎn)等企業(yè)和部門中起重機(jī)都得到了廣泛的運(yùn)用。相比于國外的起重機(jī)設(shè)備，我國起重機(jī)設(shè)備的控制系統(tǒng)大部分還是采用比較傳統(tǒng)的控制方式。本課題對傳統(tǒng)的控制方式進(jìn)行了改良，采用基于可編程控制器的方式來控制起重機(jī)主回路的運(yùn)轉(zhuǎn)。這種方式簡化了起重機(jī)的控制系統(tǒng)、減少了控制系統(tǒng)部分占用的空間、操作維護(hù)更加簡單等。
論文首先介紹了課題的研究背景，研究的目的及意義，設(shè)計(jì)方案的對比和選擇，塔式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)和載荷情況等，詳細(xì)計(jì)算了起重機(jī)主要的電器設(shè)備，分析了起重機(jī)的工作原理。完成課題中吊鉤的上升和下降的高速和低速的要求，分析了線路過流、短路、過載等保護(hù)的工作原理。
實(shí)現(xiàn)可編程控制器線路的監(jiān)控，采用的是電流變送器和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的組合，將線路的交流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號供可編程控制器讀取與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，然后根據(jù)設(shè)定程序?qū)χ骰芈吠瓿煽刂撇僮?，詳?xì)地解釋了各段的程序。為了能夠?qū)崿F(xiàn)電腦終端的監(jiān)測，本課題增加了利用電腦組態(tài)王軟件實(shí)現(xiàn)對可編程控制器內(nèi)部數(shù)據(jù)的讀取。本系統(tǒng)的控制核心是采用三菱的可編程控制器。在論文的最后主要是對起重機(jī)模擬樣機(jī)設(shè)計(jì)的解釋。
關(guān)鍵詞：塔式起重機(jī)；Y-△啟動；可編程控制器；模數(shù)轉(zhuǎn)換；電動機(jī)
Abstract
To complete the production process automation and mechanization crane plays an important role in modern industrial production and transportation. That automated cranes help to reduce manual labor, improve work efficiency and reduce work-related injuries has important practical significance. It has been widely used in the steel industry, railway transport, mining acquisition, port terminals and other.Compared to foreign crane equipment, Chinese control system of crane equipment mostly adopts the traditional control mode. The traditional control method was modified, in the subject, on PLC-based control system for the crane.The crane control system is simplified on the way.It made operation and maintenance easier and so on.
Paper introduces the research background, purpose and significance of the research.The design schemes are compared in the paper.There are detailed data and working principle of the crane.Completed the task in the rise and fall of the hook of high and low speed, and it analyze the circuit overcurrent, short circuit and overload protection.
Monitoring lines use a combination of current transducer and A / D to complete the AC signal into the digital signal for the PLC to read compared with a preset value, then according to the setting program, it control operation.There are detailed explanations of the various sections of the program. In order to enable monitoring of computer terminals, the subject use Kingview in computer to reads internal data in PLC.Control core of the system is the use of Mitsubishi -64MR PLC. In the end of the paper,it is mainly explanation of the crane simulation prototype design.
Keywords: Tower cranes; Y-△ method;PLC; Analog-to-digital conversion; motor
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 課題簡介 1
1.2 起重機(jī)的介紹 1
1.3 國外塔式起重機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.4 國內(nèi)塔式起重機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.5 可編程控制器在工業(yè)自動控制中的應(yīng)用 2
1.6 課題研究的目的及意義 2
1.7 本章小結(jié) 2
2 起重機(jī)電氣系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 3
2.1 10/1.6t塔式起重機(jī) 3
2.1.1塔式起重機(jī)QTZ160的簡介 3
2.1.2塔式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動形式 4
2.2 塔式起重機(jī)控制系統(tǒng)改造的原因分析 4
2.3設(shè)計(jì)任務(wù) 5
2.4 設(shè)計(jì)要求 5
2.5 方案設(shè)計(jì) 5
2.6 本章小結(jié) 7
3 起重機(jī)電氣系統(tǒng)的主回路的設(shè)計(jì) 8
3.1 起重機(jī)主電路的設(shè)計(jì) 8
3.2 主要電器設(shè)備計(jì)算及選型 8
3.2.1三相電動機(jī)的工作原理 8
3.2.2起重機(jī)的主要電器設(shè)備的選擇 9
3.3 主電動機(jī)電器控制線路的設(shè)計(jì) 13
3.4 起重機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14
3.4.1過流保護(hù)和短路保護(hù)控制線路的設(shè)計(jì) 14
3.4.2起重機(jī)限位保護(hù)和聯(lián)鎖保護(hù)的設(shè)計(jì) 15
3.5 本章小結(jié) 15
4 起重機(jī)電氣系統(tǒng)控制部分的設(shè)計(jì) 16
4.1 可編程控制器 16
4.1.1可編程控制器系列的基本組成 16
4.1.2編程軟件GX Developer的簡介 16
4.2可編程控制器程序的設(shè)計(jì) 16
4.3 可編程控制器的選擇 17
4.3.1可編程控制器程序流程圖 18
4.4 電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)程序部分的設(shè)計(jì) 19
4.5 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分的設(shè)計(jì) 19
4.5.1模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊-4AD的簡介 19
