可編程轉子

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PLC在行車電氣控制迴路改造中的應用
作 者 ：李林靜,江月新,胡傑嘉,
關鍵詞： 電力拖動 變頻調速 可編程式控制制器
1 引言
某廠抓礦行車採用繞線式非同步電動機轉子串接頻敏電阻器進行啟動和調速，這種繼電器-接觸器控制方式在實際運行中存在著以下問題:
(1) 行車工作環境惡劣，工作任務繁重，電動機所串頻敏電阻器燒損、斷裂和接地故障時有發生，造成電動機頻繁燒損;
(2) 由於機體震動及導電性粉塵環境，繼電器-接觸器控制系統的可靠性差、故障率高、維護困難、維護費用高、檢修工人疲於維護;
(3) 轉子串頻敏電阻器調速，機械特性軟，負載變化時，運行不平穩，且運行中頻敏電阻器長期發熱，電能浪費嚴重;
(4) 各接觸器在大電流狀態下頻繁分斷、吸合，造成電網高次諧波污染嚴重，電網功率因數低。
於是該廠採用了PLC代替了繼電器-接觸器控制，將變頻器代替電動機轉子串頻敏電阻器的調速方式，改造後，運行效果顯著，解決了以上問題。
2 PLC控制的行車變頻拖動系統組成
2.1 系統組成
行車的大車、小車、抓鬥提升、抓鬥開閉電機都需獨立運行，大車有兩台電機同時驅動，小車、抓鬥提升、抓鬥開閉各為一台電機驅動，整個系統有5台電機。為了保證各部分安全運行互不影響，採用了4台變頻器拖動，並用4台PLC分別加以控制，系統組成如圖1所示:
PLC接收主令控制器的速度控制信號，該信號為數字量控制信號，信號電平為AC220V。這些信號包括:主令控制器發出的正、反轉信號、電機過熱保護信號、安全限位信號及啟動、急停、復位、零鎖等信號，全部信號採用匯點式輸入。PLC針對這些信號完成系統的邏輯控制功能，並向變頻器發出起、停、正、反轉及調速等控制信號，使電動機處於所需的工作狀態。
變頻器接收PLC提供的控制信號，並按設定向電機輸出可變頻、變壓的電源，從而實現電機的調速。操作人員按實際需要通過主令控制器向PLC發出各種控制信號。
提升電機在下放重物時，電機反轉，由於重力加速度的原因，電機處於再生制動狀態，拖動系統的機械能轉化為電能，並存儲在電壓型變頻器的濾波電容器的兩端，使直流電壓不斷上升，甚至能夠擊穿電器絕緣，當電壓上升到設定值時，接入泄能電阻來消耗直流電路的這部分能量，保證變頻器安全運行。
2.2 變頻器與PLC通信
系統採用現場匯流排方式代替傳統的模擬量或開關量方式控制變頻器。系統中，小車及提升變頻器通過選件模塊連接至Profibus-DP匯流排上，綜合考慮數據傳輸的實時性及穩定性，系統選用PPC-3作為數據傳輸格式，波特率選擇387.5kbps。採用匯流排結構後，系統進一步優化，具體表現如下:
(1) 布線簡單
只需1根兩芯的屏蔽雙絞線，而採用別的方式至少要4根電纜，從而減少了維護工作。
(2) 給定穩定
避免了因信號的漂移、電磁干擾等諸多因素而引起模擬量給定抖動，因此系統速度給定更加可靠。
(3) 速度連續
相對於採用開關量作為速度給定的系統，速度給定由離散量變成了連續量，使得變頻器可以接受來自PLC的速度微調指令，以實現抬吊作業平衡。
2.3 備用應急系統
當匯流排干纜或匯流排上某點出現損壞時，有可能使系統無法正常工作。因此，系統中設有一套備用的系統，以防止緊急情況下匯流排不能正常使用，但又不能停止作業的工況。變頻器設有兩套控制方式，一套採用匯流排通信，用於正常控制;一套採用開關量控制，用於應急狀況。通過PLC切換兩套參數，兩套參數在手柄檔位的速度給定上完全一致，因此從使用角度感覺不出兩套參數的切換。
2.4 同步與糾偏
