基于PLC電機控制的自動化系統的應用探究

張保花 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，可節約生產費用，電能轉化能力強，調控簡單有效等特點，在工農業生產和人類居住得到廣泛應用。本文針對異步電動機調速難的問題，采用PLC技術，實現PLC控制三相異步電機系統，以PC組態軟件為上位機，PLC為控制器，對變頻器和電機實施控制，達到調控電動機的效果。

關鍵詞：PLC;電機控制;自動化系統

1 PLC控制系統概述

PLC控制系統是在傳統的順序控制器的基礎上引入了微電子技術、計算機技術、自動控制技術和通訊技術而形成的一代新型工業控制裝置，目的是用來取代繼電器、執行邏輯、記時、計數等順序控制功能，建立柔性的遠程控制系統。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內部工作方式一般是采用循環掃描工作方式，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試完成后，通過編程器將其程序寫入PLC存儲器中，同時將現場的輸入信號和被控制的執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根據用戶程序去完成。

2系統方案設計

2.1電動機選擇

三相鼠籠式電機的安全性和穩定性非常好，應用廣泛。鼠籠式異步電動機結構簡單、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——開環閉環分析

變頻系統在程序設計中設有開環控制模式和閉環控制模式兩種。主要區別在閉環控制模式時，電動機會有一個速度反饋值，PLC給出轉速設定值，與旋轉編碼器檢測的速度信號比較，經PID數據處理后再輸出一定的值調節變頻器頻率給定。

3硬件選擇與程序設計

3.1變頻器選擇

本設計中電機啟停及速度控制由變頻器來控制，設計采用西門子MicroMaster420。MM4系列的變頻器是西門子公司新研發出來的針對現在電機控制要求的新型標準變頻器。該變頻器V/f控制成熟穩定，擁有較寬的調速范圍。物理接口主要為輸入接口和輸出接口，電路設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）來設計控制系統。可代替傳統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的一個重要部分。

3.3開環控制實戰方案

用開環設計就能簡單有效的控制三相電機調速調向控制，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，變頻可通過參數設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，從而可以實現無極調速。當然，我們也可以取其中若干的點，制作成有級調速。

（1）變頻器設定：MM420通過接收模擬量輸入的電壓信號，實現無極調速的控制。DIN1、DIN2、DIN3此三個數字量可通過修改變頻器參數，改變數字量端口的功能，完成接通，停止，正反轉的命令。取單極性電壓（0到10V）作為模擬量信號，設置參數之前，還需將變頻器自身外部DIP開關置于“off”位置，因為“on”代表的是電流信號。（2）PLC程序設計：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，從而變成了有級調速，因為是開環調速，做成10段速，便于精準控制。第一次啟動電機時，設定為25Hz的中間保護速度。除反轉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，反轉”這些電機控制的所有基本功能。

4上位機組態遠程控制

4.1控制要求

按啟動按鈕，電機啟動且轉速達到最大速度的一半;按調速按鈕可以對電機加速減速;按下反轉按鈕電機可反轉;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變量變成內部存儲變量以方便“組態王”軟件動畫調用，最后加了一個用于顯示當前設定的速度值的程序。

4.3組態監控項目

（1）新建項目工程，項目及工程名稱都為“基于PLC的三相電機調速調向”。（2）新建一個控制設備，雙擊進入項目工程新建設備找到“PLC S7-200系列PPI”，新建后設備名稱可以取為“S7_200_PLC_224XP”，串口選擇“COM4”，定義PLC地址為“2”。（3）添加變量數據，在數據庫中新建數據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，再進行調用變量，顏色設置等操作進行動畫連接最后保存，見圖2。（5）在運行系統里面調用上一步已經制作結束的動畫，設置運行系統在主畫面配置里調用“My_work_1”。（6）回到畫面開發系統，切換到“View”界面就可以運行。

4.4運行調試

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

5結束語

在現今生產領域，PLC已經代替了傳統的繼電器而對整個生產的電機進行控制，具有非常重要的生產意義。

參考文獻：

[1]吉紅，夏春茂，王鳳桐.基于PLC的伺服電機位置控制系統研究[J].科技經濟導刊，2016，（15）.

[2]鄒新.基于PLC和觸摸屏的伺服定位系統設計[J].現代制造技術與裝備，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：

張保花（1988年-），女，2012年7月畢業于濟南職業技術學院電氣自動化專業。現為山東中際智能裝備有限公司工程部技術員，主要從事電機定子繞線自動設備機電控制系統策劃。

呂波厚（1982年-），男，2004年7月畢業于煙臺職業學院機電一體化專業。現為龍口市澳雷樽傳動機械有限公司，技術部技術員，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月畢業于青島大學機械工程及自動化專業。現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設備的生產管理工作。