基于变频器PLC控制的系统实现

圆筒型永磁直线电机驱动的抽油机需要做周期性的往复运动。一般的说，永磁同步电机的控制需要位置的反馈，而在井下采用位置传感器将大大的降低系统的可靠性，且难以实现。为此本章提出采用PLC定时控制变频器输出的变化实现系统需要的运行，以满足实际工程的需要。 ### 基于变频器PLC控制的系统实现 #### 一、系统背景与需求分析 本系统针对圆筒型永磁直线电机驱动的抽油机应用进行研究。抽油机需要完成周期性的往复运动，而传统的永磁同步电机控制通常依赖于位置反馈来确保准确性和稳定性。然而，在井下环境中部署位置传感器会显著降低系统的可靠性和实施难度。因此，本文提出了一种基于PLC定时控制变频器输出变化的方法来满足系统运行的需求。 #### 二、关键技术介绍 ##### 1. 变频器的选择 - **负载特性**：变频器的选择需根据驱动电机的负载特性确定。例如，本实验系统的功率小于4kW，这决定了变频器的功率等级。 - **电压级别**：系统采用380V输入电源，直线电机的额定工作电压为100V，因此变频器必须能够支持这一电压范围。 - **额定输出**：包括额定输出容量和额定输出电流。额定输出容量是指在额定输出电压和额定输出电流下的三相视在输出功率。 - **输出频率范围**：变频器应能提供足够的频率范围以适应不同的工作场景。本系统的工作频率为5Hz。 根据上述要求，最终选择了富士变频器FVR—G7S型作为实验设备之一。该型号的变频器具有广泛的控制范围（0.2~400Hz），适合多种应用场景，并且具有良好的性能指标，如频率控制精度和电压/频率特性等。 ##### 2. 实验设备 - **富士变频器FVR—G7S**：负责驱动电机。 - **OMRON可编程序控制器SYSMAC C40P**：用于控制变频器输出的变化。 - **示波器**：用于监测电流波形等信号。 - **圆筒型永磁直线同步电机样机**：本系统的核心部分，用于实现周期性的往复运动。 ##### 3. 系统接线图 系统采用基于变频器和PLC控制的设计方案，其中正反运动的定时控制由PLC控制器实现。具体接线图如图5-1所示。 #### 三、系统实现 ##### 1. 系统接线与配置 - **变频器**：连接至电机，通过调整输出频率控制电机的速度。 - **PLC**：编程实现定时控制逻辑，控制变频器输出的变化。 - **示波器**：用于监测电流波形等信号，帮助分析系统的运行状态。 ##### 2. 实验结果 通过对设计制造的圆筒型永磁直线同步电机实验样机及PLC变频控制系统的实际运行实验，获得了以下结果： - **正向运动**：如图5-2所示，一相电流波形呈现出良好的可控性。 - **反向运动**：如图5-3所示，同样显示出良好的电流波形。 - **往复运动**：如图5-4所示，一个完整的运动周期内电流波形的变化符合预期。 - **两相电流波形**：如图5-5所示，在一个正反向运动周期内，两相电流波形表现出高度的可控性和稳定性。 这些实验结果表明，基于PLC定时控制变频器输出变化的方法能够有效地控制圆筒型永磁直线电机的周期性往复运动，满足油田抽油机的实际使用要求。 #### 四、总结 本章通过采用PLC控制变频器输出变化的方式，成功实现了圆筒型永磁直线电机的周期性往复运动控制。实验结果显示，该方法不仅能够有效控制电机的运动方向和速度，还能够通过调节频率实现抽吸次数的改变，较好地满足了油田抽油机的实际使用要求。此外，这种方法避免了在井下环境中使用位置传感器所带来的问题，提高了系统的可靠性和实用性。未来的研究可以进一步探索如何优化控制策略以及提高系统的效率和响应速度等方面的问题。