基于plc的三相感应电动机监控系统的设计与实现外文翻译资料

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国际系统应用、工程与开发杂志

2008年第2卷第3期

基于plc的三相感应电动机监控系统的设计与实现

yasarbir*，h。塞尔库克

*马尔马拉大学，技术教育学院，电力教育系，土耳其伊斯坦布尔，34722。

ybirbir@marmara.edu.tr, selcuknogay@marmara.edu.tr

摘要： 本文提出了一种基于可编程逻辑控制器(PLC) 技术的三相感应电动机监控系统的设计与实现。此外 ，还提供了速度控制和保护的硬件和软件与感应电机 性能测试的结果。PLC将运行参数与用户要求的速度 相关联，并在正常运行和跳闸条件下监控系统。对由 逆变器驱动和由PLC控制的感应电机系统进行的试验 表明，与传统的V/f控制系统相比，它具有更高的调 速精度。PLC控制的效率在高速下提高到同步速度的 95%。因此，PLC证明了自己是一种非常通用和有效的 工业控制工具。本文提出了一种基于plc的三相感应电动机监控系统。它描述了所配置的硬件和 软件的设计和实现。对感应电机性能的测试结果表明，变负荷恒速控制工作的效率提高，精度提高。因此，PLC将操作参数与用户要求的速度设定点相关联和控制，并在正常运行和跳闸条件[7,14]下监控感应电机系统。

关键词——计算机控制系统、计算机监控、电气驱动 器、感应电动机、可编程逻辑控制器(PLC)

1.介绍

随着近年来工业和信息技术的快速变化，一些传统的 批量电子设备需要进行长期的监控。他们所有的控制 设备，如通信接口，都逐渐进入了互联网信息时代。 所有设备的控制都是通过使用计算机进行的。大多数 设备使用PLC与计算机连接，以监控每个负载和用电 设备。可编程逻辑控制器(PLC)因其价格低廉、易于 安装和在应用中非常灵活而被广泛应用于工业控制中 一个PLC与外部的相互作用。

世界通过其输入和输出。自从电力驱动器的运动控制 技术出现后，可编程逻辑控制器(PLC)与电力电子设备 在电机应用中的应用已经被引入到制造自动化[1]， [14]。这种使用提供了一些优点，如较低的电压降时 ，打开，能够控制电机和其他设备的功率因数[3]。许 多工厂在自动化过程中使用PLC来降低生产成本，并提 高质量和可靠性， [4]-[7]。其他应用包括由于使用 PLC[7]而改进的精度计算机数控(CNC)的机床。为了获 得精确的工业电力驱动系统，需要使用与电力转换器 、个人电脑和其他电气设备接口的PLC。然而，这使得 设备更加复杂、复杂和昂贵。一种三相电感应电动机 的功率因数控制器利用PLC提高功率因数，并在整个控 制条件下保持其压频比恒定。矢量控制集成电路采用 复杂的可编程逻辑器件(CPLD)和整数算法，用于三相 脉宽调制(PWM)逆变器的电压或电流调节。感应电机的 许多应用除了需要电机控制功能外，还需要处理几种 特定的模拟和数字I/O信号、家庭信号、跳闸信号、开 /关/反命令。在这种情况下，必须在系统结构中添加 一个涉及PLC的控制单元。本文提出了一种基于plc的 三相感应电动机监控系统。它描述了所配置的硬件和 软件的设计和实现。对感应电机性能的测试结果表明 ，变负荷恒速控制工作的效率提高，精度提高。因此 ，PLC将操作参数与用户要求的速度设定点相关联和控 制，并在正常运行和跳闸条件[7,14]下监控感应电机 系统。

2008年4月2日收到128份稿件； 2008年9月24日收到

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2008年第2卷第3期

2.PLC作为一个系统控制器

可编程逻辑控制器是一种模块化的、工业上硬化的计 算机，它通过模块化的输入和输出(I/O)模块来执行 控制功能。PLC的模块化允许用户将通用的I/O模块与 合适的控制器结合起来，形成一个特定于他的控制系 统是最简单的需求。通过设想控制器重复执行三个步 骤来操作：

a)从输入模块中读取输入

b)解决预编程的控制逻辑c)根据控制逻辑解决方案生 成输出到输出模块。该过程的输入设备和输出设备连 接到PLC，控制程序进入PLC存储器(图。1)[1-2]

图1.一个PLC的控制动作

在我们的应用中，它通过模拟和数字输入和输出变化 负载恒速运行的感应电机。此外，PLC根据控制程序 持续监控输入并激活输出。该PLC系统为模块化类型 ，由特定的硬件构建模块（模块） 组成，可直接插入 专有总线：中央处理器单元(CPU)、电源单元、输入 输出模块I/O和程序终端。这种模块化方法的优点是 ，初始配置可以扩展到其他未来的应用程序，如多机 器系统或计算机连接[2]。

3.感应电动机的控制系统

在开发项目的软件需求分析阶段生成的软件模型在项 目的设计阶段进行了细化和修饰。这个阶段涉及到做 出实现决策，如不同软件模块之间的接口、故障

软件跨多个处理器，分配输入和输出到I/O卡等。PLC 软件，一旦编写好，就必须是容易和直观的遵循。PLC 是域系统的集成组成部分，系统技术的进步将影响PLC 软件的要求。因此，PLC软件必须是可维护的和可扩展 的[18]。