4.5.2電流采集程序的設(shè)計(jì) 20
4.6 主電動機(jī)過流和短路軟件部分的設(shè)計(jì) 21
4.6.1電流變送器的簡介 21
4.6.2過流保護(hù)和短路保護(hù)的設(shè)計(jì) 21
4.7 PC實(shí)時(shí)顯示的設(shè)計(jì) 22
4.8 本章小結(jié) 22
5 起重機(jī)模擬樣機(jī) 23
5.1 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備 23
5.1.1模擬樣機(jī)電動機(jī)的選擇 23
5.1.2模擬樣機(jī)電動機(jī)額定電流的計(jì)算 23
5.2 模擬樣機(jī)電路各處電流值的計(jì)算及元器件的選擇 23
5.3 模擬樣機(jī)運(yùn)行前檢查 24
5.3.1起重機(jī)外觀及標(biāo)注 24
5.3.2起重機(jī)電氣絕緣檢查 24
5.3.3電源柜檢查 25
5.3.4起重機(jī)可編程控制器輸入點(diǎn)檢查 25
5.3.5起重機(jī)可編程控制器輸出點(diǎn)檢查 25
5.4 調(diào)試步驟 25
5.5 本章小結(jié) 26
6 結(jié)論 27
致 謝 28
參考文獻(xiàn) 29
附 錄 30
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470 N 19, 3, 004 S . of a on is of on is LC to by of by LC a in as to a l LC is at up 5% of as a in of a) of of in in 1], [2]. as on to a 3]. in to to 4]朳 9]. to 10]. To it is to 11]朳 13]. 14], [15]. dc of of a dc a to 16], of an on an 17]. of an LC , 2002. by is of 5773, in a of 18]. as a to ac dc a a to a 19]. a a of 20]. To of an to of 21]. in of A a LC to to to 3]. a or of 22]. of of , on/In a a be to a a It of on in LC to by b) S is a in It a of as 23], [24]. A be to a , to be of to LC is LC 1). 08854$ 2004 N 19, 3, 004 469 1. of a In it of an LC to LC is of of a a a , a a be as or c) F n 2, of is be I. A a is by an LC An a is by an in LC is a is by a b) be a) by On c) if is d) he is a . a dc a is to a to a is to a dc to 25] I. 2. of I F 71 dc to is to of On is to is on a 5], [26]–[28]. LC to As a LC is up 29]–[37]: i) v) of LC II V. 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A is a is a is to 32]. of by A dc is 目 錄 第一篇：大型冶金起重機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究 第二篇： 基于 控系統(tǒng)的感應(yīng)電動機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2011 年國際會議上的發(fā)展工程 大型冶金起重機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究 u a， a ， a， i b， a* 18000四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 18000中國第二重型工業(yè)集團(tuán)公司 摘 要 根據(jù)此應(yīng)用程序 ， 320/50型淬火起重機(jī)的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求，起重機(jī)的總體結(jié)構(gòu)和起重機(jī)制進(jìn)行了優(yōu)化 ，對 起重機(jī)的主要技術(shù) 參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算。對設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題進(jìn)行了研討。為未來的類似起重機(jī)的設(shè)計(jì)和計(jì)算提供了參考。此論文具有一定的應(yīng)用價(jià)值。 2011 年由 在 可下公開訪問 責(zé)選擇及同行評審 關(guān)鍵詞 ： 冶金起重機(jī)、優(yōu)化、總體結(jié)構(gòu)、起重機(jī)制。 1 簡介 冶金起重機(jī)是一種起重設(shè)備。它通常被用于這些部門 ， 例如鑄造行業(yè)、鍛造部門、淬火行業(yè)、冶金行業(yè)。隨著發(fā)電設(shè)備的發(fā)展，石油、化工和重型機(jī)械以及用戶對于大型鍛件的質(zhì)量要求越來越高，熱處理技術(shù)和設(shè)備都需要有相應(yīng)的提升。另外 ， 用于起重重型鍛件的淬火起重機(jī)的大小也需要加大。因?yàn)椋慊鹌鹬貦C(jī)的重量很重以及淬火起重機(jī)的制造更加復(fù)雜 ， 在設(shè)計(jì)上具有較高的技術(shù)難度。因此，在中國 320/50t 大小的淬火起重機(jī)是相當(dāng)?shù)拇?。起重機(jī)的總體結(jié)構(gòu)和起重機(jī)制的優(yōu)化討論如下。 2 起重機(jī)的主要技術(shù)特點(diǎn) 根據(jù)冶金起重機(jī)的工作原理和設(shè)計(jì)要求，編寫了起重機(jī)的設(shè)計(jì)手冊。起重機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)如下。 （ 1）起重能力 主要看點(diǎn) ： 320[t]；輔助鉤 ： 50[t]。 （ 2）范圍 長度 = 22[m]。 （ 3）舉升高度 主鉤 ： 23[m]， 副鉤 ： 24[m]。 （ 4）額定工 作速度 起重機(jī)制的主鉤： 16(m/ 起重機(jī)制的副鉤： 19.6(m/ 小車運(yùn)行速度 ： 26(m/ 起重機(jī)運(yùn)行速度 ： 41(m/ （ 5）極限位置 主鉤的中心到起重機(jī)的軌面距離為 ： 2000[m]。 副鉤中心和起重機(jī)的軌面距離為 ： 1000[m]。 3 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和原則 對冶金起重機(jī)的工作應(yīng)用的條件和工作需求 ， 托舉載荷和價(jià)格及速度必須要考慮。83標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)范了起重機(jī)的設(shè)計(jì)， 金起重機(jī)，所以在設(shè)計(jì)過程中這些 規(guī)范必須被遵守 [2]。有一些需要考慮的因素 ， 如鋼結(jié)構(gòu)表面處理 ， 電力系統(tǒng)保護(hù)和操作模式。電氣控制模式是通過變頻器來實(shí)現(xiàn)的。起重機(jī)橋的計(jì)算 ， 選擇整個(gè)起重機(jī)的布局方案模型證明的計(jì)算和通過條件的方法計(jì)算或類比的分析方法，去實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)計(jì)計(jì)算。 這種用于計(jì)算危險(xiǎn)界面內(nèi)力的機(jī)械方法用于結(jié)構(gòu)上 。通過容許應(yīng)力發(fā)或者極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)一個(gè)橫截面和檢查強(qiáng)度和剛度為了優(yōu)化起重機(jī)的總體設(shè)計(jì) [3]。 4 總體結(jié)構(gòu)的起重機(jī) 320/50t 橋式起重機(jī)是一種結(jié)合大型做硬化處理的淬火起重機(jī)，與此同時(shí) ， 它可以用作大型起重設(shè)備部分。