基于PLC和變頻器的汽車發電機性能離車檢測方法

戰祥森

摘要：探究基于PLC和變頻器的發電機性能離車檢測方法。為進一步提高發電機性能檢測方法的可行性和直觀性，利用智能人機交互界面、PLC以及變頻器，在傳統發電機檢測的基礎上，研究一種新的檢測方法。

關鍵詞：變頻器;人機界面;發電機性能;PLC

0 ?引言

隨著科技的迅速發展，可編程控制器、變頻器、模糊控制器等新技術產品在汽車生產和相關產品檢測中，得到了廣泛應用，促使相關產品的檢測方法不斷豐富。其中可編程控制器（PLC）和變頻器具有成本較低、性能卓越等應用優勢，其技術日趨完善和成熟，在發電機性能離車檢測中效果顯著，本文將對其做出詳細分析。

1 ?發電機性能檢測原理及要素

在發電機性能離車檢測中，PLC主要起到采集、運算數據的作用，變頻器通過平滑調整發電機速度，得出在不同工況下發電機的要素值，人機界面則起到顯示用戶交流和PLC運算數據的重要作用，可用于發電機滿載轉速和空載轉速的測試[1]。該檢測方法流程圖詳見圖1。

測試過程中，通過變頻器拖動試驗發電機，由蓄電池供給激磁繞組電流，當發電機轉速提高時，閉合一下開關然后再打開;在進行空載試驗時啟動電源，調節“速度提升”按鈕使其轉速逐漸提升，當電壓達到額定電壓時（小型車一般為14V），可在人機界面讀取此時的轉速。在進行滿載試驗時，首先應調節，逐漸減小負載阻值，確保輸出電流為額定電流、電壓為額定電壓，此時發電機轉速應<4000轉/min，可通過人機界面讀取數值，從而對發電機進行性能判斷。

發電機性能檢測系統包括電機安裝座、變頻器、PLC數據處理器和驅動電機等，其中驅動電機與變頻器相連接，以此調節驅動電機輸出轉速，確保其平穩、可靠，發電機轉速傳感器和輸入端、PLC數據處理器相連接，用于處理、接收和輸出數據。不僅如此，在驅動電機上，還安裝有PLC數據處理器和驅動電機速度傳感器，檢測數據在顯示器上顯示，全面對比發電機與驅動電機的轉速，確保數據精準性和可靠性。與傳統檢測方法相比，該方法可收集變頻調節器不同工況下的負載特性、電流、電壓、轉速，便于檢測人員進行調整和判斷。

2 ?變頻器

2.1 變頻器調速原理

在交流電氣系統中，想要確保其達到工藝要求的運行方式，可通過調整電動機的電源頻率，有效控制電動機轉速。將變頻調速器添加到正常工頻的交流電源中，“濾波器”和“整流器”可將其轉變為直流電并輸入“逆變器”，電動機關通過調節逆變裝置，可明確輸出交流電的頻率，從而調整和改變電動機轉速[2]。在發電機性能離車檢測系統中，變頻器既可以實現設定速度和加速減速，也可以平滑的調速，可從“零速度”調整至額定轉速，具有精準度高、調速質量高、調整范圍寬等應用優勢，因此應用較為廣泛。

2.2 變頻器配置與選型

考慮到發電機功率范圍和整機適用性，可將15kW功率的單相電源變頻器作為變頻器類型，內置EMC濾波器，型號為ATV31HU15M2，其具體項目參數如下：

①想要實現電機轉速平穩升降，就必須對旋鈕速度進行調節，因此將輸入AI1有效作為配置給定。

②所選標準電機的功率因數（COS）、額定速度（NSP）、額定電流（NCR）、額定功率（FRS）、額定電壓（UNS）、頻率（BFR）。

變頻器控制驅動發電機不同轉速下工作，收集、模擬不同工況下發電機的負載特性、轉速、電流、電壓等，直觀的在顯示屏上顯示發電機性能檢測值，通過分析發電機輸入和輸出轉速，判斷發電機傳動性能是否可靠。

