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机电毕业论文-实现变频调速器多电机控制
[摘要]本文介绍了一种plc与变频调速器构成的多分支通讯网络，阐明了该网络控制调速系统与一般模拟量控制调速系统相比的优越性，给出了系统框图及plc程序。
[关键词]plc变频调速器多电机控制网络通讯协议
一、引言
以变频调速器为调速控制器
的同步控制系统、比例控制系统和同速系统等已广泛应用于冶金、机械、纺织、化工等行业。以比例控制系统为例，一般的系统构成如图1所示。
工作时操作人员通过控制机（可为plc或工业pc）设定比例运行参数，然后控制机通过d/a转换模件发出控制变频调速器的速度指令使各个变频调速器带动电机按一定的速度比例运转。此方案对电机数目不多，电机分布比较集中的应用系统较合适。但对于大规模生产自动线，一方面电机数目较多，另一方面电机分布距离较远。采用此控制方案时由于速度指令信号在长距离传输中的衰减和外界的干扰，使整个系统的工作稳定性和可靠性降低；同时大量d/a转换模件使系统成本增加。为此我们提出了plc与变频调速器构成多分支通讯控制网络。该系统成本较低、信号传输距离远、抗干扰能力强，尤其适合远距离，多电机控制。
二、系统硬件构成
系统硬件结构如图2所示，主要由下列组件构成；
1、fx0n—24mr为plc基本单元，执行系统及用户软件，是系统的核心。
2、fx0n—485adp为fx0n系统plc的通讯适配器，该模块的主要作用是在计算机—plc通讯系统中作为子站接受计算机发给plc的信息或在多plc构成n:n网络时作为网络适配器，一般只作为规定协议的收信单元使用。本文作者在分析其结构的基础上，将其作为通讯主站使用，完成变频调速器控制信号的发送。
3、fr—cu03为fr—a044系列比例调速器的计算机连接单元，符合rs—422/rs—485通讯规范，用于实现计算机与多台变频调速器的连网。通过该单元能够在网络上实现变频调速器的运行控制（如启动、停止、运行频率设定）、参数设定和状态监控等功能，是变频器的网络接口。
4、fr—a044变频调查器，实现电机调速。
在1:n（本文中为1:3）多分支通讯网络中，每个变频器为一个子站，每个子站均有一个站号，事先由参数设定单元设定。工作过程中，plc通过fx0n—485adp发有关命令信息后，各个子站均收到该信息，然后每个子站判断该信息的站号地址是否与本站站号一致。若一致则处理该信息并返回应答信息；若不一致则放弃该信息的处理，这样就保证了在网络上同时只有一个子站与主站交换信息。
三、软件设计
1、通讯协议
fr—cu03规定计算机与变频器的通讯过程如图3所示，
该过程最多分5个阶段。?、计算机发出通讯请求；?、变频器处理等待；?、变频器作出应答；?、计算机处理等待；?、计算机作出应答。根据不同的通讯要求完成相应的过程，如写变频器启停控制命令时完成?~?三个过程；监视变频器运行频率时完成?~?五个过程。不论是写数据还是读数据，均有计算机发出请求，变频器只是被动接受请求并作出应答。每个阶段的数据格式均有差别。图4分别为写变频器控制命令和变频器运行频率的数据格式。
2、plc编程
要实现对变频器的控制，必须对plc进行编程，通过程序实现plc与变频器信息交换的控制。plc程序应完成fx0n—485adp通讯适配器的初始化、控制命令字的组合、代码转换及变频器应答信息的处理等工作。plc梯形图程序（部分程序）如图5所示。
程序中通讯发送缓冲区为d127~d149；接受缓冲区为d150~d160。电机1启动、停止分别由x0的上升、下降沿控制；电机2启动、停止分别由x1的上升、下降沿控制；电机3启动、停止分别由x2的上升、下降沿控制。程序由系统起始脉冲m8002初始化fx0n—485adp的通讯协议；然后进行启动、停止信号的处理。以电机1启动为例，x0的上升沿m50吸合，变频器1的站号送入d130，运行命令字送入d135，enq、写运行命令的控制字和等待时间等由编程器事先写入d131、d132、d133；接着求校验和并送入d136、d137；最后置m8122允许rs指令发送控制信息到。变频器受到信号后立刻返回应答信息，此信息fx0n—485adp收到后置m8132，plc根据情况作出相应处理后结束程序。
四、变频器制动的思路和新方法