起重機(jī)主要由電車 ， 橋架 ， 更大的行駛機(jī)制 ， 過載安全保護(hù)裝置 ， 司機(jī)駕駛室 ， 維護(hù)室 ， 電車電力室 ， 干油潤滑設(shè)備 ， 電氣系統(tǒng)。起重機(jī)的結(jié)構(gòu) ， 如圖 1所示。 ①電車供電裝置②維護(hù)房間③司機(jī)室④電車⑤橋⑥龍門 圖 1冶金起重機(jī)的主要組件 車 小車主要由小車框架 ， 從動起重機(jī)制 ， 旋轉(zhuǎn)機(jī)制 ， 320/50t 懸掛器的組件如圖 2 所示。每一個(gè)小車框架的主橫梁和端梁都是箱形斷面梁結(jié)構(gòu)。電車框架組裝結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度和剛度 ，另一面 ，必須確定其連接安全可靠。當(dāng)它載荷時(shí)，電車框架變形不影響它們的正常工作。 ① t 鉤組② t 鉤組③電車行駛機(jī) 制④主要起重機(jī)制 ⑤電車框架⑥輔助起重機(jī)制 圖 2汽車冶金起重機(jī) 主起重機(jī)制 通過齒輪減速器 ， 四個(gè)普通電機(jī)分別驅(qū)動四個(gè)滾輪并實(shí)現(xiàn)機(jī)械同步為了在兩個(gè)電動機(jī)同步系統(tǒng)中四滾輪結(jié)合高速同步軸。 從動起重機(jī)制 通過減速器電動機(jī)驅(qū)動雙滾輪。圈繞系統(tǒng)通過繩子連接圈繞滾輪組件，固定滾輪組件和移動滾輪組件。 主起重機(jī)制 ，采用四組磁盤 制動 裝置 ， 但從動 起重機(jī)制 采用兩部分 液壓推進(jìn)器制動裝置。圈繞滾輪在滾動焊接過程中采用鋼板成分。使用旋轉(zhuǎn)邊緣滾輪。采用雙輸入雙輸出的中等硬度齒輪面電動機(jī)，旋轉(zhuǎn)電車機(jī)制。集中驅(qū)動電車的旋轉(zhuǎn)機(jī)制的方法是 1/4制。電機(jī)驅(qū)動兩個(gè)輪子通過固定在電車上的垂直齒輪減速器 [4]。 電動機(jī)與減速器連接通過完整的齒聯(lián)軸器。齒輪減速機(jī)和齒輪之間的聯(lián)系通過十字通用聯(lián)軸器來實(shí)現(xiàn)。車輪組采用閉角型軸承箱。輪子采用雙邊緣外圓面類型。限制液壓推進(jìn)器制動類型。立式齒輪減速器的類型是 有中等硬度的齒輪表面。 全保護(hù) 主從起重機(jī)制有位置限制開關(guān)和超速保護(hù)開關(guān)。超載限制器設(shè)置在主從起重機(jī)構(gòu)的平衡臂下，當(dāng)負(fù)載率到達(dá) 90%時(shí)提示報(bào)警。另外，當(dāng)負(fù)載率到達(dá) 105%時(shí)起重機(jī)制只能減速。每次安裝都要安裝一個(gè)旋轉(zhuǎn)器在低速軸上的兩個(gè)齒輪減速機(jī)中用 于檢測低速軸的同步。實(shí)際生產(chǎn)表明 ， 在開始階段兩個(gè)齒輪減速機(jī)低速軸向同步誤差超過 5%，電機(jī)立即停止運(yùn)行。 5 起重機(jī)的 關(guān)鍵升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 算最大靜態(tài)鋼絲繩的拉力 Q = 320[t]）； Q = 30[t]） m *12 )； Q*2； t]. 擇鋼絲繩 最大斷裂的拉力必須滿足下列公式 2的條件。 鋼 絲繩的類型是 446個(gè)鋼絲繩的斷裂拉力是 117.2[t]。鋼絲繩的安全系數(shù)是 ]。 輪長度計(jì)算 滾輪有效長度通過公式 3計(jì)算 H = 23.5[m] )； m * 6 )； t=49[m] )； n=3)； 通過公式 4可以算出整個(gè)繩子長度。 L = 326[m ]） 47[m ]）； 所以整個(gè)滾筒的長度是 2300[ 此 外 ， 軋輥強(qiáng)度和穩(wěn)定性需要相應(yīng)的計(jì)算方程。主要起重電動機(jī)的類型是轉(zhuǎn)速 742 [r / 它的功率是 475 千瓦。其傳動比為 要起重制動的類型是 6 結(jié)論 根據(jù)應(yīng)用程序，淬火起重機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，相關(guān)技術(shù)文件，國家 的特定 標(biāo)準(zhǔn)， 淬火起重機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算和設(shè)計(jì)。 目前 ， 這種起重機(jī)被高效的應(yīng)用在熱處理工廠的企業(yè)里 。 320 噸淬火起重機(jī)的發(fā)展遇到了企業(yè)生產(chǎn)需求的發(fā)展。對未來類似的起重機(jī)的設(shè)計(jì)是一個(gè)很好的參考和引導(dǎo) 。此論文具有一定的應(yīng)用價(jià)值。 參考文獻(xiàn) [1] C. 1980： 1452] et of of 2007： 3683] of t， 2006： 6674] 1999： 3325] P.， .， .. of ff 1988： 637基于 控系統(tǒng)的感應(yīng)電動機(jī)的設(shè)計(jì)與 實(shí)現(xiàn) . 級會員 摘 要 我們將對基于可編程邏輯控制器（ 術(shù)的感應(yīng)電機(jī)的監(jiān)測控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行說明。此外，我們也提供速度控制與保護(hù)的硬件軟件的實(shí)現(xiàn)。這部分是來自對感應(yīng)電機(jī)性能測試所獲取的結(jié)果。在正常操作期間和跳閘條件下， 速度的相關(guān)操作參數(shù)由用戶與監(jiān)測器的請求來實(shí)現(xiàn)。和常見的 V/變壓器驅(qū)動和 制的效率高速地增加到了 95%的同步率。因此， 明了他們自己在電力 驅(qū)動的工控方面是一個(gè)通用有效的工具。 關(guān)鍵詞 ： 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)監(jiān)控；電力驅(qū)動；感應(yīng)電機(jī)；運(yùn)動控制；可編程邏輯控制器（ 變頻驅(qū)動器；電壓控制 1 引言 自從有了有效的電力驅(qū)動器的運(yùn)動控制技術(shù)后，在電機(jī)應(yīng)用方面，可編程邏輯控制器（ 電力電子的結(jié)合使用已經(jīng)被引入到自動化制造中 [1]， [2]。這種使用有以下優(yōu)點(diǎn)，比如當(dāng)開關(guān)接通時(shí)低壓下降，以及用一個(gè)功率因素控制電機(jī)和其他設(shè)備的能力 [3]。許多工廠在自動化過程使用 減少生產(chǎn)成本，并提高質(zhì)量與可靠性 [4] - [9]。由于使用 ，其 它應(yīng)用也有這些優(yōu)點(diǎn)，其中包括具有改進(jìn)精度的計(jì)算機(jī)化數(shù)字控制（ [10]。為了獲得準(zhǔn)確的工業(yè)電力驅(qū)動系統(tǒng)，很有必要使用配有電力轉(zhuǎn)換器、個(gè)人計(jì)算機(jī)和其它電氣設(shè)備的接口 11] - [13]。然而這會使得設(shè)備更加精細(xì)、復(fù)雜和昂貴 [14]， [15]。 已發(fā)布的論文中少有涉及到 制的直流電機(jī)。他們既報(bào)道用 變電樞電壓，來實(shí)現(xiàn)直流電機(jī) /發(fā)電機(jī)的速度控制模糊方法 [16]，也報(bào)道現(xiàn)有工業(yè) 基于自校正調(diào)節(jié)器技術(shù)的自適應(yīng)控制器一體化 [17]。此外，其他類型的機(jī)器也與 接口。因此，工業(yè) 用于控制步進(jìn)電機(jī)的五軸轉(zhuǎn)子的位置、方向和速度，并降低電路部件的數(shù)目，減少成本，提高可靠性 [18]。由于開關(guān)磁阻電機(jī)作為一種可能的替代方法，以代替速度可調(diào)的交流和直流驅(qū)動器，所以用于控制轉(zhuǎn)矩和速度的單芯片邏輯控制器就使 用了配備電力控制器的 實(shí)現(xiàn)數(shù)字邏輯 [19]。其他被報(bào)道的應(yīng)用涉及了一種用于乘客電梯的線性感應(yīng)電機(jī)，該電機(jī)采用 實(shí)現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)采集 [20]。為了監(jiān)測電能質(zhì)量，并確定破壞變電站生產(chǎn)的干擾，兩個(gè) 用來確定設(shè)備的靈敏度 [21]。 只有極少數(shù)的論文發(fā)表在感應(yīng)電機(jī)與 領(lǐng)域 。三相感應(yīng)電機(jī)的功率因數(shù)控制器利用 提高功率因數(shù)，并在整個(gè)控制的條件下使其電壓 3]。