摘 要：為了在電機(jī)進(jìn)行型式試驗(yàn)時(shí)，對機(jī)組各種運(yùn)行工況和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)的轉(zhuǎn)換和控制，我們將西門子6RA70全數(shù)字調(diào)速裝置應(yīng)用于試驗(yàn)站雙機(jī)組拖動(dòng)控制系統(tǒng)中，以滿足電機(jī)試驗(yàn)測試的要求。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用表明，與以前人工單機(jī)控制相比，提高了整個(gè)機(jī)組控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和工作效率，效果良好。

關(guān)鍵詞：調(diào)速;電機(jī)試驗(yàn); 控制系統(tǒng)

1 引言

在電機(jī)的生產(chǎn)制造業(yè)中，電機(jī)產(chǎn)品的出廠試驗(yàn)與性能測試是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。在電機(jī)型式試驗(yàn)過程中，各機(jī)組的運(yùn)行與控制較為復(fù)雜，若采用人工單機(jī)控制，很難滿足試驗(yàn)測試的要求。本文介紹的雙機(jī)組拖動(dòng)控制系統(tǒng)是某中型電機(jī)試驗(yàn)站計(jì)算機(jī)自動(dòng)測試系統(tǒng)的一部分，為了在電機(jī)進(jìn)行型式試驗(yàn)時(shí)對機(jī)組各種運(yùn)行工況和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)的轉(zhuǎn)換和控制，我們將西門子6RA70全數(shù)字調(diào)速裝置應(yīng)用于試驗(yàn)站雙機(jī)組拖動(dòng)控制系統(tǒng)中，并采用觸摸屏與PLC組成上位機(jī)監(jiān)視管理系統(tǒng)，可方便的實(shí)現(xiàn)對機(jī)組各種運(yùn)行工況和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)的轉(zhuǎn)換和控制。

2 機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成與原理

2.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

機(jī)組拖動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括一個(gè)西門子全數(shù)字雙機(jī)組拖動(dòng)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和5個(gè)單片機(jī)控制的勵(lì)磁電源實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。試驗(yàn)有4種不同的項(xiàng)目，不同的項(xiàng)目下各電機(jī)的運(yùn)行情況不同，反饋信號也有所不同。機(jī)組運(yùn)行控制原理如圖（1）所示。由于機(jī)組的控制較復(fù)雜，并且在試驗(yàn)過程中還要進(jìn)行多種工況的調(diào)整與變換，因此我們在對機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，引入了集散控制的概念，整個(gè)拖動(dòng)控制系統(tǒng)由觸摸屏、PLC、及各勵(lì)磁控制柜和調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成，上位機(jī)將試驗(yàn)站的5套直流電源和一套雙機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)一管理起來，通過PLC的模擬量模塊對下位機(jī)輸出控制的給定信號（遠(yuǎn)程控制時(shí)），也可根據(jù)需要由下位機(jī)對各電源子系統(tǒng)進(jìn)行單機(jī)控制（當(dāng)?shù)乜刂茣r(shí)）。子系統(tǒng)的各運(yùn)行參數(shù)可通過檢測接口送回，并在觸摸屏上顯示。由此構(gòu)成的集散型控制系統(tǒng)操作方便，安全可靠，提高了使整個(gè)測試系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和工作效率。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖（2）所示。

2.2雙機(jī)組拖動(dòng)控制系統(tǒng)組成原理

在試驗(yàn)中直流電機(jī)1ZF和2ZF由西門子全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)（6RA70）拖動(dòng)控制，根據(jù)不同的試驗(yàn)項(xiàng)目，調(diào)速系統(tǒng)可選擇兩種不同的工作方式：一是穩(wěn)壓方式，其輸出供給兩臺電機(jī)的電樞電壓，即雙機(jī)拖動(dòng);二是調(diào)速方式，要求對1ZF的轉(zhuǎn)速進(jìn)行穩(wěn)定控制，即轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單機(jī)拖動(dòng)控制。雖然兩種工作方式下控制系統(tǒng)對象的結(jié)構(gòu)的參數(shù)發(fā)生了變化，但可按不同的運(yùn)行方式整定相應(yīng)的控制參數(shù)，工作方式的選擇只需要通過上位機(jī)給出變址參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)。

圖1 機(jī)組拖動(dòng)控制原理

圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
3 雙機(jī)拖動(dòng)控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置與調(diào)試

西門子全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)功能強(qiáng)大，包括有控制單元，參數(shù)設(shè)定單元，功率單元，檢測元件等及其他輔助部件。其自診斷能力強(qiáng)，安全保護(hù)措施全面，且現(xiàn)場調(diào)試與參數(shù)整定很方便。

