基于變頻調(diào)速控制運(yùn)料小車自動往返

瞿新+李慶梅+魏希亮

摘要： 介紹運(yùn)料小車自動往返控制的硬件設(shè)計(jì)，采用交流電動機(jī)、變頻器和編碼器組成的交流變頻閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，對位移和速度進(jìn)行精確控制等。

Abstract： This article introduces the method to the material car automatic control， The computer implements real time control by controlling storage bin of the automatic warehouse and improve the management standards of automatic warehouse.

關(guān)鍵詞： 變頻器；PLC；調(diào)速

Key words： frequency converter；PLC；speed regulation

中圖分類號：U264.91+3.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）21-0021-02

0 引言

在企業(yè)生產(chǎn)中，自動控制運(yùn)料小車是運(yùn)輸中主要設(shè)備之一，小車的控制方式有很多種，其中從早期的繼電器-接觸器控制組成的復(fù)雜系統(tǒng)到現(xiàn)在通過PLC等控制器組成的電氣控制系統(tǒng)，使其控制速度快、精度高、可靠性強(qiáng)并且維修和改造方便等優(yōu)點(diǎn)。本文采用交流電動機(jī)、變頻器和編碼器組成的交流變頻閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，對位移和速度進(jìn)行精確控制。

1 運(yùn)料小車控制系統(tǒng)要求

1.1 運(yùn)料小車工作原理 本系統(tǒng)采用可移動電源由軟電纜連接進(jìn)行供電，其料車軌道長50m，小車控制要求如下：當(dāng)小車運(yùn)行到裝料處進(jìn)行裝料延時一段時間，裝滿料后，小車按照慢-快-慢的規(guī)律前進(jìn)到卸料處停車倒料，倒完后，小車再次按照慢-快-慢的規(guī)律返回到裝料處，如

此循環(huán)。整個工作過程由PLC控制完成，速度變化通過變頻器頻率變化完成，并且通過上位機(jī)監(jiān)控畫面顯示小車的位置和運(yùn)行狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)料過程的監(jiān)視及管理和顯示信息。

1.2 運(yùn)料小車系統(tǒng)構(gòu)成 為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制要求，采用德國西門子公司的S7-200系列CPU224XP型，PLC為現(xiàn)場控制器，交流電機(jī)、變頻器和編碼器，實(shí)現(xiàn)對小車精確定位及調(diào)速控制，在每個站點(diǎn)都有檢測裝置及站點(diǎn)閥門裝置信號通過S7-200的數(shù)字量輸入端送入上位機(jī)，上位機(jī)經(jīng)過信息處理后將控制信號送入S7-200的數(shù)字量輸出端，驅(qū)動電機(jī)的運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對小車的控制，系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 運(yùn)料小車硬件連接設(shè)計(jì) 系統(tǒng)采用西門子MICROMASTER420變頻器用于控制三相交流電動機(jī)速度，運(yùn)用輸入輸出混合模擬量模塊EM235，它主要采集兩個信號，一個是給定電壓，另一個是旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的反饋量，其中讀取模擬量輸入映像寄存器AIW中的數(shù)據(jù)可使用PLC程序來完成。而旋轉(zhuǎn)編碼器是用來量電機(jī)轉(zhuǎn)速的，光電式旋轉(zhuǎn)編碼器通過光電轉(zhuǎn)換，可將輸出軸的角位移、角速度等機(jī)械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖以數(shù)字量輸出。注意接線時一定要把變頻器0V和AIN-短接，PLC的1M與變頻器的0V也要短接，否則不能進(jìn)行調(diào)速。如圖2

所示。

2.2 運(yùn)料小車調(diào)速設(shè)計(jì) 在小車自動往返系統(tǒng)中，當(dāng)小車以某一個速度運(yùn)行時，通過旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)速輸出端（輸出0V～5V電壓）與EM235模塊的電壓輸入端A+和A-相連接，將直流給定電源的輸出端（輸出電壓范圍0V～10V）連接，其中與EM235模塊的B+和B-相連接，作為給定量輸入值。經(jīng)PLC進(jìn)行數(shù)字濾波、比較、判斷將控制信號送給變頻器的AIN+和AIN-腳，實(shí)時調(diào)整變頻器的頻率值，使小車控制系統(tǒng)迅速達(dá)到某一個穩(wěn)定的速度平穩(wěn)運(yùn)行。在小車控制系統(tǒng)中，為保證正常運(yùn)行安全，必須將設(shè)備可靠接地，因此變頻器的接地端也應(yīng)可靠接地。采用旋轉(zhuǎn)編碼器、變頻器閉環(huán)控制方式，能有效地使系統(tǒng)高速運(yùn)行、換速平穩(wěn)。這樣能精準(zhǔn)控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩并能使低俗運(yùn)行性能好、調(diào)速范圍廣、動態(tài)響應(yīng)快、可靠性高。

