本文闡述了滑差調(diào)節(jié)器的作用和工作原理，滑差調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備，滑差調(diào)節(jié)器的PLC控制。重點(diǎn)講述了事故保護(hù)和調(diào)試過程中對實(shí)際問題的解決。該設(shè)備在核工業(yè)西南物理研究院的HL-2A磁約束等離子體實(shí)驗(yàn)裝置的1#、2#電動機(jī)－飛輪－交流脈沖發(fā)電機(jī)組中得到應(yīng)用，在機(jī)組起動過程中，使電動機(jī)定子電流的穩(wěn)定度達(dá)到１％以下。整個設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，完全滿足設(shè)計(jì)和實(shí)際使用要求。 關(guān)鍵詞：滑差調(diào)節(jié)器 PLC 程序設(shè)計(jì) 1 滑差調(diào)節(jié)器的作用和工作原理 HL-2A托卡馬克是我國的一個大型核聚變研究實(shí)驗(yàn)裝置。該實(shí)驗(yàn)裝置的供電系統(tǒng)是由電動機(jī)－飛輪－交流脈沖發(fā)電機(jī)組經(jīng)過變壓器和晶閘管變流器對負(fù)載線圈供電。對于這樣的供電系統(tǒng)，若采用直接由電網(wǎng)供電的方式會對電網(wǎng)造成巨大的沖擊和產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁污染。因此，我們采用了國際上普遍的做法，利用裝置的脈沖工作制，采取自電網(wǎng)取能經(jīng)電動交流脈沖飛輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行隔離、能量存儲與轉(zhuǎn)換、功率放大和釋能的供電方式。也就是采用兩套90MVA 交流飛輪發(fā)電機(jī)組（以下簡稱發(fā)電機(jī)組或機(jī)組）對該實(shí)驗(yàn)裝置脈沖供電。整個機(jī)組由2500kW繞線式異步電動機(jī)、90噸飛輪、90MVA發(fā)電機(jī)組成。其工作原理是通過6000V電網(wǎng)供電給電動機(jī)，當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)動時帶動飛輪和發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)并達(dá)到電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速1477r.p.m，之后自由加速。這時在勵磁機(jī)的作用下，發(fā)電機(jī)將儲存于飛輪的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芄〩L-2A裝置放電使用。 實(shí)驗(yàn)裝置中，液體轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)器（即滑差調(diào)節(jié)器）主要起兩方面的作用。一、實(shí)現(xiàn)兩套機(jī)組的起動過程。當(dāng)機(jī)組經(jīng)過盤車到轉(zhuǎn)速12 r.p.m時，接入6000V電網(wǎng)的真空開關(guān)合閘，滑差調(diào)節(jié)器投入工作。隨后通過調(diào)節(jié)滑差調(diào)節(jié)器中活動電極的高度使具有280t-m2飛輪矩的機(jī)組恒電流（I=230A）加速到額定轉(zhuǎn)速1477r.p.m，然后自由加速。二、實(shí)現(xiàn)機(jī)組的調(diào)速。當(dāng)脈沖發(fā)電機(jī)要給實(shí)驗(yàn)裝置脈沖供電時，整個裝置的實(shí)驗(yàn)放電對2500kW的電動機(jī)而言是一個很大的脈沖負(fù)載，迫使機(jī)組的轉(zhuǎn)速下降，機(jī)組釋放出飛輪儲存的機(jī)械能，幫助電動機(jī)克服尖峰負(fù)荷。為了保護(hù)電動機(jī)以及減少電動機(jī)脈沖工作時對電網(wǎng)的沖擊，在裝置的實(shí)驗(yàn)放電之前，必須在電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串入一個適當(dāng)?shù)碾娮?