在通用变频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传统系统中，当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将可能处于再生发电制动状态；或当电动机从高速到低速（含停车减速时，频率可以突减，但因电机的机械惯性，电机可能处于再生发电状态，传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的六个续流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的逆变器处于整流状态。这时，如果变频器中没采取消耗能量的措施，这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升。如果当制动过快或机械负载为提升机类时，这部分能量就可能
对变频器带来损坏，所以这部分能量我们就应该考虑考虑了。
在通用变频器中，对再生能量最常用的处理方式有两种：(1)、耗散到直流回路中人为设置的与电容器并联的“制动电阻”中，称之为动力制动状态；(2)、使之回馈到电网，则称之为回馈制动状态（又称再生制动状态）。还有一种制动方式，即直流制动，可以用于要求准确停车的情况或起动前制动电机由于外界因素引起的不规则旋转。
在书籍、刊物上有许多专家谈论过有关变频器制动方面的设计与应用，尤其是近些时间有过许多关于“能量回馈制动”方面的文章。今天，笔者提供一种新型的制动方法，它具有“回馈制动”的四象限运转、运行效率高等优点，也具有“能耗制动”对电网无污染、可靠性高等好处。
1、能耗制动
利用设置在直流回路中的制动电阻吸收电机的再生电能的方式称为能耗制动。
其优点是构造简单；对电网无污染（与回馈制动作比较），成本低廉；缺点是运行效率低，特别是在频繁制动时将要消耗大量的能量且制动电阻的容量将增大。
一般在通用变频器中，小功率变频器（22kw以下）内置有了刹车单元，只需外加刹车电阻。大功率变频器（22kw以上）就需外置刹车单元、刹车电阻了。
2、回馈制动
实现能量回馈制动就要求电压同频同相控制、回馈电流控制等条件。它是采用有源逆变技术，将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动。
回馈制动的优点是能四象限运行,电能回馈提高了系统的效率。其缺点是：(1)、只有在不易发生故障的稳定电网电压下（电网电压波动不大于10%），才可以采用这种回馈制动方式。因为在发电制动运行时，电网电压故障时间大于2ms，则可能发生换相失败，损坏器件。(2)、在回馈时，对电网有谐波污染。(3)、控制复杂，成本较高。
3、新型制动方式（电容反馈制动）
3.1主回路原理
整流部分采用普通的不可控整流桥进行整流，滤波回路采用通用的电解电容，延时回路采用接触器或可控硅都行。充电、反馈回路由功率模块igbt、充电、反馈电抗器l及大电解电容c（容量约零点几法，可根据变频器所在的工况系统决定）组成。逆变部分由功率模块igbt组成。保护回路，由igbt、功率电阻组成。
(1)电动机发电运行状态
cpu对输入的交流电压和直流回路电压νd的实时监控，决定向vt1是否发出充电信号，一旦νd比输入交流电压所对应的直流电压值（如380vac—530vdc）高到一定值时，cpu关断vt3，通过对vt1的脉冲导通实现对电解电容c的充电过程。此时的电抗器l与电解电容c分压，从而确保电解电容c工作在安全范围内。当电解电容c上的电压快到危险值（比如说370v），而系统仍处于发电状态，电能不断通过逆变部分回送到直流回路中时，安全回路发挥作用，实现能耗制动（电阻制动），控制vt3的关断与开通，从而实现电阻r消耗多余的能量，一般这种情况是不会出现的。
(2)电动机电动运行状态
当cpu发现系统不再充电时，则对vt3进行脉冲导通，使得在电抗器l上行成了一个瞬时左正右负的电压，再加上电解电容c上的电压就能实现从电容到直流回路的能量反馈过程。cpu通过对电解电容c上的电压和直流回路的电压的检测，控制vt3的开关频率以及占空比,从而控制反馈电流，确保直流回路电压νd不出现过高。
3.2系统难点
(1)电抗器的选取
(a)、我们考虑到工况的特殊性，假设系统出现某种故障，导致电机所载的位能负载自由加速下落，这时电机处于一种发电运行状态，再生能量通过六个续流二极管回送至直流回路，致使νd升高，很快使变频器处于充电状态，这时的电流会很大。所以所选取电抗器线径要大到能通过此时的电流。
（b）、在反馈回路中，为了使电解电容在下次充电前把尽可能多的电能释放出来，选取普通的铁芯（硅钢片）是不能达到目的的，最好选用铁氧体材料制成的铁芯，再看看上述考虑的电流值如此大，可见这个铁芯有多大，素不知市面上有无这么大的铁氧体铁芯，即使有，其价格也肯定不会很低。
所以笔者建议充电、反馈回路各采用一个电抗器。
(2)控制上的难点
（a）、变频器的直流回路中，电压νd一般都高于500vdc，而电解电容c的耐压才400vdc，可见这种充电过程的控制就不像能量制动（电阻制动）的控制方式了。其在电抗器上所产生的瞬时电压降为，电解电容c的瞬时充电电压为νc=νd-νl，为了确保电解电容工作在安全范围内（≤400v），就得有效的控制电抗器上的电压降νl，而电压降νl又取决于电感量和电流的瞬时变化率。