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用以PLC控制為主，在S7-200的編程軟件STEP 7-MicroWIN中編寫系統(tǒng)所用控制程序。該程序分為主程序、全自動子程序、手動子程序、前進(jìn)控制子程序、后退控制子程序及前進(jìn)控制中斷和后退控制中斷等全自動子程序主要完成裝料、前進(jìn)、卸料、后退的主要過程。裝料時電磁閥打開，由時間限定后，前進(jìn)由步進(jìn)電動機(jī)控制小車前進(jìn)到達(dá)目的地，小車卸料再步進(jìn)電動機(jī)反轉(zhuǎn)達(dá)到后退的目的。

在該閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，軟件設(shè)計(jì)主要是指PLC程序設(shè)計(jì)。PLC程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是接受外部開關(guān)信號的輸入和兩路模擬量輸入，其中EM235模擬量模塊的數(shù)字量輸入范圍是0～32000，其模擬量輸出范圍是0～10V。將頻率的數(shù)值0～50對應(yīng)的PLC數(shù)值0～32000，存到VD106～VD306中，也就是把數(shù)值0～32000等分50份，每份640，分別存入VD106～VD306中，這個程序段是初始化程序段。VW100存入頻率值，這個數(shù)值一般只能由PLC的上位機(jī)給定，PLC編程時只能給一個初始值。將這個給定數(shù)值乘4，再加上VB106的首地址，這樣就可以找到對應(yīng)的PLC數(shù)值0～32000中個數(shù)值，再轉(zhuǎn)化成0～10V的電壓信號，由AQW0輸出，控制變頻器0～50Hz輸出。

4 結(jié)束語

在運(yùn)料小車自動往返系統(tǒng)中由PLC、變頻器和編碼器實(shí)現(xiàn)異步電動機(jī)變頻閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)組成現(xiàn)場控制層，其動態(tài)性和穩(wěn)態(tài)性均能滿足高性能要求的生產(chǎn)場合，該系統(tǒng)可以獲得調(diào)速范圍廣及準(zhǔn)確定位精度高，目前此模式下的調(diào)速系統(tǒng)，已廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中，本系統(tǒng)的研究開發(fā)，為構(gòu)建基于組態(tài)軟件和PLC的電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)提供了有益的借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢宗斌，姚燁.基于組態(tài)軟件及PLC的運(yùn)料小車控制[J].電腦知識與技術(shù)，2013（08）：1806-1809.

[2]李永霞，周寧，白連平.開關(guān)磁阻電機(jī)控制中的角度細(xì)分[J].微電機(jī)，2010（10）.

[3]荊建立，呂明.開關(guān)磁阻電動機(jī)控制方法研究[J].電氣傳動自動化，2012（04）.endprint

摘要： 介紹運(yùn)料小車自動往返控制的硬件設(shè)計(jì)，采用交流電動機(jī)、變頻器和編碼器組成的交流變頻閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，對位移和速度進(jìn)行精確控制等。

Abstract： This article introduces the method to the material car automatic control， The computer implements real time control by controlling storage bin of the automatic warehouse and improve the management standards of automatic warehouse.

關(guān)鍵詞： 變頻器；PLC；調(diào)速

Key words： frequency converter；PLC；speed regulation

中圖分類號：U264.91+3.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）21-0021-02

0 引言

在企業(yè)生產(chǎn)中，自動控制運(yùn)料小車是運(yùn)輸中主要設(shè)備之一，小車的控制方式有很多種，其中從早期的繼電器-接觸器控制組成的復(fù)雜系統(tǒng)到現(xiàn)在通過PLC等控制器組成的電氣控制系統(tǒng)，使其控制速度快、精度高、可靠性強(qiáng)并且維修和改造方便等優(yōu)點(diǎn)。本文采用交流電動機(jī)、變頻器和編碼器組成的交流變頻閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，對位移和速度進(jìn)行精確控制。

1 運(yùn)料小車控制系統(tǒng)要求

1.1 運(yùn)料小車工作原理 本系統(tǒng)采用可移動電源由軟電纜連接進(jìn)行供電，其料車軌道長50m，小車控制要求如下：當(dāng)小車運(yùn)行到裝料處進(jìn)行裝料延時一段時間，裝滿料后，小車按照慢-快-慢的規(guī)律前進(jìn)到卸料處停車倒料，倒完后，小車再次按照慢-快-慢的規(guī)律返回到裝料處，如

