變頻器和PLC技術在四輥軸交流傳動控制系統中的應用

邵曉娟

（陜西工業職業技術學院 電氣學院，陜西 咸陽　712000）

變頻器和PLC技術在四輥軸交流傳動控制系統中的應用

邵曉娟

（陜西工業職業技術學院 電氣學院，陜西 咸陽712000）

通過分析變頻器和PLC技術，并針對在四輥軸交流傳動控制系統中，設計應用該技術，以便可以優化設計提升系統性能。結果證實，在四輥軸交流傳動控制系統中，應用變頻器和PLC技術，能夠實現對4臺電機速度的同步控制，提升四輥軸交流傳動控制性能，提升高達20.0％，可發揮實用價值。故此對于四輥軸交流傳動控制系統中，可以應用變頻器和PLC技術，能夠發揮工程模擬特性，提升系統設計性能，發揮積極影響。

PLC技術；變頻器；應用；四輥軸交流傳動控制系統

隨著當前微處理器以及微電子技術的不斷發展，在機械控制過程之中，優化運用變頻調速控制系統已經成為一種趨勢。在四輥軸交流傳動控制系統中，應用變頻器和PLC技術，不僅可以提高其運行效率，確保運行安全，也可以在企業生產活動中應用發揮顯著作用。

1　分析變頻器和PLC技術發展趨勢

在四輥軸交流傳動控制系統設計中，能夠實現變頻調速，已成為當前設計中的必然趨勢［1］。對于系統設計中，采用變頻器設備，以此來設計構成變頻調速傳動系統，其目的一在與能夠滿足提升系統設計性能的需求，不僅有助于提高在實際設計工作中的生產率，也有助于改善系統成產產品的質量，積極提高當前系統設備的自動化實現程度，從而提高系統設計性能［2］。同時，這樣設計也可以節約能源成本，降低系統的設計生產效益成本。確保用戶在四輥軸交流傳動設計中，可以根據設計的要求，在不同的場合選擇不同的系統頻率，實現傳動系統的控制。其變頻器調試原理如下所示：

在這其中:n—能夠用來表示異步電動機的轉速，其單位設置為r/min；

f—表示定子的電源頻率，單位是Hz；

s—電機轉速的滑差率；

p—極對數。

根據式（1）中可知，如果去改變輸入的電源頻率f，則就要去相應改變其輸出的轉速。同時，對于變頻器中，若是其磁通較弱，就不可以充分運用電機的磁心，這樣就會造成系統成產過程中的資源浪費［3］；但是若增大了磁通的話，又容易導致形成磁通飽和，形成的大勵磁電流，容易使繞組過熱，損壞系統的電機［4］，因此在實際應用中需要采取具體合理的方案。

對于PLC技術，就是運用可編程控制器（PLC），實現工業控制的技術，PLC是新型自動裝置，可以實現自動控制與通信，發揮實際運用價值［5］。它具有很強的抗干擾能力，同時設計價格便宜，確保提升系統的可靠性。同時，在設計系統應用中編程簡單，具有易學、易用的特點，故此將其應用到工業領域，深受工程設計人員喜歡。對于系統設計中，可以在 PLC內部采用總線控制的結構，實現對于數據以及相關指令的傳輸。系統的外部，對于各種不同的開關信號、模擬信號與傳感器的檢測信號等，均能夠作為系統PLC中輸入的變量，當其經PLC的外部端子輸入系統內寄存器后，從而可以對現場中的設備進行各種各樣的智能化控制。

圖1　PLC基本結構圖

四輥軸交流傳動系統設計中，根據四輥軸交流傳動系統運行特點，將變頻器和PLC技術結合應用于設計中，具有廣泛的發展前景。

2　四輥軸交流傳動控制系統需求分析

對于實際四輥軸交流傳動控制系統設計中，需要很好地模擬工業生產中造紙機、軋鋼機、多電機分部傳動部分，保證高精度的同步控制［6］。同時，在系統設計中，還必須確保在一定范圍之內進行速度調節，并且確保四輥軸交流傳動中各個分部速度均可以進行單獨調節。PLC技術應用到系統設計中，具有靈活性高的優勢，且該PLC技術在系統中的運用體積小，使用壽命長，發揮的功能強大、可靠性高。在系統設計中，運用PLC聯合變頻器，有助于開發較好的設備人際控制界面，并可以提升系統控制能力，有助于實現四輥軸交流傳動控制，發揮積極應用價值。

3　應用變頻器和PLC技術設計四輥軸交流傳動控制系統

3.1系統總體設計結構

在該系統設計中，必須具備控制運算部分以及系統的執行、反饋部分。對于系統設計之中，其四輥軸交流控制運算，主要是由PLC技術以及變頻器［7］來聯合完成的；其具體執行元件就是變頻器、電機；系統的反饋部分則主要是交流轉動過程中的速度反饋。首先，在系統設計中，可以通過相關的設置，運用PLC技術去控制變頻器實現操作，控制系統電機傳動，并可將電機的轉速反饋到PLC模塊，有助于提升系統控制性能。具體如圖2所示。

