PLC控制器和变频器技术在门机上的应用

摘要：介绍了PLC控制器与变频器调速原理。说明了PLC控制器与变频器技术在MQ530门机上的应用情况，分析了使用PLC控制器控制变频器调速后的效果，即在调速范围内方便连续控制。使得各机构运行平稳，机械冲击力小，延长了门机使用寿命，减少了故障发生率。
扬子运输有限公司8号码头原有的2台门机是建厂初期建设的，主要担负扬子石化公司的固体物料进出装卸任务。随着扬子石化公司的改扩建和扬子石化一巴斯夫有限责任公司的建立，2台门机的使用频率越来越高，一直满负荷.超负荷的作业。随着使用时间的延长，2台门机的故障率开始上升，经常过流使主接触器触头烧坏.粘连在一起造成缺相或短路故障。同时原门机电气控制使用了大量的继电器.接触器，电气结构复杂，维护困难，不易调整，故障率高。采用电机转子串联切割电阻，进行有级调速，使得门机工作时极不平稳，并且能耗大（因为能量消耗在串联的电阻片上了）.效率低。因此新门机（MQ53o）上采用了先进平稳的无极变频调速技术。
1.PLC控制器与变频器调速原理
1.1.PLC控制器
PLC是可编程控制器的简称，可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，是1台专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入.输出接口，并且具有较强的驱动能力。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为3个阶段，即输入采样，用户程序执行和输出刷新3个阶段。完成上述3个阶段称为1个扫描周期，在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行3个阶段。
在输入采样阶段，PLC控制器以扫描方式依次读入各类按钮.开关类电器主令控制器的输入状态和数据，并将它们存入I/0(输入/输出)映象区中的相应单元内。在用户程序执行阶段，PLC控制器总是按顺序由上而下的依次扫描，预编好的各种软继电器及其触点组成逻辑程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右.先上后下的顺序对由触点构成的控制线路图进行逻辑运算，然后根据逻辑运算结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM 储存区中对应的状态，或者刷新该输出线圈在I/0 映象区中对应位的状态；确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。当扫描用户程序结束后，PLC控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/0映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的被控负载，如各种电磁阀线圈.接触器.信号指示灯或变频器等执行电器，这时才是PLC控制器的真正输出。
1.2.变频器调速原理 
变频器简单地说就是将电源的三相(或单相)交流电，经整流桥整流为直流电(交一直变换)，再把直流电经逆变器变为电压和频率可调的三相(或单相)交流电源(直一交变换)。其间电能不发生任何变化，而只有频率发生改变。转子的转速计算公式如下：
n= 60×f×(1-s)/p (1)
式中：n -- 转子的转速；
f --定子频率；
s -- 异步电动机转差率；
p -- 磁极对数。
由式(1)可知，异步电动机调速的途经有改变磁极对数.改变转差率和调整输入频率。改变电机的磁极对数实际上就是改变定子旋转磁场的转速，加上电机的磁极对数是相对固定的，所以只有通过改变定子绕组的接法来实现。但是这种方法的缺点是显而易见的，主要是：最多只有4挡调速，不能得到最佳的运行效果，负载能力下降，工作效率下降，调速时必须改变绕组的接法，故控制电路比较复杂。改变转差率是通过在转子电路中串联电阻来实现的，这种方法只能用于绕线式电机，其缺点是因为要串联的电阻在电机外部，在电机的结构上就必须加入电刷和滑环，增加了故障率，同时调速电阻上将白白地消耗掉许多电能，调速后的机械特性比较“软”，不理想。