基于PLC的三相異步電機控制系統(tǒng)研究

1、    基于plc的三相異步電機控制系統(tǒng)研究    牛雅兵摘要：異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠，得到大量應(yīng)用，但調(diào)速困難是困擾異步電動機應(yīng)用的一個重要難題?；趐lc技術(shù)，與變頻器的配合組成變頻調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)三相異步電機的調(diào)速和調(diào)向控制，邏輯控制器控制變頻器改變?nèi)嚯娫催_到控制電機的效果。關(guān)鍵詞：三相異步電動機；電機控制；plc；變頻器：tp273 ：a ：1007-9416（2018）06-0012-021 緒論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(jié)約生產(chǎn)費用，電能轉(zhuǎn)化能力強，調(diào)控簡單有效等特點，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類居住得到廣泛應(yīng)用。本文針對

2、異步電動機調(diào)速難的問題，采用plc技術(shù)，實現(xiàn)plc控制三相異步電機系統(tǒng)，以pc組態(tài)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(diào)控電動機的效果。2 系統(tǒng)方案設(shè)計2.1 電動機選擇三相鼠籠式電機的安全性和穩(wěn)定性非常好，應(yīng)用廣泛。鼠籠式異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應(yīng)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(zhuǎn)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(huán)閉環(huán)分析變頻系統(tǒng)在程序設(shè)計中設(shè)有開環(huán)控制模式和閉環(huán)控制模式兩種。主要區(qū)別在閉環(huán)控制模

3、式時，電動機會有一個速度反饋值，plc給出轉(zhuǎn)速設(shè)定值，與旋轉(zhuǎn)編碼器檢測的速度信號比較，經(jīng)pid數(shù)據(jù)處理后再輸出一定的值調(diào)節(jié)變頻器頻率給定。開環(huán)控制通過變頻開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是由plc輸入端口或者上位機發(fā)送指令，給plc后會經(jīng)過內(nèi)部程序運行進行計算，最后由plc的輸出端口傳送數(shù)據(jù)給變頻器，以此控制變頻器運行。開環(huán)控制模式的一大特點就是控制路徑只有一條，具有單向傳遞性，控制結(jié)構(gòu)清晰，需要的電氣元件較少，且簡單易修，成本低廉。這種控制方式在抗干擾性較好的條件下精度也很高，外接電路也簡單清晰。因此，本系統(tǒng)采用開環(huán)控制系統(tǒng)就可以滿足要求，在不損失控制效果前提下又便于進行初始化的學(xué)習(xí)與實用性強的實驗操作。3 硬

4、件選擇與程序設(shè)計3.1 變頻器選擇本設(shè)計中電機啟停及速度控制由變頻器來控制，設(shè)計采用西門子micromaster420。mm4系列的變頻器是西門子公司新研發(fā)出來的針對現(xiàn)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(wěn)定，擁有較寬的調(diào)速范圍1。物理接口主要為輸入接口和輸出接口，電路設(shè)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(shè)計控制系統(tǒng)?？纱?zhèn)鹘y(tǒng)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(tǒng)的一個重要部分。3.3 開環(huán)控制實戰(zhàn)方案用開環(huán)設(shè)計就能簡單有效的控制三相電機調(diào)速調(diào)向控制，通過對西門子mm420變頻器和西門

5、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(shù)設(shè)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(nèi)的所有的點與頻率范圍“0到50hz”所有的點，一一對應(yīng)，從而可以實現(xiàn)無極調(diào)速。當(dāng)然，我們也可以取其中若干的點，制作成有級調(diào)速。（1）外部電路設(shè)計（圖1）。（2）變頻器設(shè)定：mm420通過接收模擬量輸入的電壓信號，實現(xiàn)無極調(diào)速的控制。din1、din2、din3此三個數(shù)字量可通過修改變頻器參數(shù)，改變數(shù)字量端口的功能，完成接通，停止，正反轉(zhuǎn)的命令。取單極性電壓（0到10v）作為模擬量信號，設(shè)

6、置參數(shù)之前，還需將變頻器自身外部dip開關(guān)置于“off”位置，因為“on”代表的是電流信號。（3）plc程序設(shè)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(diào)速，因為是開環(huán)調(diào)速，做成10段速，便于精準控制。第一次啟動電機時，設(shè)定為25hz的中間保護速度。除反轉(zhuǎn)按鈕外其他按鈕均為自復(fù)位按鈕，各個按鈕意義明確，包含了“開通，停止，加速，減速，正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)”這些電機控制的所有基本功能2。在達到最低或最高速時，有報警信號并取消減速或加速的功能。4 上位機組態(tài)遠程控制4.1 控制要求按啟動按鈕，電機啟動且轉(zhuǎn)速達到最大速度的一半；按調(diào)速按鈕可以對電機加速減速

7、；按下反轉(zhuǎn)按鈕電機可反轉(zhuǎn)；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(tài)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(nèi)部存儲變量以方便“組態(tài)王”軟件動畫調(diào)用，最后加了一個用于顯示當(dāng)前設(shè)定的速度值的程序。4.3 組態(tài)監(jiān)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(diào)速調(diào)向”。（2）新建一個控制設(shè)備，雙擊進入項目工程新建設(shè)備找到“plc s7-200系列ppi”，新建后設(shè)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(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫中新建數(shù)據(jù)詞典項目里添加各種變量。（4）添加圖

8、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(diào)用變量，顏色設(shè)置等操作進行動畫連接最后保存，見圖2。（5）在運行系統(tǒng)里面調(diào)用上一步已經(jīng)制作結(jié)束的動畫，設(shè)置運行系統(tǒng)在主畫面配置里調(diào)用“my_work_1”。（6）回到畫面開發(fā)系統(tǒng)，切換到“view”界面就可以運行。4.4 運行調(diào)試（1）進入“view”界面，轉(zhuǎn)速等級為5，電機指示燈為紅色，處于停止?fàn)顟B(tài)。（2）點擊啟動按鈕電機啟動，按加速按鈕調(diào)速，最大速度后不能再調(diào)，而且最高速度報警燈亮，其他功能如減速，點動，反轉(zhuǎn)等功能均正常。5 結(jié)語本文設(shè)計一個基于plc的電機控制系統(tǒng)，控制核心為可編程邏輯控制器，用西門子的

9、可編程控制器及應(yīng)用軟件，與變頻器相連，傳送控制指令實現(xiàn)電機的啟停等功能，具有廣泛的應(yīng)用前景。參考文獻1王雁博.基于plc的步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計j.西安文理學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2017，20（04）：39-41.2李錦花.基于plc的電動機控制系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)研究j.電子測試，2017，（23）：13-14.abstract：asynchronous motors are widely used because of their simple structure and reliable operation. however， the difficulty of speed regulatio

10、n is an important problem that puzzles the application of asynchronous motors. based on the plc technology， the frequency control system is composed of frequency converter to realize the speed regulation and direction control of the three-phase asynchronous motor. the logic controller controls the frequency converter to