此循環(huán)。整個工作過程由PLC控制完成，速度變化通過變頻器頻率變化完成，并且通過上位機(jī)監(jiān)控畫面顯示小車的位置和運(yùn)行狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)料過程的監(jiān)視及管理和顯示信息。

1.2 運(yùn)料小車系統(tǒng)構(gòu)成 為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制要求，采用德國西門子公司的S7-200系列CPU224XP型，PLC為現(xiàn)場控制器，交流電機(jī)、變頻器和編碼器，實(shí)現(xiàn)對小車精確定位及調(diào)速控制，在每個站點(diǎn)都有檢測裝置及站點(diǎn)閥門裝置信號通過S7-200的數(shù)字量輸入端送入上位機(jī)，上位機(jī)經(jīng)過信息處理后將控制信號送入S7-200的數(shù)字量輸出端，驅(qū)動電機(jī)的運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對小車的控制，系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 運(yùn)料小車硬件連接設(shè)計(jì) 系統(tǒng)采用西門子MICROMASTER420變頻器用于控制三相交流電動機(jī)速度，運(yùn)用輸入輸出混合模擬量模塊EM235，它主要采集兩個信號，一個是給定電壓，另一個是旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的反饋量，其中讀取模擬量輸入映像寄存器AIW中的數(shù)據(jù)可使用PLC程序來完成。而旋轉(zhuǎn)編碼器是用來量電機(jī)轉(zhuǎn)速的，光電式旋轉(zhuǎn)編碼器通過光電轉(zhuǎn)換，可將輸出軸的角位移、角速度等機(jī)械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖以數(shù)字量輸出。注意接線時一定要把變頻器0V和AIN-短接，PLC的1M與變頻器的0V也要短接，否則不能進(jìn)行調(diào)速。如圖2

所示。

2.2 運(yùn)料小車調(diào)速設(shè)計(jì) 在小車自動往返系統(tǒng)中，當(dāng)小車以某一個速度運(yùn)行時，通過旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)速輸出端（輸出0V～5V電壓）與EM235模塊的電壓輸入端A+和A-相連接，將直流給定電源的輸出端（輸出電壓范圍0V～10V）連接，其中與EM235模塊的B+和B-相連接，作為給定量輸入值。經(jīng)PLC進(jìn)行數(shù)字濾波、比較、判斷將控制信號送給變頻器的AIN+和AIN-腳，實(shí)時調(diào)整變頻器的頻率值，使小車控制系統(tǒng)迅速達(dá)到某一個穩(wěn)定的速度平穩(wěn)運(yùn)行。在小車控制系統(tǒng)中，為保證正常運(yùn)行安全，必須將設(shè)備可靠接地，因此變頻器的接地端也應(yīng)可靠接地。采用旋轉(zhuǎn)編碼器、變頻器閉環(huán)控制方式，能有效地使系統(tǒng)高速運(yùn)行、換速平穩(wěn)。這樣能精準(zhǔn)控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩并能使低俗運(yùn)行性能好、調(diào)速范圍廣、動態(tài)響應(yīng)快、可靠性高。

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用以PLC控制為主，在S7-200的編程軟件STEP 7-MicroWIN中編寫系統(tǒng)所用控制程序。該程序分為主程序、全自動子程序、手動子程序、前進(jìn)控制子程序、后退控制子程序及前進(jìn)控制中斷和后退控制中斷等全自動子程序主要完成裝料、前進(jìn)、卸料、后退的主要過程。裝料時電磁閥打開，由時間限定后，前進(jìn)由步進(jìn)電動機(jī)控制小車前進(jìn)到達(dá)目的地，小車卸料再步進(jìn)電動機(jī)反轉(zhuǎn)達(dá)到后退的目的。

在該閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，軟件設(shè)計(jì)主要是指PLC程序設(shè)計(jì)。PLC程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是接受外部開關(guān)信號的輸入和兩路模擬量輸入，其中EM235模擬量模塊的數(shù)字量輸入范圍是0～32000，其模擬量輸出范圍是0～10V。將頻率的數(shù)值0～50對應(yīng)的PLC數(shù)值0～32000，存到VD106～VD306中，也就是把數(shù)值0～32000等分50份，每份640，分別存入VD106～VD306中，這個程序段是初始化程序段。VW100存入頻率值，這個數(shù)值一般只能由PLC的上位機(jī)給定，PLC編程時只能給一個初始值。將這個給定數(shù)值乘4，再加上VB106的首地址，這樣就可以找到對應(yīng)的PLC數(shù)值0～32000中個數(shù)值，再轉(zhuǎn)化成0～10V的電壓信號，由AQW0輸出，控制變頻器0～50Hz輸出。