（b）、在反馈过程中，还得防止电解电容c所放的电能通过电抗器造成直流回路电压过高，以致系统出现过压保护。
3.3主要应用场合及应用实例
正是由于变频器的这种新型制动方式（电容反馈制动）所具有的优越性，近些来，不少用户结合其设备的特点，纷纷提出了要配备这种系统。由于技术上有一定的难度，国外还不知有无此制动方式？国内目前只有山东风光电子公司由以前采用回馈制动方式的变频器（仍有2台在正常运行中）改用了这种电容反馈制动方式的新型矿用提升机系列，到目前为止，这种电容反馈制动的变频器正长期正常运行在山东宁阳保安煤矿及山西太原等地，填补了国内这一空白。
随着变频器应用领域的拓宽，这个应用技术将大有发展前途，具体来讲，主要用在矿井中的吊笼（载人或装料）、斜井矿车（单筒或双筒）、起重机械等行业。总之需要能量回馈装置的场合都可选用。
五、结语
1、实际使用表明，该方案能够实现plc通过网络对变频调速器的运行控制、参数设定和运行状态监控。
2、该系统最多可控制变频调速器32台，最大距离500m。
3、控制多台变频器，成本明显低于d/a控制方式。
4、随着变频器的增加，通讯延迟加大，系统响应速度低于d/a控制方式。
参考文献
1、韩安荣.通用变频器及其应用(第2版)[m].北京:机械工业出版社,
2、刘文兵（1981—）男从事过变频器的应用工作，现在台州富凌机电制造有限公司,从事变频器的设计与制造。
鸣谢
在论文完成之际，我真心地感谢在设计之中给予我帮助的荀延龙老师和各位同事，使我如期完成毕业论文，并使我终生受益。
在论文的完成过程中，系里的各位老师对我帮助很大。在此深表谢意！其他的同学也给予我许多关心和帮助，真诚地感谢他们。
引言 制造商对柔性制造的追求和生产规模的不断扩大，相应地给物料管理增加了许多难度。与直接构成最终产品的BOM物料相比，MRO物料由于价格较低且种类繁杂，常常为采购管理带来麻烦。但正是这些不起眼的MRO物料，其采购成本往往占到总采购成本的3035%.本文将介绍物料采购管理的要素，以及如何细分管理供应商，建立采购队伍激励制度，帮助采购人员更好地采购和管理MRO物料，为生产的正常进行提供物料支持保障。 1采购管理要素 MRO是英文Maintenance，Repair&Operations的缩写，对制造商来说，MRO物料主要包括防静电产品、生产过程中的消耗品、各种手动/电动工具、电子/电气零件和生产设备上的零配件等。在某些具有净化无尘要求的工厂中，净化产品也是MRO的一大类。此外，一些厂家还把某些化工产品（如锡膏，锡条等）和办公用品（包括打印复印设备的耗材）也包括在内。 与构成最终产品的直接物料（BOM）不同，MRO物料通常是一些低值易耗的商品，其种类繁杂而且采购量不定，因此在采购和库存管理上与BOM物料也有着较大的差异。在采购MRO物料和管理供应商的过程中，制造商的采购人员可以通过把握5个要素去争取更好的价格和服务。 1.1数量就是力量 数量就是力量，这是谈判课程中基本的原理。买方的采购批量是买方在谈判中的最大优势，但具体如何合理运用这个优势，却取决于不同的采购战略。对于BOM物料，特别是对大型OEM/CEM厂商来说，其采购批量上的优势是相当明显的。为了维持价格的竞争性，同时也为了分散风险，BOM物料常常要维持两到三个供应商。 至于MRO物料的采购，却出现了相反的情况。MRO物料通常都是低值物品而且品种繁多，单项商品的采购规模并不一定很大。如果仍然采取分散采购，则是自己削减自己的优势。这种情况下可以将同类商品，甚至不同类的商品进行合并采购，从而提升谈判的力量。 试想，如果某个厂商有近千项年采购量在几千元左右的商品，如果单独采购各项产品，将没有一项可获得采购优势，而且因为要与数百个不同的供应商交易，厂商的采购成本也是相当巨大的。但是如果能将这千项物品集中从一两个供应商那里采购，该厂商就是年采购量数百万元的大客户，没有一个供应商会忽视该客户的存在。 1.2选择综合性供应商 如果我们要合并采购项目，MRO供应商不一定是物料的制造厂商，也不一定是庞大的机构，有时一个具有综合能力的中小型公司可能更能满足买方的需要。 对单一物料的制造商而言，单一客户的采购量未必很大。虽然他们具有成本优势，但其提供给买方的未必就是最好的价格，并且他们很少有为单独为某一客户储备大量的库存。而大机构由于本身制度的原因，也不会为每个客户储备库存，并且交货的速度往往更慢。 相比之下，通过服务灵活的综合性供应商进行采购时，买方庞大的采购批量往往能够获得特别的折扣，他们可以要求供应商储备一定的库存量，从而将自己的库存削减到最小。而当买方由于转产或产量波动等原因而取消某些物料的采购订单时（这点对OEM来说是非常常见的），因为大部分库存放在供应商那里，这部分损失可以和供应商一起分担，而且供应商还可以通过自己的销售渠道把这些多余的库存销售给其他客户。