矢量控制集成電路在三相脈寬調(diào)制（ 變器 [22]的電壓或電流調(diào)節(jié)上，使用一個(gè)復(fù)雜可編程邏輯器件（ 整數(shù)運(yùn)算。 此外，感應(yīng)電機(jī)的許多應(yīng)用需要電機(jī)控制功能，對幾個(gè)特定的模擬和數(shù)字 I/O 信號、家用信號、跳閘信號、開 /關(guān) /反轉(zhuǎn)指令的處理。在這樣的情況下，包括 控制單元必須被添加到系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中。本文針對三相異步電機(jī)提出了一種基于 監(jiān)控系統(tǒng)。它描述了其所配置的硬件與軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 在感應(yīng)電動機(jī)的性能表現(xiàn)上獲得的測試結(jié)果提高了效率，并在可變負(fù)載恒速控制操作下提高精度。因此， 聯(lián)并控制用戶請求的速度設(shè)定點(diǎn)的操作參數(shù)，并在正常操作和跳閘條件下監(jiān)測感應(yīng)電動機(jī)系統(tǒng)。流程的輸入輸出設(shè)備連接到 ，而且控制程序被輸入到 存儲器中（圖 1）。 2 作系統(tǒng)控制器 一種以微處理器為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境中的自動化過程而設(shè)計(jì)。它使用一個(gè)可編程存儲器來實(shí)現(xiàn) 特定的功能，如算術(shù)，計(jì)數(shù)，邏輯，排序和定時(shí) ，該可編程存儲器適用于定位用戶的指導(dǎo)說明的內(nèi)存 [23]， [24]。 以編程用于感應(yīng)、激活和控制工業(yè)設(shè)備，因此，采用了許多允許電信號進(jìn)行接口的 I/O 口。 圖 1 控制動作 在我們的應(yīng)用里，它控制著通過模擬和數(shù)字的輸入輸出，這些輸入輸出是感應(yīng)電機(jī)多變的恒定負(fù)載的速度運(yùn)行時(shí)的變化。另外，通過控制程序， 連續(xù)性地監(jiān)視輸入并激活輸出。這個(gè) 統(tǒng)是一種包含特殊化硬件構(gòu)造塊的模塊類型，它直接插入一個(gè)專用總線，一個(gè)中央處理單元（ 一個(gè)供電單元，輸入 — 輸出模塊的 I / O 口，以及一個(gè)程序終端。這種模塊化方法具有這樣的優(yōu)點(diǎn)：初始配置可用于擴(kuò)展其他未來的 應(yīng)用，例如多機(jī) 系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)連接。 3 感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng) 圖 2 是實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的方框圖，下列配置能夠從這種設(shè)置中獲得。 a）一個(gè)用于恒定速度操作的閉環(huán)控制系統(tǒng)，配置有速度反饋和負(fù)載電流反饋。由逆變器供電，感應(yīng)電動機(jī)驅(qū)動可變負(fù)載，同時(shí) 制逆變器 V/f 的輸出。 b）一個(gè)用于可變速度運(yùn)轉(zhuǎn)的開環(huán)控制系統(tǒng)。感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動可變負(fù)載，并通過在恒定控制 V/f 模式下的逆變器進(jìn)行供電。 止活動。 圖 2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電氣圖 c）標(biāo)準(zhǔn)變速操作。感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動的可變負(fù)載，并且由恒定電壓 從閉環(huán)結(jié)構(gòu) a）除去速度和負(fù) 載反饋可以得到開環(huán)配置 b）。 4 硬件說明 該控制系統(tǒng)由繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)實(shí)現(xiàn)并測試，其具有的技術(shù)規(guī)范在表 應(yīng)電動機(jī)驅(qū)動一個(gè)提供了一個(gè)可變負(fù)載的直流發(fā)電機(jī)。三相電源與三相主開關(guān)相連，然后接到一個(gè)三相熱過載繼電器上，該繼電器提供保護(hù)以防止電流過載。繼電器輸出端連接到整流器，整流器整流三相電壓，并給出一個(gè)直流輸入送至絕緣柵雙極晶體管（ 變器。表Ⅱ概括了它的技術(shù)規(guī)范 [25]。直流電壓輸入值通過 變器轉(zhuǎn)換成三相電壓輸出，這個(gè)電壓將供給感應(yīng)電動機(jī)的定子。另一方面，逆變器和基于 的接口相連。 表 1 異步電動機(jī)技術(shù)規(guī)格 表 2 逆變器技術(shù)規(guī)格 此控制器的是在 模塊化系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的 [5]， [26] - [28]。 結(jié)構(gòu)指的是其內(nèi)部的硬件和軟件。作為一個(gè)基于微處理器的系統(tǒng)， 統(tǒng)硬件由以下模塊設(shè)計(jì)并構(gòu)建 [29] - [37]： ?中央處理器單元（ ?離散輸出模塊（ ?離散輸入模塊（ ?模擬量輸出模塊（ ?模擬量輸入模塊（ ?電源。 和 4所示。 表 3 速度傳感器被用于速度反 饋，電流傳感器被用于負(fù)載電流反饋，而第二個(gè)電流傳感器連接到定子回路 [32]。因此，閉環(huán)系統(tǒng)的兩個(gè)反饋回路是通過使用負(fù)載電流傳感器、速度傳感器和 測速發(fā)電機(jī)（永磁直流電動機(jī)）被用于速度檢測。感應(yīng)電機(jī)機(jī)械地驅(qū)動其主軸并產(chǎn)生一個(gè)輸出電壓，它的幅度和旋轉(zhuǎn)速度成正比。極性取決于旋轉(zhuǎn)的方向。來自測速發(fā)電機(jī)的電壓信號必須和 定的電壓范圍匹配（ 000千歐內(nèi)阻）。其他的 4 表 4 ，該方案配備了啟動，停止，和 跳閘按鈕，以及一個(gè)前后方向選擇的開關(guān)。如圖 2所示，所有被描述的組件：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(fù)載自動開關(guān)，信號燈（前進(jìn)，后退，開始，停止，跳閘），按鈕（開始，停止，跳閘），選擇開關(guān)（向前或向后旋轉(zhuǎn)），速度選擇器，增益選擇器，以及在控制面板上安裝的 塊和整流逆變器。程序通過 人計(jì)算機(jī)和 口下載到 編程要基于輸入設(shè)備的邏輯要求，并且程序主要是邏輯算法實(shí)現(xiàn)，而不是數(shù)值計(jì)算。大多數(shù)的編程操作是在簡單的兩態(tài)“開或關(guān)”的基礎(chǔ)上工作，這些不 同的可能 性分別對應(yīng)于“真或假”（邏輯格式）和“ 1 或 0”（二進(jìn)制形式）。因此， 用模擬設(shè)備，對基于繼電器控制系統(tǒng)的電路提供靈活的可程序化選擇。 用梯形圖編程方法。 統(tǒng)以軟件工具的形式供了一個(gè)在主計(jì)算機(jī)終端上運(yùn)行的設(shè)計(jì)環(huán)境，該環(huán)境允許開發(fā)，檢驗(yàn)，測試和診斷梯形圖。首先，在梯形圖中寫入高級別程序 [33]， [34]。然后，梯形圖被轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制指令碼，以便它們可以被存儲在隨機(jī)存取存儲器（ 可擦除可編程只讀存儲器（ 。每個(gè)連續(xù)的指令由碼并執(zhí)行。 功能是控制存儲器和 I / O 設(shè)備的動作，并根據(jù)程序來處理數(shù)據(jù)。 每個(gè)輸入和輸出連接點(diǎn)有用于識別 I / O 位的地址。該方法用于與輸入、輸出相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的直接表示，并且存儲器是基于這樣一個(gè)事實(shí)，即 存儲器被組織成三個(gè)區(qū)域：輸入圖象存儲器（ I）、輸出圖像存儲器（ Q）、以及內(nèi)部存儲器（ M）。任何一個(gè)存儲單元都用％ I，％ 4）。 圖 3 主程序流程圖 3）。該程序循環(huán)一開始通過掃描輸入到系統(tǒng)里，并在固定存儲器位置（輸入圖象存儲器 I）中存儲它們 的狀態(tài)。然后梯形圖程序逐級執(zhí)行。掃描程序并解決各種梯級的邏輯性以判定輸出狀態(tài)。更新后的輸出狀態(tài)被存儲在固定的存儲單元（輸出圖像存儲器 Q）。