電力拖動負載模擬器是電力拖動自動控制實驗的重要設(shè)備，電力拖動負載模擬系統(tǒng)又是負載模擬的發(fā)展方向，所以開展電力拖動負載模擬系統(tǒng)設(shè)計十分有必要。下面文章主要圍繞電力拖動負載模擬系統(tǒng)，從三種典型的電力拖動負載，恒轉(zhuǎn)矩負載、恒功率負載以及風(fēng)機泵類負載，分析三者的特征，然后以磁粉離合器作為負載模擬元件，分析在磁粉離合器下三種典型負載的工作特性，建立磁粉離合器模型，完成利粉離合器加載平臺的開發(fā)。

　　【關(guān)鍵詞】電力拖動,典型負載,模擬系統(tǒng),設(shè)計與實現(xiàn)

　　1機械負載模擬和監(jiān)控系統(tǒng)介紹

　　基于PCL為控制器的機械負載模擬和監(jiān)控系統(tǒng)可以對磁粉離合器實現(xiàn)閉環(huán)控制，該負載模擬和控制系統(tǒng)主要由觸摸屏、CANopen通信接口、PLC、CANopen接口的變頻器、電機、磁粉制動器、磁粉制動器控制電源以及光電編碼器組成。在運行過程中，觸摸屏通過以太網(wǎng)和 PLC連接 ，PLC再通過 CANopen通信接口與變頻器連接，從而實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速、功率以及轉(zhuǎn)矩的控制與檢測。

　　在此負載模擬和監(jiān)控系統(tǒng)中，為了計算精確的電機轉(zhuǎn)速、功率和期望的轉(zhuǎn)矩，控制電源也發(fā)揮了重要的作用。首先通過 PLC輸出模擬控制信號，控制電源在接收后輸出直流電壓，該電壓可以實現(xiàn)對磁粉制動器的控制。而控制電源是處于持續(xù)輸出電壓的狀態(tài)，開關(guān)的頻率很高，因此磁粉制動器也處于持續(xù)工作狀態(tài)，所以可以得出，磁粉制動器的制動轉(zhuǎn)矩是和制動器線圈的電壓成正比。

　　此外，觸摸屏在工作中的作用是設(shè)定負載特性曲線，通過以太網(wǎng)和PLC連接后，PLC又通過 CANopen接口與變頻器連接，變頻器連著電動機，所以在觸摸屏設(shè)置好負載特性后，PLC可以實現(xiàn)對電動機的實時檢測和控制。最后，通過設(shè)定的負載特性計算出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，然后通過轉(zhuǎn)矩進行 PI計算得出所需要的控制模擬信號，該信號輸出到控制電源，控制電源和制動器連接，使得磁粉制動器產(chǎn)生所期望的轉(zhuǎn)矩。

　　2PLC軟件設(shè)計與實現(xiàn)

　　上述機械負載模擬和監(jiān)控系統(tǒng)主要的設(shè)備包括 PLC、觸摸屏、變頻器和控制電源，而系統(tǒng)的核心設(shè)備是 PLC，因此主要對基于 PLC軟件的設(shè)計方案進行研究。

　　2.1PLC系統(tǒng)配置方案

　　PLC系統(tǒng)配置由機架模塊、CPU模塊和模擬量輸出模塊構(gòu)成，CPU模塊上有 CANopen總線和 Ethernet總線，模擬量輸出模塊上為了提高信號在傳輸過程中的抗干擾能力，選擇了O-20n~的電流輸出模式。此外，CANopen總線和變頻器相連接。至于機架模塊和總線上的其他設(shè)備暫沒有配置。

　　2.2典型負載模擬系統(tǒng)的控制流程

　　負載模擬系統(tǒng)的控制流程如下：首先通過以太網(wǎng)實現(xiàn)觸摸屏和 PLC的連接，通過 CANopen總線實現(xiàn) PLC與變頻器聯(lián)網(wǎng)。其次 PLC可以從變頻器讀取電動機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)，從觸摸屏獲取設(shè)定好的負載類型和特性曲線等數(shù)據(jù)。然后根據(jù)獲得的電動機轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和設(shè)定的負載類型與特性，通過計算得到控制模擬信號，并輸出控制電壓到控制電源。

　　最后控制電源讀取電機的轉(zhuǎn)速和所期望的轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)制動器轉(zhuǎn)矩的獲取，將數(shù)據(jù)顯示在觸摸屏上。以恒功率負載為例，在獲得該負載特性時，首先從變頻器獲得電動機的轉(zhuǎn)速 n，然后從觸摸屏獲得負載特性參數(shù) K，并通過觸摸屏設(shè)定好 K的取值范圍，在計算控制量時還需要規(guī)定 13的取值范圍，然后通過公式：輸出模擬控制量 =K/n計算得到控制量。并輸出控制電壓到電源，制動器可根據(jù)控制量算出所期望的功率。

