變頻器和PLC在傳送帶多種速度控制中的應用

海瀅 孫樂濤 郭玉梅

摘要：隨著工業(yè)自動化的逐漸發(fā)展，自動化已經在各種制造業(yè)和企業(yè)中得到廣泛運用。在進行加工生產的時候，我們就要求流水線傳送帶上物流能夠按照所指定的加工位置停止，這樣才能跟上皮帶傳送時的速度變化。而PLC和變頻器的組合控制系統(tǒng)就可以很好地解決上述存在的問題，PLC控制系統(tǒng)還能適用于所有的普通電動機。其中，變頻器具有多種計算邏輯運算和職能控制功能，使變頻器可以很容易的改變電動機的速度，精度高、穩(wěn)定性好、可靠性高、存儲容量大、靈活性好。

關鍵詞：PLC 變頻器 高質量設備 存儲容量大

1 變頻調速技術分析與應用

1.1 變頻器的調速技術和控制方式 變頻器要想把工頻電源變?yōu)楦鞣N頻率的交流電源，就需要可以實現(xiàn)電機變速運行的設備。變頻器的基本構成如圖1-1所示，其主要電路是由整流電路、直流中間電路和逆變電路三部分以及相關的控制電路組成的。

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圖1-1 變頻器的基本結構框圖

在交流變頻器中常用的非智能控制方式有v/f控制、轉差頻率控制、矢量控制、直接轉矩控制等。

1.2 變頻調速技術

1.2.1 變頻調速的定義 異步電動機的轉速表達式為：n=n0（1-s）=60f0（1-s）/p其中f0為定子電壓頻率，p為電動機極對數，s為轉差率。n0為異步電動機的同步轉速。由上面的公式可以看出通過改變供電電源的頻率，可以平滑地調節(jié)電動機的轉速，我們將這種調速方法稱為變頻調速。

1.2.2 變頻調速的原理 在電動機調速時，我們希望保持每極磁通量為額定值。如果磁通太弱，電機的鐵芯就不會得到充分利用；磁通太大，又會使鐵芯飽和，導致過大的勵磁電流，嚴重時會因繞組過熱而損壞電機。異步電動機定子繞組每相感應電勢為：

E1=4.4f1？棕1k1φ（1）

U1=I1Z1+E1（2）

式中：k1——定子繞組等值匝數，k1

如果忽略定子阻抗電壓降，則感應電動勢近似等于定子外加電壓

U1=E1=4.4f1？棕1k1φ（3）

若定子端電壓U1不變，則隨著f1的升高，氣隙磁通將減小電機轉矩為：

T=c1φI2cos？漬2（4）

I2——轉子電流；cos？漬2——轉子電路功率因數；c1——轉矩常數。

從電機轉矩公式可看出的減小勢必會導致電機允許輸出轉矩T下降，使電機的利用率降低，電機的最大轉矩也將降低，嚴重時會使電機堵轉。若維持定子端電壓u不變，而減小f1則φ增加，將造成磁路過飽和，勵磁電流增加，鐵心過熱。為此在調頻的同時需改變定子電壓U，以維持氣隙磁通不變。根據U1和f1的不同比例關系，將有不同的變頻調速方式。

2 可編程控制器的分析與應用

2.1 PLC的主要功能和特點

PLC的主要功能有：邏輯控制、定時控制、計數控制、步進控制、PID控制、數據控制、遠程I/O功能、通信和聯(lián)網。

PLC的主要特點有：可靠性；豐富的接口模塊；采用模塊化結構；編程簡單易學；安裝簡單，維修方便。

2.2 PLC控制系統(tǒng)的結構

①單機控制系統(tǒng)：該控制系統(tǒng)使用一臺PLC控制一個對象，沒有通信問題，采樣條件和執(zhí)行機構比較集中，控制系統(tǒng)的構成簡單明了。

②集中控制系統(tǒng)：該控制系統(tǒng)用一臺功能強大的PLC監(jiān)視、控制多個設備。其中，中央PLC統(tǒng)一調控各個設備之間的通信問題和運行順序等。

③分散控制系統(tǒng)：該控制系統(tǒng)的構成是為每一個控制對象設置一臺PLC，各臺PLC之間可通過信號傳遞進行內部連鎖，或者由上位機通過數據通信總線進行通信。

3 系統(tǒng)的硬件開發(fā)

3.1 變頻器的選擇

變頻器主要利用的就是電力半導體器件的通電作用以此改變工頻電源頻率的電能控制裝置的。其中，變頻器的電路一般都是由四個部分組成的，即整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變以及控制等四部分，變頻器在選型的時候，我們主要通過以下幾點進行確認：

①采用變頻的目的：恒壓控制或恒流控制等。

②變頻器的負載類型：特別注意負載的性能曲線，性能曲線決定了應用時的方式方法。

③變頻器與負載的匹配問題：a電壓匹配：變頻器的額定電壓與負載的額定電壓相符。b電流匹配：變頻器的額定電流與電機的額定電流相符。c轉矩匹配：這種情況在恒轉矩負載或有減速裝置時有可能發(fā)生。

④在使用變頻器驅動高速電機時，由于高速電機的電抗小，高次諧波增加導致輸出電流值增大。

3.2 變頻器參數設置

變頻器的設定參數多，每個參數均有一定的選擇范圍。

最低運行頻率：即電機運行的最小轉速，電機在低轉速下運行時，其散熱性能很差。

最高運行頻率：一般的變頻器最大頻率為60Hz，有的最高可達到400HZ。

載波頻率：載波頻率設置的越高其高次諧波分量越大，受電纜長度，電機發(fā)熱，電纜發(fā)熱變頻器發(fā)熱等因素影響很大。

電機參數：變頻器在參數中設定電機的功率、電流、電壓、轉速、最大頻率，這些參數可以從電機銘牌中直接得到。

4 結論

PLC系統(tǒng)使得電動機控制變得簡單易操作，同時提高了系統(tǒng)的效率、性能和擴展能力，具有鮮明的技術特點。用它來代替原來的雙速電機等，可以大幅擴展速度范圍，提高了速度的種類，從而節(jié)約了成本。

參考文獻：

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