基于PLC的串級調(diào)速系統(tǒng)在全速狀態(tài)下的故障處理
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在工業(yè)控制領(lǐng)域中，單片機作為控制器件，其顯著特點是高性能、高速度、低功耗、價格低，編程簡單，但是其可靠性和搞干擾性比較弱，特別是在強電和惡劣的運行環(huán)境下，要保證可靠性和安全性，需要采取極為完善的搞干擾措施，這些都給工程的設(shè)計的難度和費用帶來的負(fù)擔(dān)。近年隨著工業(yè)自動化控制的高要求以微電子、計算機、通信技術(shù)的發(fā)展示，可程編程邏輯控制器（plc）是作為一種專為工業(yè)環(huán)境下使用的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)應(yīng)運而生它是以嵌入式cpu為核心，加上其它所需的輸入、輸出擴展模塊和通訊模塊可取代傳統(tǒng)氣動或電氣控制完成開關(guān)量的模擬量的順序控制，按照邏輯條件進預(yù)先設(shè)計好的順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行故障保護動作的控制。將plc技術(shù)運用于現(xiàn)代串級調(diào)速技術(shù)，可明顯改善調(diào)速的性能和減小全速和調(diào)速時故障的發(fā)生率。
2 現(xiàn)代串級調(diào)速的概述
現(xiàn)代串級調(diào)速技術(shù)是引入整流環(huán)節(jié)、斬波環(huán)節(jié)和逆變環(huán)節(jié)，通過調(diào)節(jié)斬波環(huán)節(jié)的占空比來改變逆變器兩端電勢的大小，因為此電勢與轉(zhuǎn)子側(cè)電勢串聯(lián)并且電勢 與轉(zhuǎn)子側(cè)的電勢相反，所以改變了轉(zhuǎn)子側(cè)總電勢的大小，進而改變了轉(zhuǎn)子側(cè)電流，最終改變了電機的轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)代串級調(diào)速技術(shù)主要分為外反饋式和內(nèi)反饋式，外所饋式主要工作原理是使用逆變變壓器將轉(zhuǎn)差功率吸收并回饋至電網(wǎng)，其原理如圖1所示。
圖1 外反饋式串級調(diào)速
內(nèi)反饋式串級調(diào)速技術(shù)是在電動機定子繞組嵌槽中同槽嵌放一個反饋繞組，則定子鐵芯中的反饋繞組和定子繞組構(gòu)成并代替了逆變變壓器，將轉(zhuǎn)差功率通過反饋繞組及定子繞組吸收并回饋至電網(wǎng)，其原理如圖2所示。
圖2 內(nèi)反饋式串級調(diào)速
3plc在內(nèi)反饋串級調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用
3.1 plc的選擇
因plc具有編程簡單、功能強、性價比高、硬件配套齊全，易用性強、可靠性高、搞干擾能力強和系統(tǒng)設(shè)計安裝和調(diào)試工作量小的優(yōu)點，所以將其應(yīng)用于現(xiàn)代串級調(diào)速系統(tǒng)中具有明顯的優(yōu)勢。由于串級控制系統(tǒng)的檢測點以及控制量較多，是一個大規(guī)模的測控系統(tǒng)，因此此次選用西門子公司s7-200系列的cpu224作為系統(tǒng)的控制器。該plc具有14輸入/10輸出共24個數(shù)字量i/o點、可連接7個擴展模塊、最大可擴展168路數(shù)字量i/o點以及兼容ppi，m pi和自由方式的通訊協(xié)議等優(yōu)點，因此它是一個具有較強控制能力的控制器。
另外選用西門子公司的s7-200系列的cpu224ac/dc/繼電器型plc，而沒有選擇晶體管輸出，是因為繼電器輸出型有以下優(yōu)點：
(1) 繼電器輸出型是隔離輸出，即觸點跟線圈不共地，只要外加線路電路不超過plc繼電器的額定電流就可以了；晶體管輸出就有點麻煩，除了要考慮電流問題外，還要考慮電壓是直流的，地要接對，要考慮是npn還是pnp輸出等問題。
(2) 繼電器輸出型是令cpu驅(qū)動繼電器線圈，令觸點吸合，使外部電源通過閉合的觸點驅(qū)動外部負(fù)載，可帶較大的外部負(fù)載；而晶體管輸出型是令cpu通過光耦合使晶體管通斷，以控制外部直流負(fù)載，可帶外部負(fù)載小，有時候要加其他東西來帶動大負(fù)載（如繼電器，固態(tài)繼電器等）。
3.2 基于plc的內(nèi)反饋串級調(diào)速系統(tǒng)
基于plc內(nèi)反饋串級調(diào)速系統(tǒng)原理如圖3所示，此次設(shè)計的調(diào)速系統(tǒng)主要是采用plc控制去控制系統(tǒng)中的開關(guān)1km、2km、3km、4km和接入的水阻，在調(diào)速系統(tǒng)處于不同功能狀態(tài)和用戶要求時采取相應(yīng)的動作，當(dāng)啟動電機時先讓plc控制水阻電機讓其緩慢增大到最大水阻值，然后合1km使電機啟動，再讓plc控制水阻電機使水阻緩慢減小到最小值，系統(tǒng)這樣串入水阻是因為可以減小電機的大啟動電流對系統(tǒng)的沖擊，當(dāng)水阻值達(dá)到最小時合1km將水阻短路進而使完成電機的啟動階段，當(dāng)調(diào)速時再合4km和3km進入調(diào)速狀態(tài)。
圖3 基于plc的內(nèi)反饋串級調(diào)速系統(tǒng)原理圖
4 串級調(diào)速系統(tǒng)在全速狀態(tài)下的故障處理
4.1 全速正常轉(zhuǎn)停車過程中故障處理邏輯控制程序
串級調(diào)速控制系統(tǒng)的正常停車為就地或遠(yuǎn)方停車按鈕或停車命令，或為故障時系統(tǒng)停車指令。在全速狀態(tài)下，高壓開關(guān)qf保持閉合狀態(tài)，接觸器2km處于斷開狀態(tài)，而接觸器1km、3km、4km處于閉合狀態(tài)，斬波器igbt的導(dǎo)通時間是整個周期，水阻的極板在最小位上。當(dāng)按下就地設(shè)備上的停車按鈕或從遠(yuǎn)方觸摸屏發(fā)出停車命令時，控制器plc發(fā)出高壓開關(guān)qf斷開命令， 然后再檢測qf的輔助觸點是否是真的斷開。如果經(jīng)過一定的時間，這個qf斷開信號沒有返回到plc的輸入端，則plc認(rèn)為高壓開關(guān)發(fā)生故障，發(fā)出報警信號，提醒工作人員現(xiàn)在設(shè)備發(fā)生故障需要檢查設(shè)備，直至此故障被徹底的解決掉；如果qf的輔助觸點斷開，則這個斷開信號將返回到plc的輸入電路。plc會認(rèn)為有全速轉(zhuǎn)向停車的過程已經(jīng)結(jié)束，發(fā)送命令使得停車狀態(tài)指示燈亮起來。該故障處理流程如圖4所示。
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