，也就是將活動電極提高到合適的高度（如圖1中KB所示）。當(dāng)實(shí)驗(yàn)放電完成之后，通過調(diào)節(jié)活動電極的高度使機(jī)組電流（I=230A）恒定，再加速到額定轉(zhuǎn)速1477r.p.m，然后自由加速。如此重復(fù)調(diào)速過程，直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束。 ２ 滑差調(diào)節(jié)器控制的硬件設(shè)備 滑差調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示,它主要由電流比為400/5A的LQJ-10型電流互感器（圖中101HL）、電流變送器、PID反饋控制調(diào)節(jié)板、穩(wěn)壓電源、PLC組成。其中的PLC采用的是日本三菱公司生產(chǎn)的FX-80MR型可編程序控制器，該P(yáng)LC具有40個輸入點(diǎn)、40個輸出點(diǎn)，其CPU、RAM、通信功能等集成于一體，可擴(kuò)展ROM，通過手持編寫器可方便地輸入和更改程序，也可通過加密碼來保證程序的安全。 電流變送器將電流傳感器輸出的二次電流變換為直流電壓輸出。PID反饋控制調(diào)節(jié)板將給定值和電流變送器的輸出信號相比較，通過PID控制直流調(diào)速電源的輸出，從而控制電極提升電機(jī)的轉(zhuǎn)速使液體電阻的活動電極隨定子電流的變化而變化。整個控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在電極下降過程中，當(dāng)定子電流大于或等于230A時，活動電極靜止；當(dāng)定子電流小于230A時，活動電極下降，并且隨著定子電流的減小，活動電極的下降速度也變快。 3 滑差調(diào)節(jié)器的PLC控制 3.1 滑差調(diào)節(jié)器的PLC控制概述 滑差調(diào)節(jié)器的PLC控制按照技術(shù)要求完成了對整個滑差調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)轉(zhuǎn)的控制。其中包括控制兩套機(jī)組的分時起動、分時再加速；對電極提升高度進(jìn)行檢測；與外界通信；對堿液循環(huán)泵進(jìn)行過負(fù)荷、電源缺相的保護(hù)；對電極提升電機(jī)進(jìn)行過負(fù)荷、勵磁電流的欠流保護(hù)；對堿液進(jìn)行溫度監(jiān)控等。 滑差調(diào)節(jié)器的PLC控制，利用了PLC的輸入/輸出繼電器、輔助繼電器、定時器，采用了串聯(lián)電路塊的并聯(lián)與多重輸出電路等方法，完成了模塊化的程序設(shè)計(jì)。每一模塊獨(dú)立完成一項(xiàng)具體任務(wù)。整個程序流程圖如圖2所示。程序的PLC梯形圖如圖3所示。 3.2 滑差調(diào)節(jié)器的PLC控制方式 該P(yáng)LC控制系統(tǒng)為了滿足調(diào)試和實(shí)驗(yàn)兩方面的要求，設(shè)計(jì)了就地控制和遠(yuǎn)程控制兩套方案。當(dāng)調(diào)試時，采用就地控制方案。當(dāng)進(jìn)行聚變反應(yīng)實(shí)驗(yàn)時，采用遠(yuǎn)程控制方案。 按照電機(jī)機(jī)組起動的技術(shù)要求，當(dāng)1#機(jī)組起動或再加速完畢，2#機(jī)組才能進(jìn)行起動或再加速過程。而對于1#、2#機(jī)組的提電極過程需要同時進(jìn)行。該P(yáng)LC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)完全滿足了上述技術(shù)要求。 該P(yáng)LC控制系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了滑差調(diào)節(jié)器部分的相對獨(dú)立以及與裝置其他部分的協(xié)調(diào)合作。當(dāng)進(jìn)行滑差調(diào)節(jié)器內(nèi)部自檢工作時，通過PLC程序斷開滑差調(diào)節(jié)器部分與外界的通信，避免了與外部設(shè)備間的相互干擾。當(dāng)進(jìn)行聚變反應(yīng)實(shí)驗(yàn)時，又通過PLC程序接通滑差調(diào)節(jié)器部分與外界的通信。