长春西门子一级代理商电源供应商

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1引言

PLC是工业自动化的基础平台。PLC应用系统设计的要问题是工程选型与编程平台的架构设计。其次，PLC在解决自动化工程问题时面临输入系统的工程设计正确性问题。对于大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电磁阀的开闭，电机的起停，温度、压力、流量的设定,产品的计数与控制等，工业现场中的这些自动控制节点需要事行分门别类的工程分析与正确设计。

2 PLC及编程系统的选型设计

在当今行业市场上PLC产品种类众多，除国产以外，国外的有:日本OMRON、HITACHI、FUJI、IDEC、松下、MITSUBISHI、德国的西门子，韩国的LG等等，如何合理选型PLC产品？
2.1通讯要求与I/O点数裕量

，应该确定系统用PLC单机控制还是用PLC形成网络，由此计算出输入、输出(I/O)点数，并且在选购PLC时要在实际需要点数的基础上预留10%的余量。

2.2I/O负载分析

确定负载类型。根据PLC输出端所带负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或是晶闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式对系统的稳定运行是为重要的。

2.3运行速度

执行速度。存储容量与指令的执行速度是PLC选型的重要指标，一般存储量越大、速度越快的PLC,其价格就越高，尽管国外各厂家产品大体相同，但也有一定区别。

2.4立I/O公用端口(COM)编组规模

“COM”点的选择。不同的PLC产品，其“COM”端口的点的数量是不一样的，有的一个“COM”点带8个输出点，有的带4个输出点，也有带1个或2个输出点。当负载的种类多，且电流大时，采用一个“COM”点带1—2个输出点的产品，当负载种类少，数量多时，采用一个“COM”点带4—8个输出点产品。

2.5系统兼容

系统的兼容性。由于各生产厂家的开发软件不同，系统的兼容性也是选购时的，目前还没有发现兼容的产品，应根据系统合理地选用PLC产品。

2.6编程平台

编程器的选购。PLC编程可采取三种方式:一是用一般的手持式编程器。它只能用厂家出厂规定的语句表中的语句来编程,其优点是易于现场调试并且体积小、，但它的效率低，适应机种类型少，比较适用于系统容量小、用量少的系统中。二是图形编程器编程，这种方式采用图形方式编程，方便直观，一般电气人员短期就可以应用自如，但编程器价格较高。三是用IBM及其兼容个人计算机+PLC软件包编程，这种方式是效率的一种方式，也是常用的一种方式，但大部分软件包价格昂贵。

2.7PLC制造商选择

尽量选用大公司的产品。因为大公司的产品，质量，且技术支持好，一般售后服务也较好，有利于以后产品的扩展与软、硬件升级。

3输入、输出回路的设计

3.1本体电源回路

PLC供电一般为AC85-240V(也有DC24V)，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件(如电源滤波器、1:1隔离变压器等)。

3.2外部I/O驱动电源

若输入回路有DC24V供电的接近开关、光电开关等，而PLC上的DC24V电源容量不够时，要从外部提供DC24V电源，但该电源的“一”端不要与PLC的DC24V电源的“一”以及“COM”端相连，否则会影响PLC的运行。

3.3自备I/O驱动电源

各公司PLC产品上一般都有DC24V电源，但该电源容量小，为几十毫安至几百毫安，用其带负载时应注意容量，同时做好防短路措施(因为该电源的过载或短路将影响PLC的运行)。

3.4输入灵敏度

生产厂家对PLC的输入电压和电流都有规定，当输入元件的输入电流大于PLC的大输入电流或有漏电流时，就会有误动作，降低灵敏度，所以应适用弱电流输入并对漏电流采取防护措施，并且选用输入为共漏型输入的PLC。两线式传感器(光电开关、无触点开关)有LED的限位开关时，输入漏电流会产生错误输入或灯亮，对策为连接泄放电阻降低输入阻抗。