2.3 調速機構的設計和實現

采用變頻器將發電機轉速在控制在0-4000轉/min。在安裝時應盡量使用獨立的線槽，將控制電纜和電源線分開，同時采取分散布線的方式，條件允許時可采用電纜套管，避免變頻器信號線與輸入、輸出線集束布線或平行布線，最大限度減少未屏蔽的線路。電機、變頻器等加數據線濾波器到信號線上，接地線接到同一點上，COM段連接屏蔽線的外皮，使用雙絞線屏蔽控制用信號線和檢測器連接線。控制回路端必須與強電回路、主回路分開布線，應使用雙絞線作為屏蔽接線。由于控制回路的頻率輸入信號是微小電流，因此為了防止接觸不良，在接點輸入的場合，可使用雙生接點或兩個并排的接點，應選用大于0.75平方毫米的電纜接線作為控制回路。

3 ?可編程控制器

選擇S7-200型PLC（西門子公司生產）作為系統的可編程序控制器，該類型PLC實時性強，操作便捷、容易掌握，具有豐富的指令集和較高的可靠性，擁有強勁的拓展能力和通訊能力，因此在各領域、行業中的控制、監測及檢測中應用廣泛。本套研究系統應用EM231模擬量拓展模塊和CPU模塊。其中CPU222模塊有6個數字量輸出點和8個數字數輸入點），數據經過處理后在觸摸屏上顯示，該模塊有高速計數數據通道，因此可通過轉速傳感器實時采集和傳輸數據。

同時，具有2kB的數據存儲區和4kB的用戶程序區，支持Profibus Dp、自由口以及MPI、PPI通訊協議[3]。EM231在發電機性能離車檢測中，能夠完成實時電壓、電流的采集，并將其輸送至CPU進行計算。這種類型的PLC編程軟件掌握FBD、STL、LAD三種編程語言，按照要求編寫程序，在實際應用過程中，可使PLC實現以下功能：

①將數據輸送至eVinw界面實時顯示，根據公式（偏置值+量程值×采樣值/27648）運算傳感器送達的模擬信號。

②運算、比較、保存用戶輸入的被測發電機的額定電流、額定電壓、滿載轉速和空載轉速。

③運算、捕捉高速脈沖信號，并將轉速傳感器送達的數據實時反饋給觸摸屏顯示[4]。

4 ?人機界面

現階段，給予PC機、單片機、PLC的自動化設備和系統迅猛發展，在大多數自動化領域都得到了應用和發展，人機交互系統隨之而來，其重要作用也日益凸顯。人機交互系統的核心就是液晶顯示工業觸摸屏，其具有壽命長、可靠性高等優勢，受到了自動化設備制造商和自動化系統集成商的關注和青睞。本套系統采用eView觸摸屏，該觸摸屏價格低廉、性能優良，能夠生動直觀的顯示PC機、單片機、PLC上的數據信息。不僅如此，這套系統使用方便，功能強大，適用于大多數的PLC產品，能夠實時顯示PLC輸送的數據，整個界面具有較強的人性化，顏色豐富，操作簡便。

5 ?通訊

系統采用S7-200和eView的通訊，可將外部設備或PLC連接至其通訊端口，從而確保通訊正常建立。需要注意的是，RS232、RS485/422設備通訊時電纜長度不能超過15m、150m，以此避免通訊問題發生。當顯示屏出現“PLC no response……”時，則表示通訊出現故障，需要及時采取相應措施予以解決[5]。

6 ?結束語

綜上所述，相較于原有的發電機離車檢測系統，基于PLC和變頻器的檢測系統和方法操作更加便捷，顯示界面也更加直觀。同時，CPU可有效捕捉運算高速脈沖信息，進一步提升轉速檢測的精準度和效率，利用變頻器調節電阻的旋動，能夠大幅度提高系統運行的穩定性。在今后研究中，可通過電子負載代替可調電阻、建立發電機性能參數數據庫等方式，對該檢測方法進行優化，促使其檢測效率和準確性更加優越。

參考文獻：

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[7]張寅，萬興，余振，等.NES6131旋轉整流元件檢測及告警裝置[J].中國電力，2016，49（12）：26-30.