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自动变速控制 |
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前言
现代大门大多数是导轨型伸缩门，用一台电动机控制开启，开门的速度是固定不变的，而且很慢，这就产生几个缺点，一是上班和下班时，人流多而集中，开门太慢，，往往造成阻塞；二是在紧急的情况下（火警，地震）不能及时把门快速打开。
为了解决上述门的缺点，可以对门的电气控制系统进行技术改造。
采用PLC控制，变频调速，机电一体化等电子技术取代传统的机械结构，提高门的可靠性，提高自动化程度，扩大门的适应性，使用操纵便易。采用交流变频技术。
关键词 门；PLC； 变频器； 控制
（一）现代大门的电路改造方案
~~~~把控制门移动的电动机的变速箱去掉，用变频器控制电动机的转速，可大副度提高传动效率。
设计中选择变频调速的依据
（1）变频调速的基本原理
有电机学可知三相异步电动机的调速方式为：
n=n1(1-s)=60f(1-s)/p
式中：n为电动机的转速（转/分钟），f为定子电流的频率（ Hz）,p为电机的极对数，s为转差率。有关系式可以知道，异步电动机的调速方法大致分为三种：变极对数调速，变转差率调速，和变频调速，
其调速方式和对象如表所示。在生产实践中，调压调速，变频调速，和窜极调速三种比较广泛。变频调速，是通过改变定子供电频率，改变同步转变而实现调速的，其特点为：在调速过程中从高速到低速均可保持有限的转差率，因而具有高效率，宽范围和高精度的调速性能。变频调速是异步电动机的一种比较合理和理想的调速方法。
（2）各种调速方法特性的性能分析比较
归纳出异步电动机各种调速方法的优缺点
1.变极调速和变极调压调速
A变极调速，优点能获得恒转矩调速特性，操作控制设备简单。缺点：有级调速，无法实现闭环调速。
B边极调压调速优点，控制系统比较简单，可靠，价格便宜。缺点：低速运行电机损耗大，效率低，发热严重，不能承受较大的负载。
2.转差率调速
优点：在调速过程中，不断改变同步转速，而依靠改变转差率改变转速。缺点：在低速是转差率大，转差率损失大，效率低。
A电磁转差离合器调速，是以电动机为原动机（本身并不调速）通过改变电磁离合器的励磁电流实现调速的。优点：装置的控制简单，成本低，加速度负反馈后调速精确，其稳定度可达到1%以下。缺点：低速运行损耗大，效率低。
B窜级调速
优点：是通过能量反馈的方法将部分功率加以利用提高效率。缺点：在窜级转的电阻上消耗大量的能量。调速越低损耗越大。
C.变频调速
优点：在调速过程中，从高速到低速均可保持有限的转差率，因而具有高效率，宽范围，和高精度的调速性能，操作控制方便，体积小。缺点：大功率的变频器比较昂贵，且在恒转速时，低速段电机过载能力大为降低（未作Ｖ／Ｆ补偿时）。
交流变频调速技术的优点
交流变频调速传动具有以下优点
1.可以使普通异步电机实现无机调速。
2.启动电流小，减少电源设备容量。
3.启动平稳，消除机械的冲击力，保护机械设备。
4.对电机具有保护功能，降低电机的维修费用。
5.具有显著的节电效果。
由于交流变频调速传动技术具有上述特点，已开始取代直流调速装置，成为现代电气传动的 发展方向。
在机械传动轮系中，齿轮越多造成齿轮损伤的几率越大；应用交流变频技术就能够很好的实现平滑启动，消除机械启动时的冲击力。应用此技术在现代的控制中，转速的改变只需要通过变频设定就可以完成
（二）.用PLC改造门的电气控制系统
~~~~用PLC改造老式继电器——接触式大门的电路接线，是现代普遍采用的技术。该门的控制电动机过去是正反转工作，使用的久留接触器，现在改造电路是全部采用PLC控制。
1.可靠性高，抗干扰能力强。能在恶劣的环境中可靠的工作，控制设备具有很强的抗干扰能力（如电磁干扰，电源电压波动，机械震动，温度变化等）。PLC的平均无故障间隔时间（MTBF）高，如日本三菱公司的F1，F2系列PLC平均无故障间隔时间长达30万小时。与继电器相比，采用PLC控制后，大量的开关动作有无触点的电子线路来完成，用软件程序代替了继电器的复杂连线，既方便灵活，可靠性也大大提高了。
2 自动控制论文
2.控制系统构成简单，通用性强。PLC是一种存储程序控制器，其输入和输出设备与继电接触器控制系统类似，但他们可连接在PLC的I/O端。例如，对开关量的输入，可将无源触点开关接到PLC 的输入端，而PLC的输出具有很强的驱动能力，可直接驱动接触器等执行元件。由于PLC是采用软件编程来实现控制功能，对同一控制对象，当控制要求改变要改变控制系统时，不必改变PLC的硬件设备，只要改变编程软件的程序，当同一台PLC用于不同的控制对象时，也只是输入与输出的不同，应用软件不同，因此说PLC有很好的通用性。