行車在抓鬥提升抬吊作業時，系統進入自動糾偏模式，以保證吊鉤在抬吊時鋼絲位置同步。由於機械安裝時磨擦阻轉矩，機械抱閘的調整不可能完全一致，因此系統不採用動態實時糾偏，而採用一種折衷方案，其工作原理為:首先，系統在PLC中設置2個閾值，閾值1用於啟動吊鉤的自動糾偏，閾值2用於結束自動糾偏;其次，PLC讀入安裝在起升捲筒上編碼器的數據並實時計算起升高度;再次，PLC比較所讀入的2個起升高度，當2個高度之差大於閾值1時，PLC將一個微小的速度偏差量疊加在由手柄確定的基準速度上，當兩個高度之差小於閾值2時，取消該偏差量，通過慣性進一步減少起升高差;最後，PLC將計算合成後的速度值能過Profibus-DP下載至變頻器中，作為抓鬥提升電機的速度給定。
3 PLC軟硬體設計及應用
3.1 PLC的硬體設計
行車大車、小車、抓鬥提升、抓鬥開閉電機分別由不同的PLC控制，大車、小車、提升、開閉電機都運行在電動工作狀態，變頻器及PLC的控制結構及軟、硬體實現基本相同。提升電機運行狀態有電動、反接制動、再生制動等狀態，變頻器及PLC之間的控制結構較大車、小車復雜。以提升電機為例，其PLC的I/O接線如圖2所示，變頻器接線圖如圖3所示。
3.2 車的工作過程
當行車的駕駛室及橫梁攔桿的門關好後，1#、2#安全開關的常閉接點打開，急停開關斷開，主令控制器置於零位，此時才能按下啟動按鈕，接通電源。當主令控制器置於上升檔位，電機正轉，通過調節速度檔位，控制變頻器輸出不同的電壓，達到調節抓鬥提升電機的轉速。當主令控制器置於下降3擋且滿負荷時，電機正轉，此時電機處於反接制動狀態。當主令控制器置於下降2擋且負荷較重時，為強制下降階段，電機反轉，在重力加速度的作用下，電機進入再生制動狀態。另外，當電機由穩定高速向低速換檔極快時，電機也會進入再生制動狀態。當主令控制器置於下降1擋時，電機反轉，處於電動狀態。運行中，不論何種原因電機停止運轉，為防止重物急速下降，保留了原來的三相液壓制動器。
在緊急狀態下，可按下急停按鈕，一方面機械制動器動作，另一方面，將變頻器緊急停機控制端EMS接通，變頻器停止工作。當抓鬥提升電機因故障跳閘，熱繼電器動作，電機過載等動作，在故障排除後，可按下復位按鈕，接通變頻器復位控制端RST，使變頻器恢復到運行狀態。
3.3 PLC的軟體設計
選用FXON系列PLC，採用摸塊式編程，具體模塊如下:
(1) 高度換算功能塊。用於將格雷碼轉換成二進制碼，二進制碼轉換成起升高度及起升高度偏差調整;
(2) 變頻器開關量控制功能塊。用於大車、小車及抓鬥起升變頻器起動、停止和速度給定的開關量控制;
(3) 變頻器的通信控制功能塊。用於大車、小車、提升電機變頻器的啟動、停止、速度給定。還用於變頻器的控制字與狀態字的讀取。圖4為大車的軟體控制流程圖，小車、提升電機、開閉電機的軟體流程圖和大車的相似。
3.4 安全保護措施
(1) 配電部分:除設有缺相、過流、短路等保護外，還在行車兩側端梁及平台處設置2隻安全開關，只有開關均閉合時，才允許行車運行。在行車上還設有登機請求及應答按鈕，用於行車工作中其它工作人員的安全登機。
(2) 變頻器部分:選用的ACS600系列變頻器具有電機過載、缺相、接地、過流、直流母線過壓等保護，抓鬥提升電機及小車變頻器當切換至匯流排控制方式時具有通信故障監視功能。
(3) 行程開關保護:各機構均設有行程限位保護。單動工況時，小車及抓鬥提升限位開關各自獨立;聯動工況時，小車1後限位及小車2前限位作為聯動工況允許條件，小車1前限位及小車2後限位做為小車限位，起升1及起升2隻要有一個限位動作，則視為起升限位。
(4) 其它保護:所有機構均有零位保護、過流保護。抓鬥提升機構還有超載保護及超速保護。當超速開關動作時，斷開變頻器主接觸器電源。
4 結束語
PLC控制的變頻拖動系統應用到行車，各電機各檔速度、加速時間、制動時間都可根據實際工況條件設定，而且十分方便。從運行結果來看，負載變化時，電機速度運行平穩。設備的故障率大幅度降低，電機燒毀明顯減少，同時減少了到電網高次諧波的影響。設備檢修時排除故障的速度明顯加快，設備維護量大大減少。
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⑶ 發電機控制器可編程輸入怎麼接線