对于晶体管或双向可控硅输出端，若接到一个较大冲击电流的设备上，就考虑负载保护。

3.5感性负载处理

在输入、输出端接感性负载时，要在负载两端并联一个冲击抑制器或续流二管。

3.6 PLC外部驱动电路

对于PLC输出不能直接带动负载的情况下，在外部采用驱动电路，可以用固态继电器或晶闸管电路驱动，同时应采用保护电路和浪涌吸收电路。另外PLC的输入输出布线也有一定要求，请参照各公司的使用说明书。需要特别指出，对于常见的AC220V感性小负载，例如交流接触器、交流线圈继电器、电磁阀等，尽管技术标称可能符合直接驱动规范，工程上不主张PLC直接驱动的简约设计，应该通过中间继电器间接驱动。

4扩展模块的选用

对于小的系统，如80点以内的系统，一般不需要扩展;当系统较大时，就要扩展。不同公司的产品，对系统总点数及扩展模块数量都有限制，当扩展仍不能满足需要时，可采用网络结构。同时，有些厂家产品的个别指令不支持扩展模块，因此，在进行软件编程时要注意。当采用温度等模拟模块时，各厂家也有一些规定，请参阅相关技术手册。

5PLC通讯设计

当用PLC进行网络设计时，其难度比PLC单机控制大得多。应选用自己比较熟悉的机型，对其基本指令和功能指令有较深入的了解，并且指令的执行速度和用户程序存储容量也应仔细了解。否则，不能适应实时要求，造成系统崩溃。另外对通信接口、通信协议、数据传送速度等也要进行必要地考虑。

后，向PLC的厂家寻求网络设计和软件支持及详细技术资料，至于选用几层工作站，依照系统大小而定。

6软件程序编制

在编制软件前，应熟悉所选用的PLC产品说明书，待熟悉后再编程。若采用图形编程器或软件包编程，则可直接编程，若用手持编程器编程，应先画出梯形图，然后编程，这样可以减少出错，速度也快，编成完成后先空运转，待各个动作正常后，再在设备上进行调试。

7PLC应用中需要注意的问题

虽然PLC是一种用于工业现场的自动化技术基础装备，可以直接在多数工业环境中使用。然而，当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行，要提高PLC控制系统性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。因此在使用中应注意以下问题。

7.1 确保PLC工作环境

（1）温度。PLC要求环境温度在0—55摄氏度，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大。
（2）湿度。为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。
（3）空气。避免有腐蚀和易燃的气体，例如、等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。
（4）震动。应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，采取减震措施，如采用减震胶等。
（5）电源。PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。一般PLC都有直流24V输出提供给输入端，当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。

7.2 控制系统设计中的干扰及其来源

现场电磁干扰是PLC控制系统中常见也是易影响系统性的因素之一，所谓治标先治本，找出问题所在，才能提出解决问题的办法。因此知道现场干扰的。

(1)干扰源及一般分类。影响PLC控制系统的干扰源，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，其原因是电流改变产生磁场，对设备产生电磁辐射;磁场改变产生电流，电磁高速产生电磁波。通常电磁干扰按干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。

(2)PLC系统中干扰的主要来源及途径。

对于强电干扰，PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压。尤其是电网内部的变化，开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。柜内干扰 控制柜内的高压电器，大的电感性负载，混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰。

来自信号线引入的干扰。与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径:一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视;二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。

来自接地系统混乱时的干扰。接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰;而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。

来自PLC系统内部的干扰。主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。

变频器干扰。一是变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量;二是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响周边设备的正常工作。

7.3主要抗干扰措施

(1)电源的合理处理，抑制电网引入的干扰。对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为1:1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰，还可以在电源输入端串接LC滤波电路。

(2)正确选择接地点，完善接地系统。良好的接地是保证PLC工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个，其一为了，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。

(3)对变频器干扰的抑制。变频器的干扰处理方法:加隔离变压器，主要是针对来自电源的传导干扰，可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。使用滤波器，滤波器具有较强的抗干扰能力，还具有防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能。使用输出电抗器，在变频器到电动机之间增加交流电抗器主要是减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射，影响其它设备正常工作。

8结束语

在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的起停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，在工业现场中自动控制问题中，可编程控制器(PLC)已成为解决问题的有效的工具之一，合理设计PLC控制系统，使之在自动控制中发挥有效的功效。

PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此，在设计中，抗干扰问题有待解决，应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制抗干扰，才能够使PLC控制系统正常工作。随着PLC应用领域的不断拓宽，如何的设计和使用PLC，已经成为其发展的重要因素。

