PLC控制電機(jī)變頻調(diào)速試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

呂明磊

摘 要：電子技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展，極大的提高了工業(yè)化生產(chǎn)水平。變頻器、組態(tài)軟件和PLC的有效結(jié)合，可提高電機(jī)的運(yùn)行效率及控制水平，本文對(duì)PLC控制電機(jī)變頻調(diào)速試驗(yàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，并對(duì)PLC控制器的組成及其功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了相關(guān)論述，希望能對(duì)從業(yè)人員提供一定參考。

關(guān)鍵詞：PLC；變頻器；組態(tài)軟件技術(shù)；設(shè)計(jì)

1 概述

隨著電子技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，交流變頻調(diào)速在工業(yè)電機(jī)領(lǐng)域得到了迅猛發(fā)展?？删幊炭刂破鳎≒LC）作為繼電器的替代裝置，具有操作便捷、性能可靠、通用靈活、人機(jī)交互、壽命長(zhǎng)等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和設(shè)備控制環(huán)節(jié)；組態(tài)軟件技術(shù)可用于定制滿(mǎn)足用戶(hù)需求的功能工具，顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速或?qū)ζ溥M(jìn)行調(diào)速控制；利用PLC控制器，組態(tài)軟件技術(shù)和變頻器，可對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速試驗(yàn)。本文將對(duì)PLC控制電機(jī)變頻調(diào)速試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)展開(kāi)分析。

2 關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 變頻器調(diào)速原理

變頻器是通過(guò)改變電機(jī)的供電電壓和供電頻率而進(jìn)行的一項(xiàng)節(jié)能措施，同時(shí)還能達(dá)到提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量以及實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化的目的。變頻器主要包括主電路和控制電路兩部分，其中主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，主要由交-直變換電路、能耗電路、直-交變換電路和緩沖電路構(gòu)成；而控制電纜則是給主電路提供控制信號(hào)的回路部分，包括運(yùn)算電路、檢測(cè)電纜、驅(qū)動(dòng)電路、輸入/輸出電路、速度檢測(cè)電路以及保護(hù)電路。

2.2 組態(tài)軟件技術(shù)

組態(tài)軟件是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而逐漸被研發(fā)并應(yīng)用起來(lái)，該技術(shù)通過(guò)提供良好的人機(jī)界面，使技術(shù)人員用最簡(jiǎn)單的方法按照自己的需求組裝控制系統(tǒng)。組態(tài)的涵義是利用計(jì)算機(jī)軟件工具對(duì)各項(xiàng)資源進(jìn)行配置，使其能夠按照預(yù)先設(shè)置的目標(biāo)自動(dòng)完成任務(wù)，所配置的資源既可以是計(jì)算機(jī)，也可以是各類(lèi)軟件，配置后的組態(tài)軟件就成為具有監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集功能的軟件平臺(tái)工具，功能也由早期的人機(jī)圖形界面擴(kuò)展至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)控制、監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、通信、開(kāi)放數(shù)據(jù)接口、對(duì)I/O設(shè)備的支持等，可執(zhí)行多種任務(wù)，運(yùn)行可靠，應(yīng)用范圍極廣。

2.3 PLC技術(shù)

PLC技術(shù)設(shè)計(jì)的目的是取代繼電器盤(pán)，在繼電器操作簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)上，進(jìn)一步提高反應(yīng)時(shí)間、控制精度、工藝可更改性、功能擴(kuò)展性等，以適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)線(xiàn)的工藝要求。隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，大規(guī)模集成電路的研發(fā)和應(yīng)用使8位微處理器和位片處理器相繼問(wèn)世，進(jìn)一步推動(dòng)了PLC技術(shù)的發(fā)展，使該項(xiàng)技術(shù)增加了數(shù)值運(yùn)算，擴(kuò)大了輸入輸出規(guī)模，部分PLC已經(jīng)可以取代某些模擬控制裝置和小型機(jī)的DDC系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)

