一种基于PLC变频调速系统的设计

杨威 靳关军 张晗

宁夏机场有限公司固原分公司 宁夏固原 756000

1 设计的背景与意义

变频调速这一概念很早就出现了，但我国起步相对较晚，上世纪90年代才有含变频调速技术的产品在国内出现。现在公认的最有发展前景的调速方式就是变频调速技术，变频调速技术拥有高精度、高效率、高性价比等诸多优点。采用变频器传动系统的主要目的就是使更多生产流程工业化、科技化、表转化，从而提高工人的生产水品、降低生产成本。可编程控制器（PLC）不仅彻底替代了继电器控制系统的优良特点，如操作简单、价格优惠，而且拥有符合时代发展的前卫品质，如响应时间快、稳定性高、可靠性强。本文将以PLC为基础设计一套双电机的变频调速系统。

2 系统硬件选型与设计

根据实际情况，选用西门子PLC-300系列，变频器使用西门子系列MM440变频器，编码器选用欧姆龙E6B2-CWZ6C。系统设计如下：

图1 系统硬件接线图

由于两台电机的接线几乎完全一样，这里以其中一台电机的接线为例。系统所使用的PLC-300硬件组态如下图所示。

图2 PLC硬件组态

PS307模块为电源模块直接连接电源；315-2DP为CPU主体模块；SM321模块是PLC的数字输入模块，与欧姆龙编码器的输出口连接，采集电机的速度信号；SM322模块是PLC的数字输出模块，Q4.0-Q4.3分别与变频器MM440的输出端口5、6、7、8相连，从而控制电机的电压频率以调整电机速度；三相异步电动机分别与控制设备（变频器）和采集设备（编码器）相连；PLC硬件部分带L标识的是电源的正极，带M标识的是公共端（负极）。

3 控制程序与监控设计

3.1 主程序设计

图3 主程序流程

如图3所示，主程序主要包含以下两个部分：调用给定数度和判断计数器。给定速度，使速度随时间变化。计数器用来读取光电编码器产生的脉冲，存入对应的存储区中。

3.2 监控系统设计

组态软件是上位机软件的一种，又称组态监控软件系统软件，即上位机软件包含组态软件。系统中要求上位机能够启动电机，为电机提供一个目标转速。能实时监控下位机，显示电机的线速度，同时具有报警功能，还可以实时记录下电机的转速曲线，并且绘制成曲线形象的显示出来。

操作系统选择的是成熟且通用的系统平台——32位多进程操作系统Windows7Professional。该系统具有效率、简单、易用的鲜明特点，并且具有较好的内存保护机制和调度管理，可以对多任务提供良好的支持。组态软件本次设计选择的是组态王6.60。该软件由组态开发环境和组态运行环境构成，用户可以在组态开发环境完成界面的设计、变量的定义等工作，它具有先进完善的图形生成功能；有多种数据类型的变量，能合理的将被控对象的特性抽象化，在数据的过程记录、报警、趋势曲线、报警、安全防范等重要功能方面上有简单的操作方法。组态王运行环境，用于显示由画面开发系统中建立出来的图形画面，并且软件与PLC之间的数据交换也是由其负责，实时更新变量的数值，与此同时完成报警显示、趋势曲线监视、历史记录查询等功能的实现，并可以生成历史数据文件，作为数据采集系统和工业现场监控的最终形式。

（1）系统登录界面。系统登录界面利用自己编写的命令语言正确输入帐号和密码的用户才能顺利地进入主监控界面。避免系统直接打开的突然性，见图4。

（2）电机转速显示模块。在本变频调速系统中，有两台待调速的电机，分别连接一台传感器设备并与PC机连接，由PLC进行相关的处理后，电机的旁边会显示两台电机的转速值。显示模块中有报警灯可提示两台电机是否正常运转。

图4 系统登录界面

图5 电机转速监控界面

（3）转速报警显示模块。在该模块中，如果任一电机出现转速过小或转速过大等异常，报警画面将会跳出，报警画面将记录警报的类型、出现异常的时间以及是否警报解除等这些数据。

图6 电机报警界面

（4）转速曲线界面。在这一部分，画面将两台电机的转速改变的过程随时间的改变绘制成曲线图，从图中我们可以清晰地看见两台电机转速的变化流程。

图7 实时转速曲线界面

4 结语

此次设计主要是在理论层面进行了模拟仿真，仿真结果证实此设计可行。电动机变频调速技术、组态软件组态技术等均是工业自动化技术中重要且具有很大发展潜力的。相信随着科技的发展，软硬件技术的完善，变频调速技术将会成为更加稳定、更加智能、更加精确、更加能够投入市场的应用。