機(jī)械電子式軟啟動(dòng)裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

肖楊 中國(guó)人民解放軍陸軍炮兵防空兵學(xué)院南京校區(qū)學(xué)員十一大隊(duì)58隊(duì)

前言：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和社會(huì)生產(chǎn)力水平的進(jìn)一步提升，機(jī)械軟啟動(dòng)方案得到了社會(huì)各界人士的廣泛重視。西方國(guó)家著手研究軟啟動(dòng)技術(shù)的時(shí)間相對(duì)較早，近幾年，我國(guó)予以了軟啟動(dòng)技術(shù)充分的關(guān)注度，且取得了一系列優(yōu)異成果。因此，探討基于機(jī)械電子式軟啟動(dòng)裝置的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 機(jī)械電子式軟啟動(dòng)裝置控制系統(tǒng)的工作原理

現(xiàn)階段，機(jī)械電子式軟啟動(dòng)方案在電動(dòng)設(shè)備的設(shè)計(jì)過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用。在以往電子設(shè)備的設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常采用硬啟動(dòng)的方式，實(shí)現(xiàn)供電設(shè)備和電機(jī)的有效連接， 在電機(jī)啟動(dòng)瞬間產(chǎn)生的電流容易引起供電系統(tǒng)的負(fù)載過(guò)重，長(zhǎng)期以往，容易縮短電機(jī)的使用壽命。機(jī)械電子式軟啟動(dòng)是指在電力設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的平穩(wěn)啟動(dòng)，降低電機(jī)啟動(dòng)瞬時(shí)電流對(duì)電機(jī)壽命造成的不良影響，為確保電機(jī)使用的安全性提供保障。機(jī)械電子式軟啟動(dòng)方式能夠有效避免電機(jī)啟動(dòng)瞬間的沖擊轉(zhuǎn)矩和電流干擾，在維護(hù)電機(jī)性能的基礎(chǔ)上，也能夠有效提升電機(jī)運(yùn)行的安全性，有效減少了不必要的能源損失。機(jī)械電子式軟啟動(dòng)方式能夠?qū)⒕唧w荷載作為參考依據(jù)，對(duì)電流進(jìn)行合理調(diào)整，具有體積小的優(yōu)勢(shì)，且不容易引發(fā)故障，降低了維修和維護(hù)的工作量。同時(shí)，機(jī)械電子式軟啟動(dòng)方式一般將具有較大功率的晶閘管作為回路開(kāi)關(guān)，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的智能控制，在啟動(dòng)電機(jī)的過(guò)程中，隨著晶閘管導(dǎo)通角的電壓持續(xù)上升，電機(jī)電壓也會(huì)隨之上升，為電路輸送電壓，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速滿足轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)的要求后，即表明完成整個(gè)軟啟動(dòng)過(guò)程。機(jī)械電子式軟啟動(dòng)方式具有良好的限流功能，在導(dǎo)通晶閘管后，電機(jī)能夠在額定電壓下工作，同時(shí)觸發(fā)旁路接通器，在確保電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)晶閘管使用期限的目標(biāo)。在關(guān)閉電機(jī)時(shí)，首先應(yīng)切斷旁路接通器，逐步縮小晶閘管的導(dǎo)通角，電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)逐漸變慢直到停止。

2 機(jī)械電子式軟啟動(dòng)與傳統(tǒng)軟啟動(dòng)方式的對(duì)比分析

2.1 傳統(tǒng)啟動(dòng)方式的不足

伴隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)總值的進(jìn)一步提升，機(jī)械工業(yè)呈現(xiàn)了迅猛的發(fā)展勢(shì)頭，電動(dòng)機(jī)的使用范圍日趨廣泛，傳統(tǒng)啟動(dòng)方式不能夠充分迎合電子設(shè)備的使用需求已經(jīng)陸續(xù)被淘汰，而機(jī)械電子式軟啟動(dòng)方式的誕生充分彌補(bǔ)了傳統(tǒng)啟動(dòng)方式的弊端，具有較高的平穩(wěn)性和較低的故障發(fā)生率，得到了廣大電子設(shè)備控制系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)的青睞。傳統(tǒng)啟動(dòng)方式的弊端主要包括以下幾個(gè)方面：第一，傳統(tǒng)軟啟動(dòng)方式極容易引發(fā)故障，企業(yè)需要支付高昂的維修費(fèi)用。同時(shí)，傳統(tǒng)啟動(dòng)方式在電路轉(zhuǎn)換過(guò)程中容易產(chǎn)生較高的電流轉(zhuǎn)矩，限制了啟動(dòng)器的使用范圍。第二，傳統(tǒng)啟動(dòng)方式在啟動(dòng)瞬間會(huì)產(chǎn)生較高的瞬時(shí)電流，對(duì)電機(jī)造成了巨大沖擊，縮減了電機(jī)的使用年限，不利于提升企業(yè)的整體收益。第三，盡管部分企業(yè)已經(jīng)意識(shí)到機(jī)械電子式軟啟動(dòng)裝置的重要性，但由于對(duì)軟啟動(dòng)裝置的工作原理認(rèn)識(shí)程度不足，無(wú)法合理調(diào)整啟動(dòng)的瞬時(shí)電流，降低了電機(jī)的荷載能力。