21世纪，PLC会有大的发展，产品的品种会丰富、规格齐全，通过的人机界面、完备的通信设备会好地适应各种工业控制场合的需求，PLC作为自动化控制网络和通用网络的重要组成部分，将在工业控制领域发挥越来越大的作用。

原系统已不能胜任

原系统采用PLC集中控制+交易软件的模式。下位采用S7-300CPU，14个鹤位的I/O都接到中控室的S7-300PLC上，上位采用Wincc开发发油界面，并采用某公司用Delph开发了交易软件。

原系统存在的问题包括：

1.上位的发油系统和PLC发油系统经常出现通信中断，或者不稳定，经常不得不手动装车。人工发货装车需要大量人力；手动控制阀门易出现油品溢出现象；发油数量难以控制，经常需要补油或交款；发油效率低，不适合大量的油品发送；人为因素影响发油结果严重；发油记录由人工手写，不能避免各种现象。

2.手动装车后，用PLC装车的数据不能自动上传到发油交易系统，经常重复劳动。

3.14个鹤位所有数据量采用集中式控制，在中控室采用一个PLC来控制，使布线复杂。一旦线路出现问题，故障很难查找。导致很多故障出现后无法修复。如很多鹤位的可燃气体报警、接地报警信号失灵，甚至出现不能应用的情况，造成很大的隐患。

4.温度信号不能采集，或不准确，导致装车辆用PLC的计数脉冲不能计算测量。虽然有流量计，但是不得不和称重配合，重复劳动，程序繁琐，导致效率低下。

5.不能灵活的改变鹤位及油泵的对应关系，使鹤位利用效率低。

新系统取而代之设计目标

新设计开发的成品油自动发货系统采用工程化的技术路线，从系统方案，功能、硬件、施工设计，软件开发、安装调试等各个环节紧密地结合，实现一个有自己特点的个性化的自动控制系统。本技术方案的改造目标是结合现有的工艺条件，配合工艺改造，采用、科学、适用的自动化系统的设计(包括作业流程)，显著提高付油作业效率务质量。由于京博集团发油系统承担着年吞吐量300万t成品油的发送任务，根据各种油品的数量和往年的发油情况，设计规模定为600万t。控制系统的设计规模一期按14个鹤位的容量进行配置，紧接着2期增加14个鹤位。

方案介绍

经过一段时间的认真考察，终选择青岛佳控自动化设备工程有限公司集成该系统。青岛佳控经过和京博控股的认真调查和研究，给出了一个分布式自动化装油方案。

该方案采用贝加莱(B&R)的X20分布式PLC作为下位；每个鹤位和泵站采用一个X20CP0292紧凑型CPU及分布I/O，采集和控制现场的可燃气体报警、接地报警、流量计等各种控制信号；中控室的X20CP1484标准CPU，通过CAN总线或者以太网和14个鹤位及泵站相连，构成一个分布式的控制系统。采用贝加莱的APC620工控机为上位服务器，采用贝加莱APROL系统为上位组态，通过OPC和佳控自行开发的交易系统通信。

图1 B&R X20PCC在成品油自动罐装系统拓扑图

1.PCC简介：贝加莱的X20是分布式PCC系统，各种模块之间可进行组合。它主要由处理器CPU、通信模块、功能模块和电源模块等组成，能满足中高等性能的要求。高I/O密度、模块化、无风扇结构、人性化结构设计、灵活的通讯模式、高的CPU处理能力以及易于用户掌握的特点使得贝加莱X20成为各种控制任务既方便又经济的解决方案。当控制任务增加时可自由扩展。

贝加莱X20PCC的大量功能支持可帮助用户进行编程、启动、维护和主要包括高速的指令处理、浮点数运算、方便用户的参数赋值、人机界面、诊断功能和口令保护等功能。贝加莱X20PCC具有多种不同的通信接口，可以用来连接各种工业现场总线和工业以太网总线系统，方便用户的数据交换。B&R的INA通信，是让编程者省去了通信编程调试的烦恼和工作量。

