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【摘要】：本文将从定位车驱动变频调速控制系统性能分析入手，深入讨论定位车驱动变频调速控制系统的技术关键，使系统的稳定性和同步性得到进一步提高，操作更加方便快捷，为定位车驱动变频调速控制系统在我国港口牵引火车作业中做出贡献。
【关键词】：定位车 AFE PLC
0、 引言
由于我国煤炭和铁矿石的运输以铁路运输为主，运输距离长，因此避免车辆排空，提高运输效率是运输部门首要考虑的问题。本文根据首先根据定位车驱动的组成和工作运行特性，阐明了定位车驱动变频调速控制系统的重要性。接着分析了定位车驱动变频调速控制系统的原理及系统的组成结构，提出不同的控制方案，从中选择本系统适合的控制方案。通过对定位车自身设备创新和实效相结合不断探索、实践和完善，来提高定位车的作业效率，减少能源的损耗。
1 、定位车驱动变频调速方案选择
本系统设计的内容是利用变频调速控制单元控制六台驱动电机运行，实现定位车按设定的速度要求进行平稳的牵车作业。根据定位车系统的设计牵车能力及作业效率要求，结合定位车工作运行的现场工况条件，分别有以下几种方案可供选择：
1）通用变频器+单片机+HMI人机界面+传感器+机械轴
这种方式控制精度高、控制算法的选取灵活多变、在设计过程中变频器设定的参数调整方便，具有很高的控制性能和性价比；但是如果程序一旦存储到单片机中，修改比较麻烦，不太好适应工作现场复杂多变的工况，而且在定位车运行过程该方案的动态适应性差，而且很容易受变频器运行时自身带来的干扰，就定位车驱动控制而言，变频器选取的驱动功率比较大，因此会产生更大干扰，因此必须采用更加严格的抗干扰方式保证定位车驱动系统运行的可靠性。所以此控制方式可能只适用于特定的动态变化小，驱动功率低的应用系统中。
2）通用变频器+PLC+HMI人机界面+传感器+机械轴
这种控制方式适应性强，调试较为方便灵活，同时也具有宽泛的通讯扩展能力，易于实现与其它控制系统进行数据通信，通用性能强；同时PLC系统的功能较为强大，用户可以根据设计系统的规模和控制要求来便捷组合控制系统。在系统的硬件设计上，用户只需要确定PLC的硬件配置、外部通讯接口和I/O模块的外部连接方式等硬件，当控制对象发生变化时，用户可以通过上位机PC更改现场PLC控制器内部的应用程序，现场调试十分方便，动态适应性强；PLC系统的可靠性和安全性较高，抗干扰能力很强，因此能够保证系统的稳定性和可靠性。所以本方案如果应用定位车驱动变频调速控制系统中，但存在以下缺点如采用机械轴进行同步硬件上投资较大，安装空间和方法都较为复杂，而且在设备后期维护上投入较大，因此该控制方案在实际应用中存在较大困难。
3）AFE整流回馈装置+逆变器+PLC+HMI人机界面+传感器
该方案采用的AFE整流回馈装置，实现了工频电网和变频器直流母线间能量的双向流通。由于前端能量能够实现双向流通，所以可以应用于需要电机四象限运行的不同场合中。同时AFE整流回馈装置无论在整流还是在回馈状态下，变频器的供电电源都是谐波很少的正弦波，功率因数约等于1，最大限度的降低了对工频电网的干扰。
通过上述三种控制方案的分析和比较，最后得出“AFE整流回馈装置+逆变器+PLC+HMI人机界面+传感器”的控制方式更适合定位车的驱动变频调速控制系统的需求。该方案既能达到定位车系统的稳定性和控制精度要求，又满足现场应用中对空间、设备投入和后期维护保养的要求。
2、 定位车变频器与PLC接口
定位车的PLC系统的输入和输出点的数量是根据定位车变频调速控制系统的设计要求和现场控制设备的数量来确定的。本文所讨论的定位车变频调速控制系统是最终为了实现六台交流异步电动机的同步运行。由操作人员采取就地手动、集中手动和自动控制AFE整流回馈装置和逆变器的工作状态（如启停运行等），电动机的接触器的动作，以及各种检测装置和停止或报警信号的输入等。