在供应商库存管理的支持下，柔性生产和JIT生产在物料供应上也就有了保障。 不仅如此，供应商通过增加库存和提供额外服务等手段，也可以与大客户结成相当紧密的伙伴关系。供应商通过大批量的商品进出，实现薄利多销的目的；而当客户有其他的需求时，他们也往往会成为首选供应商。这是实际上是一个双赢的局面。 1.3本地采购 运输的时间和成本在MRO物料采购中的作用不可低估。物料的交货期中大约有四分之一的时间是被用在了运输上。由于MRO物料大部分是低价值产品，长途运输无疑将增加采购的成本，有时甚至可能超过物料本身的价值。 实际上很多厂商都注意到了这点。例如，诺基亚在建设北京经济技术开发区的星网工业园工程中，也邀请了他们的主板、电池、机壳等主要物料供应商在开发区建厂。在整个星网工业园中，诺基亚的物料可以做到随用随取，基本实现了零库存。 珠三角地区也已形成一个比较完整的产业链，良好的交通网络使产品一天之内就可以送达，这也是电子厂商喜欢将生产基地放在那里的原因。以上的例子应用到MRO物料的采购上也是一样的。 1.4ERP系统的运用 ERP（企业资源管理）系统的应用无疑可以提高企业使用各种资源的效率。对MRO物料的采购管理来说，ERP系统的应用可以提高运作的速度，减少出错率，增强计划的准确性，从而带来采购成本的相应下降。 但必须注意，ERP并不是万灵药。对于BOM产品和其他与产量关系较密切的产品来说，应用ERP系统确实可以提高效率。但对于其它杂项商品，如果不加区分地以ERP强行套用，可能会适得其反。 1.5及时快速的回款 及时快速的回款对任何一个企业来说都是非常重要的。良好的供应商关系是通过诚信互利的合作达到的，其中回款的及时程度是一个最重要的标准。良好的信用纪录可以极大地提升采购方在谈判中的地位，采购员在向供应商要求更长时间的回款期时也不会难于启齿。同时，良好的供应商关系常常可以使买方在物料短缺时仍能以相对合理的价格及时得到供货，在供应充裕时又可以获得相当优惠的价格。当然，这取决于整个公司的支付流程的快慢和财务部门的配合。 2采购队伍激励制度 "动荡经济"的到来使竞争法则从公司之间的竞争转为供应链联盟之间的竞争。良好的供应商关系是构建供应链联盟的基础，供应商关系管理因而成为决定企业竞争力的重要因素。供应商关系管理是一个框架，它包含两个方面对供应商的细分管理；以及对采购人员的激励与监控。 2.1细分供应商 在供应商管理中，首先要区别一般供应商和战略型供应商。对于一般供应商可以用标准的程序打交道，所花的精力也相对少一点。对于战略型供应商需要细分级别、区别管理，必须要搞清楚谁依赖谁，以及何时/怎样达到互相依赖。 长城计算机公司管理一般供应商，坚持‘制度化’管理。建立诸如‘不准暗箱操作’和‘近亲回避’等制度，杜绝关联交易。而管理战略供应商时，则通常是由公司高层直接参与。如微软、英特尔这样的全球供应商，几乎所有的电脑厂商都非常注意其间的关系。关系好交货就及时，同时价格还可适当倾斜，这对提高厂家的竞争力是很重要的。在这里：关系也是生产力！" 无论什么样的供应商买家关系，沟通和为对方着想是处理好关系的关键。可以设定一些具体的目标来鼓励解决冲突和共享信息，然后才能有效地降低成本和提高质量等问题。对于长期的联盟关系，可以用合作时间、交易额的增长、技术升级的次数等指标来衡量。" 2.2细分供应市场 细分供应商要建立在细分供应市场的前提下。供应商市场按照厂商人数和竞争关系的差异可以分为：竞争性市场和垄断/集中式供应市场，后者又可以表现为单寡头垄断和多寡头垄断。在竞争性市场中，采购的策略是保持供应市场的竞争性；在多寡头垄断市场中要运用动态排序划分采购额；而单寡头市场中，采购方的实力是最重的砝码。 像包装类供应商、部分元器件类供应商就属于竞争性的供应商市场。此类市场中供应商数量多而且供应商已经基本没有超额利润，采购方可以充分利用主动的选择权，分析和预测供应市场，建立竞争性机制限制垄断行为。同时，要使新的竞争者有机会进入自己的供应商名单，创建一个兼顾动态性和稳定性的供应商队伍。 对于多寡头供应商市场，采购商主要是依靠讨价还价来获得相对较好的供应服务。对多寡头进行动态的排序和采购份额划分，提高采购商在寡头供应商客户名单中排名。通过供应商和采购商彼此之间的排名选择，选择合适的供应商建立一种差异性的深入合作关系，从采购量和配合程度上争取到供应商的优先价格和服务。 对单寡头的垄断市场，主要是供应商对采购商的选择。此时对采购部门来讲，策略是退居第二位的，公司整体的实力和采购力量在总采购市场中的份额是最重要的。 2.3激励、监控采购团队 电子制造业供应链的主要成本是产品的直接材料，影响成本的因素有两个：采购价格和采购量。前者反映采购人员对行业的了解程度和同研发的合作情况；后者则反映采购人员与市场、研发、计划、预测部门的沟通。