圖1 I/0分配與功能圖

2.2 變頻器控制系統(tǒng)
本系統(tǒng)的傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速由變頻器控制。控制部分主要由PLC、變頻器、光電接近開關(guān)組成。傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)部分采用日本SANKEN公司IF－7.5K變頻器驅(qū)動(dòng)變頻電機(jī)。采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)矢量控制，調(diào)速范圍0～2500r/min,調(diào)速精度<0.02%。PLC通過模擬量輸出單元將0～6000的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20mA電流信號(hào)給變頻器作為頻率輸出設(shè)定。傳動(dòng)軸實(shí)際轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)由PG光電接近開關(guān)檢測(cè)輸出，其輸出脈沖經(jīng)PLC計(jì)算作為電機(jī)的速度負(fù)反饋信號(hào)。
根據(jù)生產(chǎn)工藝對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)穩(wěn)態(tài)精度及跟隨能力的要求，變頻器內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)器設(shè)定為比例積分調(diào)節(jié)方式，由PLC的速度給定值與由脈沖編碼器檢測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)速度反饋值比較后，得到速度偏差，經(jīng)比例積分控制器處理后，輸出的二次電流信號(hào)作為頻率輸出，送矢量控制系統(tǒng)，控制電機(jī)運(yùn)行。恒功率的分界點(diǎn)以及它們的頻率范圍內(nèi)的P.I值，由現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷調(diào)試確定，已達(dá)到最佳運(yùn)行效果。
因?yàn)檗D(zhuǎn)角電機(jī)的頻繁快速啟停，制動(dòng)時(shí)經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生很高的泵升電壓，因所選變頻器為交-直－交電壓源時(shí)，泵開電壓不能回饋電網(wǎng)，故采用制動(dòng)單元并配以電阻加以吸收。當(dāng)變頻器直流電路升高到一定值（660VDC）時(shí)，制動(dòng)單元中的IGBT管被觸發(fā)導(dǎo)通，接通制動(dòng)電阻回路，將轉(zhuǎn)角電機(jī)的回饋電能消耗在制動(dòng)電阻上，以滿足快速停止的要求。
2.3 溫度控制系統(tǒng)
試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)范圍為－60℃～150℃，具體值由操作員現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定。系統(tǒng)加熱時(shí)采用三個(gè)晶閘管控制的電加熱管，合上主回路的操作開關(guān)，整個(gè)加熱裝置開始運(yùn)行，未達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，固態(tài)繼電器SSR1吸合，1號(hào)加管加熱，系統(tǒng)逐級(jí)開啟2號(hào)，3號(hào)加熱管。達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，進(jìn)入保溫階段，采用控制3號(hào)，2號(hào)加熱器的輸出通斷來調(diào)功調(diào)溫。使用控制箱風(fēng)機(jī)來保證溫度均勻變化。如果箱內(nèi)溫度達(dá)到高溫界限，系統(tǒng)將會(huì)報(bào)警。
單級(jí)蒸汽壓縮制冷所能達(dá)到的蒸發(fā)主要取決于冷凝溫度及壓力比，對(duì)于氟利昂制冷劑，一般壓力不超過10，這樣采用單級(jí)蒸汽壓縮制冷循環(huán)，一般只能制取-20～-40℃的低溫因此采用單級(jí)蒸汽壓縮制冷循環(huán)將無法滿足本系統(tǒng)制取-60℃低溫的要求，在此情況下，決定采用兩臺(tái)低溫壓縮機(jī)組成的復(fù)疊式制冷系統(tǒng)，兩級(jí)復(fù)疊制冷系統(tǒng)將第一級(jí)蒸發(fā)器與第二級(jí)冷凝器復(fù)疊在一起，使第二級(jí)低溫制冷劑在－35℃左右冷凝，在－80℃左右蒸發(fā)，以獲得系統(tǒng)所需要的低溫。