1）输入端
PLC的输入端口包括：变频器的模式选择开关、电动机的正反转选择按钮、变频器是速度选择按钮、AFE整流回馈装置和逆变器状态反馈信号如接触器吸合、准备启动、零速反馈、通用故障、预充电完成、直流母线预充电和运行状态反馈等。
2）输出端
PLC的输出端口包括：AFE整流回馈装置和逆变器启动/停止选择开关、远程控制开关、使能开关、重新启动设置、急停开关、正反转控制和预充电选择等。PLC与所有的交直流接触器、控制继电器的连接是通过光电耦合的方式来实现的，这种方式实现了控制系统中强电和弱电之间的隔离，保护了PLC系统，增强了控制系统和设备的稳定性和可靠性。
3）PLC的模拟量输入、输出
PLC的模拟量输入端口包括电动机的转速信号，是以标准电压信号+/-10V进行传输；对逆变器的速度调整控制是以电流信号4-20MA进行传输设定的。
3、 定位车行走变频调速实现
定位车变频器变频调速控制系统的组成包括：AFE整流回馈装置、逆变器、电动机、增量测速编码器、行走距离绝对值测量编码器、Controllogix5000 PLC控制器、Rsview32上位机、PV1000触摸屏以及其他用于定位车状态监测、保护的电气元器件和机械装置，如行走超速开关、行走限位开关、止挡缓冲器等。
翻车机系统的定位车是通过以下方式实现对其行走距离的精确测量，如图1所示。首先，通过安装在定位车本体上的多圈绝对值编码器采集实际行走位置以及安装在定位车驱动电机上的增量编码器实时采集电机的转速；然后将实时采集到的速度位置数据传输到罗克韦尔Rslogix 5000 PLC系统中，最后通过PLC程序内的相关速度控制程序、位置比较程序及速度给定程序实现对SIEMENS变频器的控制，通过转差频率矢量控制（CUVC）的SIEMENS变频器实现对定位车行走速度和位置精确控制。 定位车行走变频调速系统中的逆变器之间通过SIMOLINK进行数据传输。？SIMOLINK？（？Siemens？Motion？Link？）？是以光纤电缆为传输介质的数字的串行数据传输协议。SIMOLINK？驱动连接发展为单个MASTERDRIVES？MC/VC？装置之间或MASTERDRIVES？MC/VC？装置与上位机系统之间在共同系统时钟下所有连接站的同步，迅速准确的进行数据周期传输。
定位车行走变频调速系统中设置了一个AFE（Active Front End），称为主动前端，又名整流回馈装置，主要作为一个整流/回馈单元，从结构上分析，因为使用了 IGBT 功率元件， 所以它的作用和逆变器一样，不一样的是它的输入为交流，输出为直流，因为它被放在电路的进线一端， 因此被叫做前端。主动前端（AFE）的工作原理可简单叙述为：AFE整流单元从电网中吸收正弦波交流电，经整流后输出直流电压，并保持所要求的电压值。AFE整流回馈装置首先将工频电网的交流电源整定为逆变器可用的直流电，然后由逆变器根据定位车变频调速控制器发送的控制信号改变变频调速的运行频率，实现对电机的转速控制。通过这样的方法就相当于把一台三相异步电机当作一台直流电机来进行控制，通过这样获得的静、动态性能与直流调速系统几乎完全相同。 如图1所示。
4 、 变频参数设置
定位车变频器的主要参数设置如表1所示。
变频器首先对异步电动机的一些参数进行辨识，然后根据所得到的辨识结果自动地去对控制算法中的有关参数进行调整，从而最终实现了矢量控制在异步电动机上的有效应用。
5 、结语
本文首先讲述了定位车运行方式，接着分析了定位车驱动变频调速控制系统的调速方式和变频调速原理，最后总结了定位车驱动调速运行的特点，通过分析后可以看出，采用变频调速对提高定位车系统的稳定性和控制精度具有非常重要的作用和意义。
参考文献：
[1] 常瑞增.《浅析整流回馈单元在港口起重设备节能改造中的作用》[J].港工技术，2012.
[2] 谭庸琪.《基于PLC实现的真空冻干生产线的自动控制系统》[J]. 南昌大学，2007.