2.发货控制系统：罐区油罐的油品通过10条母管输送到发油台，各装车口采用多泵对多鹤位的结构，各管线都有回油装置。

3.自动控制系统结构和功能：发油自动控制系统由业务工作站、监控工作站、定量控制系统和现场仪表、设备组成。

图2 包罗万象的控制技术，标准型、紧凑型、总线型、型B&R X20 system

工作站

业务管理系统由接入局域网的计算机、打印机和UPS电源组成，分别设在业务室、磅房等相关业务科室内。其功能包括：完成领油预约；车辆自动调度、车位自动分配；完成用户指标管理，包括注册开户、各种查询和信息；完成发油结算、自动制表功能；协调管理整个系统，完成预约、通道分配、定量控制、结算和付油业务处理；具有油料数据库管理功能，如数据库自动定时备份、数据库恢复，操作员权限及口令设置修改等；通过局域网构建完成完整的控制管理系统；通过连接局域网实现信息共享。

监控工作站

上位监控系统由接入局域网的计算机、打印机和UPS电源组成，设在发油控制室内。其功能包括：发油通道的管理和控制，如通道的开关、屏蔽、发油继续或暂停等；监控发油站台工况，实时、动态反应设备运行状态和数据；多画面切换监控功能。系统功能组态(参数设置)功能：如通道油品定义、标密设定等；工作状态设置功能：如鹤位的泵输／自流选择；弹出式报警窗口，所有故障点的监测报警显示，报警声提示；设备调校平台，用于设备的调试、维护和参数测试；下位控制系统操作运行记录，历史故障辑录通过局域网实现信息共享。

定量控制系统

发油控制系统由控制柜、现场控制设备和现场工艺设备组成。采用以B&R X20系列PLC作为控制系统的。其功能为：鹤管发油自动定量控制；油每200L自动暂停／启动功能；启停与阀的开关的智能化控制，如实现电液阀的开度调节、泵-阀的时序控制；现场发油的人工干预；现场的操作提示和实时流量显示；实现静电接地的信号联锁不可忽视鹤管在位联锁保护，控制系统确保在鹤管大于一定倾角时拒绝发油，以防误发油； 控制系统对通道的人工干预、系统运行状态和故障的指示；实现离线自动定量发油，在上位监控工作站和业务工作站故障的情况下，或者在紧急情况下，以控制柜为的发油控制系统可实现预约的离线自动定量发油。

现场控制设备

现场控制检测设备有电液阀、质量流量计，操作终端、悬挂式大屏幕显示器(可选)、鹤管在位开关、静电接地和紧停按钮。其功能分别为：用电液阀作为鹤管付油控制开关阀门；用质量流量计(0.2级)作为汽车发油流量计；汽车付油现场使用LCD献出操作终端，用于完成用户身份识别、定量输入、流量显示、启停操作和状态指示并带有操作回音功能；每个鹤位设LCD大屏幕显示器，为用户提供直观的付油过程数据和操作状态；每个鹤位安装接地一体化检测装置，作为发油静电接地保护联锁信号；每个鹤管安装鹤管防溢油传感器，作为油槽车液位保护联锁信号；每个付油平台安装一个紧停按钮开关，作为危险情况时实施紧停操作手段；每条主管线设温度变送器检测油品温度；每个鹤管安装鹤管在位开关，作为发油联锁保护信号。

软件环境

软件的开发工具是贝加莱AS编程软件和贝加莱APROL系统软件，运行环境分别为：监控工作站，Linux；业务工作站，WinXP。该软件具有报表查询管理功能，能在网络的客户端运行，访问现场的发油情况以及现场各个设备的当前工作状态，鹤位的状态，发油历史数据信息和汇总。这就实现了办公室层对现场作业的监视、实时管理。

几个控制功能流速控制

对于鹤管和加油要求保持一定的流量(流速)范围，以保加油作业的和效率。由于下列情况可能造成发油流量的变化：大罐液位的高低不同；管线长短不同；同种油品同时发油车位多少不同；使用鹤管和加油不同。采用开关阀的二次调速，从而调节发油流速。
定量控制

可在发油结束前的定量关闭过程中提前关闭电液阀，当达到定量数量（有一微小的提前量）时快速关断电液阀并停泵，实现1~2L的定量控制。
车位自动分配

领油用户在业务工作站进行预约。油库工作人员依次将前来领油用户的预约信息输入业务工作站。当一个用户的预约被接受时，打印机自动为该用户打印预约单。该用户持预约单将油槽车驶入付油区车位排队等待。

