液阻调速软起动智能控制系统的研究与应用
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摘要
随着科学技术的发展,生产过程中的电气自动化水平不断提高,对于电动机起动方式的选择成为专业人员关注的焦点。液态软起动系统的电阻可塑性非常好,并且具有操作简单,运行可靠,维护方便,成本低以及可连续多次起动的优点,广泛应用在化工、冶金、建材以及轻工业等领域。
本文通过对液态软起动系统的分析,确定了总体的架构设计。针对液态软起动系统的特点和所要实现的基本功能,选用三菱公司的型号为FX2N-64MR-001的可编程序控制器作为液态软起动控制系统的控制核心。并且加入可触摸式的液晶显示屏来显示各项信息,使整个系统在使用时更加方便。
对于液态软起动系统的硬件部分,包括主电路、控制电路、开关量输入输出电路、人机交互单元,其中控制电路又包括信号检测电路、V/F转换电路、信号产生电路、多谐振荡器电路、驱动电路、隔离电路等。将各个功能模块分开设计,最后综合在一起,大大缩短了硬件设计周期,也为后期的调试和维修提供了方便。
对于液态软起动系统的软件部分,首先设计了整个系统的控制流程,由于整个系统比较复杂,所以根据系统中各个部分实现的功能不同将整个系统分为数个子模块,包括初始化模块、采样检测模块、主程序模块、自动控制模块、手动控制模块等分别进行编程。分块式的设计模式不仅使整个软件的设计思路更加清晰,也减少了程序的出错率,并且在调试过程中也为操作人员提供了很多方便,提高了整个程序的可维护性和复用率。
在液态软起动系统的控制过程中,本设计采用PID控制算法和模糊控制算法交替控制的控制算法,将二者融合在一起,充分利用了PID算法和模糊算法的优点进行分段控制,从而得到比较理想的静态特性和动态特性。
最后采用Proteus软件对V/F变化电路进行仿真,仿真过程中通过改变输入电压Ui的大小,得到不同频率的波形,进而计算出相应的频率值,通过这些数据作出了电压频率变换图。对于系统的整体仿真采用了Matlab软件,搭建模型并输入相应的参数值后,得到了直接起动与软起动的仿真波形,证明液态软起动系统能够完成预期的要求和目的。
With the development of science and technology, the automatic level of the production process improves constantly, how to start the motor is becoming a focus of professionals.The resistance of the liquid resistance soft start system has good elasticity.It has many advantages,such as easy to operate、reliable pump performance、easy service、low cost sensor element,ect. It has a widely used in chemical engineering、metallurge、construction、light industry fields.
By means of the liquid resistance soft start system,the dissertation designed the global structure.Aiming at character and function of the liquid resistance soft start system,it utilized the FX2N-64MR-001 PLC of MITSUBISHI as the controlling core of the liquid resistance soft start system in this dissertation.
Then I devise the hardware part，it include the main circuits、control circuit、Human-computer Interface.To separated the design of each module,and finally integrated together, not only greatly reduced the hardware design cycle,but also more convenient for the debugging and maintenance.
The entire software part is divided into parts,according to the different function. Sub-block model made the entire software design more clearly,the program's error rate lower,and also provided a lot of convenience to in the debugging process.
In the control process of the liquid resistance soft start system, the fundamental algorithm uses the pid control combining vague control algorithms. Use their advantages for the segmented control.So then we can get the perfect feature.
Finally,took Proteus as the simulation software of the V/F circuit,by changing the values of the voltage Ui,we can got the chart of voltage-frequency conversion.For the overall system simulation using Matlab software, we got the different waveforms from a direct-start system and a soft start-system,the result proved that the liquid soft-start system can meet requirements and objectives that are expect.
本文通过对液态软起动系统的分析,确定了总体的架构设计。针对液态软起动系统的特点和所要实现的基本功能,选用三菱公司的型号为FX2N-64MR-001的可编程序控制器作为液态软起动控制系统的控制核心。并且加入可触摸式的液晶显示屏来显示各项信息,使整个系统在使用时更加方便。
对于液态软起动系统的硬件部分,包括主电路、控制电路、开关量输入输出电路、人机交互单元,其中控制电路又包括信号检测电路、V/F转换电路、信号产生电路、多谐振荡器电路、驱动电路、隔离电路等。将各个功能模块分开设计,最后综合在一起,大大缩短了硬件设计周期,也为后期的调试和维修提供了方便。
对于液态软起动系统的软件部分,首先设计了整个系统的控制流程,由于整个系统比较复杂,所以根据系统中各个部分实现的功能不同将整个系统分为数个子模块,包括初始化模块、采样检测模块、主程序模块、自动控制模块、手动控制模块等分别进行编程。分块式的设计模式不仅使整个软件的设计思路更加清晰,也减少了程序的出错率,并且在调试过程中也为操作人员提供了很多方便,提高了整个程序的可维护性和复用率。
在液态软起动系统的控制过程中,本设计采用PID控制算法和模糊控制算法交替控制的控制算法,将二者融合在一起,充分利用了PID算法和模糊算法的优点进行分段控制,从而得到比较理想的静态特性和动态特性。
最后采用Proteus软件对V/F变化电路进行仿真,仿真过程中通过改变输入电压Ui的大小,得到不同频率的波形,进而计算出相应的频率值,通过这些数据作出了电压频率变换图。对于系统的整体仿真采用了Matlab软件,搭建模型并输入相应的参数值后,得到了直接起动与软起动的仿真波形,证明液态软起动系统能够完成预期的要求和目的。
With the development of science and technology, the automatic level of the production process improves constantly, how to start the motor is becoming a focus of professionals.The resistance of the liquid resistance soft start system has good elasticity.It has many advantages,such as easy to operate、reliable pump performance、easy service、low cost sensor element,ect. It has a widely used in chemical engineering、metallurge、construction、light industry fields.