　　2.3PLC控制命令

　　PLC的控制命令包括五個，即讀取電機的轉(zhuǎn)速、獲取負載類型和特性系數(shù)并進行負載特性運算、輸出變頻器控制命令、控制轉(zhuǎn)矩閉環(huán)以及。其中電機轉(zhuǎn)速讀取是通過變頻器從電機讀取電機的轉(zhuǎn)速和相對轉(zhuǎn)矩，然后將電機轉(zhuǎn)速和相對轉(zhuǎn)矩以整形變量的形式存儲到單元中，PLC通過CANopen總線獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)。負載類型和特性系數(shù)獲取以及運算命令，以恒功率負載為例，在運算命令時因為負載系數(shù)是浮點型變量，所以需要將整型變量，一電動機轉(zhuǎn)速也變?yōu)楦↑c型變量后進行運算。控制輸出變頻器命令包括變頻器轉(zhuǎn)速設(shè)定命令和變頻器起停命令。關(guān)于轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制命令，是因為為了實現(xiàn)計算得到的轉(zhuǎn)矩是符合期望值的，所以在系統(tǒng)中加了磁粉制動器，并加入 PI運算實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制，然后通過轉(zhuǎn)矩的特性計算得到期望的轉(zhuǎn)矩。

　　最后關(guān)于模擬量輸出命令，是在模擬量模塊上進行的輸出命令，在執(zhí)行該命令時需要將其中的浮點型變量進行變量類型轉(zhuǎn)換，變成和模擬量模塊的輸入統(tǒng)一的整型變量。

　　2.4觸摸屏界面設(shè)計

　　觸摸屏監(jiān)控界面有兩個功能，第一進行負載類型的選擇和該負載類型特性的設(shè)定，第二顯示相應(yīng)的電機轉(zhuǎn)速和相對期望轉(zhuǎn)矩。在負載類型界面有恒功率負載、恒轉(zhuǎn)矩負載和風(fēng)機泵類負載，以風(fēng)機泵類負載為例，在負載類型特性設(shè)定與監(jiān)控界面，電機觸摸屏便可進入到設(shè)置界面，界面中包括風(fēng)機泵類系數(shù)的輸入框，轉(zhuǎn)速輸入框和停止啟動觸摸鍵，另外也實時顯示電機的轉(zhuǎn)速和相對轉(zhuǎn)矩。

　　3 3種典型負載模擬系統(tǒng)設(shè)計實驗結(jié)果

　　在驗證實驗結(jié)果時每個負載類型選擇轉(zhuǎn)速和相對轉(zhuǎn)矩作為負載系數(shù)，根據(jù)實驗表明每種負載模擬系統(tǒng)設(shè)計符合期望結(jié)果，以風(fēng)機泵類負載特性為例，變頻器采用的是磁通矢量閉環(huán)控制，因為閉環(huán)控制的實現(xiàn)所以可以得到期望的轉(zhuǎn)矩，其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系可以用公式：T=K，iq來表示。因為變頻器的轉(zhuǎn)矩是負載轉(zhuǎn)矩和空載轉(zhuǎn)矩的和，所以當(dāng)空載轉(zhuǎn)矩不變，而總轉(zhuǎn)矩減少時，變頻器反饋的轉(zhuǎn)矩也會減少。

　　4結(jié)語

　　本文設(shè)計了電力拖動典型負載模擬系統(tǒng)，利用磁粉電動器為加載元件，PLC軟件為系統(tǒng)的控制中心，直流發(fā)電機為測試元件。在較長的工作狀態(tài)下，轉(zhuǎn)矩會隨著轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，而其中的變頻器利用磁通矢量閉環(huán)控制可實現(xiàn)穩(wěn)衡負載。在基于PLC為中心的負載模擬系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)中，通過 PLC設(shè)置方案、負載系統(tǒng)的控制流程設(shè)定、PLC控制命令以及觸摸屏界面的設(shè)計，實現(xiàn)了電力拖動典型負載模擬系統(tǒng)設(shè)計，最終的實驗結(jié)果符合三種典型負載特性。

　　相關(guān)范文閱讀：電力拖動自動控制系統(tǒng)設(shè)計及安全防護

　　下面文章先是介紹了電力拖動自動控制系統(tǒng)的運行原理，接著講解電力拖動自動控制系統(tǒng)設(shè)計要求，也提出了該系統(tǒng)安全防護建議，從而使其真正起到保護電器元件，保護電網(wǎng)，保護電動機的作用，也為了進一步提升電力拖動自動控制系統(tǒng)性能，發(fā)揮其更大的作用。

　　關(guān)鍵詞：電力拖動控制系統(tǒng),設(shè)計要求,安全防護