PLC控制与变频调整系统设计

摘 要:随着我国经济的高速发展,微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展,交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代,其应用越来越广。本文对PLC控制与变频调整系统做了简单介绍,并在此基础上用简单的举例说明了PLC控制在变频调整系统设计中的作用。得出结论,PLC在我国各个工业领域中的应用越来越广泛,在就业竞争日益激烈的今天,掌握PLC设计和应用是从事工业控制研发技术人员必须掌握的一门专门技术。

可编程控制器(PLC)是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发出来的,现已广泛应用于工业控制的各个领域。它以微处理器为核心,用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等,并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。

1概述

1.1 1PLC控制介绍

可编程控制器(PLC)是一种新型的通用控制装置,它将传统的继电器控制技术、计算机控制技术和通信技术融为一体、专为工业控制而设计,具有功能强、通用、灵活、可靠性强、环境适应性好、编程简单、使用方便、体积小、重量轻、功耗低等优点。近年来,随着可编程控制器的日渐成熟,越来越多的设备控制都采用PLC控制器来代替传统的继电器控制,并取得了很好的经济效益。可编程控制器与继电器的控制电路相比具有非常大的优势。传统的保护主要是分离仪表,可靠性差,集成度低,费用高,不易维护,不易监视,已不能适应当前的要求。而PLC系统的功能极其广泛,其应用程序的功能包括信息采集、设备控制、故障报警、连锁保护以及数据处理和信息传输等。既可以实现人机对话,又能实现操作无人看守,因此,PLC是一种智能程度极高的控制系统。

PLC控制系统由以下部分组成:变频器、可编程控制器、电抗器、压力变送器、震荡传感器、接触器、空气开关、电缆、电流表、电压表、按钮、互感器等。PLC由触摸屏、电源、CPU、模拟量输出模块、开关量输入输出模块等组成。其中,采用PLC来实现电气部分的控制。包括五部分:启动、运行、停止、切换、报警及故障自诊断。

1.2 变频调整系统设计

实际的生产过程中离不开电力传动。生产机械通过电动机的拖动来进行预定的生产方式。20世纪50年代前,电动机运行的基本方式是转速不变的定速拖动。对于控制精度要求不高以及无调速要求的许多场合,定速拖动基本能够满足生产要求。随着工业化进程的发展,对传动方式提出了可调速拖动的更高要求。与传统的调速技术如直流电动机调速相比,变频调速具有极大的优越性,整个调速系统体积小,重量轻、控制精度高、保护功能完善、工作安全可靠、操作过程简便、通用性强,使传动控制系统具有很优良的性能。用变频调速装置驱动电动机去拖动风机、水泵及其他机械时,与常规的不调速电机拖动相比,节能效果十分可观。几十年来工业领域应用的一些单项节能技术,其数量级一般为几个百分点,而采用变频调速拉术后,在泵类及机械类工作运行中,可产生30%～40%的节能效果,使节能数量发生了飞跃。

在现代控制设备中,机－电、液－电、气－电配合得越来越密切,虽然生产机械的各类繁多,其电气控制设备也各不相同,但电气控制系统的设计原则和设计方法基本相同。在最大限度满足生产设备和生产工艺对电气控制系统要求的前提下,力求运行安全、可靠,动作准确,结果简单、经济,电动机及电气元件选用合理,操作、安装、调试和维修方便。

2PLC控制在变频调整系统设计中的作用

2.1 基本要求

任何生产机械电气控制系统的设计,都包括两个基本方面:一个是满足生产机械和工艺的各种控制要求,另一个是满足电气控制系统本身的制造、使用以及维修的需要。因此,电气控制系统设计包括原理设计和工艺设计两个方面。前者决定一台设备使用效能和自动化程度,即决定着生产机械设备的先进性、合理性,而后者决定着电气控制设备生产可行性、经济性、外观和维修等方面的性能。

在设计中,可以利用PLC的特点,对变频器的按钮、开关等输入/输出,模拟量输入/输出进行控制,以实现变频器控制作用下的变频调速。在许多变频调速系统中,尽管最终控制的量为流量、张力、压力等,但本质广都是以负载的转速作为控制对象,具有这种性质的系统有其特点,因此,配用变频时亦有相应的特点。

2.2 高精度变频调整控制实例

某造纸厂的1台造纸机要求长时间保持高精度控制。在改选过程中要求为全数字控制的构成。所以定PLC为测速电机。为排除温度漂移等周围环境的影响,采用全数字控制。系统内使用微处理机进行数字控制。

PLC在输出转速的过程中,信号用下面3种方式处理:输入脉冲数测定方式;输入脉冲的周期测定方式;整数个脉冲的时间测定方式。使用输入脉冲数测定方式时,测定进入一定周期Tc内的脉冲数,该方式有2个特点:回路简单;要得到高数度需要长时间的测定。输入脉冲的周期测定方式是指:用时钟脉冲测定脉冲的周期,该方式在短时间可高精度地检出;但转速越高,检出分辨力越下降;要求PLC的脉冲间隔精确。

整数个脉冲的时间测定方式的内容是:用时钟脉冲的时间测定进入一定周期Tc内的整数个输入脉冲的所需时间。此方式有以下特点:短时间内可高数度地检出;与转速无关,大体上可得到相同的分辨率;要求PLC的脉冲间隔精确。

对该造纸厂几年来的改造应用变频调速技术的实践总结得出这样一个结论:变频调速对于中、小型的造纸机、复卷机是非常适宜的。全国的中、小型造纸机、复卷机数量在几万台以上,进行变濒调速改造不仅能提高控制精度．从而大幅度提高产品质量及产量,而且能节约大量的电耗。当设计高精度系统时,首先要明确:系统要求的是定常稳定性还是要求对动态运动的控制具有高精度。如果要求的是定常稳定性,则采用数字控制就可较简单地解决;如果是后者,就要综合考虑超调及响应慢等问题。

3结语

综上所述,如今,PLC在我国各个工业领域中的应用越来越广泛,在就业竞争日益激烈的今天,掌握PLC设计和应用是从事工业控制研发技术人员必须掌握的一门专门技术。基于PLC控制的电机变频调速通过在电机控制系统中引入数据自动采集、监控以及变频、组态技术,建立以PLC为控制核心的电机变频调速,使得电机的数字化控制实现成为可能。要完成好电气控制系统的设计系统,除要求我们掌握必要的电气设计基础知识外,还要求我们必须经过反复实践,深入生产现场,将我们所学的理论知识和积累的经验技术应用到设计中来。

参考文献

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