4 結(jié)束語

在運(yùn)料小車自動往返系統(tǒng)中由PLC、變頻器和編碼器實(shí)現(xiàn)異步電動機(jī)變頻閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)組成現(xiàn)場控制層，其動態(tài)性和穩(wěn)態(tài)性均能滿足高性能要求的生產(chǎn)場合，該系統(tǒng)可以獲得調(diào)速范圍廣及準(zhǔn)確定位精度高，目前此模式下的調(diào)速系統(tǒng)，已廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中，本系統(tǒng)的研究開發(fā)，為構(gòu)建基于組態(tài)軟件和PLC的電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)提供了有益的借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢宗斌，姚燁.基于組態(tài)軟件及PLC的運(yùn)料小車控制[J].電腦知識與技術(shù)，2013（08）：1806-1809.

[2]李永霞，周寧，白連平.開關(guān)磁阻電機(jī)控制中的角度細(xì)分[J].微電機(jī)，2010（10）.

[3]荊建立，呂明.開關(guān)磁阻電動機(jī)控制方法研究[J].電氣傳動自動化，2012（04）.endprint

摘要： 介紹運(yùn)料小車自動往返控制的硬件設(shè)計(jì)，采用交流電動機(jī)、變頻器和編碼器組成的交流變頻閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，對位移和速度進(jìn)行精確控制等。

Abstract： This article introduces the method to the material car automatic control， The computer implements real time control by controlling storage bin of the automatic warehouse and improve the management standards of automatic warehouse.

關(guān)鍵詞： 變頻器；PLC；調(diào)速

Key words： frequency converter；PLC；speed regulation

中圖分類號：U264.91+3.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）21-0021-02

0 引言

在企業(yè)生產(chǎn)中，自動控制運(yùn)料小車是運(yùn)輸中主要設(shè)備之一，小車的控制方式有很多種，其中從早期的繼電器-接觸器控制組成的復(fù)雜系統(tǒng)到現(xiàn)在通過PLC等控制器組成的電氣控制系統(tǒng)，使其控制速度快、精度高、可靠性強(qiáng)并且維修和改造方便等優(yōu)點(diǎn)。本文采用交流電動機(jī)、變頻器和編碼器組成的交流變頻閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，對位移和速度進(jìn)行精確控制。

1 運(yùn)料小車控制系統(tǒng)要求

1.1 運(yùn)料小車工作原理 本系統(tǒng)采用可移動電源由軟電纜連接進(jìn)行供電，其料車軌道長50m，小車控制要求如下：當(dāng)小車運(yùn)行到裝料處進(jìn)行裝料延時一段時間，裝滿料后，小車按照慢-快-慢的規(guī)律前進(jìn)到卸料處停車倒料，倒完后，小車再次按照慢-快-慢的規(guī)律返回到裝料處，如

此循環(huán)。整個工作過程由PLC控制完成，速度變化通過變頻器頻率變化完成，并且通過上位機(jī)監(jiān)控畫面顯示小車的位置和運(yùn)行狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)料過程的監(jiān)視及管理和顯示信息。

1.2 運(yùn)料小車系統(tǒng)構(gòu)成 為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制要求，采用德國西門子公司的S7-200系列CPU224XP型，PLC為現(xiàn)場控制器，交流電機(jī)、變頻器和編碼器，實(shí)現(xiàn)對小車精確定位及調(diào)速控制，在每個站點(diǎn)都有檢測裝置及站點(diǎn)閥門裝置信號通過S7-200的數(shù)字量輸入端送入上位機(jī)，上位機(jī)經(jīng)過信息處理后將控制信號送入S7-200的數(shù)字量輸出端，驅(qū)動電機(jī)的運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對小車的控制，系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 運(yùn)料小車硬件連接設(shè)計(jì) 系統(tǒng)采用西門子MICROMASTER420變頻器用于控制三相交流電動機(jī)速度，運(yùn)用輸入輸出混合模擬量模塊EM235，它主要采集兩個信號，一個是給定電壓，另一個是旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的反饋量，其中讀取模擬量輸入映像寄存器AIW中的數(shù)據(jù)可使用PLC程序來完成。而旋轉(zhuǎn)編碼器是用來量電機(jī)轉(zhuǎn)速的，光電式旋轉(zhuǎn)編碼器通過光電轉(zhuǎn)換，可將輸出軸的角位移、角速度等機(jī)械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖以數(shù)字量輸出。注意接線時一定要把變頻器0V和AIN-短接，PLC的1M與變頻器的0V也要短接，否則不能進(jìn)行調(diào)速。如圖2