此時，對于中心控制室的輸入信號，通過PLC編程控制相應(yīng)按鈕及指示燈的互鎖來確保提電極和再加速信號的準(zhǔn)確、無誤；對于輸出信號，通過獨(dú)立的繼電器觸點(diǎn)給出信號，避免了外部設(shè)備的干擾。以上所述都是通過PLC編程配上轉(zhuǎn)換開關(guān)來切換和實(shí)現(xiàn)的。 3.3 滑差調(diào)節(jié)器的事故保護(hù) 當(dāng)2500kW電動機(jī)的轉(zhuǎn)子回路的電流過大時，循環(huán)堿液溫度過高，以至冷卻循環(huán)水無法帶走轉(zhuǎn)子回路釋放的多余熱量，此時通過溫度傳感器、PLC以及電鈴，發(fā)出報(bào)警；當(dāng)堿液溫度達(dá)到70℃時，該控制系統(tǒng)的熱繼電器動作，整個機(jī)組停止起動。 當(dāng)電極提升電機(jī)或堿液循環(huán)泵過熱時，相應(yīng)的熱繼電器動作，整個機(jī)組也將停止起動。 3.4 實(shí)際問題的解決 由于滑差調(diào)節(jié)器的控制在最初設(shè)計(jì)時，只考慮了當(dāng)真空開關(guān)合閘，手動按動控制活動電極下降的按鈕一次后，電極自動下降一種方案，當(dāng)調(diào)試時，這一方案突然失靈。為了能夠?qū)Ω哆@種突發(fā)事件，以及更進(jìn)一步地實(shí)現(xiàn)自動控制，該控制系統(tǒng)補(bǔ)充了兩種方案與已有方案并存。第一種方案實(shí)現(xiàn)了當(dāng)真空開關(guān)合閘，滑差調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)自動進(jìn)入活動電極下降程序。第二種方案考慮了意外情況，對電機(jī)的下降完全采用手動下降操作。 真空開關(guān)合閘瞬間，機(jī)組的一次回路中的電流從0開始上升，這時如果使電流變送器動作，PID模塊接收到的電流信號將從0開始上升，這樣經(jīng)過PID算法，測量值遠(yuǎn)小于給定值，使得滑差調(diào)節(jié)器的活動電極急速下降，這是一種嚴(yán)重的誤動作。為了躲過一次回路中電流上升這一暫態(tài)過程，滑差調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)利用了PLC的定時器延時5秒使電流變送器動作。 4 總結(jié) 　 我們所設(shè)計(jì)的基于PLC的滑差調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)經(jīng)歷了HL-2A裝置運(yùn)行實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)記錄表明在機(jī)組的整個起動和再加速過程中，繞線式異步電動機(jī)定子電流的穩(wěn)定度達(dá)到1%以下,滿足了實(shí)驗(yàn)的要求。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所繪出的2500kW電動機(jī)定子電流與時間關(guān)系圖如圖5。從圖中可見，發(fā)電機(jī)組在剛 起動期間，起動電流以低于設(shè)定電流值（230A） 開始上升并超過設(shè)定值，然后才緩慢降到設(shè)定值。對上述現(xiàn)象的解釋如下：起動開始時繞線式異步電動機(jī)的繞組阻礙了起動電流的增大，因此機(jī)組起動的最初一段時間，起動電流經(jīng)歷了上升的暫態(tài)過程。為躲過這一暫態(tài)過程，前邊所述的PLC定時器延時5秒所選時間太長，致使起動電流超過了設(shè)定值，然后才在PID反饋控制的作用下緩慢下降到設(shè)定值。因此，我們需要進(jìn)一步的調(diào)試或計(jì)算來得到PLC定時器的準(zhǔn)確延時值。 5 結(jié)束語 HL-2A裝置的滑差調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)是在經(jīng)費(fèi)不充裕的條件下完成的，因此，沒有考慮它的計(jì)算機(jī)實(shí)時顯示以及觸摸屏方式。希望在條件合適的時候，我們設(shè)計(jì)的該控制系統(tǒng)能夠在這兩方面得到改進(jìn)。 參考文獻(xiàn)：張繼和、張潤敏、梁海峰編 《電機(jī)控制與供電基礎(chǔ)》 四川省：西南交通大學(xué)出版社