By means of the liquid resistance soft start system,the dissertation designed the global structure.Aiming at character and function of the liquid resistance soft start system,it utilized the FX2N-64MR-001 PLC of MITSUBISHI as the controlling core of the liquid resistance soft start system in this dissertation.
Then I devise the hardware part，it include the main circuits、control circuit、Human-computer Interface.To separated the design of each module,and finally integrated together, not only greatly reduced the hardware design cycle,but also more convenient for the debugging and maintenance.
The entire software part is divided into parts,according to the different function. Sub-block model made the entire software design more clearly,the program's error rate lower,and also provided a lot of convenience to in the debugging process.
In the control process of the liquid resistance soft start system, the fundamental algorithm uses the pid control combining vague control algorithms. Use their advantages for the segmented control.So then we can get the perfect feature.
Finally,took Proteus as the simulation software of the V/F circuit,by changing the values of the voltage Ui,we can got the chart of voltage-frequency conversion.For the overall system simulation using Matlab software, we got the different waveforms from a direct-start system and a soft start-system,the result proved that the liquid soft-start system can meet requirements and objectives that are expect.
引文
[1]余洪明.“软起动”的由来及应用.电工技术杂志.2001年第6期
[2]邢兵锁.软启动技术及应用.科技广场.2010年第03期：195-197
[3]雒有成.电动机软起动及其应用.煤矿机械.2008年第29卷第10期：161-163
[4]阎世强,宋艳敏.液态变阻软起动装置在大型同步电机中的应用.电气技术.2009年第3期：82-90
[5]孙宝国.浅谈软起动现状及发展方向.科技信息2010
[6]崔树山,牛建锋.软起动行业现状及发展方向.深冷技术.2005年第1期
[7]宾兴邦,高铁红.电动机液态软起动——概况与前景.电气工程应用.1999年第2期
[8]张仑.基于PLC的液阻调速软起动控制系统的研究.襄樊学院学报.2009年5月第30卷第5期
[9]李志刚.大功率异步电动机的软起动.电源技术应用.2003年9月第6卷第9期
[10]李咸全,堵琳洁.大型同步电动机的液态软起动.传动与控制.2005年第1期
[11]师路欢,付虹,姜艳华.基于PLC的液阻软启动在电厂中的应用.气象水文海洋仪器.2008年12月第四期
[12]于力,周少文,戴红民.高压热变阻式与动级变阻式液体电阻起动器的异同.冶金动力.2004年第3期
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[14]应朝龙,王诚成.触摸屏控制器设计.国外电子测量技术.2009年第09期：71-74
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[18]王伟,张晶涛,柴天佑.PID参数先进整定方法综述.自动化学报.2000年5月第26卷第3期
[19]高飞,薛忠.模糊控制技术中的几个问题.西安电子科技大学学报.1998年6月第25卷第3期
[20]刘龙江.浅析模糊控制及其一种模糊控制器的设计.陕西国防工业职业技术学院学报.2006年6月第16卷第1期
[21]姜玉春,吴红燕.PID控制器参数的整定.莱钢科技.2006年4月第2期
[22]董子文,朱张青.模糊PID控制在双闭环直流调速系统中的应用研究.电气自动化.2010年 第32第5期
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[28]Wen-Xiong Li; Jian-Guo Lu; Ming-Sheng Liu; Jie Zhao; Design of intelligent soft-start controller for induction motorSource:Machine Learning and Cybernetics, vol.2, Page(s):908-912,2004
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[30]成燕,梁中华,孙勇军,欧立生.一种变频式软启动器的探讨.电气传动自动化.2002年4月第24卷第2期
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[32]吴雷.基于模糊理论的异步电动机软起动器研究.电机技术.2009年第1期
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[35]安宁,邱玮炜,戚煊.智能控制综述.技术研发.2010年第17卷第5期
[36]原继萍,刘海亮.数字式PID控制算法研究.航天控制.2010年第28卷第5期
[37]宁龙卿.用触摸屏替代PLC控制设备的控制面板.机床电器.2000年第3期
[38]顾绳谷主编.电机及拖动基础.北京：机工版,2008第4版下册第7页16--27行
[39]郁汉琪主编.电气控制与可编程序控制器应用技术.南京：东南大学出版社,2008
[40]贾德胜主编.PLC应用开发实用子程序.北京：人民邮电出版社,2006
[41]李道霖主编.电气控制与PLC原理及应用.北京：电子工业出版社,2006
[42]张兴国主编.可编程序控制器技术及应用.北京：中国电力出版社,2006
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