DB50/50機械(齒輪)傳動系統性能試驗機電氣控制

孫 勇，魏志遠，田寶勝

(中機試驗裝備股份有限公司，吉林 長春 130103)

1 引 言

近年，來隨著我國工業自動化的迅猛發展，對工業電氣控制節能也提出了更高的要求。DB50/50機械(齒輪)傳動系統性能試驗機采用電能量回饋封閉結構，通過變頻電機模擬加載輸入，采用電力測功機(電機)模擬負載扭矩，采用共直流母線技術，將模擬負載扭矩產生的電能量回收為輸入端驅動輸入供電，以電能量的形式形成寄生功率，從而達到節能的目的。

2 主機結構

DB50/50機械(齒輪)傳動系統性能試驗機如圖1所示，該試驗機的傳動、負載裝置為試驗提供傳動、負載力，對傳動效率、轉速要求都很高。綜合考慮，拖動電機和負載電機都選用功率為75kW的變頻電機，控制選用與之匹配的ABB的ACS800系列變頻器(變頻器參數設定見表1)。ACS800系列變頻器可通過DP總線與PLC組態建立通信，達到實時交互控制的效果。同時，在變頻器端加入編碼器采集卡，電機端加入編碼器，使變頻器與電機間形成轉速閉環系統，從而達到對電機轉速的精確控制。

圖1 主機外觀

參數代碼含義設定值備注10.01定義外部EXT1控制信號源COMM.CW現場總線控制字10.03電機旋轉方向REQUEST允許用戶定義轉向11.02選擇控制口COMM.CW現場總線控制字11.03選擇外部信號源COMM.REF現場總線給定值REF151.01總線類型Profibus DP51.02節點地址451.03波特率1500 52.04PPO類型598.02選擇外部通信接口FIELDBUS

3 電氣控制主控制系統

3.1 共直流母線原理

目前，國內很多交流變頻采用PWM調速方式，變頻器并沒有設計使再生能量反饋到三相電網的功能。因此，所有變頻器從電動機吸收的能量都會保存在電解電容中，最終導致變頻器中的母線電壓升高。如果變頻器配備制動單元和制動電阻，變頻器可通過短時間接通電阻，使電能以熱方式消耗掉。在沒有制動電阻和能量反饋單元的情況下，變頻器經常性過壓、制動會導致變頻器發生變頻跳閘、停機現象，影響正常生產。

在這種情況下，如果有多個傳動變頻器通過直流母線互連，一個或多個電動機產生的再生能量就可以被其他電動機以電動的方式消耗吸收。這是一種非常有效的工作方式，即使有多個部位的電動機一直處于連續發電狀態，也不用再去考慮其他的處理再生能量的方式。主要控制過程為：變頻器交流端先供給380V交流電，待變頻器正常運行后，接觸器線圈吸合，直流端閉合，此時變頻器的閉環系統才算完成。

DB50/50機械(齒輪)傳動系統性能試驗機采用共直流母線技術，使能量通過母線流動供其它傳動使用，達到節能、提高設備運行可靠性等目的。共直流母線原理如圖2所示。

圖2 共直流母線原理圖

圖2中，1為隔離變壓器，主要作用是對主電源與本設備電源隔離，目的是為了隔離回饋后的電能逆變(斬波)對主電源下其它設備和科學儀器的影響。2為負載控制及回饋和逆變系統，主要用于負載的控制和發電后的整流、濾波、逆變、相位測控并網的功能的實現。3為負載電機，用于負載的模擬和發電。4為試樣，同時也是試驗機的被測對象和拖動裝置，一般為車橋或傳動軸。5為傳動裝置，模擬傳動輸入轉速。

3.2 上位機系統

上位機系統采用西門子S7-300PLC，是可靠性高、穩定性強、實時處理能力強的工業領域控制系統。計算機具有良好的人機界面和綜合管理功能，方便用戶進行參數設定、數據采集等。PLC控制系統包括3個部分：計算機監控系統、西門子PLC、主機傳感器。

西門子電控系統的基本組成：主流的CPU315-2 PN/DP、接口模塊、通信模塊、連接電纜、I/O模塊、存儲卡等。西門子PLC適用于中端性能要求的模塊化小型控制系統，各種性能的模塊可以非常好地滿足和適應自動化控制任務，具有簡單實用的分布式結構和多接口網絡能力，應用十分靈活，控制任務增加時，可自由擴展，功能非常強大。

對PLC與變頻器之間進行組態(如圖3所示)，將PLC作為主站控制變頻器1和變頻器2，變頻器1為從站1，變頻器2為從站2。PQW264為從站1的控制字，PQW266為從站1的速度給定值；PQW292為從站2的控制字，PQW294為從站2的速度給定值。 通過以上設定， 可編寫控制啟動停止的主程序，如圖4所示。

圖3 PLC與ACS800組態結構圖

圖4 邏輯框圖

4 結術語

根據對試驗結果的分析，設計的自動化電氣控制系統可達到節能、增效的目的，進而大大提高傳動軸試驗的靈活性和可靠性。在工業應用中，針對同軸連接需要同步運行的場合，主從控制是一種最佳的選擇方案，不僅能夠保證多個同軸電機的同步運行，而且可較好地實現負載的均勻分配，減少了設備因不同步、負載分配不平衡而導致的系統故障和產品質量差等現象的發生。