在无花果。2、给出了实验系统的方框图。可以从此设置 中获得以下配置。

a)一个可实现恒速运行的闭环控制系统，并配置有速 度反馈。感应电动机驱动一个可变的负载，由一个逆 变器供电，PLC控制逆变器的输出。

b)一种针对变速和变频运行的开环控制系统。感应电 动机驱动一个可变的负载，并通过控制方式供电。PLC 是一个持续激活的逆变器。

c)标准变速操作。感应电动机驱动可变负载，由恒压 频率标准三相供电。开环配置b)可以通过消除速度反 馈从闭环配置a)中获得。另一方面，如果整个控制系 统被绕过，则会产生操作c)。 [6-7]

PLC的编程是基于输入设备的逻辑需求，所实现的程序 主要是逻辑化的，而不是数值计算算法。大多数编程 操作都在一个简单的两种状态“开或关”的基础上工 作，这些替代的可能性分别对应于“真或假”（逻辑 形式） 和“1或0”（二进制形式） 。因此，plc提供了 一个灵活的可编程替代基于模拟设备建立的电路继电 器的控制系统。

所采用的编程方法是梯形图法。PLC系统以运行在主机 终端上的软件工具的形式提供了一个设计环境，允许 开发、验证、测试和诊断梯形图。首先，高级程序。 然后，梯形图被转换为二进制指令代码，以便它们可 以存储在随机存取存储器(RAM)或可擦除的可编程只读 存储器(eprom)中。每个连续的指令都由CPU进行解码 和执行。CPU的功能是控制内存和I/O设备的操作，并 根据程序处理数据。PLC上的每个输入和输出连接点都 有一个用于识别I/O位的地址。直接表示与输入、输出 和存储器相关联的数据的方法是基于PLC存储器被组织 成三个区域： 输入图像存储器(I)、输出图像存储器(Q) 和内部区域

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可编 程逻

感器

1

O

速度 传感器

rs232

rmal

机电流传

kW

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内存(M)。使用%I、%Q和%M直接引用任何内存位置(表 III)。PLC程序在主程序回路中使用循环扫描，以便 对输入变量进行定期检查（图3） 。程序循环首先扫 描系统的输入，并将它们的状态存储在固定的存储器 位置(输入图像存储器I)。然后梯级执行。扫描程序 并解决各种梯级的逻辑，以确定输出状态。更新后的 输出状态存储在固定的存储器位置（输出图像存储器 Q）中。然后，使用保存在内存中的输出值，在程序扫描结束时，同时设置和重置PLC的物理输出。对于给定的PLC，完成一个周期或扫描时间所需的时间为 0.18ms/K（ 1000步） ，最大程序容量为1000步。该开 发系统包括通过RS232端口连接到目标PLC的主机(PC) 。主机提供软件环境来执行文件编辑、存储、打印和 程序操作监视。开发程序的过程运行在PLC包括： 使 用一个编辑器画源阶梯程序，将源程序转换为二进制 对象代码将运行在PLC的微处理器和下载对象代码从 PCPLC系统通过串行通信端口。PLC系统在主动控制机

rs232

Overlo ad

Rela y 直流支持

脉宽调制

逆变器

3相

ind uc tion

磁性电机

胸罩

《人机界

面界面”

图2.实验装置

规

表2。逆变器技术规范

表3。PLC配置

图3.主程序的流程图

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作为一个基于微处理器的系统，PLC系统硬件设计和 构建以下模块[7]：

中央处理器单元(CPU)；

离散输出模块(DOM)；

离散输入模块(DIM)；

模拟输出模块(AOM)

模拟输入模块(AIM)

5.5.5.2.5.5.5.5.5.5.5供电。

在无花果中。4、说明了速度控制软件的流程图。该 软件调节转速和监控恒速控制，无论扭矩的变化。逆 变器作为电机的电源，同时由PLC的软件控制。没有 反馈和PLC的控制回路，逆变器不能保持速度恒定。 从控制面板中，操作员选择速度设定点n sp以及前后 旋转的方向。然后，通过按下手动启动按钮，电机开 始旋转。如果按下停止按钮，则旋转将停止。

e

相应的输入信号与DIM接口，输出信号与DOM接口。 AIM接收来自定子电流传感器的跳闸信号、来自转速 发电机的速度反馈信号以及来自控制面板的信号。这 样，PLC就会读取所请求的速度和电机的实际速度。 操作员要求的速度与电机实际速度之间的差给出误差 信号。如果误差信号不是零，而是正的或负，则PLC 根据

由CPU进行的计算减少或增加了逆变器的V/f，从而修 正了电机的速度。所实现的控制是比例和积分(PI)类 型（i。e., 误差信号乘以增益Kp，集成并添加到所要 求的速度中)。结果，控制信号被发送到DOM，并连接 到逆变器的数字输入端，以控制V/f的变化。在开始时 ，操作符选择增益Kp，通过使用安装在控制

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