DB50/50机械(齿轮)传动系统性能试验机电气控制

孙 勇，魏志远，田宝胜

(中机试验装备股份有限公司，吉林 长春 130103)

1 引 言

近年，来随着我国工业自动化的迅猛发展，对工业电气控制节能也提出了更高的要求。DB50/50机械(齿轮)传动系统性能试验机采用电能量回馈封闭结构，通过变频电机模拟加载输入，采用电力测功机(电机)模拟负载扭矩，采用共直流母线技术，将模拟负载扭矩产生的电能量回收为输入端驱动输入供电，以电能量的形式形成寄生功率，从而达到节能的目的。

2 主机结构

DB50/50机械(齿轮)传动系统性能试验机如图1所示，该试验机的传动、负载装置为试验提供传动、负载力，对传动效率、转速要求都很高。综合考虑，拖动电机和负载电机都选用功率为75kW的变频电机，控制选用与之匹配的ABB的ACS800系列变频器(变频器参数设定见表1)。ACS800系列变频器可通过DP总线与PLC组态建立通信，达到实时交互控制的效果。同时，在变频器端加入编码器采集卡，电机端加入编码器，使变频器与电机间形成转速闭环系统，从而达到对电机转速的精确控制。

图1 主机外观

参数代码含义设定值备注10.01定义外部EXT1控制信号源COMM.CW现场总线控制字10.03电机旋转方向REQUEST允许用户定义转向11.02选择控制口COMM.CW现场总线控制字11.03选择外部信号源COMM.REF现场总线给定值REF151.01总线类型Profibus DP51.02节点地址451.03波特率1500 52.04PPO类型598.02选择外部通信接口FIELDBUS

3 电气控制主控制系统

3.1 共直流母线原理

目前，国内很多交流变频采用PWM调速方式，变频器并没有设计使再生能量反馈到三相电网的功能。因此，所有变频器从电动机吸收的能量都会保存在电解电容中，最终导致变频器中的母线电压升高。如果变频器配备制动单元和制动电阻，变频器可通过短时间接通电阻，使电能以热方式消耗掉。在没有制动电阻和能量反馈单元的情况下，变频器经常性过压、制动会导致变频器发生变频跳闸、停机现象，影响正常生产。

在这种情况下，如果有多个传动变频器通过直流母线互连，一个或多个电动机产生的再生能量就可以被其他电动机以电动的方式消耗吸收。这是一种非常有效的工作方式，即使有多个部位的电动机一直处于连续发电状态，也不用再去考虑其他的处理再生能量的方式。主要控制过程为：变频器交流端先供给380V交流电，待变频器正常运行后，接触器线圈吸合，直流端闭合，此时变频器的闭环系统才算完成。

DB50/50机械(齿轮)传动系统性能试验机采用共直流母线技术，使能量通过母线流动供其它传动使用，达到节能、提高设备运行可靠性等目的。共直流母线原理如图2所示。

图2 共直流母线原理图

图2中，1为隔离变压器，主要作用是对主电源与本设备电源隔离，目的是为了隔离回馈后的电能逆变(斩波)对主电源下其它设备和科学仪器的影响。2为负载控制及回馈和逆变系统，主要用于负载的控制和发电后的整流、滤波、逆变、相位测控并网的功能的实现。3为负载电机，用于负载的模拟和发电。4为试样，同时也是试验机的被测对象和拖动装置，一般为车桥或传动轴。5为传动装置，模拟传动输入转速。

3.2 上位机系统

上位机系统采用西门子S7-300PLC，是可靠性高、稳定性强、实时处理能力强的工业领域控制系统。计算机具有良好的人机界面和综合管理功能，方便用户进行参数设定、数据采集等。PLC控制系统包括3个部分：计算机监控系统、西门子PLC、主机传感器。

西门子电控系统的基本组成：主流的CPU315-2 PN/DP、接口模块、通信模块、连接电缆、I/O模块、存储卡等。西门子PLC适用于中端性能要求的模块化小型控制系统，各种性能的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务，具有简单实用的分布式结构和多接口网络能力，应用十分灵活，控制任务增加时，可自由扩展，功能非常强大。

对PLC与变频器之间进行组态(如图3所示)，将PLC作为主站控制变频器1和变频器2，变频器1为从站1，变频器2为从站2。PQW264为从站1的控制字，PQW266为从站1的速度给定值；PQW292为从站2的控制字，PQW294为从站2的速度给定值。 通过以上设定， 可编写控制启动停止的主程序，如图4所示。

图3 PLC与ACS800组态结构图

图4 逻辑框图

4 结术语

根据对试验结果的分析，设计的自动化电气控制系统可达到节能、增效的目的，进而大大提高传动轴试验的灵活性和可靠性。在工业应用中，针对同轴连接需要同步运行的场合，主从控制是一种最佳的选择方案，不仅能够保证多个同轴电机的同步运行，而且可较好地实现负载的均匀分配，减少了设备因不同步、负载分配不平衡而导致的系统故障和产品质量差等现象的发生。