本文以提升機(jī)為例，對(duì)其電機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析：

3.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

首先，PLC控制軟件的設(shè)計(jì)。PLC控制軟件的主要功能是對(duì)提升機(jī)的啟動(dòng)、停止、加速、減速、勻速等過(guò)程進(jìn)行控制，同時(shí)采集信號(hào)，用于后期的邏輯處理；設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)包括主程序、故障處理子程序和中斷子程序，共計(jì)三個(gè)模塊；PLC具有多種功能，因此其涉及的參數(shù)較多，主要有變頻器復(fù)位、電機(jī)正反轉(zhuǎn)、安全報(bào)警、故障、多段頻率、啟動(dòng)、停止、上升、下降、松繩、復(fù)位、過(guò)卷等。其次，變頻器參數(shù)設(shè)置。變頻器與PLC的連接方式如下：變頻器的DI1和DI2分別接PLC的Q0.0以及Q0.1，而變頻器的AI1則與PLC的DA連接。變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)控制通過(guò)外給定方式實(shí)現(xiàn)，然后借助自動(dòng)補(bǔ)償方式對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行補(bǔ)償，電機(jī)的控制模式則可選擇速度傳感器矢量進(jìn)行控制。編程時(shí)，變頻器的10Hz與DA的給定值6400對(duì)應(yīng)，其余頻率則可按照正比進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑黾踊驕p少，一般頻率浮動(dòng)范圍控制在0.2-50Hz內(nèi)。

最后，觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需求選擇對(duì)應(yīng)的觸摸型，本次試驗(yàn)所選用的為威綸通公司的產(chǎn)品，型號(hào)為MT6100iv3，該產(chǎn)品性能可靠、操作簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)；利用EB8000對(duì)觸摸屏界面進(jìn)行編譯和設(shè)計(jì)，然后下載到觸摸屏即可。

3.2 PLC組成及其功能實(shí)現(xiàn)

第一，微處理器（CPU）。CPU是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心部件，同時(shí)也是PLC控制系統(tǒng)的核心組成部分，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)起著指揮和調(diào)節(jié)作用。一般CPU處理器有單片機(jī)、位片式處理器和通用處理器等，CPU位數(shù)越多，PLC檔次越高，對(duì)電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)效率也越高。單片機(jī)或8位微處理器一般用在小型PLC控制器中；而單片機(jī)或16位微處理器則用于中型PLC控制器中；位片式微處理器用于大型PLC控制器中。

第二，存儲(chǔ)器。PLC使用的存儲(chǔ)器一般分為系統(tǒng)類(lèi)和用戶(hù)類(lèi)，系統(tǒng)類(lèi)用于存儲(chǔ)系統(tǒng)程序，而用戶(hù)類(lèi)則用于存儲(chǔ)用戶(hù)所編制的控制代碼。CMOSRAM是一種隨機(jī)存儲(chǔ)器，能耗低，價(jià)格合理，使用壽命可長(zhǎng)達(dá)5-8年左右。

第三，編程器。編程器是PLC的重要外圍設(shè)備，能為用戶(hù)提供程序?qū)懭牍δ?，還能對(duì)程序進(jìn)行檢查和調(diào)試。編程器一般分為圖形編輯器和簡(jiǎn)易編程器兩大類(lèi)，可實(shí)現(xiàn)指令編程、梯形圖編程、脫機(jī)和聯(lián)機(jī)編程等；而簡(jiǎn)易編程器的功能較少，用于小型PLC較為合適。

第四，I/O擴(kuò)展單元。I/O擴(kuò)展單元用于輸入或者輸出點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展，若擴(kuò)扎點(diǎn)數(shù)超過(guò)了PLC限制，就需要擴(kuò)展單元進(jìn)行擴(kuò)展，確保輸入/輸出點(diǎn)數(shù)在PLC規(guī)定范圍內(nèi)。

4 結(jié)束語(yǔ)

PLC控制電機(jī)變頻調(diào)速試驗(yàn)系統(tǒng)具有節(jié)能、高效、適應(yīng)性強(qiáng)等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，該系統(tǒng)是利用變頻技術(shù)、PLC技術(shù)以及組態(tài)軟件技術(shù)將傳感設(shè)備、控制設(shè)備與電機(jī)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)設(shè)備的合理控制，保障電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性；除此之外，PLC控制系統(tǒng)還能對(duì)電機(jī)的故障檢修與修復(fù)提供便利，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)可自動(dòng)對(duì)故障的位置及原因進(jìn)行分析，并將分析結(jié)果提供給維修人員，幫助維修人員盡快排除故障，確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

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