双闭环串级调速系统的PLC控制

　　摘要：　以双闭环串级调速控制系统为研究对象，在对其系统构成和控制要求进行分析的基础上。采用Ｓ７-２００系列ＰＬｃ作为主控制器实现系统的运行操作。详细介绍了Ｉ／Ｏ分配和相关控制程序的设计，仿真实验结果表明系统达到了设计要求，实现了串级调速运行和全速运行。ＰＬＣ控制减少了大量继电器的硬件接线，提高了系统的可靠性。

　　０ 　引言

　　本文主要介绍用ＰＬＣ实现双闭环串级调速系统的控制，仿真实验结果实现了串级调速系统的可逆和全速运行。不仅用简单的程序实现了复杂的逻辑控制，还提高了系统的可靠性和安全性”。

　　１系统硬件构成

　　图１为双闭环串级调速系统原理图。系统给定为零时，为防止调节器零漂使电动机产生爬行，分别在ＡＳＲ、ＡＣＲ调节器上加了零速封锁信号ＤＺＳ。可逆运行时，为了使速度反馈与给定信号始终保持负反馈极性关系，在速度反馈通道中引入了放大器ＡＡＢ和反号器ＡＲ。ＢＳ速度变换器将测速发电机ＴＧ测速发电机检测出的电动机转速转换成相应的转速反馈信号，ＢＣ电流变换器将电流互感器ＴＡ检测到的电流转换成相应的电流反馈信号。为消除静差，调节器均采用ＰＩ调节器，按照工程设计方法，电流环按典型Ｉ型系统设计，转速环按典型Ⅱ型系统设计。为了防止出现逆变失败，在ＡＣＲ调节器输出电压为零时，应整定触发脉冲相位角：

　　Ｂ　＝Ｂｍｉｎ

　　２系统控制要求

　　为使系统正常工作，防止逆变器损坏，对系统的起动和停车必须有严格的操作顺序。总的原则是在起动时必须使逆变器先于电动机接入交流电网，停车时则比电动机后脱离电网，以防止逆变器交流侧断电，使晶闸管无法关断而造成短路事故。同时，不允许转子开路，否则转子侧将产生过电压引起硅元件击穿，甚至电动机绝缘击穿。

　　当串级调速装置发生意外故障，异步电动机可以脱离调速状态，通过接触器ＫＭ６短接转子实现系统全速运行，这样可对调速装置进行检修而不中断生产，待修复故障再接入调速装置。

　　可逆运行通过接触器ＫＭ３、ＫＭ。改变电源相序实现控制，系统采用串入附加频敏变阻器ＲＦ来实现间接起动。频敏变阻器的电阻与流过的电流的频率成正比，电机起动时，转速为零，转子电流频率，此时频敏变阻器阻值较大，从而限制起动电流。随着转速的增加，转子电流频率逐渐减小，变阻器阻值也减小，待转速升高至设定值时，才将串级调速装置投入运行。在正反转切换时，ＫＭ。断开串级调速系统，短时接入ＲＦ，可减小冲击电流对转子整流器ＵＲ、逆变器ＵＩ的影响，由Ｔ３８、Ｔ４０控制切换时ＲＦ的接入时间。为防止正反切换时主电路短路，增加Ｔ３７、Ｔ３９构成的延时保护。

　　３系统软件设计

　　３．１　ＰＬＣ　Ｉ／Ｏ分配

　　本系统输入信号有７个，输出信号６个，根据控制系统的要求和控制规模的大小，选用西门子公司Ｓ７～２００系列的ＣＰＵ２２４作为系统的控制器。该ＰＬＣ具有１４输入／１０输出共２４个数字量Ｉ／Ｏ点，可以连接７个扩展模块，可扩展为１６８点数字量Ｉ／Ｏ点。

　　３．２　ＰＬＣ梯形图设计

　　３．２．１主程序

　　采用模块式程序结构，如图２所示。通过选择开关确定系统运行方式，当选择串级调速运行时，１０．０接通，执行串级调速子程序；选择全速运行时，１０．１接通，执行全速运行子程序。

　　３．２．２调速运行子程序

　　系统运行时，先按下起动按钮ＳＢｌ，Ｑ０．０、Ｑ０．１接通，接触器ＫＭ，、ＫＭ。通电吸合，先接通逆变变压器ＴＩ的电源和转子．回路附加频敏变阻器ＲＦ，Ｍ０．０接通。再按下正转按钮ＳＢ３，Ｍ０．１接通，经过Ｔ３７延时，输出Ｑ０．２接通，则ＫＭ。通电吸合，电动机定子电源接通，电动机正转起动。经过Ｔ３８设定时间，电动机转速上升至设定值，ＱＯ．４接通，ＫＭ，通电吸合，串级调速装置投入运行，同时Ｑ０．１输出断开，ＫＭ２断电切除ＲＦ。在电动机未达到设计转速以前不允许把电动机转子回路与串级调速装置相接，否则转子电压会超过整流器件的电压定额而损坏器件，所以起动时间计算必需准确。

　　当电动机正转时，如果按下反转按钮ＳＢ４，输入１０．５接通，Ｑ０．４输出断开，接触器ＫＭｓ立即断开，切除串级调速装置；同时ＱＯ．１输出接通，ＫＭ２通电吸合，转子回路中串入附加频敏变阻器ＲＦ；由于Ｍ０．１断开，Ｑ０．２输出也断开，正转接触器ＫＭ３断电。１０．５的接通使ＭＯ．２接通，经过Ｔ３９延时保护，Ｑ０．３输出接通，反转接触器ＫＭ。通电吸合，电动机定子电源反相序。在短时间内由于ＲＦ的作用，使电动机迅速降速并反向起动，经过Ｔ４０设定延时，Ｑ０．４重新接通，ＫＭ。再次通电，重新接入串级调速装置，电动机反向运转。从反转切换到正转与该过程控制原理类似，系统中各定时器定时时间可根据实际系统的要求来设定。

　　按下停车按钮ＳＢ２，输入１０．３接通，ＫＭｚ接通，Ｍ０．０断开，切断电动机定子电源，ＫＭ３、ＫＭ。、ＫＭ。断电，经过Ｔ４１设定延时，ＫＭ，、ＫＭ２断开，串级调速系统自由停车。

　　３．２．３全速运行子程序

　　全速运行时，按下起动按钮ＳＢｌ，Ｑ０．５接通，接触器ＫＭ６通电吸合，异步电机转子短接，再按下正转或反转按钮，电机实现全速运行。

　　４结束语

　　仿真实验结果表明本设计系统达到了设计要求，实现了串级调速运行和全速运行。

　　串级调速控制系统对性能要求较高，用ＰＬＣ控制实现串级调速系统的可逆和全速运行，克服了传统继电接触线路的缺点，加强了系统的控制功能，提高了系统的灵活性与通用性，排除故障、维修方便。