应电压是一个频率由
50 Hz 向 0 H z 衰减的正弦波，某一时段转子电压的频率
（
f 2
）对应着该时段电机的滑差率（
S ）。
当同步电机起动至亚同步转速（同步转速的
95% ）时，可得此时转差率 S
= 0 05，又因 f 2 = f 1
？
S，可得此时转子电压的频率 f 2 = 2 5（H z），
即周期
T 2 = 0 4 s.滑差检测环节检测到的转子电压滑差信号经光电耦合器转
换为方波信号送至
PLC 中，当 PLC 检测到该方波信号达到 0 4 s 且在上升沿时
即向
6RA70 发出投励命令，从而实现了同步电机的自动投励。
4）无功补偿环节：由于球磨机为大功率负载，同步电机主回路电流随负
载变化而变化。为保持转子同步，
6RA70 通过检测定子主回路的有功电流信号，
并通过自己内部的电流调节器自动调整励磁输出，实现自动增磁，从而使同步
电机在负载波动的情况下能保持转子同步及较稳定的功率因数，可靠运行。
5
）
6RA70
整流器：
6RA70 通过其中央控制器控制功率整流单元，通过
电流电压数字变换器采集反馈信号实现恒电压输出（不需要调速）。在投励时，
主站
PLC 命令 6RA70 的电枢输出部分向同步电机的转子输出一阶跃直流电源，
将电机拖入同步。通过对
6RA70 励磁电压和电流的合理设置，可使同步电机的
功率因素达到
0 90 0 95 左右，从而体现了同步电机对电网的无功补偿功能。
6
）
S7 300PLC
：
S7 300PLC 作为系统的自动化站，通过 DP 总线对 32
台
6RA 70 的励磁投入进行集中控制，同时采集各 6RA70 的反馈信息送至 HM
I 中进行实时监控。
PLC 的程序设计采用了模块化的编程方式，即按照控制任务将程序划分成
几个功能块，具体包括：自动程序、
DP 通信程序、控制台/机旁两地手动与检修
程序、显示及故障报警程序、主要执行设备定期检修提示程序以及系统初始化与
复位程序。
7）同步电机的电气保护：同步电机除了 6RA70 本身所具有的直流输出过
流、过压等保护以外，在励磁回路及定子高压部分还设计有一套完善的继电保护
系统。如励磁回路的零励磁保护及失步保护、定子主回路的定子过电压阻容保护、
定子过电流断路器跳闸保护、电机轴承过热保护、电机独立冷却风机跳闸保护以
及减速机稀油润滑回路保护等。
4 基于 PROFIBUS DP、工业以太网的车间级自动化网络的构建
选矿厂球磨机系统的自动化网络结构，采用了目前自动化领域领先的现场
总线和工业以太网技术。
PROFIBUS DP 现场总线将球磨生产线所有分布式 I/O
从 站 及
6RA70 整流器 串连 起来 ，与主站 S7 300PLC 进行通信。主站 S7
300PLC 负责控制各 6RA70 对各自同步电动机直流励磁的自动投入，并通过
分布式
I/O 从站 ET200M 对励磁系统相关的 I/O 信号进行连接与控制，以实现
电气保护和故障报警（
）等功能。由于分布在整个生产
线上的
PROF IBUS 从站数超过了 32 个（一个 PROFIBUS 网段最多可有 32 个
站点），所以将
DP 总线分为两段，并用 RS485 中继器进行两个 PRO FIBUS
网段的连接。
另外，主站
PLC 通过 CP343 1 工业以太网通讯处理器、ESM 电气网络交
换模块与车间级自动化网络工业以太网进行通信。在车间级工业以太网中，通过
工程师站（
ES）实现对生产参数的输入，实时进行数据监控和管理以及 HM I
的设计与发布。
通过操作员站（
OS）访问 ES 发布的 HM I，还可实现对整个球磨生产线
生产状况（包括传动系统的动作情况及电机的参数、曲线及故障报警等信息）的