基于PLC電機控制的自動化系統(tǒng)的應用探究

張?；? 呂波厚 馮建國

摘要：三相異步電動機使用廣泛，機械制作精簡便于維護修理，可節(jié)約生產(chǎn)費用，電能轉(zhuǎn)化能力強，調(diào)控簡單有效等特點，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類居住得到廣泛應用。本文針對異步電動機調(diào)速難的問題，采用PLC技術(shù)，實現(xiàn)PLC控制三相異步電機系統(tǒng)，以PC組態(tài)軟件為上位機，PLC為控制器，對變頻器和電機實施控制，達到調(diào)控電動機的效果。

關(guān)鍵詞：PLC;電機控制;自動化系統(tǒng)

1 PLC控制系統(tǒng)概述

PLC控制系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時、計數(shù)等順序控制功能，建立柔性的遠程控制系統(tǒng)。具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。

PLC內(nèi)部工作方式一般是采用循環(huán)掃描工作方式，在一些大、中型的PLC中增加了中斷工作方式。當用戶將用戶程序調(diào)試完成后，通過編程器將其程序?qū)懭隤LC存儲器中，同時將現(xiàn)場的輸入信號和被控制的執(zhí)行元件相應的連接在輸入模塊的輸入端和輸出模塊的輸出端，接著將PLC工作方式選擇為運行工作方式，后面的工作就由PLC根據(jù)用戶程序去完成。

2系統(tǒng)方案設(shè)計

2.1電動機選擇

三相鼠籠式電機的安全性和穩(wěn)定性非常好，應用廣泛。鼠籠式異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應用。選擇型號為Y2-632-4電動機，額定電壓為380V，額定電流為0.65A，額定頻率為50Hz，額定轉(zhuǎn)速為為1400r/min，輸出功率為180W，連接方式為三角形接法，絕緣等級：F。

2.2方案確定——開環(huán)閉環(huán)分析

變頻系統(tǒng)在程序設(shè)計中設(shè)有開環(huán)控制模式和閉環(huán)控制模式兩種。主要區(qū)別在閉環(huán)控制模式時，電動機會有一個速度反饋值，PLC給出轉(zhuǎn)速設(shè)定值，與旋轉(zhuǎn)編碼器檢測的速度信號比較，經(jīng)PID數(shù)據(jù)處理后再輸出一定的值調(diào)節(jié)變頻器頻率給定。

3硬件選擇與程序設(shè)計

3.1變頻器選擇

本設(shè)計中電機啟停及速度控制由變頻器來控制，設(shè)計采用西門子MicroMaster420。MM4系列的變頻器是西門子公司新研發(fā)出來的針對現(xiàn)在電機控制要求的新型標準變頻器。該變頻器V/f控制成熟穩(wěn)定，擁有較寬的調(diào)速范圍。物理接口主要為輸入接口和輸出接口，電路設(shè)計有主電路和控制電路兩個部分。

3.2 PLC的型號選擇

選擇了S7-200 PLC（CPU224XP）來設(shè)計控制系統(tǒng)。可代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器實施簡單有效地控制操作，上可用來組成高級自動化控制系統(tǒng)的一個重要部分。

3.3開環(huán)控制實戰(zhàn)方案

用開環(huán)設(shè)計就能簡單有效的控制三相電機調(diào)速調(diào)向控制，通過對西門子MM420變頻器和西門子PLC的CPU224XP硬件著手分析，提出模擬量多段速控制方案。

模擬量多段速控制是利用變頻器模擬量頻率給定功能，變頻可通過參數(shù)設(shè)定通過外部正負模擬量輸入端口接受電壓或電流的信號，其信號范圍如“4到20mA”內(nèi)的所有的點與頻率范圍“0到50Hz”所有的點，一一對應，從而可以實現(xiàn)無極調(diào)速。當然，我們也可以取其中若干的點，制作成有級調(diào)速。