然后在程序掃描結(jié)束時(shí)，保存在內(nèi)存中的輸出值被用于同時(shí)設(shè)置和重置 物理輸出。對于給定的成一個(gè)循環(huán)時(shí)間或掃描時(shí)間所花費(fèi)的時(shí)間為 K（ 1000步），并且有 1000步的最大程序容量。 開發(fā)系統(tǒng)包括一臺通過 口與 標(biāo)連接的主機(jī)（ 主機(jī)提供軟件環(huán)境來執(zhí)行文件編輯、存儲、打印和程序操作監(jiān)測。在 用編輯器畫 出梯形圖源程序，源程序轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制對象代碼，這些代碼將運(yùn)行在 通過串行通訊端口從 制軟件 如圖 4 所示，這是速度控制軟件的流程圖。軟件調(diào)節(jié)速度并監(jiān)視恒速控制而不考慮扭矩 的變化。此時(shí)作為電機(jī)電源的逆變器開始執(zhí)行，同時(shí)它也受 軟件控制。沒有反饋控制回路和 變器不能單獨(dú)保持恒定的速度。 在控制面板上，操作者選擇速度設(shè)定值 及向前 /向后的旋轉(zhuǎn)方向。然后，通過按壓手動啟動按鈕時(shí)，電動機(jī)開始 轉(zhuǎn)動。如果停止按鈕被按下，則停止轉(zhuǎn)動。如表 4 所示，對應(yīng)的輸入信號通過接口連接到 輸出信號連接到 定子電流傳感器中接收跳閘信號測速發(fā)電機(jī)中接收速度反饋信號，以及從控制面板上接收這種方式來讀取被要求的速度和電機(jī)的實(shí)際速度。操作者要求的速度和電動機(jī)的實(shí)際速度之間的差值會給出誤差信號。如果誤差信號不是零，而是正或負(fù)的，那么根據(jù)由 行的計(jì)算， 減小或增加逆變 器的 V/后結(jié)果就是電動機(jī)的速度會被校正。 所實(shí)現(xiàn)的控制是比例積分（ 型（即：誤差信號由增益 K 和被積分值相乘，并加入到所請求的速度中）。其結(jié)果是，控制信號被發(fā)送到 連接逆變器的數(shù)字輸入端以控制 K 的變化。在開始時(shí)，操作員通過使用安裝在控制面板上的旋轉(zhuǎn)電阻（增益調(diào)整）來選擇增益 K，而 收它的壓降作為控制器的增益信號（ 0）。 我們使用旋轉(zhuǎn)電阻來選擇所需的轉(zhuǎn)速時(shí) 讀取該信號。它的值會被發(fā)送到 在控制面板上顯示（速度 設(shè)定點(diǎn)顯示器）。控制面板的其它顯示器顯示實(shí)際速度，這些實(shí)際速度是從速度反饋信號中計(jì)算得出的。第三個(gè)顯示器以牛頓 米）。其相應(yīng)信號被輸出到 圖 4 速度控制軟件流程圖 圖 5顯示出了該軟件的流程圖。在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間，不可能通過改變開關(guān)位置以反轉(zhuǎn)其方向。在方向逆轉(zhuǎn)之前，必須按下停止按鈕。在啟動和加載過程中，為了保護(hù)電機(jī)防止電流過載，下列的命令要被編寫入軟件中。 i)向前 /向后的信號要輸入到 度給定信號載電流子電流速度反饋信號要輸入到 負(fù)載時(shí) 如果速度設(shè)置點(diǎn)低于超過 20%或者 3 0 0 / m i 電機(jī)不會啟動。 i)當(dāng)增量負(fù)載超過 m（額定轉(zhuǎn)矩的 40%）， 1 . 3并且速度設(shè)定點(diǎn) 低于量超過 40%或者 6 0 0 / m i ，電機(jī)不會啟動。 果負(fù)載增加超過了 m（額定轉(zhuǎn)矩）， 且如果速度設(shè)定點(diǎn)超過了 100%或者 1 5 0 0 / m i 點(diǎn)擊進(jìn)入中止過程。 所有其他情況下，電機(jī)進(jìn)入速度控制模式并執(zhí)行速度控制軟件如 圖 5 監(jiān)測器和保護(hù)軟件流程圖 圖 6 是該軟件的流程圖。 ?在超載的情況下，電機(jī)被切斷，跳閘指示燈 （黃色）亮起。操作者必須釋放熱繼電器，然后通過按下跳閘按鈕或停止按鈕關(guān)掉跳閘燈。熱繼電器設(shè)置為 的額定電流。接下來電機(jī)可以再次啟動。 ?操作者可以按下停止按鈕切斷電機(jī)：實(shí)際速度的顯示被設(shè)置為零，啟動燈（綠色）熄滅，以及停車燈（紅）亮起并保持點(diǎn)亮 3 秒鐘。 ?在電機(jī)被切斷后和驅(qū)動系統(tǒng)被重新啟動之前，負(fù)載必須立刻斷開。電機(jī)在切斷后，即使按下了啟動按鈕后， 3 秒內(nèi)也無法啟動。 圖 6 電機(jī)的中止和重啟軟件流程圖 在運(yùn)行過程中系統(tǒng)和變化的負(fù)載進(jìn)行測試，包括對跳閘的情況下的測試和對異步電動機(jī)調(diào)速性能 的測試。 一開始，感應(yīng)電動機(jī)的性能由標(biāo)準(zhǔn) 380伏電壓提供，測量 50上僅供參考。然后，如第 分中所描述的那樣，在無負(fù)載和滿載（ 1， 0 種不同模式之間操作試驗(yàn)的控制系統(tǒng)： a）由變頻器和 制反饋至異步電機(jī) ; b）由逆變器反饋至感應(yīng)電機(jī)。 在前幾節(jié)已描述，速度和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的范圍對應(yīng)于 如圖 7所示，我們在 500分的范圍內(nèi)對轉(zhuǎn)速 — 轉(zhuǎn)矩特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，對于不同的速度設(shè)定值置 b）在變速變負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性下工作。配置 a）在速度范圍 0 /分和負(fù)載范圍 0工作時(shí)有恒速變負(fù)載轉(zhuǎn)矩的特性。但是，在速度超過 1400轉(zhuǎn) /分并且負(fù)載高于 70％的范圍時(shí)，系統(tǒng)不能保持在變速變負(fù)載和恒速下工作。因此，當(dāng) N>1400 轉(zhuǎn) /分時(shí)，兩種配置 a）和 b）具有類似的轉(zhuǎn)矩 — 速度響應(yīng)。這一事實(shí)表明，在同步率低于 93％的速度時(shí)， 制對于由 件實(shí)現(xiàn)的恒定速度有效。 圖 7 含 扭矩實(shí)驗(yàn)曲線 我們研究了不同圖 8 中，效率經(jīng)過歸一化后表示出來，作為基準(zhǔn)值或 1 自標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)提供的感應(yīng)電機(jī)的效率來使用。如圖 8 所描繪的，結(jié)果表明，在所有情況下配置 a）比配置 b）具有更高的效率。此外，在負(fù)載高于 70％且歸一化效率是 ( ) 1? 時(shí)操作，意味著在 制下所獲得的效率比另一種情況的效率更高。后者是指在標(biāo)準(zhǔn) 380伏、 50赫茲的網(wǎng)絡(luò)，沒有 據(jù)該圖， 制系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)操作相比，其效率提高了10從理論的角度來看，如果我們忽略磁化電流，效率的近似值是： 11 R? ?? ?? 其中 S 是滑差，分別是定子繞組阻抗和轉(zhuǎn)子繞組阻抗。如從圖 7 中可以看出， 制系統(tǒng) a）工作時(shí)有非常低的滑差值，幾乎為零。在所有的速度和負(fù)載轉(zhuǎn)矩條件下，配置 a）比配置 b）有更小的滑移，因而效率較高的值是合理，尤其是在高速和高頻條件下。在較低的頻率時(shí)，磁通會增加，一次勵磁電流的增加導(dǎo)致 損失增加。 圖 9表示 定子頻率特性，和在圖 7中的速度和轉(zhuǎn)矩是相同的范圍。對于圖 7 中的每一個(gè)速度 — 轉(zhuǎn)矩特性，定子電壓和定子頻率之間的關(guān)系是不變的。然而，如圖 10 所示 ,對應(yīng)于電機(jī)磁通的這種關(guān)系隨著頻率的降低而增加，從 50赫茲的 2赫茲的 此，從圖 7可看出，其中可用的扭矩從 50赫茲的 100％下降到 20 赫茲的 60％。當(dāng)電壓和頻率都下降時(shí)，磁通量會隨著最大可用扭矩的減少而增加。 圖 8 控制系統(tǒng)在有、無 況下每單位標(biāo)準(zhǔn)供給電機(jī)的效率 對于全部速度和轉(zhuǎn)矩范圍的調(diào)節(jié)器 增益 曲線如圖 11所示。結(jié)果表明，在特性之間小的位移情況下，在變化的負(fù)載情況下，它提供了 這個(gè)系統(tǒng)提供了一個(gè)相似的動態(tài)響應(yīng)，作為 V/的暫態(tài)性能是有限的，由于扭矩的振蕩 [32]和它的行為對進(jìn)程限制了該系統(tǒng)的應(yīng)用，而該過程僅需緩慢的速度變化。 