基于PLC和变频器的多电机速度同步控制

付力扬+秦永晋

摘 要：文章主要是针对PLC的相关功能进行了分析，其中包括系统以及功能特点、变频器类型，并且对PLC系统和变频器的多电机速度同步控制系统进行了设计。对于实现PLC变频器的多电机速度同步控制，以及提高稳定性具有一定的参考价值。

关键词：PLC；变频器；多电机速度；同步控制

中图分类号：TN02 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）24-0091-02

PLC系统对于一些非专业人士来讲听上去有些陌生，这是一种可以编辑程序逻辑的控制器，同时也是一种电子系统，能够用来进行大量的数字运算操作，它的设计最主要的是为了能够在工业环境中进行使用，它已经成为了工业生产中主要的不可忽视的部分。当前的PLC系统已经做到了与信息技术以及互联网技术相结合，不断进行功能的进一步开发，功能也日渐多样化，可以满足不同的需要，在逻辑控制以及运动和过程控制方面也发挥了极大地作用。

1 PLC系统的特点

（1）体积小、节约能耗、安装简单方便。在单个的小型PLC中，具有大量的编程元件，这些分布的原件都可以被用户加以利用，每个元件的的控制功能也不尽相同，所以在用户使用的时候可以根据自己的需要进行安装，用起来节能效果也十分满意，同时它也能够适应高速的生产速度，定位精度高，操作的误差也小，质量可以得到保证。（2）程序编制相对简单。PLC系统的编程是采用接线的形式来实现的，而且由于PLC系统会编辑相对应的梯形图程序，因此PLC系统一般会采用提醒语言的来做到相互对应。除此之外，为了方便管理，PLC会采用顺序控制法来进行设计，这种设计方式规律极为明显，可以被容易地掌握。（3）设计时间较短。与继电器控制装置相比，PLC中比较复杂的系统，在设计相应的梯形图程序时，时间的使用上占有极大优势，短时间就可以完成设计。并且可以设置不同类型的产品工位数和位置参数。（4）操作灵活方便。PLC系统具有自动以及手动模式，满足不同情况下的需要，同时在操作的时候还可以下达启动和暂停的命令，方便应对突发状况。除此之外它还具有先进的计数清零的功能，对于调整气缸下压的时间十分方便。最后，在实际的操作使用时，它具有自动进行送料固定的优势，操作过程中不需要人动手，在一定程度上有利于保护用户的人身安全，提高操作效率。

2 变频器的分类

（1）按照变换环节可以分为直接式变频器和间接式变频器。

直接式变频器就是把工频交流直接转换为可以调节电压的交流。间接式变频器就是要先利用整流器作为媒介进行调整，把工频交流转化为直流，再把直流转换为可以调节电压的交流。其中间接式的变频器在使用中最为广泛。（2）按照直流电源的性质可以划分为电流型变频器和电压型变频器。电流型变频器可以有效控制电流的变化，促进电压接近正常水平，能够进行缓解无功率，抑制电流过大的现象出现。电压型变频器主要优势就是在直流环节采用大电感作为储能元件，有效保证了电压的平稳，减少了运行阻力。（3）由于工作原理不同可以划分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器以及矢量控制变频器。V/f控制变频器是指为了能够保证转矩效果，在变换电源频率调整速度的基础上，保持电动机的磁通不变进行的控制设计。这个设计在克服低频率转矩的应用上达到了良好的效果。转差频率控制器在V/f的基础上对电动机频率进行了调节，但是这种控制必须要在安装速度传感器的条件下进行，这属于闭环控制，有助于变频器在运行的时候更稳定，能够及时响应加速减速和负载变化的命令。矢量控制变频器是通过控制电动机定子电流的大小来达到控制电动机转矩的方式，在这个操作过程中需要具备矢量坐标电路。

3 基于PLC系统和变频器的多电机速度同步控制系统的设计

（1）设计方案。基于PLC和变频器的多电机速度同步控制的设计上，可以通过补偿的控制设计来实现。首先必须要设计一台主要电动机，其次设计几台辅助电动机利用主电动机发出的指令来操作其他的辅助电动机，电动机之间首尾相连。这种方式可以保障其中任意一台电动机发生意外的情况下不会对前面的电动机造成影响，但是对于后面的电动机会造成相应的影响。还有一种方式是并联的方式，这种方式能够实现所有电动机的转速跟主电动机的转速同步。（2）系统硬件的构成。同步控制系统是采用小型PLC控制系统控制两台变频器的表现，其中PLC作为整个系统的核心，对变频器的各个电动机的速度进行读取，准确计算电动机的理论速度，设计电动机的速度，让电动机能够实现稳定协调地运转。除此之外还有PC机、变频器、人机界面等组成。

