基于PLC的变频调速器多电机控制的实现

摘要:PLC是自动化控制系统中的核心技术,而传统的单电动机控制显然已经无法满足现代化工业生产的需求,需要通过多电动机控制技术来提高工业生产的效率。因此本文对基于PLC的变频调速器多电机控制的实现进行探讨。

关键词:PLC 变频调速器 多电机控制 1 PLC变频调速器的特点

现代化工业生产当中对于电动机控制的要求越来越高,因为在一条生产线中经常会涉及到多个电动机,这其中既需要它们共同协作完成一套设备的生产,又需要彼此间相对独立能够完成各自的工作。变频器是协调多电动机正常运行的主要部件,但是如果给每一个变频器和电动机都配备专用的控制器,不仅会增加成本,而且还会因为冗余控制系统而增加了操作和维护难度。因此,目前基于PLC的变频调速器是实现多电机控制的主要研究方向,可编辑控制器PLC是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境而设计。它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令,并且通过数字模式或者模拟模式的输入、输出,控制各种类型的机械或者生产过程。

PLC控制系统基本结构如下图1所示。

由上图可知PLC控制系统主要包括信息采样、输入选择、内部处理、输出执行四个阶段,这些过程统称为扫描周期,具体如下图2所示。PLC控制系统的主要功能包括逻辑控制、定时控制、计数控制、步进控制、标志码传输控制、数据信息处理、远程I/O功能、诊断功能、现代化通信以及互联网功能。基于PLC的变频调速器多电机控制具有以下特点:

(1)PLC控制系统的体积小、重量轻、结构简单、便于安装,不仅能够灵活运用于各个生产环境,而且有利于设备的后期维护保养工作。

(2)PLC控制系统具有模块化结构,简化了控制过程,而且通过现代化通信以及互联网技术可以对生产现场进行远程操控,提高了设备运行的安全性。

(3)PLC控制系统启动电流低、能耗小,不会对电网设备造成强烈的冲击,而且自身抗干扰能力强,稳定性和可靠性较为突出,能够适应一些较为复杂的运行环境。

(4)PLC控制系统的编程简单,使用方便,通过梯形图、逻辑图或者语言表当方式就可以完成系统运行程序的编制工作,在缩短开发周期的同时还有能够简化现场调试工作。

(5)PLC控制系统在实际运行过程中产生的噪音低、振动小,提高了设备的生产效率以及使用寿命(图2)。

2 PLC变频调速器的硬件设计

研究基于PLC的变频调速器多电机控制的实现,首先需要从PLC控制系统的结构设计进行分析,此次研究的PLC控制系统主要由可编程控制器PLC(CPU型号为226型号,13K字节程序和数据信息存储空间,6个独立的20kHz高速脉冲输出,具备PID控制器,2个RS485通讯编程口,可以使用MPI通讯协议、PPI通讯协议以及自由通讯方式,并且具有较高的扩充模块能力,最大可以扩充至248路数字量I/O点或者

35路模拟量I/O点)、PC机(采用S7-200编程软件STEP7)、三相异步电动机(额定电流为5A、额定功率为2.2kW、频率为50Hz、转速为1400r/min)、MM400系列变频器、人机界面等。PLC变频调速器的硬件结构如下图3所示。

从PLC变频调速器的硬件结构图中可知,PLC是整个控制系统的核心,主要用来执行各种应用软件并且直接与变频调速器进行通讯,读取变频调速器中各个电动机的运行速度,通过CPU计算出电动机的理论转速,然后再向变频调速器发送指令,从而对电机的运行速度进行有效控制。PLC变频调速器控制系统的输入模块将电动机上采集到的信号进行检查然后再转化成PLC内部的电平信号,这种信号按照电压分为直流式和交流式,按照电路形成分为汇点输入式和分隔输入式。在工业生产中用户事先已将将生产过程的一些工艺要求编制到控制程序里然后存入PLC电气控制生产系统的用户程序存储器当中,所以在不需要采取任何特殊措施就能够直接适应于多台电动机的控制。在对输入模块进行配置,需要考虑信号电压的大小、传输的距离以及供电方式。输出模块则是将PLC控制系统内部的信号转化成外部过程的控制信号,从而能够驱动外部负载。输入、输出模块是PLC自动控制系统与被控制电动机之间的接口,按照输入/输出信号性质的不同,可以分为开关量和模拟量模块。另外合理的选择I/O点数不仅能够满足多台电动机同时协调运行的要求,而且还能使设备的总投资量降到最低,为企业节约更多成本。具体通过把各自输入/输出设备和被控制设备详细列出,然后再根据电动机所需的PLC的I/O点数,计算出实际所

需要的I/O点数然后进行合理分配。PLC变频调速器控制系统的I/O点数分配如下表1所示。

3 PLC变频调速器的软件设计

PLC变频调速器的软件采用的是Windows XP Professional操作系

统

,

编

程

环

境

为

STEP7-Microsoft/Windows

V4.0SP4,STEP7-Microsoft/Windows指令库Library以及USS Protocol V2.2等。PLC通过通信系统实现对变频调速器的有效控制。通信系统采用子程序方式进行编制,然后通过调用相对应的子程序实现对变频调速器的控制,PLC主控制程序的工作流程如下图4所示。

从PLC主控制程序的工作流程图中可以看出,启动控制系统后,经过第一个扫描周期后调用初始化程序,进入切除电机、设置发送标志和复位接收完成标志,启动切换定时器同样设置发送标志和复位接收完成标志启动变频器,调用子程序将变频器目标速度值和命令参数加工成USS协议格式,设置发送标志并进行发送。当变频器发送响应报文时,激活后台中断程序接收变频器的状态值和当前接收缓冲区,然后复位发送标志,设置接收完成标志,此时PLC可以根据接收到的信息进行相应处理后返回。

4 结语

综上所述,PLC是集现代化通信、计算机、机电一体化等先进技术于一体的应用于工业生产的自动化控制系统电气控制,不仅具有体积小、可靠性高、操作简单、维护方便等特点,而且还由于设备具有一定得抗干扰能力,能够很好的适应各种复杂环境,因此在工业生产中有着非常广泛的发展和应用前景。本文主要介绍了基于PLC的变频调速器多电机控制技术,对其硬件结构设计以及软件结构设计进行了细致的分析研究,从而能够满足工业生产对PLC变频调速器多电机控制系统在性能以及可靠性方面的需求,为基于PLC的变频调速器多电机控制的设计与实现提供了有力的理论依据。

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