基于PLC模糊控制的异步电动机变频调速及改造的分析

2018-04-15德州职业技术学院

电子世界 2018年9期

德州职业技术学院宋阳

1 引言

经济在发展，科技在进步。现如今，适应时代的现代化科学技术已经渗透到人们生产生活的方方面面。科技改变生活。科学技术的进步促进了工业领域生产力的发展。随着PLC技术的广泛应用，越来越多的工厂开始使用PLC进行自动控制。基于PLC模糊控制的异步电动机的变频调速和改造已然是非常多了。这是大势所趋，是工业领域促进生产力的必然的发展方向。

随着人们对自动化控制理论认识的不断加深，随着互联网时代的到来，随着计算机技术的发展，人们对变频控制的喜爱程度正在日益加深。变频控制有许多优点，举例而言，变频控制效率高，更加节省能源，最重要的是它的调速性能非常优越，这就是为什么它受到越来越多人的青睐的原因。在当前时代背景下，为了顺应时代发展的潮流，我们逐渐使用异步电动机来实现同步控制。这是发展的必然方向。本文介绍的是基于PLC的基础上利用模糊PID(比例-积分-微分)控制控制异步电动机来进行对变频器的控制。这个系统的设计是非常科学的，它充分利用了PLC可靠性高、灵活性强、适应性好的优点，实现了自动化、智能化懂得高精度控制，稳定可靠精度高，实用性强，因此具有非常广泛的应用空间和发挥空间。

2 基于PLC模糊控制的异步电动机变频调速及改造的整体设计

2.1 PLC——可编程逻辑控制器设计

PLC是英文Programmable Logic Controller的缩写，翻译成中文就是可编程逻辑控制器。可编程逻辑控制器可以定义为，一个用来控制机械和工艺过程、使用存储器在可编程存储器中的指令，通过数字或模拟输入输出模块来实现逻辑、顺序、定时、计数和算数功能的基于微型计算机的控制器。PLC的应用被发现在过程工业和离散制造业中，但是最初与后者相关的去控制机器、改变线路和原材料的制作。PLC的基本元件包括：处理器、内存单元、电源模块、输入输出模块、编程设备。这些元件封装在适用于工业生产环境的机柜中。PLC具有非常多的优点，概括起来有：一是使用方便，编程简单。工作人员不需要特别清楚PLC的工作机理就能对PLC进行操作。使用起来非常方便。对PLC进行编程非常简单，不想一些语言晦涩难懂。二是PLC拥有非常强大的功能。PLC可以应用于各行各业各个领域。三是PLC的可靠性高，适应能力强。PLC可以在恶劣的工厂环境中使用而不会出现故障。现如今，PLC已经被广泛接受。

要想PLC工作，就必须对它进行编程。上面我们已经讲过了，PLC的编程还是比较简单的。编程是用户用编程设备向PLC输入控制指令的方式。最基本的控制指令由开关、逻辑、顺序、计数和定时构成。事实上，所有的PLC编程方式都提供包括这些功能的指令集。许多控制应用程序要求额外的控制指令去完成连续过程的模拟量控制，复杂的控制逻辑，数据处理和报表，以及其他不容易由基本控制集实现的高级功能。由于这些需求上的不同，各种各样的PLC编程语言被开发。一个PLC编程标准由国际电工委员会以题为“控制器编程的国际标准”于1992年发布。这个标准规定了三个图形化语言和两个文本化语言：1、梯形图；2、功能块图；3、顺序功能图；4、指令表；5、结构化文本。

2.2 测量电机转速的方法

在这个基于PLC模糊控制的异步电动机变频调速及改造的设计的系统中，如何使两台电机进行同步控制是设计的关键所在。要想使两台电机进行同步控制，就必须要对电机的转速进行精准的测量。根据测量值进行数据的修改和系统的优化。那么我们应该如何测量电机的转速呢？在实际测量电机的转速的过程中，首先要让PLC能够接受到电机转速信号。这就需要对PLC进行输入输出电路的设计，使得这个设计好的电路能够接受电机转速的信号。这里，我们需要说明的是：首先，我们必须保证对异步电动机的同步控制设计的输入输出电路必须是能够正常使用的，其次，这个电路必须是稳定可靠的，不能总是出现故障。然后，这个设计出来的输入输出电路必须不受其他电路的影响。倘若我们设计出来的输入输出电路在使用时会受到其他电路的干扰导致无法正常使用，那么我们设计的这个电路就失去了它存在的意义。PLC接收到电机转速信号后，下一步我们要做的就是通过电机的转速测量方法换算出电机转速。获得电机转速的方法有三种，分别是：M法、T法和M/T法。这三种方法各有各的优缺点。例如M法和T法的测量精度稍微比第三种方法低一些，而第三种方法，也就是M/T法，虽然它的精度比前两者要搞，但是检查时间过长，不符合PID动态响应的指标要求。在这里，我们把M/T法进行了改进，使它在满足转速测量精度的前提下，尽可能的减少检查需要的时间。

3 模糊PID设计

随着科学技术的日益发展，PID控制被越来越多的应用到各行各业各个领域。现在，利用PID进行模糊控制是自动化领域最广泛的应用之一。越来越多的科研人员在研究模糊控制。人们对模糊控制的热情空前高涨。模糊控制实际上就是让计算机控制来代替人工控制，实现工业的自动化和智能化。从常规角度上来看，工作人员在执行一项工作的时候，他们对机器或是计算机的操作使用的语言是有一定的规则，但是没有特别精准的语言，也就是使用模糊的语言。模糊控制就是利用了人在执行相应的操作任务是使用的模糊性语言，形成模糊控制的独特的语句，然后用一定的方法对变量进行控制。目前的模糊控制器只有三种结构，分别是一维结构、二维结构和三维结构。通过大量的实验数据我们可以知道，一维结构的模糊控制器是使用效果最差的控制器，二维结构的模糊控制器比一维结构的模糊控制器的控制效果要好很多，而三维结构的模糊控制器的控制效果是最好的，但是三维结构的模糊控制器设计非常复杂，不容易实现。对比这三种模糊控制器，我们不难发现，使用二维结构的模糊控制器是合适的。