摘 要：為了在電機進行型式試驗時，對機組各種運行工況和運行狀態(tài)進行自動的轉(zhuǎn)換和控制，我們將西門子6RA70全數(shù)字調(diào)速裝置應(yīng)用于試驗站雙機組拖動控制系統(tǒng)中，以滿足電機試驗測試的要求。經(jīng)實際應(yīng)用表明，與以前人工單機控制相比，提高了整個機組控制系統(tǒng)的自動化程度和工作效率，效果良好。
關(guān)鍵詞：調(diào)速;電機試驗; 控制系統(tǒng)
1 引言
在電機的生產(chǎn)制造業(yè)中，電機產(chǎn)品的出廠試驗與性能測試是非常重要的一個環(huán)節(jié)。在電機型式試驗過程中，各機組的運行與控制較為復(fù)雜，若采用人工單機控制，很難滿足試驗測試的要求。本文介紹的雙機組拖動控制系統(tǒng)是某中型電機試驗站計算機自動測試系統(tǒng)的一部分，為了在電機進行型式試驗時對機組各種運行工況和運行狀態(tài)進行自動的轉(zhuǎn)換和控制，我們將西門子6RA70全數(shù)字調(diào)速裝置應(yīng)用于試驗站雙機組拖動控制系統(tǒng)中，并采用觸摸屏與PLC組成上位機監(jiān)視管理系統(tǒng)，可方便的實現(xiàn)對機組各種運行工況和運行狀態(tài)進行自動的轉(zhuǎn)換和控制。
2 機組自動控制系統(tǒng)的構(gòu)成與原理
2.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
機組拖動控制系統(tǒng)主要包括一個西門子全數(shù)字雙機組拖動閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和5個單片機控制的勵磁電源實時控制系統(tǒng)。試驗有4種不同的項目，不同的項目下各電機的運行情況不同，反饋信號也有所不同。機組運行控制原理如圖（1）所示。由于機組的控制較復(fù)雜，并且在試驗過程中還要進行多種工況的調(diào)整與變換，因此我們在對機組控制系統(tǒng)設(shè)計時，引入了集散控制的概念，整個拖動控制系統(tǒng)由觸摸屏、PLC、及各勵磁控制柜和調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成，上位機將試驗站的5套直流電源和一套雙機組調(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輸出控制的給定信號（遠程控制時），也可根據(jù)需要由下位機對各電源子系統(tǒng)進行單機控制（當?shù)乜刂茣r）。子系統(tǒng)的各運行參數(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，提高了使整個測試系統(tǒng)的自動化程度和工作效率?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖（2）所示。
2.2雙機組拖動控制系統(tǒng)組成原理
在試驗中直流電機1ZF和2ZF由西門子全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)（6RA70）拖動控制，根據(jù)不同的試驗項目，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的電樞電壓，即雙機拖動;二是調(diào)速方式，要求對1ZF的轉(zhuǎn)速進行穩(wěn)定控制，即轉(zhuǎn)速負反饋單機拖動控制。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給出變址參數(shù)即可實現(xiàn)。
圖1 機組拖動控制原理
圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
3 雙機拖動控制系統(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，安全保護措施全面，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)以及控制量的指標參數(shù)等等。由于試驗要求不同，雙機組控制系統(tǒng)有兩種運行方式，我們通過X171的端子39進行切換。當端子39為“0”（0V），則bit17bit16=00B，變址為1，選擇第一組參數(shù)，系統(tǒng)工作于雙機組拖動調(diào)壓方式;當端子39為“1” （24V），則bit17bit16=01B，變址為2，既選擇第二組參數(shù)，系統(tǒng)工作于單機拖動調(diào)速方式。顯然這兩種運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，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)和其他的控制指標參數(shù)可直觀方便的進行在線修改和調(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“自動優(yōu)化運行”模式，系統(tǒng)通過各種測試，對各調(diào)節(jié)器控制參數(shù)進行整定和優(yōu)化。另一種是按“手動優(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)運行情況在線逐步優(yōu)化，直到各性能指標達到要求為止。
若要監(jiān)視系統(tǒng)中各檢測量的變化和運行狀態(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，可同時選擇、顯示7個模擬量。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，可同時選擇、顯示4個開關(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
雙機組拖動控制系統(tǒng)已研制完成，并在某廠的中型電機試驗站中投入使用。其中觸摸屏與計算機數(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為觸摸屏試驗項目選擇界面之一。當控制系統(tǒng)工作于遠程控制模式時，可由上位機給出變址號選擇指令（0、1），以選則雙機組拖動控制系統(tǒng)工況; 當控制系統(tǒng)工作于當?shù)乜刂颇Ｊ綍r，由人工操作給出變址號選擇指令。這種當?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，并且不會因為某一臺設(shè)備出現(xiàn)故障而影響整個系統(tǒng)的工作與運行。
經(jīng)過實際應(yīng)用，該雙機組拖動控制系統(tǒng)各性能指標達到了設(shè)計要求。在雙機組拖動調(diào)壓方式時，兩臺電機起動平穩(wěn)，當負載發(fā)生突變時電壓超調(diào)量小于3%。在單機組拖動調(diào)速方式時，當負載發(fā)生突變時轉(zhuǎn)速超調(diào)量小于1%。
圖3 試驗項目選擇界面
5 結(jié)束語
經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試與實踐應(yīng)用，雙機組拖動控制系統(tǒng)運行性能良好，方便可靠。與以前人工單機控制相比，改自動控制系統(tǒng)的運用，減輕了實驗站工作人員的勞動強度，提高了工作效率。將其與計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)合起來應(yīng)用與電機的型試試驗中，使測試數(shù)據(jù)更加客觀準確，為進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量提供有利的條件，受到用戶的好評。
參考文獻
[1] SIMATIC S7-200可編程序控制器產(chǎn)品手冊
[2] SIMOREGK 6RA23/24 系列全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)使用手冊
[3] 賴壽宏. 計算機控制技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社，2000.5