机械电气专业外文翻译--基于PLC的异步电动机监控系统的设计与应用 中文版

中文翻译 基于 玛利亚 拉安妮德（音译） 摘要 本文介绍了一种基于可编程控制器 (异步电动机监测与控制系统。同时，文章介绍了在异步电动机速度控制和保护方面软件及硬件的应用。 电动机的工作参数和正常运转时人员或监测装置的需求速度联系起来。由 制、换向器驱动的异步电动机监控系统在速度调整方面与传统的电压 /频率控制系统相比，具有更高的精确度。 控制效率高达同步转速的 95。因此， 电力传动装置 的工业控制方面是一个用途广泛、高效的工具。 关键词：计算机控制系统；计算机监测；电力驱动；异步电动机；运动控制 可编程控制器；变频驱动；电压控制 1、简 介 自从电力驱动装置的运动控制技术得到应用以来，可编程控制器在自动化制造业中得到了广泛的应用。可编程控制技术的应用带来了许多好处，比如 :开机时电压降低值减少、能够控制电机和其他虚拟设备等。许多工厂都将 加产品的质量和可靠性。工厂中其他的比如具有精密计算机数值计算的工具等都归功于应用。为了得到精密的工 业电力驱动系统，非常有必要应用与整流器、个人计算机和其他电力设备有接口的 此，这就使得设备更加精致、成熟和昂贵。 很少有文章介绍关于 们报道了用 发电机速度控制的模糊方法的执行过程，和基于自动调整技术的工业时， 此，工业 减少电路元件的数量，降低成本，增强稳定性。作为一种调整直流和交流速度驱动的开关磁阻电机的可行替代方 案，来控制扭矩和速度的逻辑控制器用 他的报道有 到了对驱动系统和数据采集的控制。为了监测电力质量、识别出影响电力设备的干扰，通常应用两个 很少有文章涉及到 制异步电动机的领域。一个三相异步电动机的功率因数控制器应用 提高其功率因数，并在整个控制过程中保持电压频率比为常数。用矢量控制应用复杂可编程逻辑控制单元的积分电路和电压或脉宽调节的积分运算电路。 异步电动机的许多应用除了要求马达控制官能 度，而且要求对一些特殊信号的处理，比如：模拟和数字 I/O 信号，局部信号，解扣信号，开 /断 /反向按钮信号。在这些情况下，一个应用 篇文章介绍了一种基于 章讲述了配套硬件和软件的设计及应用。从异步电动机获得的试验结果显示，在变载恒速控制方面具有高效率、高精度的特点。因此，在异步电动机正常运转或解扣条件下， 将其联系起来。 2、 一个 是一个应用到工业自动化控制过程的微 机控制系统。它用一个可编程内存来存储能实现不同功能的用户指令，比如：算术运算、计数器、逻辑运算、排序、定时器等。一个已编程的 以去感应、激活和控制工业设备，因此它包括许多的 I/O 口，与数字信号连接。输入与输出设备与 制程序被“放”到 如图 1） 图 1 在我们的应用当中，它控制模拟量、数字量的输入和输出。同时， 停的监测输入并根据控制程序激活相应的输出。这个 统是由特殊的模块组成的，塞封到原有的元件上：一个中央处理器，一个供电单元，输入输 出模块和一个程序端子。这种模块化方法有很多好处，比如：初始化配置可以扩展到其他设备像多机系统或者计算机连接系统。 3、异步电动机控制系统 图 2是实验系统的程序框图。从此框图中我可以得到如下信息： 一个恒速控制的闭环控制系统，包括速度反馈和负载反馈。异步电动起驱动一个变化的负载，通过变流器反馈， 图 2 实验系统程序框图 一个变速控制的开环控制系统。异步电动机驱动一个变化的负载，在恒电压频率控制模式接收来自变流器的反馈信号。 标准的变速运行。异步电动 机驱动一个变化的负载，并接收一个恒定的电压频率反馈。 开环系统 b）可以由闭环系统 a）去掉速度和负载反馈得到。另一方面，如果整个控制系统被旁路，则系统 c）动作。 4、硬件介绍 这个控制系统被用到绕线转子异步电动机的实验和测试当中，表 1是它的技术指标。 表 1 异步电动机技术指标 连接类型 /Y 输入电压 380/660V 交流 输入电流 定功率 入频率 50极数目 4 额定转速 1400r/ 2 换流器技术指标 输出电压 380/660V 交流 输出频率 0， 480出电流 载能力 150 60s 电源电压 380， 460 10 输入电流 3 耗散功率 46W 表 3 可用 已用 离散输入（ I） 32 8 离散输出（ Q） 16 9 模拟输入（ 8 7 模拟输出（ 8 6 存储器（ M） 540 表 4 速度反馈信号 1开始按钮信号 1速度反馈信号 1线圈 1 2电源 2负载电流反馈 2停止按钮信号 2速度设定信号 2运行指示灯 3定子电流信号 3解扣按钮信号 3负载扭矩信号 3线圈 2 4速度设定信号 4前进开关 4换流器频率 4停止指示灯 5控制器增益 5后退开关 5负载线圈 5线圈 3 6控制器时间常数 6解扣按钮信号 6定子线圈 6解扣指示灯 7换流器模拟端口 7 24 7换流器 数字端 8 0V 直流 8 249 0V 直流 这个异步电动机带动一个直流发电机，直流发电机带一个变化的负载 R。