这两者在采购行为上则表现为如何依据内部需求和外部供应变化，把握最佳时机和各类供应商进行谈判。因此，供应商关系管理是否成功，一方面取决于采购方的战略和措施，另一方面在很大程度上还取决于采购团队与供应商的沟通与信任。 各个企业经过多年的摸索，都已沉淀出一套适用于自己的供应商选择、评估和管理办法。真正使采购管理者普遍大伤脑筋的问题其实在于：如何"以人为本"，去管理采购人员，激励他们自觉主动地去搞好与供应商的关系，始终把降低成本放在第一位？ 不断健全采购管理制度，提供一套高效的监控体系和时效性强的管理方法，加强激励管理，最大限度地避免"灰色"现象是解决问题的根本办法。另外，加强对采购人员的培训，包括对专业采购技能、沟通能力等的培训；适时对供应商进行培训，将采购方的企业文化、采购运作方式渗透到供应商当中，这些都是必要的。 长城计算机公司对采购队伍的管理，是根据历史经验和同业竞争的趋势，给采购部门下达降幅指标。完成了任务则奖励，激发采购队伍的热情，完不成则要实事求是地帮其分析。实行制度化管理虽然分工多、手续复杂，表面看是降低了效率，但是这也避免了个人擅断行为的出现，采购员不用去琢磨采用一些冒险和短期的行为。而因为没有机会，也就不会为失去机会而后悔。真正做到‘热爱岗位，尽其职，忠其事，图其久’".让采购人员感受到工作带给他们的成就感，同时通过物质上的奖励激发工作热情是激励采购队伍的两个重要方面。 激励是管理的支持，有效激励的前提是明确的标杆和目标。建立监控体系和激励机制使采购团队在面对大量现金流和物流的环境中摆正了自己与公司的关系，有效的管理方法能提高工作效率。然而，如何将管理制度与管理方法有机结合，在提高效率的同时，使采购员能一切从公司利益出发仍是一个有待继续探索的问题。 AB角制供应商管理法 采购人员经常会遇到一个棘手的问题：目前采购A公司的产品，过段时间B公司的产品质量超过了A公司，且价格更低，该怎么办？选A还是选B？如果选B，那和A的关系也就完了。到以后如果又有C超过B，还要不要新建立的关系？ 针对这样的问题，长城计算机公司的办法是：实行AB角制，供应由AB两家供应商来完成。B的产品质量好、价格低，多买一些，A的产品少买一些。但要让A体会到选择的标准。在交货期满足的情况下，订货量应满足下列公式： 订货量＝（质量/价格）×关系 即：采购量与供应产品质量成正比，与产品价格成反比，将关系要素通常都视为1（不合格供应商视为0）。这样，只要采购方做到公开、公平、公正，则会使A供应商心服口服，从而更注重提升品质，改善管理，努力在竞争中做得更好。 实践证明，这样做不仅交货无风险，而且长期关系更稳定。
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智能化低压配电系统的发展与应用
摘要：现代工业技术的发展对低压配电系统运行的可靠性及其智能化管理提出了更高的要求，而微处理器技术的广泛应用及计算机系统可靠性的大幅度提高，使智能化低压电器元件得到快速发展，智能化低压电气管理系统应运而生。
关键词：智能化低压配电系统 现场总线技术
1. 概 述
现代工业技术的发展对低压配电系统运行的可靠性及其智能化管理提出了更高的要求，而微处理器技术的广泛应用及计算机系统可靠性的大幅度提高，使智能化低压电器元件得到快速发展，智能化低压电气管理系统应运而生。相对于6kV及以上中高压系统的综合保护及系统监控(SCADA系统)的发展及其在电力系统中的应用，作为直接面向终端用户的低压开关设备，其智能化研究与应用起步较晚。现有不少应用于低压的智能化监控系统基本上是在SCADA系统基础上进行修改，可以满足基本的监控功能，但不能充分体现低压电气系统的特点及要求。因此，开发并推出符合工业控制要求及具有高可靠性的智能化低压电器及其管理系统，成了低压电器产品制造商们持续提高其竞争力的迫切任务。
智能化低压配电系统由低压开关设备具有通信功能的智能化元件经数字通信与计算机系统网络连接，实现变电站低压开关设备运行管理的自动化、智能化。系统可实现数据的实时采集、数字通信、远程操作与程序控制、保护定值管理、事件记录与告警、故障分析、各类报表及设备维护信息管理等功能。针对低压电气系统直接面向控制终端，设备多、分布广，而且现场条件复杂，系统本身及设备频繁操作、故障脱扣等产生的强电磁及谐波干扰等特点，智能化监控系统应能实现面向对象的操作模式，具有强抗干扰能力，主要控制功能由设备层智能化元件完成，形成网络集成式全分布控制系统，以满足系统运行的实时、快速及可靠性的要求。系统中的低压智能化元件就其功能而言总体上可分为：电能质量监测、开关保护与控制及电动机控制等。由于现场总线技术的应用，系统中智能化元件可不依赖计算机网络而独立运行，极大地提高系统运行的实时性和可靠性，满足低压电器设备运行管理的需要及工厂生产过程控制的要求。