新系统优势

该方案改进原有系统问题，增加了性、性、实用性、可维护性和可扩展性。

1.系统分为全自动自动装车、APROL立装车和PLC立装车3个等级装车状态。有效的预防了在不明故障下的问题的解决。并且，在APROL立装车、PLC立装车时的数据，在交易系统恢复后能自动上传数据，大减少了工作量。

2.系统采用分布式结构，使结构清晰，维护和施工非常方便。把原来没有利用起来的各个仪表都利用起来，增加了性、性。

3.系统可以按照生产计划和销售计划，时时调整泵站和鹤位的对应关系，增加了灵活性。

4.系统扩展方便，随着规模扩大，如需增加鹤位，每增加一个鹤位就增加一个紧凑的鹤位PCC，通过以太网或者CAN总线直接挂在现场总线上即可。

5.该系统采用贝加莱X20系统，其具备高的I/O密度、扩展方便、热插拔。

6.随着技术不断进步，如果改变工艺流程，需要改鹤位CPU的程序，可以在中控室通过以太网，利用B&R的INA通讯技术，直接将改动的程序下载到鹤位PLC上。

结论

基于PCC和组态软件的自动发货控制系统，充分利用了PCC抗干扰能力强，适用于工业现场的特点，又利用了组态软件强大的数据处理和图形表现的能力，具有性高、操作简单、维护容易等特点。目前该系统已经成功运行，效果良好，对自动发货控制系统的运行效率乃至整个油品发货装置具有重要意义，同时大提高了自动化水平，降低了工人的劳动强度。

扬子运输有限公司8号码头原有的2台门机是建厂初期建设的，主要担负扬子石化公司的固体物料进出装卸任务。随着扬子石化公司的改扩建和扬子石化一巴斯夫有限责任公司的建立，2台门机的使用频率越来越高，一直满负荷、负荷的作业。随着使用时间的延长，2台门机的故障率开始上升，经常过流使主接触器触头烧坏、粘连在一起造成缺相或短路故障。同时原门机电气控制使用了大量的继电器、接触器，电气结构复杂，维护困难，不易调整，故障率高。采用电机转子串联切割电阻，进行有级调速，使得门机工作时不平稳，并且能耗大（因为能量消耗在串联的电阻片上了）、效率低。因此新门机（MQ53o）上采用了平稳的无变频调速技术。

1 PLC控制器与变频器调速原理

1．1 PLC控制器

PLC是可编程控制器的简称，可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，是1台专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入、输出接口，并且具有较强的驱动能力。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为3个阶段，即输入采样，用户程序执行和输出刷新3个阶段。完成上述3个阶段称为1个扫描周期，在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行3个阶段，见图1。

在输入采样阶段，PLC控制器以扫描方式依次读入各类按钮、开关类电器主令控制器的输入状态和数据，并将它们存入I／0(输入／输出)映象区中的相应单元内。在用户程序执行阶段，PLC控制器总是按顺序由上而下的依次扫描，预编好的各种软继电器及其触点组成逻辑程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路图进行逻辑运算，然后根据逻辑运算结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM 储存区中对应的状态，或者刷新该输出线圈在I／0 映象区中对应位的状态；确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。当扫描用户程序结束后，PLC控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I／0映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的被控负载，如各种电磁阀线圈、接触器、信号指示灯或变频器等执行电器，这时才是PLC控制器的真正输出。

1．2 变频器调速原理

变频器简单地说就是将电源的三相(或单相)交流电，经整流桥整流为直流电(交一直变换)，再把直流电经逆变器变为电压和频率可调的三相(或单相)交流电源(直一交变换)。其间电能不发生任何变化，而只有频率发生改变。转子的转速计算公式如下：

n= 60×f×(1-s)／p (1)