3.编程简单，使用，维护方便。目前大多的PLC均采用与实际电路接线图非常相近的梯形图编程（Ladder Programming）,这种编程语言形象直观，易于掌握。而且PLC具有故障检测，自诊断等功能，能及时检查出报警显示，使操作人员能迅速的检查，判断，排除故障，具有较强的在线编程能力，维修十分方便。
4.模块化，体积小，功耗低，性价比
PLC采用了半导体集成电路，外形尺寸很小，重量轻，同时功耗也很低，空载功耗大约1.2W。由于PLC的结构紧密，抗干扰能力强，很方便的将其装在机械设备内部。
（三）现代大门的控制主设计电路
如图1所示，为变频调速控制门的电路接线原理图。
变频器选用日本三菱FP—E500系列变频器，PLC选用日本三菱FX系列PLC
图1中，QS为空气开关，Y0~Y3为的输出触点，KM1、 KM2、 KM3为交流接触器（实现正反转控制）当KM1闭合、PLC的输出触点Y0闭合时，电动机正转，门开启，变频器选择速度有三个：RH高速、RM中速、RL低速，分别定在48Hz、35Hz和25Hz频率点上，RH、RM、RL有PLC 的输出触点Y1、Y2、Y3控制，当Y1 闭合时选中RH；当Y2闭合时选中RM；当选中Y3时选中RL。当KM1停下，KM2闭合、Y0闭合时，电动机反转，门关闭，选择的速度也有三个：RH、RM、RL，频率植与正转相同，RH、RM、RL也有PLC 的输出触点Y1、Y2、Y3控制。
变频器设定为外部控制方式2，方法是把Pr.79的内容写为2即可。
变频器三个速度：（RH、RM、RL）的写入，方法是把Pr.4 、Pr.5、 Pr.6的内容分别写为48、35、25即可。
（四）PLC 硬件电路的设计
1.PLC的I/O地址分配如表1所示。
2.PLC硬件电路图。
如图2所示为PLC硬件电路图。
L、N接电源（220V）、PLC 应接地，输入COM和输出COM应分开。
必须要键入程序后，图2中的PLC 才能工作。
输入
输入元件
地址 输出
输出元件
地址
停止按扭 SB1 X1
正转（开门）高速按扭SB2 X2
正转（开门）中速按扭SB3 X 3
正转（开门）低速按扭SB4 X4
反转（关门）高速按扭SB5 X5
反转（关门）中速按扭SB6 X6
反转（关门）低速按扭SB7 X7 变速器正转启动端子STF Y0
变速器高速端子RH Y1
变速器中速端子RM Y2
变速器低速端子RL Y3
KM1线圈 Y4
KM2线圈 Y5
（五）PLC 软件的设计
1.如图3所示为PLC状态图
S0 为初始状态，此状态下PLC处于待机状态/
S10~S15共六种状态，分别代表六种转速：
S10 状态下正转（开门）高速，S11状态下正转（开门）中速
S12状态下正转（开门）低速，S13 状态下反转（关门）高速
S14 状态下反转（关门）中速，S15 状态下反转（关门）低速
2.程序清单
10 LD M8002
20SET S0
21STL S0
22LD X2
23SET S10
24LD X3
25SET S11
26LD X4
27SET S12
28LD X5
29SET S13
30LD X6
31SET S14
32LD X7
33SETS15
34STL S10
35OUT T0
3 自动控制论文
36OUT Y1
37OUT Y4
38LD X1
39SET S0
40STL S11
41OUT Y0
42OUT Y2
43OUT Y4
44LD X1
45SET S0
46STL S12
47OUT Y0
48OUT Y3
49OUT Y4
50LD X1
51SET S0
52 STL S13
53OUT Y0
54OUT Y1
55 OUT Y5
56LD X1
57SET S0
58STL S14
59OUT Y0
60OUT Y2
61OUT Y5
62LD X1
63SET S0
64STL S15
65OUT Y0
66OUT Y3
67OUT Y5
68LD X1
69SET S0
70 RET
71 END
（六）结束语
随着社会的进步，科技的发展，交流变频调速这一技术将在类似“门”（舞台剧情需求幕布的变速控制；堤坝应急泻洪闸;吨位不同轮船过运河等）的设备中得到广泛的应用。
参考文献
1.孔凡才主编.自动控制原理与系统.北京：机械工业出版社，1988
2.袁任光主编.可编程控制器选用手册.北京.机械工业出版社，2002
3.顾绳谷主编.电机与拖动基础.北京.机械工业出版社，1997
4.周绍英主编.交流调速系统.北京.机械工业出版社，1996
5.姜泓主编.交流调速系统.武汉.华中理工大学出版社，1989
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| 评论人署名：修电器的 |
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评论时间：2011/8/15 17:33:00 |
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