2. 现场总线技术的应用
现场总线是应用在生产现场、在微处理器测控设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字式多点通信的底层网络。20世纪80年代中期，随着微处理器技术和网络技术的发展，DCS系统4～20mA的模拟量传输方式逐渐被数字网络传输方式所取代，现场总线控制系统(Fieldbus Control System，FCS)，迅速发展并在自动化领域得到广泛应用。
FCS既是一个开放式通信网络，又是一种全分布式控制系统。它作为智能设备的联系纽带，把挂在总线上作为网络节点的智能设备连接为网络系统，并进一步构成自动化系统，实现基本的控制、计算、参数设置、报警、显示、监控及系统管理等综合自动化功能。在FCS中，各种部件用通信网络连接起来，数据传输采用总线方式，系统信号的传输完全数字化。系统内不存在严格意义上的主控部件，资源共享，各智能化部件可以不依赖计算机而独立运行。
FCS完全淘汰了4～20mA的模拟量传输方式，减少了大量的现场敷线；FCS的控制调节过程在现场部件，有效地提高了系统控制的实时性和可靠性，并避免了系统因主机故障而陷入瘫痪。
ISO国际标准化组织在ISO IEC7498标准中的OSI参考模型定义了网络互联的7层框架，详细规定了每一层的功能，以实现开放性系统环境中的互联性、互操作性与应用的可移植性。
考虑到工业生产现场大量的智能化装置零散地分布在一个较大的范围内，而单个节点面向控制的信息量不大，但实时性、快速性要求较高，为减少中间环节，满足实时性要求及降低工业网络的成本，现场总线采用的通信模型大都在OSI参考模型的基础上进行了不同程度的简化。它采用OSI模型中的3个典型层：物理层、数据链路层和应用层，省去了3～6层，具有结构简单、执行协作简单、成本低等优点，同时满足工业现场应用的性能要求(如图1所示)。通过一致性与互操作性测试，满足现场总线技术要求的不同制造商的产品即可实现在同一总线上的互联，为用户的系统集成带来极大的好处。
图1OSI与典型现场总线模型
几种有影响的现场总线技术包括FF、Profibus、LonWorks、CAN、DeviceNet等。它们的通信模型各不相同，其应用具有各自的特点，已形成统一标准并在特定的应用领域显示了自己的优势。现场总线技术的优点主要有：
(1)节省硬件投资。现场总线系统的智能设备分散在现场，能直接执行控制和计算功能，可减少大量的变送器及调节器、计算单元等，也不再需要DCS系统的信号传输处理单元及其大量复杂的硬线连接，节省了可观的硬件投资，并可减少控制室的占地面积。
(2)节省安装费用。现场总线系统的接线十分简单，一条通信总线上可挂接几个甚至上百个设备，节省安装附件，安装工作量大大减少，设计及接线校对的工作量也大大减少。资料显示，与DCS相比，现场总线系统的安装费用可节省60%以上。
(3)减少维护费用。由于现场控制设备具有自诊断及一定的故障处理能力，并通过数字通信将相关信息送往控制室，用户可实时监测及查询所有设备的运行，及时了解维护信息，以便早期分析与排除故障，缩短维护停工时间。同时，由于系统结构简化、接线简单，减少了维护工作量。
(4)系统集成更简单、灵活。用户可选择不同制造商的产品来集成系统，避免或减少系统集成中因不兼容的协议和接口带来的麻烦。
(5)提高了系统的准确性和可靠性。由于现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，它从根本上提高了测量与控制的精确度，减少了传送误差。同时，由于系统结构简化，现场智能化设备内部功能加强，减少了信号的往返传输，设备可不依赖网络而工作，提高了整个系统工作的可靠性。
现场总线系统是自动化领域的发展热点，应用现场总线技术也是智能化低压电器的发展趋向。在低压电气设备中，现场总线技术已在电动机控制、综合测控仪表及开关保护等智能化元件上广泛应用，并正在不断发展与完善。
3. ABB公司智能化低压配电系统气解决方案
智能化低压配电系统是ABB公司自动化产品的重要组成部分。根据低压电气成套开关设备的特点和要求，ABB公司先后推出了INSUM智能化电动机管理系统和ESD2000变电站监控系统。其中INSUM系统采用LonWorks现场总线，主要用于生产过程控制的电动机运行管理；ESD 2000则是集成变电站低压开关设备、变压器及中压开关设备的一体化分布式智能化管理系统。下面以ESD 2000系统模型(见图2)简述ABB智能化低压配电系统的应用。
图2ESD 2000系统模型