[3] 闫军.《大型装载机大车定位系统的设计》[J].机械工程与自动化2007，（3）.
【关键词】：定位车 AFE PLC
0、 引言
由于我国煤炭和铁矿石的运输以铁路运输为主，运输距离长，因此避免车辆排空，提高运输效率是运输部门首要考虑的问题。本文根据首先根据定位车驱动的组成和工作运行特性，阐明了定位车驱动变频调速控制系统的重要性。接着分析了定位车驱动变频调速控制系统的原理及系统的组成结构，提出不同的控制方案，从中选择本系统适合的控制方案。通过对定位车自身设备创新和实效相结合不断探索、实践和完善，来提高定位车的作业效率，减少能源的损耗。
1 、定位车驱动变频调速方案选择
本系统设计的内容是利用变频调速控制单元控制六台驱动电机运行，实现定位车按设定的速度要求进行平稳的牵车作业。根据定位车系统的设计牵车能力及作业效率要求，结合定位车工作运行的现场工况条件，分别有以下几种方案可供选择：
1）通用变频器+单片机+HMI人机界面+传感器+机械轴
这种方式控制精度高、控制算法的选取灵活多变、在设计过程中变频器设定的参数调整方便，具有很高的控制性能和性价比；但是如果程序一旦存储到单片机中，修改比较麻烦，不太好适应工作现场复杂多变的工况，而且在定位车运行过程该方案的动态适应性差，而且很容易受变频器运行时自身带来的干扰，就定位车驱动控制而言，变频器选取的驱动功率比较大，因此会产生更大干扰，因此必须采用更加严格的抗干扰方式保证定位车驱动系统运行的可靠性。所以此控制方式可能只适用于特定的动态变化小，驱动功率低的应用系统中。
2）通用变频器+PLC+HMI人机界面+传感器+机械轴
这种控制方式适应性强，调试较为方便灵活，同时也具有宽泛的通讯扩展能力，易于实现与其它控制系统进行数据通信，通用性能强；同时PLC系统的功能较为强大，用户可以根据设计系统的规模和控制要求来便捷组合控制系统。在系统的硬件设计上，用户只需要确定PLC的硬件配置、外部通讯接口和I/O模块的外部连接方式等硬件，当控制对象发生变化时，用户可以通过上位机PC更改现场PLC控制器内部的应用程序，现场调试十分方便，动态适应性强；PLC系统的可靠性和安全性较高，抗干扰能力很强，因此能够保证系统的稳定性和可靠性。所以本方案如果应用定位车驱动变频调速控制系统中，但存在以下缺点如采用机械轴进行同步硬件上投资较大，安装空间和方法都较为复杂，而且在设备后期维护上投入较大，因此该控制方案在实际应用中存在较大困难。
3）AFE整流回馈装置+逆变器+PLC+HMI人机界面+传感器
该方案采用的AFE整流回馈装置，实现了工频电网和变频器直流母线间能量的双向流通。由于前端能量能够实现双向流通，所以可以应用于需要电机四象限运行的不同场合中。同时AFE整流回馈装置无论在整流还是在回馈状态下，变频器的供电电源都是谐波很少的正弦波，功率因数约等于1，最大限度的降低了对工频电网的干扰。
通过上述三种控制方案的分析和比较，最后得出“AFE整流回馈装置+逆变器+PLC+HMI人机界面+传感器”的控制方式更适合定位车的驱动变频调速控制系统的需求。该方案既能达到定位车系统的稳定性和控制精度要求，又满足现场应用中对空间、设备投入和后期维护保养的要求。
2、 定位车变频器与PLC接口
定位车的PLC系统的输入和输出点的数量是根据定位车变频调速控制系统的设计要求和现场控制设备的数量来确定的。本文所讨论的定位车变频调速控制系统是最终为了实现六台交流异步电动机的同步运行。由操作人员采取就地手动、集中手动和自动控制AFE整流回馈装置和逆变器的工作状态（如启停运行等），电动机的接触器的动作，以及各种检测装置和停止或报警信号的输入等。
1）输入端
PLC的输入端口包括：变频器的模式选择开关、电动机的正反转选择按钮、变频器是速度选择按钮、AFE整流回馈装置和逆变器状态反馈信号如接触器吸合、准备启动、零速反馈、通用故障、预充电完成、直流母线预充电和运行状态反馈等。