3.1 變址選擇與參數(shù)設(shè)置

為適應(yīng)不同控制對象和運(yùn)行工況的需要，可通過開關(guān)量（bit17、bit16）狀態(tài)的設(shè)置選擇4個(gè)不同變址號（1～4），并對應(yīng)著一組不同的參數(shù)，包括對象的固有參數(shù)、調(diào)節(jié)器的控制參數(shù)以及控制量的指標(biāo)參數(shù)等等。由于試驗(yàn)要求不同，雙機(jī)組控制系統(tǒng)有兩種運(yùn)行方式，我們通過X171的端子39進(jìn)行切換。當(dāng)端子39為“0”（0V），則bit17bit16=00B，變址為1，選擇第一組參數(shù)，系統(tǒng)工作于雙機(jī)組拖動(dòng)調(diào)壓方式;當(dāng)端子39為“1”（24V），則bit17bit16=01B，變址為2，既選擇第二組參數(shù)，系統(tǒng)工作于單機(jī)拖動(dòng)調(diào)速方式。顯然這兩種運(yùn)行方式下控制對象的結(jié)構(gòu)、參數(shù)都發(fā)生了變化，為了使系統(tǒng)達(dá)到良好的控制性能，控制參數(shù)也應(yīng)與相應(yīng)改變。

3.1現(xiàn)場調(diào)試與參數(shù)整定

在現(xiàn)場調(diào)試時(shí)，將6RA70全數(shù)字調(diào)速裝置自帶的簡易操作控制面板通過串行接口與PC機(jī)連接，并將授權(quán)鍵參數(shù)P051設(shè)為40，則調(diào)節(jié)器的PID參數(shù)和其他的控制指標(biāo)參數(shù)可直觀方便的進(jìn)行在線修改和調(diào)試。但對象的固有參數(shù)（如繞組的電阻，電感等）不可在線修改。

控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定有兩種方法：一種是按“自動(dòng)優(yōu)化運(yùn)行”模式，系統(tǒng)通過各種測試，對各調(diào)節(jié)器控制參數(shù)進(jìn)行整定和優(yōu)化。另一種是按“手動(dòng)優(yōu)化”模式，在這種方式下首先應(yīng)將對象的參數(shù)設(shè)置好，如電樞回路電阻由參數(shù)P110設(shè)置，電感由參數(shù)P111設(shè)置。各調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定可根據(jù)運(yùn)行情況在線逐步優(yōu)化，直到各性能指標(biāo)達(dá)到要求為止。

若要監(jiān)視系統(tǒng)中各檢測量的變化和運(yùn)行狀態(tài)，可通過設(shè)置連接器號在對應(yīng)的顯示窗口顯示。模擬量連接器號由參數(shù)P044選擇，并在參數(shù)號r043的窗口顯示，可同時(shí)選擇、顯示7個(gè)模擬量。開關(guān)量連接器號由參數(shù)P046選擇，并在參數(shù)號r045的窗口顯示，可同時(shí)選擇、顯示4個(gè)開關(guān)量。這些顯示窗口給現(xiàn)場調(diào)試帶來很大的方便，提高了工作效率。

4 系統(tǒng)的應(yīng)用

雙機(jī)組拖動(dòng)控制系統(tǒng)已研制完成，并在某廠的中型電機(jī)試驗(yàn)站中投入使用。其中觸摸屏與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)測試系統(tǒng)安裝在主控室，PLC及顯示儀表安裝于現(xiàn)場控制室中。如圖3為觸摸屏試驗(yàn)項(xiàng)目選擇界面之一。當(dāng)控制系統(tǒng)工作于遠(yuǎn)程控制模式時(shí)，可由上位機(jī)給出變址號選擇指令（0、1），以選則雙機(jī)組拖動(dòng)控制系統(tǒng)工況;當(dāng)控制系統(tǒng)工作于當(dāng)?shù)乜刂颇Ｊ綍r(shí)，由人工操作給出變址號選擇指令。這種當(dāng)?shù)乜刂品绞讲坏珵橄到y(tǒng)的調(diào)試和控制參數(shù)的整定帶來方便，并且不會(huì)因?yàn)槟骋慌_設(shè)備出現(xiàn)故障而影響整個(gè)系統(tǒng)的工作與運(yùn)行。

經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用，該雙機(jī)組拖動(dòng)控制系統(tǒng)各性能指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。在雙機(jī)組拖動(dòng)調(diào)壓方式時(shí)，兩臺電機(jī)起動(dòng)平穩(wěn)，當(dāng)負(fù)載發(fā)生突變時(shí)電壓超調(diào)量小于3%。在單機(jī)組拖動(dòng)調(diào)速方式時(shí)，當(dāng)負(fù)載發(fā)生突變時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量小于1%。

圖3 試驗(yàn)項(xiàng)目選擇界面
5 結(jié)束語

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試與實(shí)踐應(yīng)用，雙機(jī)組拖動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行性能良好，方便可靠。與以前人工單機(jī)控制相比，改自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)用，減輕了實(shí)驗(yàn)站工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。將其與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)合起來應(yīng)用與電機(jī)的型試試驗(yàn)中，使測試數(shù)據(jù)更加客觀準(zhǔn)確，為進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量提供有利的條件，受到用戶的好評。

參考文獻(xiàn)
[1] SIMATIC S7-200可編程序控制器產(chǎn)品手冊