從先前描述的方案可以獲得成功的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果表明 用于有感應(yīng)電機(jī)的 自動化系統(tǒng)。由逆變器驅(qū)動并由 制的感應(yīng)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)證明了其在恒速可變負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)， 具有高準(zhǔn)確度的調(diào)速功能。 圖 9 頻率特性曲線 圖 10 定子電壓與定子頻率之比 圖 11 忽略所用的速度控制方法的簡單性，這種系統(tǒng)列出： ?在負(fù)載轉(zhuǎn)矩下恒定速度的變化 ; ?在更寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的可調(diào)全扭矩 ; ?閉環(huán)速度控制方案具有很好的精度 ; ?更高的效率 ; ?過載保護(hù)。 從而，在工業(yè)電力驅(qū)動應(yīng)用方面， 致 謝 筆者衷心感謝雅典國家技術(shù)大學(xué)對實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)和實(shí)驗(yàn)室測試及測量的財(cái)政支持。 參考文獻(xiàn) [1] G. ―992. 29, 47–48, 1992. 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S'8560）畢業(yè)于希臘雅典的雅典國家技術(shù)大學(xué)（ 電子工程系。 目前，她是 力驅(qū)動方向的教授。她的研究興趣包括電機(jī)的控制，可再生能源系統(tǒng)，微特電機(jī)，電磁裝置及電動機(jī)新材料， 人類、環(huán)境的影響，人類危險(xiǎn)因素和電力行業(yè)的保護(hù)。她是許多期刊論文、會議記錄論文、書籍、專利、技術(shù)報(bào)告和社論的作者。她對科學(xué)非常負(fù)責(zé) 并且是許多研究項(xiàng)目的主要研究者，這些項(xiàng)目由希臘政府、歐盟和美國資助。 基于 控系統(tǒng)的感應(yīng)電動機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) . 級會員 摘 要 我們將對基于可編程邏輯控制器（ 術(shù)的感應(yīng)電機(jī)的監(jiān)測控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行說明。此外，我們也提供速度控制與保護(hù)的硬件軟件的實(shí)現(xiàn)。這部分是來自對感應(yīng)電機(jī)性能測試所獲取的結(jié)果。在正常操作期間和跳閘條件下， 速度的相關(guān)操作參數(shù)由用戶與監(jiān)測器的請求來實(shí)現(xiàn)。和常見的 V/f 控制系統(tǒng)相比，由變壓器驅(qū)動和 制的感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)的測試證明了其在調(diào)速方面有更高的精度。 制的效率高速地增加到了 95%的同 步率。因此， 明了他們自己在電力驅(qū)動的工控方面是一個(gè)通用有效的工具。 關(guān)鍵詞 ： 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)監(jiān)控；電力驅(qū)動；感應(yīng)電機(jī)；運(yùn)動控制；可編程邏輯控制器（ 變頻驅(qū)動器；電壓控制 1 引言 自從有了有效的電力驅(qū)動器的運(yùn)動控制技術(shù)后，在電機(jī)應(yīng)用方面，可編程邏輯控制器（ 電力電子的結(jié)合使用已經(jīng)被引入到自動化制造中 [1]， [2]。這種使用有以下優(yōu)點(diǎn)，比如當(dāng)開關(guān)接通時(shí)低壓下降，以及用一個(gè)功率因素控制電機(jī)和其他設(shè)備的能力 [3]。許多工廠在自動化過程使用 減少生產(chǎn)成本，并提高質(zhì)量與可靠性 [4] - [9]。由于使用 ，其它應(yīng)用也有這些優(yōu)點(diǎn)，其中包括具有改進(jìn)精度的計(jì)算機(jī)化數(shù)字控制（ [10]。為了獲得準(zhǔn)確的工業(yè)電力驅(qū)動系統(tǒng)，很有必要使用配有電力轉(zhuǎn)換器、個(gè)人計(jì)算機(jī)和其它電氣設(shè)備的接口 11] - [13]。然而這會使得設(shè)備更加精細(xì)、復(fù)雜和昂貴 [14]， [15]。 已發(fā)布的論文中少有涉及到 制的直流電機(jī)。他們既報(bào)道用 變電樞電壓，來實(shí)現(xiàn)直流電機(jī) /發(fā)電機(jī)的速度控制模糊方法 [16]，也報(bào)道現(xiàn)有工業(yè) 基于自校正調(diào)節(jié)器技術(shù)的自適應(yīng)控制器一體化 [17]。此外，其他類型的 機(jī)器也與 接口。因此，工業(yè) 用于控制步進(jìn)電機(jī)的五軸轉(zhuǎn)子的位置、方向和速度，并降低電路部件的數(shù)目，減少成本，提高可靠性 [18]。由于開關(guān)磁阻電機(jī)作為一種可能的替代方法，以代替速度可調(diào)的交流和直流驅(qū)動器，所以用于控制轉(zhuǎn)矩和速度的單芯片邏輯控制器就使用了配備電力控制器的 實(shí)現(xiàn)數(shù)字邏輯 [19]。其他被報(bào)道的應(yīng)用涉及了一種用于乘客電梯的線性感應(yīng)電機(jī)，該電機(jī)采用 實(shí)現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)采集 [20]。為了監(jiān)測電能質(zhì)量，并確定破壞變電站生產(chǎn)的干擾，兩個(gè) 用來確定設(shè)備的靈敏度 [21]。 只有極 少數(shù)的論文發(fā)表在感應(yīng)電機(jī)與 領(lǐng)域。三相感應(yīng)電機(jī)的功率因數(shù)控制器利用 提高功率因數(shù)，并在整個(gè)控制的條件下使其電壓 3]。矢量控制集成電路在三相脈寬調(diào)制（ 變器 [22]的電壓或電流調(diào)節(jié)上，使用一個(gè)復(fù)雜可編程邏輯器件（ 整數(shù)運(yùn)算。 此外，感應(yīng)電機(jī)的許多應(yīng)用需要電機(jī)控制功能，對幾個(gè)特定的模擬和數(shù)字 I/O 信號、家用信號、跳閘信號、開 /關(guān) /反轉(zhuǎn)指令的處理。在這樣的情況下，包括 控制單元必須被添加到系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中。本文針對三相異步電機(jī)提出了一種基于 監(jiān)控系統(tǒng)。它描 述了其所配置的硬件與軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。在感應(yīng)電動機(jī)的性能表現(xiàn)上獲得的測試結(jié)果提高了效率，并在可變負(fù)載恒速控制操作下提高精度。因此， 聯(lián)并控制用戶請求的速度設(shè)定點(diǎn)的操作參數(shù)，并在正常操作和跳閘條件下監(jiān)測感應(yīng)電動機(jī)系統(tǒng)。流程的輸入輸出設(shè)備連接到 ，而且控制程序被輸入到 存儲器中（圖 1）。 2 作系統(tǒng)控制器 一種以微處理器為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境中的自動化過程而設(shè)計(jì)。它使用一個(gè)可編程存儲器來實(shí)現(xiàn) 特定的功能，如算術(shù)，計(jì)數(shù)，邏輯，排序和定時(shí) ，該可編程存儲器適用于定位用戶的 指導(dǎo)說明的內(nèi)存 [23]， [24]。 以編程用于感應(yīng)、激活和控制工業(yè)設(shè)備，因此，采用了許多允許電信號進(jìn)行接口的 I/O 口。 圖 1 控制動作 在我們的應(yīng)用里，它控制著通過模擬和數(shù)字的輸入輸出，這些輸入輸出是感應(yīng)電機(jī)多變的恒定負(fù)載的速度運(yùn)行時(shí)的變化。另外，通過控制程序， 連續(xù)性地監(jiān)視輸入并激活輸出。這個(gè) 統(tǒng)是一種包含特殊化硬件構(gòu)造塊的模塊類型，它直接插入一個(gè)專用總線，一個(gè)中央處理單元（ 一個(gè)供電單元，輸入 — 輸出模塊的 I / O 口，以及一個(gè)程序終端。