（1）變頻器設(shè)定：MM420通過接收模擬量輸入的電壓信號，實現(xiàn)無極調(diào)速的控制。DIN1、DIN2、DIN3此三個數(shù)字量可通過修改變頻器參數(shù)，改變數(shù)字量端口的功能，完成接通，停止，正反轉(zhuǎn)的命令。取單極性電壓（0到10V）作為模擬量信號，設(shè)置參數(shù)之前，還需將變頻器自身外部DIP開關(guān)置于“off”位置，因為“on”代表的是電流信號。（2）PLC程序設(shè)計：本程序取了CPU224XP單極性電壓模擬量輸出里面的1V到10V平均10個點，從而變成了有級調(diào)速，因為是開環(huán)調(diào)速，做成10段速，便于精準控制。第一次啟動電機時，設(shè)定為25Hz的中間保護速度。除反轉(zhuǎn)按鈕外其他按鈕均為自復位按鈕，各個按鈕意義明確，包含了“開通，停止，加速，減速，正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)”這些電機控制的所有基本功能。

4上位機組態(tài)遠程控制

4.1控制要求

按啟動按鈕，電機啟動且轉(zhuǎn)速達到最大速度的一半;按調(diào)速按鈕可以對電機加速減速;按下反轉(zhuǎn)按鈕電機可反轉(zhuǎn);按停止按鈕電機依慣性自由停止。

4.2基于模擬量控制的組態(tài)王控制程序

程序說明：程序和源程序基本相似，只是將實際的輸入I變量變成內(nèi)部存儲變量以方便“組態(tài)王”軟件動畫調(diào)用，最后加了一個用于顯示當前設(shè)定的速度值的程序。

4.3組態(tài)監(jiān)控項目

（1）新建項目工程，項目及工程名稱都為“基于PLC的三相電機調(diào)速調(diào)向”。（2）新建一個控制設(shè)備，雙擊進入項目工程新建設(shè)備找到“PLC S7-200系列PPI”，新建后設(shè)備名稱可以取為“S7_200_PLC_224XP”，串口選擇“COM4”，定義PLC地址為“2”。（3）添加變量數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫中新建數(shù)據(jù)詞典項目里添加各種變量。（4）添加圖形畫面并動畫連接，名稱可以取為“My_work_1”選擇合適的按鈕和指示燈后，再進行調(diào)用變量，顏色設(shè)置等操作進行動畫連接最后保存，見圖2。（5）在運行系統(tǒng)里面調(diào)用上一步已經(jīng)制作結(jié)束的動畫，設(shè)置運行系統(tǒng)在主畫面配置里調(diào)用“My_work_1”。（6）回到畫面開發(fā)系統(tǒng)，切換到“View”界面就可以運行。

4.4運行調(diào)試

（1）進入“View”界面，轉(zhuǎn)速等級為5，電機指示燈為紅色，處于停止狀態(tài)。（2）點擊啟動按鈕電機啟動，按加速按鈕調(diào)速，最大速度后不能再調(diào)，而且最高速度報警燈亮，其他功能如減速，點動，反轉(zhuǎn)等功能均正常。

5結(jié)束語

在現(xiàn)今生產(chǎn)領(lǐng)域，PLC已經(jīng)代替了傳統(tǒng)的繼電器而對整個生產(chǎn)的電機進行控制，具有非常重要的生產(chǎn)意義。

參考文獻：

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[2]鄒新.基于PLC和觸摸屏的伺服定位系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2017（6）：77-79.

（作者單位：山東中際智能裝備有限公司1? ?龍口市澳雷樽傳動機械有限公司2? ? 山東中際智能裝備有限公司3）

作者簡介：

張?；ǎ?988年-），女，2012年7月畢業(yè)于濟南職業(yè)技術(shù)學院電氣自動化專業(yè)?，F(xiàn)為山東中際智能裝備有限公司工程部技術(shù)員，主要從事電機定子繞線自動設(shè)備機電控制系統(tǒng)策劃。

呂波厚（1982年-），男，2004年7月畢業(yè)于煙臺職業(yè)學院機電一體化專業(yè)。現(xiàn)為龍口市澳雷樽傳動機械有限公司，技術(shù)部技術(shù)員，主要從事機加工車間和裝配車間工裝工藝制定，加工中心程序編寫。

馮建國（1991—），男，2015年7月畢業(yè)于青島大學機械工程及自動化專業(yè)?，F(xiàn)為中際智能裝備工程部工藝工程師，主要從事電機定子繞組生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)管理工作。