所示。

2.2 運(yùn)料小車調(diào)速設(shè)計(jì) 在小車自動往返系統(tǒng)中，當(dāng)小車以某一個速度運(yùn)行時，通過旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)速輸出端（輸出0V～5V電壓）與EM235模塊的電壓輸入端A+和A-相連接，將直流給定電源的輸出端（輸出電壓范圍0V～10V）連接，其中與EM235模塊的B+和B-相連接，作為給定量輸入值。經(jīng)PLC進(jìn)行數(shù)字濾波、比較、判斷將控制信號送給變頻器的AIN+和AIN-腳，實(shí)時調(diào)整變頻器的頻率值，使小車控制系統(tǒng)迅速達(dá)到某一個穩(wěn)定的速度平穩(wěn)運(yùn)行。在小車控制系統(tǒng)中，為保證正常運(yùn)行安全，必須將設(shè)備可靠接地，因此變頻器的接地端也應(yīng)可靠接地。采用旋轉(zhuǎn)編碼器、變頻器閉環(huán)控制方式，能有效地使系統(tǒng)高速運(yùn)行、換速平穩(wěn)。這樣能精準(zhǔn)控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩并能使低俗運(yùn)行性能好、調(diào)速范圍廣、動態(tài)響應(yīng)快、可靠性高。

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用以PLC控制為主，在S7-200的編程軟件STEP 7-MicroWIN中編寫系統(tǒng)所用控制程序。該程序分為主程序、全自動子程序、手動子程序、前進(jìn)控制子程序、后退控制子程序及前進(jìn)控制中斷和后退控制中斷等全自動子程序主要完成裝料、前進(jìn)、卸料、后退的主要過程。裝料時電磁閥打開，由時間限定后，前進(jìn)由步進(jìn)電動機(jī)控制小車前進(jìn)到達(dá)目的地，小車卸料再步進(jìn)電動機(jī)反轉(zhuǎn)達(dá)到后退的目的。

在該閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，軟件設(shè)計(jì)主要是指PLC程序設(shè)計(jì)。PLC程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是接受外部開關(guān)信號的輸入和兩路模擬量輸入，其中EM235模擬量模塊的數(shù)字量輸入范圍是0～32000，其模擬量輸出范圍是0～10V。將頻率的數(shù)值0～50對應(yīng)的PLC數(shù)值0～32000，存到VD106～VD306中，也就是把數(shù)值0～32000等分50份，每份640，分別存入VD106～VD306中，這個程序段是初始化程序段。VW100存入頻率值，這個數(shù)值一般只能由PLC的上位機(jī)給定，PLC編程時只能給一個初始值。將這個給定數(shù)值乘4，再加上VB106的首地址，這樣就可以找到對應(yīng)的PLC數(shù)值0～32000中個數(shù)值，再轉(zhuǎn)化成0～10V的電壓信號，由AQW0輸出，控制變頻器0～50Hz輸出。

4 結(jié)束語

在運(yùn)料小車自動往返系統(tǒng)中由PLC、變頻器和編碼器實(shí)現(xiàn)異步電動機(jī)變頻閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)組成現(xiàn)場控制層，其動態(tài)性和穩(wěn)態(tài)性均能滿足高性能要求的生產(chǎn)場合，該系統(tǒng)可以獲得調(diào)速范圍廣及準(zhǔn)確定位精度高，目前此模式下的調(diào)速系統(tǒng)，已廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中，本系統(tǒng)的研究開發(fā)，為構(gòu)建基于組態(tài)軟件和PLC的電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)提供了有益的借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢宗斌，姚燁.基于組態(tài)軟件及PLC的運(yùn)料小車控制[J].電腦知識與技術(shù)，2013（08）：1806-1809.

[2]李永霞，周寧，白連平.開關(guān)磁阻電機(jī)控制中的角度細(xì)分[J].微電機(jī)，2010（10）.

[3]荊建立，呂明.開關(guān)磁阻電動機(jī)控制方法研究[J].電氣傳動自動化，2012（04）.endprint