PLC控制電機變頻調速試驗系統的設計與實現

呂明磊

摘 要：電子技術和自動化控制技術的發展，極大的提高了工業化生產水平。變頻器、組態軟件和PLC的有效結合，可提高電機的運行效率及控制水平，本文對PLC控制電機變頻調速試驗系統的關鍵技術進行了分析，并對PLC控制器的組成及其功能實現進行了相關論述，希望能對從業人員提供一定參考。

關鍵詞：PLC；變頻器；組態軟件技術；設計

1 概述

隨著電子技術和自動化控制技術應用范圍的不斷擴大，交流變頻調速在工業電機領域得到了迅猛發展。可編程控制器（PLC）作為繼電器的替代裝置，具有操作便捷、性能可靠、通用靈活、人機交互、壽命長等多項優勢，已經被廣泛應用于現場數據的采集和設備控制環節；組態軟件技術可用于定制滿足用戶需求的功能工具，顯示電機轉速或對其進行調速控制；利用PLC控制器，組態軟件技術和變頻器，可對電動機進行變頻調速試驗。本文將對PLC控制電機變頻調速試驗系統的設計與實現展開分析。

2 關鍵技術分析

2.1 變頻器調速原理

變頻器是通過改變電機的供電電壓和供電頻率而進行的一項節能措施，同時還能達到提高生產效率，產品質量以及實現生產自動化的目的。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機提供調壓調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成；而控制電纜則是給主電路提供控制信號的回路部分，包括運算電路、檢測電纜、驅動電路、輸入/輸出電路、速度檢測電路以及保護電路。

2.2 組態軟件技術

組態軟件是隨著計算機技術的發展而逐漸被研發并應用起來，該技術通過提供良好的人機界面，使技術人員用最簡單的方法按照自己的需求組裝控制系統。組態的涵義是利用計算機軟件工具對各項資源進行配置，使其能夠按照預先設置的目標自動完成任務，所配置的資源既可以是計算機，也可以是各類軟件，配置后的組態軟件就成為具有監控和數據采集功能的軟件平臺工具，功能也由早期的人機圖形界面擴展至實時數據庫、實時控制、監控、數據采集、通信、開放數據接口、對I/O設備的支持等，可執行多種任務，運行可靠，應用范圍極廣。

2.3 PLC技術

PLC技術設計的目的是取代繼電器盤，在繼電器操作簡單、成本低廉等優點上，進一步提高反應時間、控制精度、工藝可更改性、功能擴展性等，以適應現代化生產線的工藝要求。隨著電子技術的不斷進步，大規模集成電路的研發和應用使8位微處理器和位片處理器相繼問世，進一步推動了PLC技術的發展，使該項技術增加了數值運算，擴大了輸入輸出規模，部分PLC已經可以取代某些模擬控制裝置和小型機的DDC系統。

3 系統軟件設計與功能實現

本文以提升機為例，對其電機改進設計進行分析：

3.1 系統軟件設計

首先，PLC控制軟件的設計。PLC控制軟件的主要功能是對提升機的啟動、停止、加速、減速、勻速等過程進行控制，同時采集信號，用于后期的邏輯處理；設計時應包括主程序、故障處理子程序和中斷子程序，共計三個模塊；PLC具有多種功能，因此其涉及的參數較多，主要有變頻器復位、電機正反轉、安全報警、故障、多段頻率、啟動、停止、上升、下降、松繩、復位、過卷等。其次，變頻器參數設置。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。變頻器運轉控制通過外給定方式實現，然后借助自動補償方式對轉矩進行補償，電機的控制模式則可選擇速度傳感器矢量進行控制。編程時，變頻器的10Hz與DA的給定值6400對應，其余頻率則可按照正比進行適當的增加或減少，一般頻率浮動范圍控制在0.2-50Hz內。

最后，觸摸屏監控系統設計。根據生產實際需求選擇對應的觸摸型，本次試驗所選用的為威綸通公司的產品，型號為MT6100iv3，該產品性能可靠、操作簡單，使用壽命長；利用EB8000對觸摸屏界面進行編譯和設計，然后下載到觸摸屏即可。

3.2 PLC組成及其功能實現

第一，微處理器（CPU）。CPU是計算機系統的核心部件，同時也是PLC控制系統的核心組成部分，對整個系統的運轉起著指揮和調節作用。一般CPU處理器有單片機、位片式處理器和通用處理器等，CPU位數越多，PLC檔次越高，對電機進行變頻調節效率也越高。單片機或8位微處理器一般用在小型PLC控制器中；而單片機或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，存儲器。PLC使用的存儲器一般分為系統類和用戶類，系統類用于存儲系統程序，而用戶類則用于存儲用戶所編制的控制代碼。CMOSRAM是一種隨機存儲器，能耗低，價格合理，使用壽命可長達5-8年左右。

第三，編程器。編程器是PLC的重要外圍設備，能為用戶提供程序寫入功能，還能對程序進行檢查和調試。編程器一般分為圖形編輯器和簡易編程器兩大類，可實現指令編程、梯形圖編程、脫機和聯機編程等；而簡易編程器的功能較少，用于小型PLC較為合適。

第四，I/O擴展單元。I/O擴展單元用于輸入或者輸出點數的擴展，若擴扎點數超過了PLC限制，就需要擴展單元進行擴展，確保輸入/輸出點數在PLC規定范圍內。

4 結束語

PLC控制電機變頻調速試驗系統具有節能、高效、適應性強等多項優點，該系統是利用變頻技術、PLC技術以及組態軟件技術將傳感設備、控制設備與電機結合在一起，實現了對電機設備的合理控制，保障電機運行的穩定性；除此之外，PLC控制系統還能對電機的故障檢修與修復提供便利，當設備出現故障后，系統可自動對故障的位置及原因進行分析，并將分析結果提供給維修人員，幫助維修人員盡快排除故障，確保電力系統運行的安全性。

參考文獻：

[1]王建偉.基于PLC的電機變頻調速試驗系統開發[D].中北大學，2010.

[2]劉玉娥.PLC控制電機變頻調速試驗系統的設計與實現[J].電子技術與軟件工程，2013，18：190.

[3]劉瑞杰，常宇.PLC控制電機變頻調速試驗系統的設計與實現[J]. 黑龍江科技信息，2015，27：35.

[4]彭燕.基于PLC的控制電機變頻調速系統設計[J].科技資訊，2010，10：58.