4 基于模糊PID补偿算法的同步控制

PID控制器就是利用PID的控制原理来调整系统中偏差的工具，极大程度的保障实际值与预期值的统一。之所以被称为模糊控制，是因为它在控制的时候合理地利用了模糊数学的思想以及控制方法。在本项研究中，PID补偿算法采用的是两台电动机来作为一主一从进行设计。其中在对主电机进行操作控制的时候，严格按照操作人员的命令进行，利用电动机的测试速度来反映出电动机的实际转动速度，得到结果后把数据反映给PLC系统或者对应的驱动器。在这之后可以根据反馈给PLC的数据进行准确的计算，得到真实的转动速度。在PLC中利用安装的转速补偿信号控制器进行PID补偿信号的运算，从而保障达到高精度的运行。计算后会得到相应的附加值，通过辅助电动机驱动器进行参数调整，就可以系统的保障多个电机可以同步控制的目标。

5 系统通信设计

（1）PLC与变频器的通信。根據以往的经验来看，以前的PLC与变频器的通信通常是采用比较传统的方式，其中主要是利用PLC的数字输出来实现变频器的启动与停止的。但是长久下来，渐渐暴落出许多难以避免的问题，比如控制系统中硬件的价格过高，增加了支出的费用。而且实际运行过程中容易受到外界因素的干扰出现噪音，还经常受到硬件自身的局限性困扰，可以用来交换的信息少之又少。而目前就可以利用PLC进行通信，有效解决出现的这些困扰，这种通信方式具有通信量大，传送信息速度快以及费用低等特点。（2）PLC与监控计算机之间的通信。在监控计算机和PLC之间，可以使用双绞屏蔽电缆达到通信的目的，其中要确保终端电阻为15，在PLC设计中，应该把PLC系统作为主要的控制站点，在线路的连接上，采用串联USS的方法让变频器之间相连接，还要保障准确的下载系统的程序以及画面，控制好电机的启动和停止。最后准备工作也要保障及时做到位，工作方式的选择、频率以及运行速度的设置、报警器的安装，在一切准备就绪以后对设计进行不断地调试，保障达到期望的目标。（3）系统的调试。连接PLC、系统上位机以及变频器，使连接符合预期的设计标准，连接完毕后对电动机和编码器进行连接，使它们与变频器之间按标准有效连接。连接完毕后，按照系统的要求进行不断地设计与调试，使运行效果和预期的目标之间的差距不断缩小。endprint

6 監控界面的设计

监控界面的设计主要是包括人机界面的设计和系统界面的设计。人机界面在人们的生活中比较常见的就是像触摸屏，设计的目的是为了人们在使用时更便捷、能够用起来满足大多数人的要求，方便对系统的控制。设计时要掌握各自使用的范围以及各自的优点以及缺点。系统及面就是反应软件功能的界面，系统功能规律条例的设计对于用户的控制来讲更加方便，设计界面时，要考虑到用户的使用感受，使系统的整个功能清楚明了的展现在每位用户面前，并且还要起到引领用户进行合理操作的作用。

7 基于PLC系统以及变频器实现速度的稳定性的控制

如何有效保障PLC系统以及变频器速度的稳定性是目前急于解决的问题，针对这一现状，就要积极探索找到合理的应对措施。例如，再电机的调水过程中，启动电机就可以让水泵扇叶进行旋转，并且大多数情况下，需要电机同时工作来完成工作目标。以往大多数情况下都是利用直流电机来来调节和控制电机的运行速度，在电位机的控制下，会出现各种不同的反应。因此调水程序中，经常会发生速度变化大的现象，这样对于程序的稳定性是一个极大的威胁，速度比率会产生明显的变化，失去原有的平衡，这样带来的后果可能会是水泵轴承的破坏，又或者是调水效果的不达标。而且在运行期间，PLC程序一般会采用循环扫描的工作方式，我们在程序运行的时候，要不断降低工作量以及存储量，计算强度难以保持原有的水平，这样在同步状态下实现速度德尔稳定性也会有一定的难度。因此PLC状态下可以将模糊控制理论以及PID控制算法很好地结合起来，这样就能够有效地保障速度的稳定性以及统一性。

8 结束语

随和科技水平的不断提高以及人们要求的不断变化，变频器的控制技术能够逐渐变得成熟，慢慢达到与科技水平的相适应。变频器的控制技术目前已经被运用到了多个领域。其中在多电机的控制中，要想实现多电机速度的同步控制，就必须最大程度的结合PLC带来的优势，把电动机的使用具体化细致化，保障细节方面不出现漏洞，同时还要采取必要的措施来保障系统的可靠性，防止因为电流或者电压的不稳定造成对系统运行的威胁。最后还要不断与科技和经验结合，调整设计的思路，吸收优秀科技成果，不断实践探索，才能够更好的实现PLC和变频器的多电机速度同步控制。

参考文献：

[1]齐素许，许洋.浅谈PLC在电动机控制中的应用[J].黑龙江科技信息，2011（24）.

[2]胡刚，吕卿.PLC变频器控制系统典型故障分析[J].交通标准化，2011（16）.

[3]戴伟，高贺云.PLC与变频器自动控制的小区供水系统[J].才智，2011（16）.endprint