這種模塊化方法具有這樣的優(yōu)點(diǎn)：初始 配置可用于擴(kuò)展其他未來的應(yīng)用，例如多機(jī)系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)連接。 3 感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng) 圖 2 是實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的方框圖，下列配置能夠從這種設(shè)置中獲得。 a）一個(gè)用于恒定速度操作的閉環(huán)控制系統(tǒng)，配置有速度反饋和負(fù)載電流反饋。由逆變器供電，感應(yīng)電動機(jī)驅(qū)動可變負(fù)載，同時(shí) 制逆變器 V/f 的輸出。 b）一個(gè)用于可變速度運(yùn)轉(zhuǎn)的開環(huán)控制系統(tǒng)。感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動可變負(fù)載，并通過在恒定控制 V/f 模式下的逆變器進(jìn)行供電。 止活動。 圖 2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電氣圖 c）標(biāo)準(zhǔn)變速操作。感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動的可變負(fù)載，并且由恒定電壓 源供電。 從閉環(huán)結(jié)構(gòu) a）除去速度和負(fù)載反饋可以得到開環(huán)配置 b）。 4 硬件說明 該控制系統(tǒng)由繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)實(shí)現(xiàn)并測試，其具有的技術(shù)規(guī)范在表 應(yīng)電動機(jī)驅(qū)動一個(gè)提供了一個(gè)可變負(fù)載的直流發(fā)電機(jī)。三相電源與三相主開關(guān)相連，然后接到一個(gè)三相熱過載繼電器上，該繼電器提供保護(hù)以防止電流過載。繼電器輸出端連接到整流器，整流器整流三相電壓，并給出一個(gè)直流輸入送至絕緣柵雙極晶體管（ 變器。表Ⅱ概括了它的技術(shù)規(guī)范 [25]。直流電壓輸入值通過 變器轉(zhuǎn)換成三相電壓輸出，這個(gè)電壓將供給感應(yīng)電動機(jī)的 定子。另一方面，逆變器和基于 表 1 異步電動機(jī)技術(shù)規(guī)格 表 2 逆變器技術(shù)規(guī)格 此控制器的是在 模塊化系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的 [5]， [26] - [28]。 結(jié)構(gòu)指的是其內(nèi)部的硬件和軟件。作為一個(gè)基于微處理器的系統(tǒng)， 統(tǒng)硬件由以下模塊設(shè)計(jì)并構(gòu)建 [29] - [37]： ?中央處理器單元（ ?離散輸出模塊（ ?離散輸入模塊（ ?模擬量輸出模塊（ ?模擬量輸入模塊（ ?電源。 置的其他細(xì)節(jié)如表 3 和 4 所示。 表 3 置 速度傳感器被用于速度反饋，電流傳感器被用于負(fù)載電流反饋，而第二個(gè)電流傳感器連接到定子回路 [32]。因此，閉環(huán)系統(tǒng)的兩個(gè)反饋回路是通過使用負(fù)載電流傳感器、速度傳感器和 設(shè)置的。 測速發(fā)電機(jī)（永磁直流電動機(jī)）被用于速度檢測。感應(yīng)電機(jī)機(jī)械地驅(qū)動其主軸并產(chǎn)生一個(gè)輸出電壓，它的幅度和旋轉(zhuǎn)速度成正比。極性取決于旋轉(zhuǎn)的方向。來自測速發(fā)電機(jī)的電壓信號必須和 定的電壓范圍匹配（ 0流和 200 千歐內(nèi)阻）。其他的 4V 直流低壓提供設(shè)計(jì)。 表 4 塊與 I/O 口設(shè)計(jì) 對 于手動控制，該方案配備了啟動，停止，和跳閘按鈕，以及一個(gè)前后方向選擇的開關(guān)。如圖 2 所示，所有被描述的組件：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(fù)載自動開關(guān)，信號燈（前進(jìn)，后退，開始，停止，跳閘），按鈕（開始，停止，跳閘），選擇開關(guān)（向前或向后旋轉(zhuǎn)），速度選擇器，增益選擇器，以及在控制面板上安裝的 塊和整流逆變器。程序通過 人計(jì)算機(jī)和 口下載到。 編程要基于輸入設(shè)備的邏輯要求，并且程序主要是邏輯算法實(shí)現(xiàn)，而不是數(shù)值計(jì)算。大多數(shù)的編程操作是在簡 單的兩態(tài)“開或關(guān)”的基礎(chǔ)上工作，這些不同的可能 性分別對應(yīng)于“真或假”（邏輯格式）和“ 1 或 0”（二進(jìn)制形式）。因此， 用模擬設(shè)備，對基于繼電器控制系統(tǒng)的電路提供靈活的可程序化選擇。 用梯形圖編程方法。 統(tǒng)以軟件工具的形式供了一個(gè)在主計(jì)算機(jī)終端上運(yùn)行的設(shè)計(jì)環(huán)境，該環(huán)境允許開發(fā)，檢驗(yàn)，測試和診斷梯形圖。首先，在梯形圖中寫入高級別程序 [33]， [34]。然后，梯形圖被轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制指令碼，以便它們可以被存儲在隨機(jī)存取存儲器（ 可擦除可編程只讀存儲器（ 。每個(gè)連續(xù)的指令由碼并執(zhí)行。 功能是控制存儲器和 I / O 設(shè)備的動作，并根據(jù)程序來處理數(shù)據(jù)。 每個(gè)輸入和輸出連接點(diǎn)有用于識別 I / O 位的地址。該方法用于與輸入、輸出相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的直接表示，并且存儲器是基于這樣一個(gè)事實(shí)，即 存儲器被組織成三個(gè)區(qū)域：輸入圖象存儲器（ I）、輸出圖像存儲器（ Q）、以及內(nèi)部存儲器（ M）。任何一個(gè)存儲單元都用％ I，％ Q 和％ M 直接引用（表 4）。 圖 3 主程序流程圖 序在主程序中采用循環(huán)掃描以便對輸入變量進(jìn)行定期檢查（圖 3）。該程序循環(huán)一開始通過掃描輸入到系統(tǒng)里，并在固定存 儲器位置（輸入圖象存儲器 I）中存儲它們的狀態(tài)。然后梯形圖程序逐級執(zhí)行。掃描程序并解決各種梯級的邏輯性以判定輸出狀態(tài)。更新后的輸出狀態(tài)被存儲在固定的存儲單元（輸出圖像存儲器 Q）。然后在程序掃描結(jié)束時(shí)，保存在內(nèi)存中的輸出值被用于同時(shí)設(shè)置和重置 物理輸出。對于給定的成一個(gè)循環(huán)時(shí)間或掃描時(shí)間所花費(fèi)的時(shí)間為 秒 /K（ 1000 步），并且有 1000步的最大程序容量。 開發(fā)系統(tǒng)包括一臺通過 口與 標(biāo)連接的主機(jī)（ 主機(jī)提供軟件環(huán)境來執(zhí)行文件編輯、存儲、打印和程序操作監(jiān)測。在 運(yùn)行開發(fā)程序的過程包括：使用編輯器畫出梯形圖源程序，源程序轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制對象代碼，這些代碼將運(yùn)行在 通過串行通訊端口從 下載目標(biāo)代碼到 統(tǒng)。 制軟件 如圖 4 所示，這是速度控制軟件的流程圖。軟件調(diào)節(jié)速度并監(jiān)視恒速控制而不考慮扭矩 的變化。此時(shí)作為電機(jī)電源的逆變器開始執(zhí)行，同時(shí)它也受 軟件控制。沒有反饋控制回路和 變器不能單獨(dú)保持恒定的速度。 在控制面板上，操作者選擇速度設(shè)定值 及向前 /向后的旋轉(zhuǎn)方向。然 后，通過按壓手動啟動按鈕時(shí)，電動機(jī)開始轉(zhuǎn)動。如果停止按鈕被按下，則停止轉(zhuǎn)動。如表 4 所示，對應(yīng)的輸入信號通過接口連接到 輸出信號連接到 定子電流傳感器中接收跳閘信號測速發(fā)電機(jī)中接收速度反饋信號，以及從控制面板上接收這種方式來讀取被要求的速度和電機(jī)的實(shí)際速度。操作者要求的速度和電動機(jī)的實(shí)際速度之間的差值會給出誤差信號。如果誤差信號不是零，而是正或負(fù)的，那么根據(jù)由 行的計(jì)算， 減小或增加逆變器的 V/后結(jié)果就是電動機(jī)的速度會被校正。 所實(shí)現(xiàn)的控制是比例積分（ 型（即：誤差信號由增益 K 和被積分值相乘，并加入到所請求的速度中）。