用PLC和變頻器實現電機的變頻調速和遠程控制

南利奔　司正慶　楊文源　林金煜　王伯旺

摘要：采用高功能性v/f控制的通用變頻器西門子SIMTIC MANGER，此變頻器能很好的解決轉速之間的切換和啟動問題。系統中由PLC完成數據的采集和對變頻器、電機等設備的控制任務。基于S7-400 PLC的編程軟件SimaticS7-CFC采用模塊化的程序設計方法，大量采用功能模塊重用，減少軟件的開發和維護。利用組態軟件Wince，Protool/Pro良好的人機界面和通信能力和Profibus總線技術，使工程師、操作人員可以在中央控制室的工控機上方便的瀏覽現場的工業流程、實現變頻器的參數設置、故障診斷和電機的啟動和停止的控制;同時可以在現場進行電機的啟動、停止及增減速等的操作。

關鍵詞： PLC;變頻器;變頻調速;組態軟件

1 概論

科學技術的發展，對于改變社會的生產 面貌，推動人類文明向前發展，具有極其重要的意義。電氣自動化技術是多種學科的交叉綜合，特別在電力電子、微電子及計算機技術迅速發展的今天，電氣自動化技術日新月異。隨著電力電子技術、微電子技術和計算機控制技術的飛速發展，交流變頻調速技術的發展也十分迅速。電動機交流變頻調速技術是當今節電、改善工藝流程以提高產品質量和改善環境，推動技術進步的一種主要手段。變頻調速以其優異的調速性能和起制動平穩性能、高性能、高功率因數和節電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優點而被國內外公認為最有發展前途的調速方式。本次設計是以電梯控制技術為背景，針對以前的拖曳電梯的一些缺點，采用現在流行的PLC控制技術、變頻調速技術、現場總線技術來實現電梯的各種控制。在本課題的系統中，需要對電機進行轉速調節，考慮到電機的啟動、運行、調速和制動的特性，采用高功能性控制的通用變頻器，此變頻器的S型加減速功能和轉矩提升功能，能很好的解決轉速之間的切換和啟動問題。系統中由PLC完成數據的采集和對變頻器、電機等設備的控制任務。基于S7-400 PLC的編程軟件采用模塊化的程序設計方法，大量采用功能模塊重用，減少軟件的開發和維護。利用組態軟件良好的人機界面和通信能力及PROFIBUS總線技術，使工程師、操作人員可以在中央控制室的工控機上方便的瀏覽現場的工業流程、實現變頻器的參數設置、故障診斷和電機的啟動和停止的控制;同時可以在現場進行電機的啟動、停止及增減速等的操作。

2 方案確定

采用交流變頻調速，通過控制變頻器來實現三相異步電動機的開閉環、正反轉和快慢速的轉換，如圖1所示。其具體工作過程如下：

從電網上接入380V交流三相電源，首先通過一個空氣開關作為漏電保護，然后接入三個熔斷器作為過流保護。電動機三相U、V、W接在變頻器的輸出端口，輸入端口L1、L2、L3通過了A級濾波器連接在交流接觸器KM1上，變頻電機的風機則通過熱繼電器FR1連接在交流接觸器KM2上，再連接到交流接觸器KM1的電網上。接下來是變頻電機簡單的起、停、開閉環、變頻調速電器控制線路。其控制線路說明如下：QF1為空氣斷路器，當空氣開關閉合，沒有按下啟動按鈕SB1時，交流接觸器KM1處于斷開狀態;當按下起動按鈕SB1時，接通交流接觸器KM1，KM1繼電器通電，交流接觸器KM1保持通電狀態，可編程序控制器運行，輸出端給變頻器一個啟動信號，電源指示燈HR4亮。在運行中按下停止按鈕SB2，則KM1繼電器斷電，交流接觸器KM1斷開。同時我們還用了熱繼電器FR1，用于過載保護。在加速和減速過程以外，電機一直是穩速運行。變頻電機的加速、減速、慢速和穩速運行全部都由變頻器控制。加速和減速過程時間的長短，以及穩速值的大小由人為在變頻器中根據需要設定。

對三相異步電機采用一臺變頻器來進行頻率的調節控制。通過PLC輸出的模擬量信號作為變頻器的控制端輸人信號，由總線Profibus-DP作為信號的傳輸通道，完成對電動機的自動控制。變頻調速器對電機具有完善的自我保護和電機保護的功能，它通過接受PLC的信號控制電機轉速大小，并且向PLC反饋自身的工作狀態信號，當發生故障時，能夠向PLC及上位機發出報警信號。由于變頻調速是通過改變電動機定子供電頻率以改變同步轉速來實現的，故在調速過程中從高速到低速都可以保持有限的轉差功率，因此具有高效率、寬范圍、高精度的調速性能。

3 系統說明

系統三個站點（工程師站、操作員站、編程站）、工業以太網、Prifibus-DP總線、S7-400、S7-300、變頻器、三相異步電動機以及人機交換界面-觸摸屏組成。本系統網絡結構圖如圖2.1所示：

西門子工業以太網的建立需要相應的軟件支持，STEP7是西門子工業自動化控制系統軟件，該軟件為模塊化的軟件，在本體軟件的基礎上有很多可選軟件能和其實現無縫連接，本系統選用的是西門子的工業網絡軟件Soft Net，該軟件和STEP7配合能組建西門子的工業以太網、DP網等，并能PLC編程，如圖2所示。

參考文獻

[1] 汪志鋒. 可編程序控制器原理與應用[M]. 1版. 西安：西安電子科技大學出版社， 2004，195-2562916FE3F-3231-44EE-B915-6F7B2B8A54DA