三相电与一个三相主开关相连，随后与一个三相热过载继电器相连，热过载继电器保护当前的负载。线圈的输出与整流器相连，整流器调整三相电压并给绝缘门双极性晶体管整流器一个直流的电压输入。它的技术指标在表 2中列出。这个双极性晶体管整流器把直流电压输入变成三相电压输出，给异步电动机的定子供电。另外，这个整流器还与 此控制器继承到一个 块系统上。 结构参考它的内部的软件和硬件结构。 中央处理单元 离散输出模块 离散输入模块 模拟量输入模块 模拟量输出模块 电压模块 关于 和表 4中列出。 速度反馈中用到一个速度传感器，负载电流反馈用到一个电流传感器，同时还有一个电流传感器与定子相连。因此，闭环系统的两个反馈回路通过负载电流传感器、速度传感器和模拟量输入模块建立起来。 一台永磁直流电机用来测速度。感应电机驱动转轴转动，产生电压输出，电压的大小取决于转轴转动的 速度，极性取决于转动的方向。永磁电机输出的电压信号必须与模拟量输入模块的允许电压范围（ 0 5V）相匹配。其他的 4 为了便于人工控制，电路设有开启，关闭，解扣按钮，还有一个方向选择开关。如图 2所示，所有的元件都集成到一个控制板，包括：主开关，自动三相开关、自动单相开关、三相热继电器、负载自动开关、信号灯、按钮、选择开关、速度选择器、增益选择器和 序编好后将其从 5、软件介绍 编程基于输入设备的逻辑需求。大多数的编程设备工作在“开” 或“关”两种状态。这就分别与“真 /假”和“ 1/0”相对应。因此， 常用的编程方法是梯形图。 C 机端子允许梯形图程序被编译、试验和模拟。首先，程序被写入梯形图，然后，梯形图将其转成二进制代码，存入只读存储器或可擦除只读存储器。每条指令都被编码并被 ，并根据程序对数据进行相应的处理。每个输入输出节点有一个位地址来区分不同的 I/据与相应的输入输出相联系。 程序是一个循环的扫描过程，以使输入变量被定期的检测。循环程序开始时扫描系统的输入设备，并把他们的状态存储到固定的地址。梯形图一梯级一梯级的执行，扫描程序、读取输入的逻辑状态以确定输出口的状态。更新后的输出口状态被存入到相应的地址（输出映象寄存器 Q）。在扫描程序结束的时候，寄存器中的输出口的值去置位或复位 于给定的 成一次扫描的时间为 （ 1000 步），同时， 000步。 系统的扩展部分包括一台通过 机提供 了软件编辑、保存、打印、程序运行监测的环境。在 运行的程序的开发过程包括：用编辑器画出源梯形图，将源程序转换成可以在 过专门的接口从 它激活对机器和监视器的控制， 6、结 论 系统在各种负载运行的过程中被试验。包括对异步电动机速度控制的测验和解扣状态的测验。 将得到的参数和软件设置相对比。 一开始，作为参考，监测标准 3800后，试验控制系统在无负载和满载 的情况下运行，这两种情况在第三章中已讨论。 直流电动机受整流器和 流电动机受整流器的反馈。 负载力矩的范围和与 硬件相关的速度的范围在前面章节已经介绍到。速度随力矩变化的特点在 500 1500r/下图 3所示。 结果显示 b）不同的负载力矩具有不同的速度选点 a）运行于速度在 0 1400r/载在 0 100均匀变化的情况。然而，在速度高于 1400r/载大于 70时，系统运行时速度和负载 都不是匀速变化，速度不可能稳定在恒定的值。因此，当1 4 0 0 / m i ，不管是 a）还是 b），他们都有一个相似的速度负载响应曲线。这就说明当速度低于同期的 93时，控制恒速的 图 3 速度扭矩特性曲线 我们也研究了 同时的效率。图 4规范的标出了效率扭矩的关系。如图 4 所示，结果显示 a）在所有情况下都比 b）具有较高的效率。同时，当负载大于 70运行时，正常效率大于 1，这就意味着 80V， 50对这一点， 0 12。从一个理论的点观察，如果我们忽略磁化电流，效率的近似值是： 其中， 图 7中可以看出， a）具有很低的降低率，几乎为零。在全速和满载的条件下， a）比 b）的降低率要小。因此效率值越高越，特别是在高的速度和频率时。在较低的频率时，磁通增加，磁化电流增加，从而磁损减少。 图 4 效率扭矩曲线 图 5 定子电压频 率关系图 图 6 电压频率图 图 7 设定点速度增益关系图 图 5 所示是 制下在与图 3 相同的速度和力矩范围内，定子电压定子频率变化情况。对于表 7每个速度 力矩变化曲线，定子电压和电子频率之间的关系是恒定的。然而，与磁通相关的这种电