其結(jié)果是，控制信號被發(fā)送到 連接逆變器的數(shù)字輸入端以控制 K 的變化。在開始時(shí)，操作員通過使用安裝在控制面板上的旋轉(zhuǎn)電阻（增益調(diào)整）來選擇增益 K，而 收它的壓降作為控制器的增益信號（ 0）。 我們使用旋轉(zhuǎn)電阻來選擇所需的轉(zhuǎn)速時(shí) 讀取該信號。它的值會 被發(fā)送到 在控制面板上顯示（速度設(shè)定點(diǎn)顯示器）?？刂泼姘宓钠渌@示器顯示實(shí)際速度，這些實(shí)際速度是從速度反饋信號中計(jì)算得出的。第三個(gè)顯示器以牛頓 米）。其相應(yīng)信號被輸出到 圖 4 速度控制軟件流程圖 圖 5 顯示出了該軟件的流程圖。在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間，不可能通過改變開關(guān)位置以反轉(zhuǎn)其方向。在方向逆轉(zhuǎn)之前，必須按下停止按鈕。在啟動和加載過程中，為了保護(hù)電機(jī)防止電流過載，下列的命令要被編寫入軟件中。 i)向前 /向后的信號 要輸入到 度給定信號載電流子電流速度反饋信號要輸入到 負(fù)載時(shí) 如果速度設(shè)置點(diǎn)低于超過 20%或者 3 0 0 / m i 電機(jī)不會啟動。 i)當(dāng)增量負(fù)載超過 m（額定轉(zhuǎn)矩的 40%）， 1 . 3并且速度設(shè)定點(diǎn)低于量超過 40%或者 6 0 0 / m i ，電機(jī)不會啟動。 果負(fù)載增加超過了 m（額定轉(zhuǎn)矩）， 且如果速度設(shè)定點(diǎn)超過了 100%或者 1 5 0 0 / m i 點(diǎn)擊進(jìn)入中止過程。 所有其他情況下，電機(jī)進(jìn)入速度控制模式并執(zhí)行速度控制軟件如 圖 5 監(jiān)測器和保護(hù)軟件流程圖 圖 6 是該軟件的流程圖。 ?在超載的情況下，電機(jī)被切斷，跳閘指示燈（黃色）亮起。操作者必須釋放熱繼電器，然后通過按下跳閘按鈕或停止按鈕關(guān)掉跳閘燈。熱繼電器設(shè)置為 的額定電流。接下來電機(jī)可以再次啟動。 ?操作者可以按下停止按鈕切斷電機(jī)：實(shí)際速度的顯示被設(shè)置為零，啟動燈（綠色）熄滅，以及停車燈（紅）亮起并保持點(diǎn)亮 3 秒鐘。 ?在電機(jī)被切斷后和驅(qū)動系統(tǒng)被重新啟動之前，負(fù)載必須立刻斷開。電機(jī)在切斷后，即使按下了啟動按鈕后， 3 秒內(nèi)也無法啟動。 圖 6 電機(jī)的中止和重啟軟件流程圖 在運(yùn)行過程中系統(tǒng)和變化的負(fù)載進(jìn)行測試，包括對跳 閘的情況下的測試和對異步電動機(jī)調(diào)速性能的測試。 過軟件監(jiān)測電機(jī)的操作和相關(guān)參數(shù)。 一開始，感應(yīng)電動機(jī)的性能由標(biāo)準(zhǔn) 380 伏電壓提供，測量 50網(wǎng)絡(luò)，以上僅供參考。然后，如第 分中所描述的那樣，在無負(fù)載和滿載（ 1， 0 種不同模式之間操作試驗(yàn)的控制系統(tǒng)： a）由變頻器和 制反饋至異步電機(jī) ; b）由逆變器反饋至感應(yīng)電機(jī)。 在前幾節(jié)已描述，速度和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的范圍對應(yīng)于 件和軟件的設(shè)計(jì)。 如圖 7 所示，我們在 500 /分的范圍內(nèi)對轉(zhuǎn)速 — 轉(zhuǎn)矩特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，對于不同的 速度設(shè)定值置 b）在變速變負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性下工作。配置 a）在速度范圍 0 /分和負(fù)載范圍 0工作時(shí)有恒速變負(fù)載轉(zhuǎn)矩的特性。但是，在速度超過 1400 轉(zhuǎn) /分并且負(fù)載高于 70％的范圍時(shí)，系統(tǒng)不能保持在變速變負(fù)載和恒速下工作。因此，當(dāng) N>1400 轉(zhuǎn) /分時(shí)，兩種配置 a）和 b）具有類似的轉(zhuǎn)矩 — 速度響應(yīng)。這一事實(shí)表明，在同步率低于 93％的速度時(shí)， 制對于由 件實(shí)現(xiàn)的恒定速度有效。 圖 7 含 逆變器的轉(zhuǎn)速 我們研究了不同圖 8 中，效率經(jīng)過歸一化后表示出來，作為基準(zhǔn)值或 1 自標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)提供的感應(yīng)電機(jī)的效率來使用。如圖 8 所描繪的，結(jié)果表明，在所有情況下配置 a）比配置 b）具有更高的效率。此外，在負(fù)載高于 70％且歸一化效率是 ( ) 1? 時(shí)操作，意味著在 制下所獲得的效率比另一種情況的效率更高。后者是指在標(biāo)準(zhǔn) 380 伏、 50 赫茲的網(wǎng)絡(luò)，沒有 制也沒有逆變器的情況下操作感應(yīng)電機(jī)所得到的效率。根據(jù)該圖， 制系統(tǒng)與 標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)操作相比，其效率提高了10從理論的角度來看，如果我們忽略磁化電流，效率的近似值是： 11 R? ?? ?? 其中 S 是滑差，分別是定子繞組阻抗和轉(zhuǎn)子繞組阻抗。如從圖 7 中可以看出， 制系統(tǒng) a）工作時(shí)有非常低的滑差值，幾乎為零。在所有的速度和負(fù)載轉(zhuǎn)矩條件下，配置 a）比配置 b）有更小的滑移，因而效率較高的值是合理，尤其是在高速和高頻條件下。在較低的頻率 時(shí)，磁通會增加，一次勵磁電流的增加導(dǎo)致?lián)p失增加。 圖 9 表示 制變頻器的定子電壓 — 定子頻率特性，和在圖 7 中的速度和轉(zhuǎn)矩是相同的范圍。對于圖 7 中的每一個(gè)速度 — 轉(zhuǎn)矩特性，定子電壓和定子頻率之間的關(guān)系是不變的。然而，如圖 10 所示 ,對應(yīng)于電機(jī)磁通的這種關(guān)系隨著頻率的降低而增加，從 50赫茲的 12 赫茲的 此，從圖 7 可看出，其中可用的扭矩從 50 赫茲的 100％下降到 20 赫茲的 60％。當(dāng)電壓和頻率都下降時(shí)，磁通量會隨著最大可用扭矩的減少而增加。 圖 8 控制系統(tǒng)在有、無 況下每單位標(biāo)準(zhǔn)供給電機(jī) 的效率 對于全部速度和轉(zhuǎn)矩范圍的調(diào)節(jié)器增益 曲線如圖 11 所示。結(jié)果表明，在特性之間小的位移情況下，在變化的負(fù)載情況下，它提供了 這個(gè)系統(tǒng)提供了一個(gè)相似的動態(tài)響應(yīng)，作為 V/f 速度控制的閉環(huán)系統(tǒng)。它的暫態(tài)性能是有限的，由于扭矩的振蕩 [32]和它的行為對進(jìn)程限制了該系統(tǒng)的應(yīng)用，而該過程僅需緩慢的速度變化。 從先前描述的方案可以獲得成功的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果表明 用于有感應(yīng)電機(jī)的 自動化系統(tǒng)。由逆變器驅(qū)動并由 制的感應(yīng)電機(jī)監(jiān) 控系統(tǒng)證明了其在恒速可變負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，具有高準(zhǔn)確度的調(diào)速功能。 圖 9 制逆變器的定子電壓 — 頻率特性曲線 圖 10 定子電壓與定子頻率之比 圖 11 制特性曲線 忽略所用的速度控制方法的簡單性，這種系統(tǒng)列出： ?在負(fù)載轉(zhuǎn)矩下恒定速度的變化 ; ?在更寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的可調(diào)全扭矩 ; ?閉環(huán)速度控制方案具有很好的精度 ; ?更高的效率 ; ?過載保護(hù)。 從而，在工業(yè)電力驅(qū)動應(yīng)用方面， 證明是通用且有效的控制工具。 致 謝 筆者衷心感謝雅典國家技術(shù)大學(xué)對實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)和實(shí)驗(yàn)室測試及測量的財(cái)政支 持。 參考文獻(xiàn) [1] G. ―992. 29, 47–48, 1992. 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