基于组态软件、变频器和PLC控制的电机调速系统的设计

李泽洪

[摘 要]本系统由PLC、变频器（具有 RS—485 通信功能）、交流电机组成。通过组态软件建立PLC与上位PC机之间的通信连接，实现上位机监控，再利用 PLC+变频器实现对三相异步电动机的变频调速控制。

[关键词]組态软件；PLC；变频器；

[中图分类号]TM921.51 [文献标识码]A

对于高职高专学生来说，PLC技术、变频器技术、组态技术三门课程是生产过程自动化技术专业必修的核心课程。本选题能够将三门课程知识有机地结合在一起，对于培养学生具备对生产过程控制系统的设计、安装、调试、维护能力有极大的帮助。

基于PLC可靠性高、抗干扰能力强、系统的设计、建造工作量小，维护方便、容易改造的特点，本设计以 PLC作为控制核心，结合变频器、组态软件等完成对电动机速度的控制。这样基于组态软件建立PLC与上位PC机之间的通信连接实现远程操作控制，既可以改善操作人员的工作环境，又可以提高工作的安全性。

1 系统设计的总体构架

通过对系统的总体分析，该变频调速系统的设计实现过程分为两个步骤：

（1）基层PLC+变频器实现对三相异步电动机的控制。

（2）实现PLC与上位PC机之间的通信连接，实现上位机监控。

本系统由 PLC、变频器（具有 RS—485 通信功能）、交流电机组成。其工作原理为：给定的速度与经由经 PLC 运算可得控制量，再由RS—485接口输出到变频器以驱动交流电机，从而达到调节电机转速的目的。由于PLC与变频器之间没有采用 D/A 进行转换，而是采用 RS—485 进行数字通信，有效地提高了系统的抗干扰能力。

2 PLC与变频器实现变频调速

我们将采用八段速、无极调速及采用光电编码器的闭环控制方法实现对电动机的控制。

（1）八段速控制。八段速控制就是在变频器中设定八个频率，通过PLC的八个控制按钮输入分别控制一种频率输出，即实现一个按钮控制一种电动机的转速。具体实现过程如下：编写PLC梯形图程序使输出端子Q0.0～Q0.2的输出状态组合成八种状态，即000～111。每一种状态用一个控制开关控制，这样共有八个控制开关控制PLC 的Q0.0～Q0.2输出的八种状态。将PLC的三个输出端子与变频器的控制电路端子7～9依次相连。通过对变频器P09、P32～P38参数的设定确定出各个状态输出频率的大小，这样就实现了每一个控制开关控制变频器的一种输出频率，将变频器与电动机连接起来，通过对八个控制开关的通断控制就实现了PLC对电动机的八段速控制。

（2）无极调速控制。本控制方案采用PWM技术对电动机进行控制，实现的功能是结合组态软件实现在上位机组态界面上输入一个频率来控制电动机按这一频率运行。具体实现过程如下，通过软件编程使PLC输出一路PWM脉冲，连接于变频器的控制电路端子的9号端子。改变PWM脉冲的占空比即可改变变频器的输出频率，这样我们就可以在组态软件中通过设定PWM脉冲的占空比来确定电动机的转速。

（3）采用光电编码器的闭环控制。本方案采用增量式光电编码器作为闭环控制的反馈输入，具体实现过程：PLC控制电动机按同一速度运转，用光电编码器检测电动机当前转一圈所产生的脉冲数，将它传回给PLC。用PLC编程将脉冲数转换成电动机的转速，然后与电动机的预设值进行比较，若有偏差则通过PID算法将误差消除，使电动机能按照预定的转速进行运转。

3 WinCC与 PLC之间通信的实现

WinCC 与 S7- 200 PLC 之间的通信原理WinCC 与 S7-200 PLC 之间的通信结构层次如图 1 所示。

WinCC 采用变量管理器进行变量的集中管理。WinCC 变量管理器管理运行时的 WinCC 变量，从过程中取出请求的变量值。该过程通过集成在WinCC 项目中的通信驱动程序完成。通信驱动程序利用其通道单元构成 WinCC 与过程处理之间的接口。WinCC 通信驱动程序采用通信处理器向S7- 200 PLC发送请求消息，然后，通信处理器将回答相应的消息请求的过程值发回 WinCC 。本系统中通信驱动程序选用 Modbus Serial. CHN 。

4 WinCC监控界面设计

本系统中监控软件主要完成的任务是监控整个系统的运行过程，所设计的WinCC 监控主界面不仅具有设置变频器运行所需的参数、控制变频器的运行/停止以及运行频率的改变、监视输出电流、电压、频率等功能，而且还具有实时曲线查询、历史曲线查询和报警显示等功能，实现了对变频器的远程智能化监控。

5 结语

现场调试和运行表明，本文所设计的基于组态软件、变频器和 PLC 控制的电机调速系统实现了对三相交流电动机调速控制，也对变频器运行过程和状态的监控，有效地提高了系统的自动化水平。系统安装维护方便，运行稳定、可靠；监控软件功能齐全，人机界面友好，使用方便。

[参考文献]

[1] 张洋.基于P L C与组态软件的智能物料安装系统的设计与实现[D].吉林大学，2015.

[2] 范永胜，王峨.电气控制与P L C应用[M].中国电力出版社，2007.