PLC控制电机变频调速试验系统的设计与实现

吕明磊

摘 要：电子技术和自动化控制技术的发展，极大的提高了工业化生产水平。变频器、组态软件和PLC的有效结合，可提高电机的运行效率及控制水平，本文对PLC控制电机变频调速试验系统的关键技术进行了分析，并对PLC控制器的组成及其功能实现进行了相关论述，希望能对从业人员提供一定参考。

关键词：PLC；变频器；组态软件技术；设计

1 概述

随着电子技术和自动化控制技术应用范围的不断扩大，交流变频调速在工业电机领域得到了迅猛发展。可编程控制器（PLC）作为继电器的替代装置，具有操作便捷、性能可靠、通用灵活、人机交互、寿命长等多项优势，已经被广泛应用于现场数据的采集和设备控制环节；组态软件技术可用于定制满足用户需求的功能工具，显示电机转速或对其进行调速控制；利用PLC控制器，组态软件技术和变频器，可对电动机进行变频调速试验。本文将对PLC控制电机变频调速试验系统的设计与实现展开分析。

2 关键技术分析

2.1 变频器调速原理

变频器是通过改变电机的供电电压和供电频率而进行的一项节能措施，同时还能达到提高生产效率，产品质量以及实现生产自动化的目的。变频器主要包括主电路和控制电路两部分，其中主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，主要由交-直变换电路、能耗电路、直-交变换电路和缓冲电路构成；而控制电缆则是给主电路提供控制信号的回路部分，包括运算电路、检测电缆、驱动电路、输入/输出电路、速度检测电路以及保护电路。

2.2 组态软件技术

组态软件是随着计算机技术的发展而逐渐被研发并应用起来，该技术通过提供良好的人机界面，使技术人员用最简单的方法按照自己的需求组装控制系统。组态的涵义是利用计算机软件工具对各项资源进行配置，使其能够按照预先设置的目标自动完成任务，所配置的资源既可以是计算机，也可以是各类软件，配置后的组态软件就成为具有监控和数据采集功能的软件平台工具，功能也由早期的人机图形界面扩展至实时数据库、实时控制、监控、数据采集、通信、开放数据接口、对I/O设备的支持等，可执行多种任务，运行可靠，应用范围极广。

2.3 PLC技术

PLC技术设计的目的是取代继电器盘，在继电器操作简单、成本低廉等优点上，进一步提高反应时间、控制精度、工艺可更改性、功能扩展性等，以适应现代化生产线的工艺要求。随着电子技术的不断进步，大规模集成电路的研发和应用使8位微处理器和位片处理器相继问世，进一步推动了PLC技术的发展，使该项技术增加了数值运算，扩大了输入输出规模，部分PLC已经可以取代某些模拟控制装置和小型机的DDC系统。

3 系统软件设计与功能实现

本文以提升机为例，对其电机改进设计进行分析：

3.1 系统软件设计

首先，PLC控制软件的设计。PLC控制软件的主要功能是对提升机的启动、停止、加速、减速、匀速等过程进行控制，同时采集信号，用于后期的逻辑处理；设计时应包括主程序、故障处理子程序和中断子程序，共计三个模块；PLC具有多种功能，因此其涉及的参数较多，主要有变频器复位、电机正反转、安全报警、故障、多段频率、启动、停止、上升、下降、松绳、复位、过卷等。其次，变频器参数设置。变频器与PLC的连接方式如下：变频器的DI1和DI2分别接PLC的Q0.0以及Q0.1，而变频器的AI1则与PLC的DA连接。变频器运转控制通过外给定方式实现，然后借助自动补偿方式对转矩进行补偿，电机的控制模式则可选择速度传感器矢量进行控制。编程时，变频器的10Hz与DA的给定值6400对应，其余频率则可按照正比进行适当的增加或减少，一般频率浮动范围控制在0.2-50Hz内。

最后，触摸屏监控系统设计。根据生产实际需求选择对应的触摸型，本次试验所选用的为威纶通公司的产品，型号为MT6100iv3，该产品性能可靠、操作简单，使用寿命长；利用EB8000对触摸屏界面进行编译和设计，然后下载到触摸屏即可。

3.2 PLC组成及其功能实现

第一，微处理器（CPU）。CPU是计算机系统的核心部件，同时也是PLC控制系统的核心组成部分，对整个系统的运转起着指挥和调节作用。一般CPU处理器有单片机、位片式处理器和通用处理器等，CPU位数越多，PLC档次越高，对电机进行变频调节效率也越高。单片机或8位微处理器一般用在小型PLC控制器中；而单片机或16位微处理器则用于中型PLC控制器中；位片式微处理器用于大型PLC控制器中。

第二，存储器。PLC使用的存储器一般分为系统类和用户类，系统类用于存储系统程序，而用户类则用于存储用户所编制的控制代码。CMOSRAM是一种随机存储器，能耗低，价格合理，使用寿命可长达5-8年左右。

第三，编程器。编程器是PLC的重要外围设备，能为用户提供程序写入功能，还能对程序进行检查和调试。编程器一般分为图形编辑器和简易编程器两大类，可实现指令编程、梯形图编程、脱机和联机编程等；而简易编程器的功能较少，用于小型PLC较为合适。

第四，I/O扩展单元。I/O扩展单元用于输入或者输出点数的扩展，若扩扎点数超过了PLC限制，就需要扩展单元进行扩展，确保输入/输出点数在PLC规定范围内。

4 结束语

PLC控制电机变频调速试验系统具有节能、高效、适应性强等多项优点，该系统是利用变频技术、PLC技术以及组态软件技术将传感设备、控制设备与电机结合在一起，实现了对电机设备的合理控制，保障电机运行的稳定性；除此之外，PLC控制系统还能对电机的故障检修与修复提供便利，当设备出现故障后，系统可自动对故障的位置及原因进行分析，并将分析结果提供给维修人员，帮助维修人员尽快排除故障，确保电力系统运行的安全性。

参考文献：

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