式中：n -- 转子的转速；
f --定子频率；
s -- 异步电动机转差率；
p -- 磁对数。

由式(1)可知，异步电动机调速的途经有改变磁对数、改变转差率和调整输入频率。改变电机的磁对数实际上就是改变定子旋转磁场的转速，加上电机的磁对数是相对固定的，所以只有通过改变定子绕组的接法来实现。但是这种方法的缺点是显而易见的，主要是：多只有4挡调速，不能得到的运行效果，负载能力下降，工作效率下降，调速时改变绕组的接法，故控制电路比较复杂。改变转差率是通过在转子电路中串联电阻来实现的，这种方法只能用于绕线式电机，其缺点是因为要串联的电阻在电机外部，在电机的结构上就加入电刷和滑环，增加了故障率，同时调速电阻上将白白地消耗掉许多电能，调速后的机械特性比较“软”，不理想。

而改变电动机定子侧供电电源的输入频率，即可改变电机的同步转速和电机转子额定转速。但频率下降会导致磁通的增加，造成磁路饱和，励磁电流增加，功率因数下降，铁心和线圈过热，显然这是不允许的。为此，要在降频的同时还要降压，这就要求频率与电压协调控制，该协调控制的装置就称为变频器。在起重机上调速，电机产生的大转矩不能变，这就需要维持磁通不变。现在使用的交流控制系统多为矢量控制，其基本点是控制转子磁链，以转子磁通定向，然后分解定子电流，使之成为转距和磁场2个分量，经过坐标变换实现正交和解耦控制。直接转矩与矢量控制不同，它不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩，而是采用瞬态转矩的控制方式，把转矩直接作为被控制量来控制，其性能类似于他励直流电机特性。

2 系统工作构成

2．1 系统组成

MQ530门机大起升高度30 m，大起重负荷5 t。变频控制器采用ABB公司ACS600系列变频器，该变频器采用了适合于起重作业的DTC直接转矩控制理论。起升机构为双钩2台55 kW 变频电机，2台ABB—ACS600—120变频器；变幅机构为1台22 kW 变频电机，1台ABB—ACS600—40变频器；旋转机构为1台3Okw 变频电机；行走机构为4台7．5 kW 变频电机，旋转和大车行走共用1台ABB—ACS600—7O变频器。PLC控制器采用GE公司FANUC系列90—30可编程控制器，有1个CPU模块，1个通讯模块，2个电源模块，7个输入模块，3个输出模块，它与ABB公司ACS600系列变频器之间的数据交换，是通过Profibus现场总线组成网络来实现。

2．2 系统工作原理

门机的运行过程是全车通电，PLC控制器和变频器得电后，进行初始化自检和诊断。在PI C控制器输入模块和输出模块上有相应的灯亮，代表一切正常，具备开机条件。通过PLC控制器指示灯的反应，能够使维修很快的找到设备故障点。开机时PLC控制器先将接收到的驾驶室操纵杆信号，转换为调速系统可直接处理的数字信号，然后通过Profibus现场总线网络传送到相应的变频器上，在完成PLC控制器对变频器控制的同时，还将变频器的运行状态，通过通讯网络Profibus现场总线，反馈到PLC控制器上，实现对整机状态的实时控制。变频器将所得到的信号再处理后输送到下端变频电机，使电机平稳的起降、旋转作业，终将货物装卸完毕。

2．3 电机选用

在电动机的调速系统中，应注意电机在低速运行时的发热和散热的规律及状况。普通电机主要是利用转子上的叶片来散热，当转速下降时，散热效果将变差，从而会影响电动机实际的带负载能力。因此，电机选用变频电机，该电机的散热是靠一个立的风扇电机来完成的，这就比原使用的电机在性能上又有了很大的提高。

3 使用效果

由于使用的DTC直接转矩控制方式变频器，和变频器电机组成的调速系统，在性能上已经达到和过直流伺服系统，升降、变幅、旋转速度可精细调整，各项位置精度得到提高。采用鼠笼式变频电机，大大减少了电机的维护工作量，同时电气控制系统得到简化，省去了频繁工作的交流接触器和电机正反转接触器，解决了频繁换元器件的问题。改造前装卸每吨物品用电量为0．28 kW ·h，改造后装卸每吨物品用电量为0．22 kW ·h，电能的消耗明显下降，降低了生产成本。

4 结语

新门机使用PLC控制器控制变频器调速后，在调速范围内方便连续控制，即无级调速、调速平稳、精度高、等性能。使得各机构运行平稳，机械冲击力小，延长了门机使用寿命，减少了故障发生率。省去了电机转子侧大功率电阻，减少了能耗点，达到节能降耗作用。

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