1 引言
隨著我國工業化進程的不斷加快，大功率異步電動機在工業生產中所占的比重越來越大。能否成功的解決好大型電機的起動問題直接關系到電網穩定，電機的使用壽命及經濟運行。異步電機起動時，過大的起動電流將產生不良影響，主要有以下兩方面:
(1) 產生較大的線路壓降，使電網電壓波動過大，影響并聯在電網的其它電機的正常運行。在保證生產機械所要求的起動轉矩，又不影響其它用電設備正常運行時，電機引起的電網壓降，可達20%或更大;
(2) 對那些慣性較大，起動時間較長或起動頻繁的電機來說，過大的電流將使電機繞組絕緣過熱而老化。因此，大容量電動機的起動電流必須加以限制。
目前國內大型電動機的起動方法主要有星-三角減壓起動、自耦減壓起動、延邊三角形起動和晶閘管移相調壓軟起動及變頻起動。前4種方法投資較小，限制了電機起動沖擊電流的最大值，但在起動過程中由于狀態切換時仍會產生較大的電流，使電機的起動電流曲線不平滑，依然受到沖擊電流的影響，因此效果不理想;晶閘管軟起動器和變頻起動雖然能使電機平滑起動，但設備成本相對較高，對還處于發展階段的我國企業來說，如果大量使用，無疑增加了很大的負擔。
磁控式電機軟起動裝置是近年來開始在工業上逐漸被認可的一種大型電機軟起動裝置。它投資較小，起動效果好。它的基本工作原理是將電壓調節式可調電抗串聯在籠型電機的轉子回路中，電機起動前可調電抗值為最大值l0。電機起動時由于串聯了可調電抗，起動電流較小。起動過程中通過plc調節裝置調節可調電抗的控制電壓,使之電抗逐漸減小至零，電機由起動狀態平穩過渡到正常運行狀態，再將可調電抗旁路后退出運行，電機起動過程完成。本文探討可編程控制器在磁控式電機軟起動裝置中的應用。
2 磁控式plc電機起動控制系統結構
2.1 系統原理框圖
磁控式可調電抗原理圖如圖1所示，電抗原始值為l0，可調電源的電流值改變時，由于互感的作用，電抗的輸出值也隨之變化。合理選擇電感參數，可使電源電壓由小到大變化時電抗輸出值在l0-0之間變化。
圖1 磁控式可調電抗的原理圖
在實際裝置中電抗有3組，分別串聯在電機的三相繞組中，可調電源為可控硅交流調壓裝置，通過改變可控硅的觸發角來改變輸出電壓，從而改變電抗的輸出電抗值。
系統原理框圖如圖2所示。
圖2 磁控式電機軟起動裝置框圖
圖2中，m為籠型電機,電抗控制部分由plc主控模塊、a/d模塊、電流互感器、可控硅交流調壓裝置及其觸發單元、可調電抗等構成。
磁控式可調電抗的輸出端串聯在籠型電機的轉子回路中，控制端口接可控硅的輸出端。plc控制系統中給定值為電機額定電流值, 反饋電流值是用電流互感器取電機的一相轉子電流，經a/d轉換后送入plc。電機起動前旁路開關km2斷開，可調電抗開關km1閉合，使可調電抗串聯在電機的轉子回路中, 電機斷路器qf0在斷開位置。此時可調電抗的值為其最大值l0。
起動時plc發出信號先合上斷路器qf0，電機開始起動，i0迅速增大。a/d模塊將電流互感器送來的電流量模擬值轉換為反饋數字信號送入plc。plc得到反饋信號后開始進行pid運算。運算的結果是數字量，經過d/a轉換后輸出電壓模擬量，控制可控硅觸發角，使可控硅輸出電壓逐漸增大，從而使可調電抗值l0逐漸減小。隨著電機的起動，反饋值i0不斷減小，因此plc的輸出電流模擬量值不斷增大，使可控硅輸出電壓值不斷增大，可調電抗值不斷減小。當可調電抗值減小到零時，電流反饋值與給定值相等,電機的轉子電流由最大值減小到額定值。此時plc發出信號，合上km2，可調電抗被旁路，電機正常運行，這時斷開km1，使可調電抗平穩退出，起動過程結束。