一、觸摸屏、PLC、伺服控制器、伺服電機之間的連接順序如下：

向左轉|向右轉

通過專用的數據線，就可以將他們有機的聯系起來，構成一套比較完整的自動化控制系統。
二、關於觸摸屏：
觸摸屏（touch screen）又稱為「觸控屏」、「觸控面板」，是一種可接收觸頭等輸入訊號的感應式液晶顯示裝置，當接觸了屏幕上的圖形按鈕時，屏幕上的觸覺反饋系統可根據預先編程的程式驅動各種連結裝置，可用以取代機械式的按鈕面板，並藉由液晶顯示畫面製造出生動的影音效果。
三、關於PLC
PLC：可編程邏輯控制器，它採用一類可編程的存儲器，用於其內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，並通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。
四、關於伺服驅動器
伺服驅動器（servo drives）又稱為「伺服控制器」、「伺服放大器」，是用來控制伺服電機的一種控制器，其作用類似於變頻器作用於普通交流馬達，屬於伺服系統的一部分，主要應用於高精度的定位系統。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服馬達進行控制，實現高精度的傳動系統定位，目前是傳動技術的高端產品。
五、關於伺服電機：
伺服電機（servo motor ）是指在伺服系統中控制機械元件運轉的發動機，是一種補助馬達間接變速裝置。
伺服電機可使控制速度，位置精度非常准確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，並能快速反應，在自動控制系統中，用作執行元件，且具有機電時間常數小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉現象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。

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⑸ PLC如何驅動步進電機

可編程序控制器（PLC）控制脈沖的數量和頻率以及電機各相繞組的功率順序，控制步進電機的旋轉。

通常電動機的轉子是永磁體。當電流流過定子繞組時，定子繞組產生矢量磁場。磁場將驅動轉子旋轉一個角度，使轉子的一對磁場的方向與定子的方向一致。當定子的矢量磁場旋轉一個角度時。轉子也隨磁場旋轉一個角度。

每次輸入電脈沖時，電機旋轉一個角度前進一步。其輸出角位移與輸入脈沖數成正比，轉速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電和電機反轉的順序。因此可以通過控制電機各相繞組的脈沖數、頻率和功率序列來控制步進電機的旋轉。

(5)可編程轉子擴展閱讀：

步進電機控制技術發展概況：

在微電子技術特別是計算機技術發展之前，控制器脈沖信號發生器是完全由硬體實現的。控制系統採用獨立的元件或集成電路構成控制迴路。它不僅調試和安裝復雜，而且需要消耗大量的組件。一旦最終確定，如果要改變控制方案，就必須重新設計電路。

這就需要為不同的電機開發不同的驅動器。開發難度大，成本高，控制難度大，限制了步進電機的推廣。

由於步進電機是將電脈沖轉化為離散機械運動的裝置，具有良好的數據控制特性，計算機成為步進電機理想的驅動源。隨著微電子技術和計算機技術的發展，軟硬體結合已成為主流。

也就是說，控制脈沖由程序產生，驅動硬體電路。單片機通過軟體控制步進電機，更好地發揮了步進電機的潛力。因此，利用單片機控制步進電機已成為必然趨勢，也順應了數字化時代的潮流。