2.2 機(jī)械電子式軟啟動(dòng)方式的優(yōu)勢(shì)

機(jī)械電子式軟啟動(dòng)能夠在充分迎合電機(jī)荷載需求的基礎(chǔ)上，提升啟動(dòng)的平滑性，有助于降低啟動(dòng)瞬時(shí)電流對(duì)電機(jī)造成的不利影響，利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)啟動(dòng)的智能化控制。機(jī)械電子式軟啟動(dòng)裝置的優(yōu)勢(shì)如下：第一，斜坡電壓軟啟動(dòng)裝置不需要實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的閉環(huán)控制，電壓從高到底呈現(xiàn)斜坡上升的態(tài)勢(shì)，有效簡(jiǎn)化了操作流程。第二，斜坡恒流軟啟動(dòng)裝置是指隨著電流的不斷增加，在達(dá)到預(yù)設(shè)值后保持恒定，直到完成整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程，這一形式能夠有效縮短電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間。第三，階躍式啟動(dòng)裝置能夠在電機(jī)啟動(dòng)的瞬間產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，降低電機(jī)負(fù)載之間的靜摩擦。第四，轉(zhuǎn)矩軟啟動(dòng)方式能夠在滿足電機(jī)荷載的基礎(chǔ)上，提升軟啟動(dòng)裝置的緊湊性，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的保護(hù)作用。

3 機(jī)械電子式軟啟動(dòng)裝置控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)

3.1 硬件設(shè)計(jì)

第一，應(yīng)做好電機(jī)型號(hào)的合理選擇工作。例如，某調(diào)速電機(jī)的功率為3KV，轉(zhuǎn)速為3600r/min，在選擇電機(jī)型號(hào)的過(guò)程中，工作人員選用了型號(hào)為Y100的電機(jī)。再如，某主電機(jī)的功率為11KV，轉(zhuǎn)速為1400r/min，在選擇電機(jī)型號(hào)的過(guò)程中，工作人員選用了型號(hào)為Y160的電機(jī)。第二，應(yīng)完善PLC資源的分配工作。工作人員應(yīng)在明確I/O接口點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上，做好編程的設(shè)計(jì)工作，合理推測(cè)把控對(duì)象的I/O接口點(diǎn)數(shù)，確保編程器和I/O接口點(diǎn)數(shù)的匹配性，提升編程結(jié)果的穩(wěn)定性，提升PLC資源分配的合理性。第三，應(yīng)做好變頻器的合理選擇工作。變頻器的主要作用在于為電動(dòng)勢(shì)提供對(duì)應(yīng)的能源支持，實(shí)現(xiàn)調(diào)速的功用，以有效控制軟啟動(dòng)的全過(guò)程。在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的過(guò)程中，應(yīng)盡量選用LGSV型變頻器，在實(shí)現(xiàn)對(duì)操作面板的有效控制的同時(shí)，提升對(duì)端子的管控力度。MODBUS-RTU和LG變頻器協(xié)議是選擇變頻器的兩種典型方案，為了提升通信操作的便利性和合理性，應(yīng)盡量選擇LG變頻器協(xié)議模式，充分提升控制系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)的科學(xué)性。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

第一，應(yīng)完善編程控制器流程設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)編程控制器流程的過(guò)程中，主要利用控制語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)對(duì)啟動(dòng)方向的合理控制，利用形象語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)對(duì)啟動(dòng)問(wèn)題的有機(jī)調(diào)控。控制器設(shè)計(jì)的整體框架較為清晰簡(jiǎn)潔，將控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案作為參考即可實(shí)現(xiàn)。第二，應(yīng)重視編程軟件的合理選擇工作。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)在社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，在設(shè)計(jì)機(jī)械電子式軟啟動(dòng)裝置的過(guò)程中，通常選擇面向主體的可視化流程設(shè)計(jì)形式，將上位機(jī)軟件作為核心構(gòu)件，采用多語(yǔ)言編制的形式，對(duì)用戶界面和接口進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化軟啟動(dòng)功能的目標(biāo)。第三，應(yīng)提升軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)性。機(jī)械電子式軟啟動(dòng)裝置通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的充分利用，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)主界面的合理規(guī)劃，形成簡(jiǎn)便的圖形界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)菜單欄、數(shù)據(jù)欄和工具欄的展示。第四，應(yīng)注重完善故障報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)，一旦控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，故障報(bào)警系統(tǒng)能夠在第一時(shí)間向系統(tǒng)管理員發(fā)出警報(bào)信息，并根據(jù)管理員指令實(shí)施相應(yīng)的處理防范，通過(guò)這種方式，能夠有效提升控制系統(tǒng)的應(yīng)急響應(yīng)功能，對(duì)維護(hù)控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性大有裨益。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于機(jī)械電子式軟啟動(dòng)裝置設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的過(guò)程中，應(yīng)完善硬件部分和軟件部分的設(shè)計(jì)，合理選擇電機(jī)型號(hào)和變頻器，合理分配PLC資源，完善編程控制器流程設(shè)計(jì)，重視編程軟件的合理選擇，從而彰顯機(jī)械電子式軟啟動(dòng)方式的價(jià)值。