[征文]：基于PLC、组态软件的高压电机智能试验系统设计(三)

4.2 下位机的设计
4.2.1三菱FX2N型PLC的性能特点
　　在本系统中采用了三菱系列PLC，三菱系列PLC 是三菱公司比较重要的产品,它运行速度快、控制可靠、安装灵活、扩展方便、性能价格比高，具有强大的指令系统，而且采用模块组件，用户可根据控制需要，灵活地购买各种模块，避免了控制点数的浪费，因此在工业控制中得到了广泛的应用。
　　三菱FX2N型PLC的性能特点：
　　(1)可靠性高 I/O均采用光电耦合, 二次电路设有C - R 滤波器, 防止混入输入接点的振动噪声和输入线的噪声引起误动作, 具有很强的抗干扰能力, 能用于较恶劣的环境。
　　(2)抗干扰性好　采用模块结构和软件控制,省去硬件开发工作,大大提高了系统的抗干扰性。
　　(3)通用性好, 使用方便、灵活。　在不改变硬件的情况下, 修改PLC内部软件可实现不同的控制要求, 大大减少调试的工作量, 提高工作效率,使系统的柔性大大提高。
　　(4)增加RS —232BD 接口板, 方便地实现与上位机之间的通信。
4.2.2 PLC的I/O输入输出配置
　　根据系统控制要求PLC输入输出变量定义如表4.1所示：
　　由变量名定义可知，输入点数为5，输出点数为8，选用PLC型号为FX2N-48MR。由于实验室条件以及时间的限制，只是做了一小部分的变量定义。其实在实际控制过程中还需更多的变量定义，在此不一一列举。
　　输入输出配置如图4.5所示：
4.2.3 PLC控制系统的结构
　　PLC控制的对象主要为两侧的调压控制（包括稳压控制）、变频机组频率控制（包括稳频控制）和其它励磁控制。
　　要实现电压可调，可通过PLC及其继电器控制线圈触头平滑移动来控制。
　　同时由于电网电压的波动及其机械因素的影响，必须要有稳压措施。
　　要实现频率平滑可调，可用PLC均匀改变变频机组的励磁，实质是改变变频机组的电流。
　　基本控制框图如图4.6所示：
　　图6中只说明了控制的对象以及控制的结构，由于在系统设计过程中，没有进行全面的现场调研，对PLC控制设备没有清晰的轮廓，所以并没有绘出实际的控制电路。但是在下面4.2.4小节中作者根据电机试验的方法，大胆地设计了PLC对主回路系统的控制流程图。
4.2.4 PLC控制流程框图
　　本系统所要完成的是高压电机的试验, 电机试验的项目分为多种,在此考虑负载和空载试验。其实,空载试验是负载试验的一个特例,考虑情况特殊,进行分别试验。
1.空载试验
　　空载试验,就是没有负载,在本系统设计中相当于把负载侧电机去掉,剩下被试侧线路,之后可以进行空载试验。
　　其对应的软件流程图如图4.7所示：
2、负载试验
　　负载试验必须保证变频机组的频率在规定范围8～50Hz内变化，其对应的软件流程图如图4.8所示：
　　梯形图程序见 附录1 
4.3 高压保护设计
　　电机试验必须要求有严格的保护措施再加上本系统在高压电下进行试验，保护问题变的更加复杂。考虑到试验系统的特殊性以及被试样机可能存在故障,必须设置较严格的保护措施。在设备硬件常规保护（例如被试侧和负载侧的断路器、高压隔离开关等）的基础上,采用软件设置灵活的保护系统,以适应被试样机规格、功率大小不一的特点和适时监控的需要。实现电气保护及自动检查。在组态王编制可设置界面,有电压、电流、功率指示及电源通断控制及显示,并且设置故障预警及警报,实现较完善的保护功能包括:过电压保护、欠电压保护、缺相保护、短路保护、过载保护、过电流保护、过转矩保护等等。
　　例如，在负载试验组态界面上，设置了过电压报警和过载报警。如图4.9所示：
　　通过查找电机允许通过的上限电压，在组态界面上设置了过电压报警；当频率下调时，被试电机可能过载，通过设置过载报警保证线路的安全。其实在实际电机测试过程中，还要考虑更多方面的保护。
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