圖1 I/0分配與功能圖

2.2 變頻器控制系統
本系統的傳動軸轉速由變頻器控制。控制部分主要由PLC、變頻器、光電接近開關組成。傳動軸旋轉部分采用日本SANKEN公司IF－7.5K變頻器驅動變頻電機。采用轉速閉環矢量控制，調速范圍0～2500r/min,調速精度<0.02%。PLC通過模擬量輸出單元將0～6000的數字量信號轉換成4～20mA電流信號給變頻器作為頻率輸出設定。傳動軸實際轉速反饋信號由PG光電接近開關檢測輸出，其輸出脈沖經PLC計算作為電機的速度負反饋信號。
根據生產工藝對系統運行時穩態精度及跟隨能力的要求，變頻器內部的PID調節器設定為比例積分調節方式，由PLC的速度給定值與由脈沖編碼器檢測的現場速度反饋值比較后，得到速度偏差，經比例積分控制器處理后，輸出的二次電流信號作為頻率輸出，送矢量控制系統，控制電機運行。恒功率的分界點以及它們的頻率范圍內的P.I值，由現場負荷調試確定，已達到最佳運行效果。
因為轉角電機的頻繁快速啟停，制動時經常會產生很高的泵升電壓，因所選變頻器為交-直－交電壓源時，泵開電壓不能回饋電網，故采用制動單元并配以電阻加以吸收。當變頻器直流電路升高到一定值（660VDC）時，制動單元中的IGBT管被觸發導通，接通制動電阻回路，將轉角電機的回饋電能消耗在制動電阻上，以滿足快速停止的要求。
2.3 溫度控制系統
試驗箱內的溫度調節范圍為－60℃～150℃，具體值由操作員現場設定。系統加熱時采用三個晶閘管控制的電加熱管，合上主回路的操作開關，整個加熱裝置開始運行，未達到設定溫度時，固態繼電器SSR1吸合，1號加管加熱，系統逐級開啟2號，3號加熱管。達到設定溫度時，進入保溫階段，采用控制3號，2號加熱器的輸出通斷來調功調溫。使用控制箱風機來保證溫度均勻變化。如果箱內溫度達到高溫界限，系統將會報警。
單級蒸汽壓縮制冷所能達到的蒸發主要取決于冷凝溫度及壓力比，對于氟利昂制冷劑，一般壓力不超過10，這樣采用單級蒸汽壓縮制冷循環，一般只能制取-20～-40℃的低溫因此采用單級蒸汽壓縮制冷循環將無法滿足本系統制取-60℃低溫的要求，在此情況下，決定采用兩臺低溫壓縮機組成的復疊式制冷系統，兩級復疊制冷系統將第一級蒸發器與第二級冷凝器復疊在一起，使第二級低溫制冷劑在－35℃左右冷凝，在－80℃左右蒸發，以獲得系統所需要的低溫。

圖2 溫度控制系統電路圖

3、PLC控制系統的軟件設計
為了方便調試和編程，整個軟件系統采用模塊化編程，主要由手動運行模塊，自動運行模塊和故障診斷和報警模塊。在軟件編制時，采用了一些抗干擾措施，增強了整個系統的抗干擾能力，在計算機上可以實現實時操作，控制并觀察現場各設備的運行情況。
當系統處于手動運行時，PLC接收各設備狀態，由此判斷各設備的運行狀態，可單獨運轉變頻電機、加熱器、制冷系統的壓縮機。便于系統的調試和維修。
系統自動運行時，只須按照計算機屏幕提示，設置操作參數，，試驗即完全自動進行下去，并在計算機屏幕上實時顯示各設備參數。試驗過程中或試驗結束后，均可按照提示選擇打印方式打印。以下重點介紹溫度控制子程序。
由于系統采用三套晶閘管控制的電加熱器。常用的控制方式有兩種：一種是分段開關控制，根據溫度的高低，逐級開啟或關閉加熱器。這種方法溫度偏差大，精度較低。另一種是PWM脈寬調制，在PLC中實現PWM程序比較復雜。回路中的電加熱器為滿足溫度恒定的需要，經常切換工作狀態，而常規的電磁繼電器開關觸電易磨損，壽命短。所以對第一種方法進行改進。
由于系統是二階系統，在系統溫度下降時，增加加熱管，溫度由于慣性的原因，溫度繼續下降一段時間后再上升，同樣減少加熱管，溫度會上升一段時間后再下降。我們將前后兩次測量值進行比較，得到溫度偏差e，系統根據e來控制加熱器的狀態轉換。當e較大時，此時通過逐級打開加熱器來調整溫度。
啟停切換順序為：啟動順序：1＃ 2＃ 3＃；停止順序：3＃ 2＃ 1＃；溫度的變化值e: e=Ti－Ti－1。其中Ti ,Ti－1分別是本次溫度采樣值與前次溫度采樣值，并記試驗箱溫度允許上限為HSP，允許下線為LSP。PV為溫度測量值。考慮到前后兩個采樣周期的變化溫度e變化不大。當當前溫度值PV＋前一個周期變化溫度值e﹥溫度設定上限HSP時，就減少加熱管。反之，當PV+e﹤LSP時，就增加電加熱管。程序框圖如圖3所示。

圖3 溫度控制流程圖

電氣系統已設計了各種保護，并直接作用至斷電，其中包括：缺相保護、過載保護、旁路保護。 其中變頻器具有短路、過載等保護功能，當變頻器所驅動的電機發生短路、過載等故障時，變頻器將自動切斷一次供電回路，進入保護狀態并輸出報警信號，系統把各故障點相應的接觸器、短路器等元件的輔助觸電接到PLC，PLC掃描輸入這些觸電的狀態，并通過PLC程序將這些狀態存放在數據存儲區，再結合控制程序和設備預置狀態進行邏輯分析，判斷設備或元件是否出了問題。
4、結束語
可編程控制器（PLC）控制的汽車傳動軸防塵罩高低溫試驗箱可以控制傳動軸轉動速度、調整其運行環境溫度、實時監測試驗箱內各種變量狀態、靈活處理數據的通信，并將數據實時顯示在計算機上，而且可以將所得的數據進行存儲打印輸出，以便后查。大大提高了系統的效率。