圖2　系統總體結構

3.2硬件設備選擇

四輥軸交流傳動系統，其對控制設備質量要求極高。因此，在系統設計中，為保證系統加工精度以及系統使用安全性等需求，對四輥軸交流傳動系統的電氣控制系統，其設備需具備以下需求：

1）四輥軸傳動速度要有高穩定度，在正常傳動之時，可調傳動速度范圍為30～60 m/min，點動速度確保達到5 m/min；

2）在系統進行冷傳動操作，若兩側輥縫不平衡，可單獨調整軋機螺釘；

3）實現對系統內電流、傳動線速度、電壓以及故障顯示等相關操作。

四輥軸交流傳動的最終目，是得到最大限度的同步控制，整個四輥軸交流傳動過程，不允許出現太大的波動，必須采用專用的工業控制計算機（PLC）才能滿足要求。PLC型號選用S7-300系列已能達到要求，因此不必選用擁有更高可靠性的S7-400系列。其PLC整個硬件系統選擇為：①電源（PS307）；②CPU（CPU317）；③AI模塊（SM331，型號 6ES7 331-1KF01-0AB0）；④AO模塊 （SM332，型號6ES7 332-5HD01-0AB0）；⑤DI模塊（SM323，型號 6ES7 323-1BL00-0AB0）；⑥DO模塊（SM322，型號6ES7 322-1CF00-OAA0）；⑦擴展機架（SM338，型號6ES7 338-4BC01-0AB0）。

四輥軸交流傳動系統設計中，應用變頻器，需選用臺達V系列變頻器，如VFD450V-43A，選用具體型號的變頻器根據控制的具體電機選擇。

3.3系統PLC控制設計

四輥軸交流傳動系統設計中，對于其PLC部分［8］，可以接受系統中操作臺的命令，同時還能夠傳輸變頻器信號以及控制系統軸編碼器等操作。PLC部分，還可以實時監控四輥軸交流傳動系統的運行狀態，對四輥軸交流傳動系統的各種故障情況，能夠及時進行分析和處理。在四輥軸交流傳動系統的PLC設計部分，采取模塊化設計方法，運用按鈕處理模塊、通信模塊、PID控制模塊以及故障報警等4個模塊，實現系統具體控制操作。對于該系統設計中，其按鈕模塊的功能，主要就是可以控制處理各電機、電磁閥啟停。其處理模塊示意圖如圖3所示。

對于PLC技術下的系統實現中，在確保改善系統干擾措施方面，要確保PLC電纜遠離電磁干擾裝置。

3.4系統代碼實現部分

應用變頻器和PLC技術，設計實現四輥軸交流傳動系統。以下則是經過簡化的應用程序代碼，并沒有涉及系統異常的情況［9］。對于該系統設計中，其系統主程序代碼如下所示：

IJD SM0.1//SM0.1=1進行第一次掃描時才有效

MOVW+0，VW450//初始化PID中斷的計數器

MOVB 100，SMB34//設置l00 ms的定時中斷間隔

ATCH INT-PWM-PID，10//執行啟動PID計算

ENI//打開中斷程序

對于該系統設計實現中，其中斷程序的代碼如下所示：

圖3　按鈕處理模塊

4　應用變頻器和PLC技術的價值分析

四輥軸交流傳動系統，其作為一種常用的試驗裝置，在本次研究的系統設計過程中，應用變頻器和PLC技術，有助于實現電機速度同步控制，從而可以在實際中運用四輥軸交流傳動系統去模擬更復雜的試驗問題，提升系統應用性能。在本次的四輥軸交流傳動控制系統設計之中，應用變頻器和PLC技術，能夠實現對4臺電機速度的同步控制，大大提高系統的操作精度、穩定度，提升四輥軸交流傳動控制性能，提升高達20.0％，可發揮實用價值。應用變頻器和PLC技術，在四輥軸交流傳動控制系統設計過程中，有助于實現電機速度同步控制，發揮積極應用價值。

5　結　論

綜上所述，對于四輥軸交流傳動控制系統設計中，應用變頻器和PLC技術，運用PLC控制變頻器，有助于提高四輥軸交流變頻傳動控制系統設計的科學性與合理性，提升系統性能，發揮積極應用價值，值得在實踐中推廣該應用方法。

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Application of inverter and PLC technology in AC drive control system of four roll axis

SHAO Xiao-juan
（School of Electrical Engineering，Shaanxi Industrial Vocational College，Xianyang 712000，China）

Through the analysis of inverter and PLC technology，and in the four roll axis AC drive control system，design and application of the technology，in order to optimize the design and improve the system performance.The results confirmed that the four roll axis AC drive control system，the application of inverter and PLC technology，to achieve the synchronous control of 4 motor speed，to enhance the four roll axis AC drive control performance，improve as high as 20％，can play a practical value.Therefore，for the four roll axis AC drive control system，it can be applied to inverter and PLC technology，can play the engineering simulation characteristics，improve the system design performance，play a positive impact.

PLC technology；frequency converter；application；four roll axis AC drive control system

TN99

A

1674－6236（2016）16-0092-03

2015-11-09稿件編號：201511087

邵曉娟（1981—），女，陜西榆林人，碩士，講師。研究方向：控制工程。