圖2 溫度控制系統(tǒng)電路圖

3、PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
為了方便調(diào)試和編程，整個(gè)軟件系統(tǒng)采用模塊化編程，主要由手動(dòng)運(yùn)行模塊，自動(dòng)運(yùn)行模塊和故障診斷和報(bào)警模塊。在軟件編制時(shí)，采用了一些抗干擾措施，增強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力，在計(jì)算機(jī)上可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)操作，控制并觀察現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備的運(yùn)行情況。
當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，PLC接收各設(shè)備狀態(tài)，由此判斷各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，可單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)變頻電機(jī)、加熱器、制冷系統(tǒng)的壓縮機(jī)。便于系統(tǒng)的調(diào)試和維修。
系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，只須按照計(jì)算機(jī)屏幕提示，設(shè)置操作參數(shù)，，試驗(yàn)即完全自動(dòng)進(jìn)行下去，并在計(jì)算機(jī)屏幕上實(shí)時(shí)顯示各設(shè)備參數(shù)。試驗(yàn)過程中或試驗(yàn)結(jié)束后，均可按照提示選擇打印方式打印。以下重點(diǎn)介紹溫度控制子程序。
由于系統(tǒng)采用三套晶閘管控制的電加熱器。常用的控制方式有兩種：一種是分段開關(guān)控制，根據(jù)溫度的高低，逐級(jí)開啟或關(guān)閉加熱器。這種方法溫度偏差大，精度較低。另一種是PWM脈寬調(diào)制，在PLC中實(shí)現(xiàn)PWM程序比較復(fù)雜。回路中的電加熱器為滿足溫度恒定的需要，經(jīng)常切換工作狀態(tài)，而常規(guī)的電磁繼電器開關(guān)觸電易磨損，壽命短。所以對(duì)第一種方法進(jìn)行改進(jìn)。
由于系統(tǒng)是二階系統(tǒng)，在系統(tǒng)溫度下降時(shí)，增加加熱管，溫度由于慣性的原因，溫度繼續(xù)下降一段時(shí)間后再上升，同樣減少加熱管，溫度會(huì)上升一段時(shí)間后再下降。我們將前后兩次測(cè)量值進(jìn)行比較，得到溫度偏差e，系統(tǒng)根據(jù)e來控制加熱器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。當(dāng)e較大時(shí)，此時(shí)通過逐級(jí)打開加熱器來調(diào)整溫度。
啟停切換順序?yàn)椋簡?dòng)順序：1＃ 2＃ 3＃；停止順序：3＃ 2＃ 1＃；溫度的變化值e: e=Ti－Ti－1。其中Ti ,Ti－1分別是本次溫度采樣值與前次溫度采樣值，并記試驗(yàn)箱溫度允許上限為HSP，允許下線為LSP。PV為溫度測(cè)量值。考慮到前后兩個(gè)采樣周期的變化溫度e變化不大。當(dāng)當(dāng)前溫度值PV＋前一個(gè)周期變化溫度值e﹥溫度設(shè)定上限HSP時(shí)，就減少加熱管。反之，當(dāng)PV+e﹤LSP時(shí)，就增加電加熱管。程序框圖如圖3所示。

圖3 溫度控制流程圖

電氣系統(tǒng)已設(shè)計(jì)了各種保護(hù)，并直接作用至斷電，其中包括：缺相保護(hù)、過載保護(hù)、旁路保護(hù)。 其中變頻器具有短路、過載等保護(hù)功能，當(dāng)變頻器所驅(qū)動(dòng)的電機(jī)發(fā)生短路、過載等故障時(shí)，變頻器將自動(dòng)切斷一次供電回路，進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)并輸出報(bào)警信號(hào)，系統(tǒng)把各故障點(diǎn)相應(yīng)的接觸器、短路器等元件的輔助觸電接到PLC，PLC掃描輸入這些觸電的狀態(tài)，并通過PLC程序?qū)⑦@些狀態(tài)存放在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，再結(jié)合控制程序和設(shè)備預(yù)置狀態(tài)進(jìn)行邏輯分析，判斷設(shè)備或元件是否出了問題。
4、結(jié)束語
可編程控制器（PLC）控制的汽車傳動(dòng)軸防塵罩高低溫試驗(yàn)箱可以控制傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度、調(diào)整其運(yùn)行環(huán)境溫度、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)箱內(nèi)各種變量狀態(tài)、靈活處理數(shù)據(jù)的通信，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在計(jì)算機(jī)上，而且可以將所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)打印輸出，以便后查。大大提高了系統(tǒng)的效率。