ESD 2000系统主机是变电站一体化监控平台，提供系统集中监控功能。系统现场层面配置前端机，经内部以太网与监控主机连接；前端机往下是设备层开放的现场总线网络，连接变电站设备的智能化装置。前端机为工业PC机，具有很强的通信处理功能及抗干扰能力，取消了路由器和网关，简化了网络结构，同时实现底层变电站设备的无缝连接。目前，大部分现场智能化装置虽具有数字通信功能，但不是严格经一致性和互操作性测试过的现场总线设备，协议不统一，通信兼容性差。而ESD 2000前端机灵活的通信处理功能很好地满足了系统开放性的要求，即可连接标准的现场总线产品，也兼容其他智能化装置，扩展灵活，可充分满足用户变电站内不同设备系统集成的要求。
低压开关设备智能化装置主要包括电能质量监测、开关控制及电动机控制等。连接ESD 2000系统具有代表性的实现上述功能的智能化装置有：S系列开关、PR1、F系列开关、PR212、E系列开关、PR112 PR113等智能化万能式断路器；INSUM及M101 M102智能化电动机控制单元；PMC915综合测控仪表等。智能化万能式断路器经现场总线与计算机系统连接实现开关保护定值设置、电参量测量与显示、故障与维护信息管理等功能；PMC915可实现电能质量综合监测、远程控制及参数越限告警等功能；M101 M102智能化电动机控制装置采用现场总线技术，具有强大的电动机控制和保护功能及参数测量与显示功能。控制功能包括直接起动、正反转、双速、星三角、阀门控制等；保护功能覆盖了过载保护、欠压保护、堵转保护、三相不平衡与断相保护、漏电保护、电动机热保护等；可测量与显示三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因素、电度量及报告故障类型、电动机运行维护信息等。同时M101 M102提供电动机自动重起动及故障预测功能，具有双冗余通信接口，通过装置的USB接口可进行软件升级。智能化低压电器集成了保护、控制、测量与显示等功能，有效地提高了开关设备运行的可靠性和准确性，实时为用户提供所需要的信息，是用户生产过程信息集成的重要组成部分，为系统的智能化管理提供了极大的便利。
智能化低压配电系统正在向小型化、多功能方向发展，现场总线技术的发展与应用将提高智能化低压电器产品在网络上的兼容性和系统运行的可靠性，并最终给用户带来实惠。
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出处：
三相异步电动机的原理与结构
摘要：
作电动机运行的三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运三相异步电动机而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。
关键词 三相异步电动机；基本结构；工作原理；选用
一、三相异步电动机的基本结构
1、定子（静止部分）
（1）定子铁心
作用：电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。
构造：定子铁心一般由0.35~0.5毫米厚表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成，在铁心的内圆冲有均匀分布的槽，用以嵌放定子绕组。
定子铁心槽型有以下几种：半闭口型槽，半开口型槽，开口型槽。
（2）定子绕组
作用：是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。
构造：由三个在空间互隔120°电角度、队称排列的结构完全相同绕组连接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。
（3）机座
作用：固定定子铁心与前后端盖以支撑转子，并起防护、散热等作用。
2、转子（旋转部分）
（1）三相异步电动机的转子铁心：
作用：作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组。
（2）三相异步电动机的转子绕组
作用：切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而使电动机旋转。
构造：分为鼠笼式转子和绕线式转子。
3、三相异步电动机的其它附件
端盖：支撑作用。
轴承：连接转动部分与不动部分。
轴承端盖：保护轴承。
风扇：冷却电动机
二、三相异步电动机的工作原理
定子绕组接上三相电源后，电动机便产生旋转磁场，所谓旋转磁场就是指电动机内定子和转子之间气隙的圆周上按正弦规律分布的，能够围绕着电动机在空间不断旋转的磁场。转子与旋转磁场之间存在相对运动。转子导条被旋转磁场的磁力线切割而产生感应电动势，它在转子绕组中感应出电流，两者相互作用产生电磁转矩，使转子转动起来。从而将电能转化为转轴的机械能。
当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。
