基于PowerFlex40和CompactLogix的交流電動機調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計

李宗帥 王修巖

(中國民航大學(xué)航空自動化學(xué)院，天津 300300)

基于PowerFlex40和CompactLogix的交流電動機調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計

李宗帥 王修巖

(中國民航大學(xué)航空自動化學(xué)院，天津 300300)

設(shè)計了一種基于PowerFlex40和CompactLogix的交流電動機調(diào)速控制系統(tǒng)，給出了控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)以及詳細設(shè)計，采用實驗法建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用相應(yīng)軟件設(shè)計了控制程序，最后進行了實驗驗證，實驗結(jié)果驗證了方案的有效性，該系統(tǒng)具有較好的性價比，工程上易于實現(xiàn)、穩(wěn)定可靠。

PowerFlex40；CompactLogix；交流電動機；1769-HSC

0 引言

隨著現(xiàn)代控制理論以及電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，交流電動機在越來越多的場合取代了直流電動機。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，PLC以其卓越的性能、高抗干擾性以及靈活方便的編程得到了廣泛應(yīng)用。交流電動機的調(diào)速一般分為變頻調(diào)速以及交流伺服調(diào)速2種方式，交流伺服調(diào)速系統(tǒng)價格昂貴，在控制精度比較高的場合得到應(yīng)用；單純采用變頻的交流調(diào)速精度較之交流伺服要低，但是價格便宜。為了解決性價比的問題，很多場合在變頻調(diào)速的基礎(chǔ)上加入閉環(huán)反饋，可以提高變頻調(diào)速的精度，能夠滿足很多精度較高場合的需求。

本文采用PowerFlex40、CompactLogix以及高速計數(shù)器構(gòu)建閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)，提高控制系統(tǒng)的精度。

1 調(diào)速系統(tǒng)組成

該控制系統(tǒng)采用AB公司的PowerFlex40變頻器、CompactLogix控制器、1769-HSC高速計數(shù)器以及相應(yīng)的數(shù)字量輸入輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊。采用Ethernet作為計算機編程和監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示?？刂破鞑捎肅ompactLogix-1769L35E，此控制器帶有Ethernet接口，能夠直接與以太網(wǎng)連接，操作簡單、可靠性高、速度快。1769-HSC是高速計算模塊，能夠捕捉光電編碼器的脈沖，對脈沖進行計數(shù)，進而計算出電動機的速度。變頻器采用PowerFlex40，它是美國AB公司生產(chǎn)的緊湊型變頻器，可以輸入交流380 V，也可以采用直流750 V的輸入方式，PowerFlex40操作方式比較靈活，可以采用面板直接啟動/停止，可以采用網(wǎng)絡(luò)啟動/停止，也可以接受模擬量輸入信號進行速度調(diào)節(jié)。在本文的控制系統(tǒng)設(shè)計中采用Ethernet進行啟動/停止控制，采用1769-IF4XOF2模擬量輸入輸出模塊進行速度調(diào)節(jié)。模擬電壓作為參考給定模式，具體接線應(yīng)將PowerFlex40變頻器I/O端子的13口接1769-IF4XOF2端子的V OUT1+端，變頻器I/O端子的14口接IF4XOF2的ANLG COM端。

圖1 總體結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件設(shè)計需要對相應(yīng)的模塊進行組態(tài)、模式選擇，對于1769-IF4XOF2如果選用模擬電壓作為參考的給定模式，PowerFlex40參數(shù)P036應(yīng)設(shè)置為5，P037為1，P038為2；如果選用模擬電流速度給定式的P036設(shè)置為5，P037為1，P038為3。

控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)電動機的網(wǎng)絡(luò)啟動/停止控制、模擬量給定控制、閉環(huán)反饋控制。采用RSLogix5000編制軟件程序，采用RSVIEW32編制上位機監(jiān)控系統(tǒng)。編制的程序包括主程序以及子程序。圖2為控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)。

圖2 控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

3 實驗

實驗系統(tǒng)如圖3所示，采用RSLogix5000編制軟件程序并下載到控制器中，給定速度值為500 r/min，采用PI控制器，實驗結(jié)果如圖4所示。從實驗結(jié)果看，系統(tǒng)的響應(yīng)時間約為6 s，超調(diào)小于5%，調(diào)節(jié)過程比較短。

圖3 實驗系統(tǒng)物理圖

圖4 階躍實驗曲線

4 結(jié)語

本文設(shè)計了基于PowerFlex40和CompactLogix的交流電動機調(diào)速控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)相比于開環(huán)的變頻調(diào)速系統(tǒng)精度高，價格比交流伺服控制系統(tǒng)低，在調(diào)速系統(tǒng)要求不是特別高的場合能夠應(yīng)用，具有較好的性價比，工程上易于實現(xiàn)。

[1] 錢曉龍，李曉理.循序漸進PowerFlex變頻器[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006

[2] 李言武，商杰，李建設(shè).交流電機變頻控制方案的實現(xiàn)與應(yīng)用[J].工業(yè)控制計算機，2007，20(3)：85～87

[3] 高越農(nóng)，閻文金，陳潤年，等.異步電動機數(shù)學(xué)模型的非線性[J].電氣傳動自動化，2004，26(1)：28～29

[4] 孫崎嶇，周平，江智，等.基于現(xiàn)場總線的變頻調(diào)速系統(tǒng)[J].電機與控制應(yīng)用，2008，35(4)：49～51

[5] 孫盛騏，費玉石，劉文偉，等.ControlLogix控制系統(tǒng)在伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機械設(shè)計與制造，2009(7)：107～108

2014-09-11

李宗帥(1982—)，男，山東德州人，碩士，講師，研究方向：電力傳動、運動控制。

王修巖(1965—)，男，吉林農(nóng)安人，博士，教授，從事控制工程、數(shù)字控制相關(guān)方面研究工作。