基于PLC的异步电动机监控系统的应用.pdf

2 0 1 2年第 2期 No ．2 2 01 2 煤 炭 科 技 C0AL S CI ENCE TECHNOLOGY MAGAZI NE 5 l 文章编号 1 0 0 8 3 7 3 1 2 0 1 2 0 2 0 0 5 1 0 2 基于 P L C的异步电动机监控系统的应用 薛度喜 ， 崔 卫 一 ， 陈维钦 1 ．山东能源肥城矿业集团公司， 山东 肥城2 7 1 6 0 8 ； 2 ．中国矿业大学 信电学 院， 江苏 徐州2 2 1 0 0 8 ；3 ． 肥城矿业集团 单县 能源有限责任公司， 山东 单县2 7 4 3 0 0 ；4 ．山东鑫国煤电有限责任公司 通风工区， 山东 肥城2 7 1 6 0 8 摘要 主要介绍 了基于可编程逻辑控制器 P L C 的异步电动机监控系统的设计及应用。 在 获得异步电动机运行参数的前提下， 实现了电动机保护和速度控制的硬件和软件设计。异 步电动机实验表明， 在变动负载和恒速的运动情况下， 应用 P L C监控系统后电动机的功率 和精度都提高 了。 关键词 异步电动机 ； 运动控制 ； 可编程逻辑控制器 P L C 中图分类号 T M3 0 1 ． 2 文献标志码 B 随着电力拖动控制技术 的不断发展 ，在 电器方 面得到应用的电力电子器件可编程逻辑控制器 P L C 也应用到生产自动化控制系统和计算机数值 控制 C NC 的机床上 。将 P L C同电源转换器 、 个人 计算机及其他电器设备接 口，可以得到精确 的工业 电力拖动系统。 三相 异步电动机功率控制器利用 P L C来提 高 功率因数 ， 通过调整频率 占空比来调整电压。 矢量控 制集成电路用复杂逻辑可编程和整数算法调整三相 P WM逆变器的电压和电流。 异步电动机的应用除了 包括电动机控制功能 ，还有许多特殊 的模拟和数字 I ／ O信号 ， 源信号， 跳闸信号， 开关转换信号的处理。 在这种情况下 ， P L C控制单元也需要 加入到系统结 构 中。 1 异步电动机监控系统 图 1 是实验系统 的电气结构图，系统 由以下几 部分组成。 1 恒速闭环控制系统。 由速度反馈和负载电流 反馈组成。异步电动机通过逆变器反馈驱动负载， P I C控制逆变器的输出。 2 变速开环控制系统。 异步电动机通过恒定的 逆变器反馈驱动负载。 3 标准变速系统。 由三相标准恒压恒频 电源提 供给异步电动机来驱动负载。 负 载 一 望鏖箜壁鸳 J-● 龄 弋 机 图 1 实验 系统 电气结构 2 硬件设计 控制系统是为测试转子损坏的异步电动机而设 计的。 异步电动机驱动作为变动负载的直流电动机， 三相 电源和三相主开关联接 ，再和防止过电流的三 相热继电器相连 。 继 电器输出连接整流器 ， 整流器调 整三相电压 ， 并且给 I G B T逆变器提供直流输入 。 异步 电动机技术参数 接 线方式 △ 一一 一 电电 {} 一 过继 一 ～ 一 自关 一 子开 5 2 煤炭科技 2 0 1 2年第 2期 输入 电压／ V A C 输入 电流／ A 额定功率／ k W 输入 频率／ Hz 磁极数 额定速度／ r ra i n 输 出电压／ 、 ， AC 输 出频率／ Hz 输 出电流， A 输出负载 电源 电压／ V A C 输入 电流， A 功耗／ W 逆变器技术参数 38 0 ／ 6 60 1 ． 5 ， 0． 9 0． 6 5 0 4 1 4 0 0 3 8 04 6 0 0～4 8 0 2～5 1 5 0 ％ ／ 6 0 s 3 8 0～4 6 0 ， 一 1 0 ％ 3 4 6 I G B T逆变器将直流 电压输入转变成 三相 电压 输出，提供给异步电动机的定子。逆变器还与基于 P L C的控制器连接。 控制器是在标准 P L C的基础上 实现的。P L C系统调用其硬件和软件作为基于微处 理器 的系统。 P L C系统硬件由以下几个模块组成 中 央处理单元 C P U ， 数字输 出模块 D O M ， 数字输入 模块 D I M ， 模拟输入模块 A O M 和模拟输出模块 AI M 电源。 3 软件描述 3 ． 1 P I G速 度控制 图 2 速度软件流程 在图2中， 给出了速度控制软件的流程。 软件调 整速度、 监控速度恒定， 不管转矩变化。逆变器作为 电动机 电源的同时也受 P L C软件控制。P L C和反馈 控制环， 通过逆变器控制电动机以恒定速度运行。 控 制面板设定速度和选择 电动机向前或是 向后 的旋转 方向， 通过手动按钮 ， 实现电动机的启动与停止。对 应的输入信号接人到数字输入模块，输出信号送到 输 出模块。模拟输入模块接受定子电流传感器的跳 闸信号 1 s ， 测速发电机的速度反馈信号和控制面板 的信号。 这样 ， P L C可以获得电动机被要求的速度和 实际速度修正。 3 ． 2 监 测和保护 图 3给出了监测和保护软件流程 图。在 电动机 运行中， 不能通过改变开关位置来改变旋转方 向。 只 有按下停止按钮才可改变旋转方向。在软件中编制 程序， 使电动机在启动和带载运行情况下进行过载 电流保护 ， 其他情况下， 电动机进人速度控制模式 。 读人输入 前向 ／ 后 向信号 负载电流信 号 I 启动信号 定子电流信号 I 速度设定信号 速度反馈信号 转子方向锁定 ◇ N] Y l 速 度 控 制 模 式l l不 启动 电 动 机 l I启动 电 动 机 l _ _j 速度控制模式 l 努星到 l ， l ◇ ◇ 速度控制模式 图 3 监视和保护软件流程 电动机停止后和驱动系统重启前负载马上卸 下 。 即使启动按钮已经按下，电动机在停止后 ， 3 s 之内不能启动。 4结语 该设计是基于 P L C处理用户要求速度下的 电 动机运行参数来监控系统的正常运行和保护情况。 在现场做了大量的试验。 通过一系列数据的测试 ， 在 监控上准确无误 ，证 明该设计在现场使用是准确 可 行的， 确保了电动机正常的安全工作， 对电压、 电流、 频率等进行实时监控，有效地提高了电动机的工作 效率。 作者简介 薛度喜 1 9 6 6 _ ， 男， 山东沂南人， 1 9 8 9年毕 业于阜新矿业学院热加工工艺及设备专业， 山东能源肥城矿 业集团公司高级工程师。 收稿 日期 2 0 1 1 - 1 2 2 7