三、三相异步电动机的选用
三相异步电动机应用广泛，是一种主要的动力源。在此，要特别强调合理选择电动机的额定功率，如额定功率选择过大，不仅造成设备投资费用增加，而且电动机长期处于低效率低功率因数点运行，是很不合理很不经济的。
1、三相异步电动机的选用要点
(1)根据机械负载特性、生产工艺、电网要求、建设费用、运行费用等综合指标，合理选择电动机的类型。
(2)根据机械负载所要求的过载能力、启动转矩、工作制及工况条件，合理选择电动机的功率，使功率匹配合理，并具有适当的备用功率，力求运行安全、可靠而经济。
(3)根据使用场所的环境，选择电动机的防护等级和结构形式。
(4)根据生产机械的最高机械转速和传动调速系统的要求，选择电动机的转速。
(5)根据使用的环境温度，维护检查方便、安全可靠等要求，选择电动机的绝缘等级和安装方式。
(6)根据电网电压、频率、选择电动机的额定电压以及额定频率。
2、三相异步电动机的选用步骤：
选电动机类型→选电动机容量→校核启动转矩最大转矩→等效发热校核→经济性综合指标校核→电动机机械特性与负载特性对比→电动机电压等级与频率→决定
核→电动机机械特性与负载特性对比→电动机电压等级与频率→决定
3、三相异步电动机的维护保养
启动前的准备和检查
(1)检查电动机和启动设备接地是否可靠和完整，接线是否正确与良好。
(2)检查电动机铭牌所示额定电压，额定频率是否与电源电压、频率相符合。
(3)新安装或者长期停用的电动机(停用三个月以上)，启动前应检查绕组相对相、相对地的绝缘电阻值。(用1000伏兆欧表测量)。绝缘电阻应该大于0.5兆欧。如果低于这个值，应该将绕组烘干。
(4)对绕线型转子应该检查其集电环上的电刷以及提刷装置是否能正常工作，电刷的压力是否能符合要求。电刷压力为1.5N/cm-2.5 N/cm。
(5)检查电动机的转子转动时候灵活可靠，滑动轴承内的油时候达到规定的油位。
(6)检查电动机所用的熔断器的额定电流是否符合要求。
(7)检查电动机的各个紧固螺栓以及安装螺栓是否牢固并符合要求。
4、运行中的故障处理
(1)启动时的故障
当合上断路器或自动开关后，电动机不转，只听到嗡嗡的声响，或者不能转到全速，这种故障原因可能是：
定子回路一相断线，如低压电动机熔断器一相熔断，或高压电动机短路器以及隔离开关的一相接触不良，不能形成三相旋转磁场。
转子回路断线或接触不良，使转子绕组内无电流或电流减小，因而电动机不转或者转动很慢。
在传动机械中，有机械上的卡阻现象，严重时电动机就不转，且异常声响。
电压过低使电动机转矩减小，启动困难或不能启动。
电动机定子，转子铁心相摩擦，增加了负载，使转动困难。
运行人员发现上述故障时，对高压电动机来讲，应立即拉开电动机的断路器以及隔离开关，检查其定子、转子回路。
(2)定子绕组单相接地故障。
电动机绕组由于受到各种因素的侵蚀，使其绝缘水平降低。此外，由于电动机长期过负荷运行，会使绕组的绝缘体因长期过热而变的焦脆或脱落。这都会造成电动机定子绕组的单相接地。
(3)三相电动机单相运行的故障三相电动机在运行中，如果一相熔断器烧坏或接触不良，隔离开关，熔断器，电缆头以及导线一相接触松动以及定子绕组一相断线，均会造成电动机的单相运行。
运行人员根据电动机所产生的异常现象，确认电动机为单相运行时，则应切断电源，使其停止运行。并用兆欧表测量定子回路电阻值，若电阻值很大或无穷大时，则说明该相断线。然后检查定子回路中的熔断器，断路器，隔离开关，电缆头以及接线盒内接线接触是否良好。
四、三相异步电动机的铭牌
每台电动机的机壳上都有一块铭牌，上面标明该电动机的规格、性能及使用条件，它是我们正确使用电动机的依据。这里对铭牌上主要的技术参数介绍如下。
1、型号为了适应不同用途和工作环境需要，三相异步电动机制成不同系列和型号，不同型号的电动机的机座长度、中心高度、转速等技术参数不相同，使用或选购时应注意型号或根据需要查阅相应产品目录和技术手册。
2、功率电动机在铭牌规定的运行条件下，正常工作时的输出功率(kw)。
3、电压电动机定子绕组的额定线电压(v)。
4、电流电动机在额定工作状况下运行时流入定子绕组的线电流(a)。
5、转速电动机在额定工作状况下运行时转子每分钟的转数(r/min)。
6、接法电动机的接线盒有六个接线端子，需要改变转子当前的转向时，只要把电动机的三根电源线中的任意两根对调一下，就能改变电动机的转向。
结论：
实践证明，在工农业生产中，根据实际需要，科学地选用三相异步电动机可以提高生产效率，收到很好的经济效益。在运行中对电动机进行科学的维护保养，使电动机长期处于非常好的技术状态，延长使用寿命，提高工农业生产的的效率。是非常有必要的。
参考文献:
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