基于PowerFlex40和CompactLogix的交流电动机调速控制系统设计
2014-09-02李宗帅王修岩
李宗帅 王修岩
(中国民航大学航空自动化学院，天津 300300)
基于PowerFlex40和CompactLogix的交流电动机调速控制系统设计
李宗帅 王修岩
(中国民航大学航空自动化学院，天津 300300)
设计了一种基于PowerFlex40和CompactLogix的交流电动机调速控制系统，给出了控制系统的总体结构以及详细设计，采用实验法建立了系统的数学模型，应用相应软件设计了控制程序，最后进行了实验验证，实验结果验证了方案的有效性，该系统具有较好的性价比，工程上易于实现、稳定可靠。
PowerFlex40；CompactLogix；交流电动机；1769-HSC
0 引言
随着现代控制理论以及电力电子技术的飞速发展，交流电动机在越来越多的场合取代了直流电动机。随着自动化技术的发展，PLC以其卓越的性能、高抗干扰性以及灵活方便的编程得到了广泛应用。交流电动机的调速一般分为变频调速以及交流伺服调速2种方式，交流伺服调速系统价格昂贵，在控制精度比较高的场合得到应用；单纯采用变频的交流调速精度较之交流伺服要低，但是价格便宜。为了解决性价比的问题，很多场合在变频调速的基础上加入闭环反馈，可以提高变频调速的精度，能够满足很多精度较高场合的需求。
本文采用PowerFlex40、CompactLogix以及高速计数器构建闭环变频调速系统，提高控制系统的精度。
1 调速系统组成
该控制系统采用AB公司的PowerFlex40变频器、CompactLogix控制器、1769-HSC高速计数器以及相应的数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块。采用Ethernet作为计算机编程和监控网络，总体结构如图1所示。控制器采用CompactLogix-1769L35E，此控制器带有Ethernet接口，能够直接与以太网连接，操作简单、可靠性高、速度快。1769-HSC是高速计算模块，能够捕捉光电编码器的脉冲，对脉冲进行计数，进而计算出电动机的速度。变频器采用PowerFlex40，它是美国AB公司生产的紧凑型变频器，可以输入交流380 V，也可以采用直流750 V的输入方式，PowerFlex40操作方式比较灵活，可以采用面板直接启动/停止，可以采用网络启动/停止，也可以接受模拟量输入信号进行速度调节。在本文的控制系统设计中采用Ethernet进行启动/停止控制，采用1769-IF4XOF2模拟量输入输出模块进行速度调节。模拟电压作为参考给定模式，具体接线应将PowerFlex40变频器I/O端子的13口接1769-IF4XOF2端子的V OUT1+端，变频器I/O端子的14口接IF4XOF2的ANLG COM端。
图1 总体结构图
2 系统软件设计
软件设计需要对相应的模块进行组态、模式选择，对于1769-IF4XOF2如果选用模拟电压作为参考的给定模式，PowerFlex40参数P036应设置为5，P037为1，P038为2；如果选用模拟电流速度给定式的P036设置为5，P037为1，P038为3。
控制系统主要实现电动机的网络启动/停止控制、模拟量给定控制、闭环反馈控制。采用RSLogix5000编制软件程序，采用RSVIEW32编制上位机监控系统。编制的程序包括主程序以及子程序。图2为控制系统软件结构。
图2 控制系统软件结构
3 实验
实验系统如图3所示，采用RSLogix5000编制软件程序并下载到控制器中，给定速度值为500 r/min，采用PI控制器，实验结果如图4所示。从实验结果看，系统的响应时间约为6 s，超调小于5%，调节过程比较短。
图3 实验系统物理图
图4 阶跃实验曲线
4 结语
本文设计了基于PowerFlex40和CompactLogix的交流电动机调速控制系统，该系统相比于开环的变频调速系统精度高，价格比交流伺服控制系统低，在调速系统要求不是特别高的场合能够应用，具有较好的性价比，工程上易于实现。
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2014-09-11
李宗帅(1982—)，男，山东德州人，硕士，讲师，研究方向：电力传动、运动控制。
王修岩(1965—)，男，吉林农安人，博士，教授，从事控制工程、数字控制相关方面研究工作。