2.2 plc的選擇與配置
根據裝置工作需要，選用性價比較高的西門子公司的s7-200系列可編程控制器來構建控制系統。
主控單元選用cpu222ac/dc/relay，采用交流220v電源供電，主模塊本身帶有8路開關量輸入，用于檢測控制命令和開關狀態;6路繼電器型開關量輸出，用于各操作開關的控制。同時擴展了一塊模擬量輸入/輸出模塊em235，它有4路模擬輸入，用于檢測起動過程中的轉子電流;1路模擬輸出，用于將plc主機中運算處理得到的控制信號轉換為模擬量輸出至觸發控制板，從而調整可調電抗器的等效電抗，達到控制啟動電流的目的。
lc模塊配置如圖3所示。
圖3 plc模塊配置圖
為使操作過程簡單、可靠，本裝置盡可能減少輸入和輸出量。plc主模塊上輸入開關量有6個，其中3個為控制命令，它們是:i0.0(主機起動)，i0.1(主機急停)，i0.2(試驗起動);另3個為開關狀態:i0.3(qf0開關合)，i0.4(km1開關合)，i0.5(km2開關合)。6個輸出開關量分別為:q0.0(qf0合)，q0.1(km1合)，q0.2(km1分)，q0.3(km2合)，q0.4(km2分)，q0.5(故障報警)。qf0開關的分閘由外部停止命令直接控制，當起動過程中故障時，q0.5也可以用于qf0開關的跳閘。a/d模塊上僅有aiw0(模擬量輸入)、aqw0(模擬量輸出)兩個量。輸入反饋量與給定量相等時將其置標志位m0.0。
3 軟件編程
大型電機軟起動裝置軟件部分主要包括模塊自檢、開機判斷、pid運算、超時及故障保護、開關量順序控制等
。
軟件采用模塊化思想編程，程序流程圖如圖4所示。
圖4 plc控制程序流程圖
plc首先進行模塊自檢,若模塊有故障則發告警信號，程序不往下執行，直接退出;若模塊無誤，則將各變量置初值，等待起動信號。當檢測到起動信號時開始起動過程，并將檢測到的轉子電流信號與設定值進行比較，通過pid運算后調整輸出到觸發控制板的模擬信號的大小，以盡量使實際轉子電流與設定值一致。當轉子電流大于設定值時，則減小輸出的模擬控制電壓以增大等效的電抗值;當轉子電流小于設定值時，則增大輸出的模擬控制電壓以減小等效的電抗值。當轉子電流小于或等于設定值時，且等效電抗已減小為0時，則執行相關的開關量順序控制，使可調電抗退出運行，起動過程結束。為了防止采集數據的誤差引起plc輸出調節量不準確而導致起動時間過長，可在軟件中設置起動超時保護，即設置一個起動最大時限，到了這個時限后若檢測的轉子電流仍大于設定值，plc將發信號結束起動過程，以保證電機的正常工作。
4 結束語
采用plc控制的串連可調電抗的方法進行大型電動機的軟起動，可將起動沖擊電流最大值控制在額定值的3倍以下，且起動過程平穩迅速，使電網電壓波動較小，滿足了電機起動的需要。再加上利用高可靠性的plc控制器進行起動過程電流的閉環調節和啟動過程中的邏輯切換控制，極大地提高了整個系統的可靠性。本裝置研制成功后在實踐中取得了滿意的結果。
參考文獻
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作者簡介
葉衛華 武漢大學動力與機械學院02級研究生,主要從事電力系統運行、機電一體化自動裝置設計工作。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
