隨著計算機控制技術的迅速發展，以微處理器為核心的可編程序控制器(PLC)已逐步替代繼電器控制，在各行業的自動化控制領域得到普遍應用。煤炭行業正在依靠現代化高科技手段對現有陳舊電氣控制設備進行更新換代。

      可控硅直流調速系統控制的發展，經歷了分立元件和集成運放兩代模擬控制電路，最終由PLC數字程控所代替。前兩種在實踐應用時，普遍存在由于設計問題和動、靜態響應影響以及電子元件動態參數變化，還有給定與反饋作用誤差產生的穩態誤差，使得系統產生振蕩、超調和起車慣性大等危害。

      東海煤礦二水平鋼絲繩膠帶提升機于1990年投產使用，歷經兩代調速控制系統的使用，始終存在運行不穩、振蕩、超調、起車慣力大等多方面實際故障。2004年11月將控制系統改換成PLC數字控制，解決了上述困擾。該系統經改制后使用證實具有運行平穩、可靠、節省電能、操作方便、自動化程度高、無故障等優點。

1 系統改前后使用的設備

      (1)改制前的設備，有繼電器柜一套和后期改造時引進KGSFA2t型調節柜、整流柜、勵磁柜各3套(其中2套分別用于2臺直流電動機，另一套做備用設備)，每套整流柜內三相全橋整流由18個400A可控硅完成。

      (2)改制后只選用整流柜和電源柜、控制柜各一套(西門子公司技術)，將提升機2臺ZD2—151B一400kW／440V直流電動機電樞串聯，因此用一套整流系統。PLC可編程控制器鑲嵌在操縱臺內，它是該系統的指揮中樞(相當于微機內中央處理器CPU)，接收和控制機構是控制柜內兩臺6RA7018整流控制裝置，其中一套控制兩臺直流電動機串聯電樞整流管(6個1 200 A可控硅)控制極，另一套控制勵磁用。

2 程序控制系統各部件作用

      (1)電源柜(低壓供電系統)。對系統電機風機、制動閘、制動油泵、潤滑油電機等提供電源和進行控制，并為PLC、微機和傳動部分等提供各種電源。

      (2)PLC可編程控制器。利用計算機接口將各種控制信號(如安全回路、各段保護、高壓分合閘、快開控制等各種運行方式等)編程輸入PLC輸入接口，給PLC程序處理按順序儲存，在程序存儲器內編輯的程序進行運算，最后做出狀態輸出，通過外部輸出接口控制整流部件6RA7018。

      西門子公司的PLC可編程控制器，是控制信號電壓由0～10 V模擬信號轉換成數碼。即將模擬信號變換成數字信號裝置(A／D轉換)，通過內部S一自鎖，R一只讀，V一故障設置等繼電程序設置以及程序、指令編排，最后通過外輸控制整流控制裝置6RA7018或電源柜內控制部件。

      (3)控制柜。主要由2臺整流裝置6RA7018組成，其主要功能是接收PLC指令后，產生脈沖控制直流電動機主回路中的三相橋式整流電路6個1200 A和勵磁用可控硅觸發信號的導通角僅(或推B角)，以達到PLC預期設置的直流電動機恒轉速轉動輸出。整流控制裝置6RA7018自身也有接口聯通計算機進行指令讀寫、修改、刪除；并還有直觀的顯示，顯示其正常工作狀態值和相對應故障以及自鎖值；在其前面板鑲有觸摸鍵，用以微調和轉換原設置的參數用。

3 數字與模擬控制靜動態參數分析比較

3．1 可控硅直流控制

      當采用速度、電壓、電流三環控制時其方框圖(即數學模型)如圖1所示。通常閉環系統的參考輸入和攏動量恒定不變時，被控量 也恒定不變。當參考輸入或攏動量發生變化時，反饋量將與參考輸入之間產生新的作用誤差，通過控制作用，使被控量(輸出量)按新的參考輸入值穩定下來或趨于恢復到原來的數值達到新的平衡，但由于系統總存在著慣性或儲能元件，使達到新的平衡狀態不能瞬時完成，要經過過渡過程。

圖1 速度、電壓、電流三環控制方框圖

      在摸擬控制電路設計時，無論是在時域還是頻域考慮，都要求系統首先必須是穩定，對超調量、過渡過程的時間、振蕩次數提出一定要求，再就是系統穩態誤差應滿足。可這三種要求之間又相互矛盾和制約，很難建立一個同時達到理想狀態系統結構和參數。

3．2數字控制(PLC)

      由于該控制系統為非線性系統，故將其設置在飽和非線性狀態，如圖2所示。由于該控制系統采用數碼的形式傳遞，為數控系統，該系統的動態性能可用差分方程過程描述。在非線性系統中，暫態響應曲線的形狀與輸入信號的幅值有關，這是因為非線性系統不服從迭加原理的緣故；數字控制非線性系統的穩定性不取決于系統的結構和參數；非線性系統振蕩在物理上是可存在的，但振幅是確定的，與初始條件無關；再就是非線性系統輸出量(或信號)不包含輸入信號頻率的正弦分量。PLC對模擬量信號的處理，是將模擬信號變換成數字信號(A／D轉換)。A／D變換精度取決于A／D變換器的位數，如10 V電壓要求以1 mV精度變換時，精度1 m~／10 V=0．01％，即1／3200十進制的3200用二進制表示10位，該系統精度等級足以滿足控制系統要求。且該系統中采用6RA7018整流裝置均以積分方式變換，可使信號尖峰平均化，從而使系統運行平穩、可靠。

圖2 飽和非線性狀態曲線

      PLC通過通訊接口和通訊協議，與6RA7018進行雙工通訊，將工作狀態與運行參數相互傳遞，并能實現動態顯示。同時操作6RA7018可將指令傳至PLC，從而控制系統的運行狀態。PLC、6RA7018不但能顯示系統運行狀態和參數，還能記錄系統運行故障數據，顯示故障點，從而縮短故障查找、排除時間。

      由于該系統可對勵磁電流實行無極控制，根據直流電機機械特性方程式中不難看出當轉速n恒定時，通過改變勵磁電流來使得磁通改變對轉矩 有較寬的調整，避免只調整主回路電壓 而產生比較大的電能損耗，從而可降低能耗費用。

4 結束語

      隨著科技不斷發展，PLC數字控制將會在自動控制，通訊程控等領域得到更多、更好的應用和發展。