基于PLC和變頻器的多電機速度同步控制

孫金召

摘 要：電能作為目前各工業生產領域主要的動力來源，具有易于獲得、污染較小等優點，這也促使工業技術人員不斷研究相關技術。電能給工業生產各工作提供動力來源的主要方式是通過電動機實現的，在目前很多大型工業生產活動中，往往需要多個電機共同作用才能實現給設備運行提供動力，因而如何使這些電機實現速度同步運行就成為有關人員研究的重點，本文通過對PLC技術作以介紹，提出一種利用PLC與變頻器實現多電機速度同步控制的方法。

關鍵詞：PLC；變頻器；多電機；速度同步

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.056

計算機技術的發展使得自動化這一概念越來越多應用于工業生產中，也使得很多復雜且對精確性較高的工作由原有的人工操作轉變為自動化系統操作，這不僅給有關人員減輕了工作負擔，也使得這些工作完成的效率與可靠性均得到了保障。在這些實現自動化功能的元件中，可編程類控制元件占據重要地位，利用程序完成對系統的控制也逐漸在很多工業領域得以應用，這其中最為常見的可編程類控制元件就是PLC。

1 PLC簡介

PLC，中文全稱為可編程邏輯控制器，這是一種具備可被編程功能的存儲設備，其可預先儲存的由編程人員輸入的程序完成如邏輯運算、定時、技術等功能，這些功能在各種工業生產中應用意義均較大，因而在工業領域得以廣泛應用。其內部組成主要有CPU、供電電源、存儲設備、I/O接口及對應接口供電電路等。

2 基于PLC和變頻器的多電機速度同步控制設計

2.1 設計方法

基于PLC和變頻器的多電機速度同步控制可以通過補償控制方法予以實現，具體的操作方法是：在所有的電機中選擇一臺作為主電機，再選擇幾臺電機作為從電機，再在從電機這一層次中選擇幾臺電機作為下一級從電機，以此類推，使所有電機通過有效的分層構成一個整體，隨后將這些電機按照次序進行連接即可。這種方法能夠有效提高系統整體故障抵御能力，即若某一電機出現故障時，不會對其上層電機及其附屬電機運行造成影響，而僅會對自身及附屬電機造成影響。而目前最新的控制技術將這一不足同樣進行了較為妥善的解決，即使從屬電機以并聯方式相連，從而使電機故障對下屬電機的影響顯著降低。

2.2 系統部件組成

這一同步控制系統中，核心部件就是對系統整體進行控制的PLC，其控制系統是通過控制變頻器實現的。PLC通過讀取變頻器中存儲的電機實時速度，通過計算，得出當前運行狀態下，電機應處于的最佳速度，再發出指令，控制變頻器將電機速度調至這一理想值，從而實現多電機的速度同步。此外，這一控制系統還有其他的附屬部件，如計算機、人機交互觸摸板及按鈕等。

3 運用模糊PID補償算法的同步控制方法

模糊PID補償算法是一種運用模糊數學思想及PID控制理論通過PID控制器來調整系統中存在的同步性較差的問題，這一方法在實現實際指標與理想指標的統一這一功能中具備較高的可靠性。針對于進行多電機速度同步控制，這一算法主要采取將電機劃分為主電機與從電機的模式，這一模式同樣通過核心部件控制主電機，主電機控制從電機的形式完成對所用電機的控制。具體的操作流程是：技術人員先對主電機的速度進行測試，并將測試結果作為電動機實際速度樣本，將這一結果傳送給PLC，PLC通過本身攜帶的速度值采集裝置對電機速度進行再次采集，通過這一采集結果對輸入速度樣本進行適當修正，修正后的速度值即可被認為是電機實際轉動速度。隨后將這一速度值送至PID控制器中進行補償算法運算，得出電機速度的理想數值。PLC即可根據這一數值對電機驅動裝置發出信號，使其將電機速度調至這一理想數值，最終完成電機速度同步控制。

4 控制系統通信功能設計

4.1 PLC與變頻器間的通信

傳統的PLC與變頻器通信主要依靠PLC輸出數字信號，變頻器接收這一信號實現，但這種方法存在諸多不足，如單次信號攜帶信息量少、抗電磁干擾能力差、二者型號不匹配即無法實現通信等，隨著PLC技術的發展，這一通信模式逐漸被淘汰。目前廣泛使用的通信方法是利用PLC直接進行通信，其具有通信攜帶信息量大，信息傳輸效率高，硬件成本低等優點，在多電機速度同步控制系統中就應用了這一方法。

4.2 PLC與監控設備間的通信

PLC與監控設備間的通信通常采取有線傳輸方式，這一通信過程使用的線路通常由雙股絞線構成的屏蔽電纜構成。在通信系統設計中，要將PLC作為控制核心，通過將其與變頻器、監控設備等部件采用串聯USS方式進行連接。通信系統的設計不僅要使監控設備準確、及時、清晰的獲得系統運行畫面及參數、還能通過對故障的及時報警隨時控制電機的開閉。

4.3 通信系統調試

對于系統的調試首先應將所需調試的各個部件按照要求有序連接。如在本系統中就需要將PLC與變頻器相連、將電機與編碼器相連并最終連接到變頻器中。隨后，調試人員就可結合該系統各部分參數的預定要求進行逐漸調試，通過不斷使實際運行值與目標值差距縮小最終實現調試的目的。

5 結束語

在工業系統中，實現多個電機速度的同步不僅能使電機系統性能發揮最佳，還能使電能利用率達到最高水平，并降低電機故障的風險，因而成為自動化技術人員所重點研究的問題之一。利用PLC和變頻器實現多電機的速度同步具有人工操作簡便、調節速率高、調節準確度好等特點，應當成為現階段電機速度同步控制工作中主要采取的方法。

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