2）输出端
PLC的输出端口包括：AFE整流回馈装置和逆变器启动/停止选择开关、远程控制开关、使能开关、重新启动设置、急停开关、正反转控制和预充电选择等。PLC与所有的交直流接触器、控制继电器的连接是通过光电耦合的方式来实现的，这种方式实现了控制系统中强电和弱电之间的隔离，保护了PLC系统，增强了控制系统和设备的稳定性和可靠性。
3）PLC的模拟量输入、输出
PLC的模拟量输入端口包括电动机的转速信号，是以标准电压信号+/-10V进行传输；对逆变器的速度调整控制是以电流信号4-20MA进行传输设定的。
3、 定位车行走变频调速实现
定位车变频器变频调速控制系统的组成包括：AFE整流回馈装置、逆变器、电动机、增量测速编码器、行走距离绝对值测量编码器、Controllogix5000 PLC控制器、Rsview32上位机、PV1000触摸屏以及其他用于定位车状态监测、保护的电气元器件和机械装置，如行走超速开关、行走限位开关、止挡缓冲器等。
翻车机系统的定位车是通过以下方式实现对其行走距离的精确测量，如图1所示。首先，通过安装在定位车本体上的多圈绝对值编码器采集实际行走位置以及安装在定位车驱动电机上的增量编码器实时采集电机的转速；然后将实时采集到的速度位置数据传输到罗克韦尔Rslogix 5000 PLC系统中，最后通过PLC程序内的相关速度控制程序、位置比较程序及速度给定程序实现对SIEMENS变频器的控制，通过转差频率矢量控制（CUVC）的SIEMENS变频器实现对定位车行走速度和位置精确控制。 定位车行走变频调速系统中的逆变器之间通过SIMOLINK进行数据传输。？SIMOLINK？（？Siemens？Motion？Link？）？是以光纤电缆为传输介质的数字的串行数据传输协议。SIMOLINK？驱动连接发展为单个MASTERDRIVES？MC/VC？装置之间或MASTERDRIVES？MC/VC？装置与上位机系统之间在共同系统时钟下所有连接站的同步，迅速准确的进行数据周期传输。
定位车行走变频调速系统中设置了一个AFE（Active Front End），称为主动前端，又名整流回馈装置，主要作为一个整流/回馈单元，从结构上分析，因为使用了 IGBT 功率元件， 所以它的作用和逆变器一样，不一样的是它的输入为交流，输出为直流，因为它被放在电路的进线一端， 因此被叫做前端。主动前端（AFE）的工作原理可简单叙述为：AFE整流单元从电网中吸收正弦波交流电，经整流后输出直流电压，并保持所要求的电压值。AFE整流回馈装置首先将工频电网的交流电源整定为逆变器可用的直流电，然后由逆变器根据定位车变频调速控制器发送的控制信号改变变频调速的运行频率，实现对电机的转速控制。通过这样的方法就相当于把一台三相异步电机当作一台直流电机来进行控制，通过这样获得的静、动态性能与直流调速系统几乎完全相同。 如图1所示。
4 、 变频参数设置
定位车变频器的主要参数设置如表1所示。
变频器首先对异步电动机的一些参数进行辨识，然后根据所得到的辨识结果自动地去对控制算法中的有关参数进行调整，从而最终实现了矢量控制在异步电动机上的有效应用。
5 、结语
本文首先讲述了定位车运行方式，接着分析了定位车驱动变频调速控制系统的调速方式和变频调速原理，最后总结了定位车驱动调速运行的特点，通过分析后可以看出，采用变频调速对提高定位车系统的稳定性和控制精度具有非常重要的作用和意义。
参考文献：
[1] 常瑞增.《浅析整流回馈单元在港口起重设备节能改造中的作用》[J].港工技术，2012.
[2] 谭庸琪.《基于PLC实现的真空冻干生产线的自动控制系统》[J]. 南昌大学，2007.
[3] 闫军.《大型装载机大车定位系统的设计》[J].机械工程与自动化2007，（3）.