论文部分内容阅读
摘要：介绍了PLC在三相交流异步电动机变频调速系统方面的应用，给出了系统的软、硬件设计，说明了系统的控制策略和工作原理。
关键词：异步电动机；变频调速；闭环控制；PLC三相交流异步电动机在工业生产中有着广泛的应用，它的优点是结构简单，维护方便，缺点是不易调速。随着生产工艺和节能要求的日益提高，使三相交流异步电动机的应用正逐渐向软启动、变频调速等方向发展。
1. 系统设计
三相交流异步电动机变频调速系统，以可编程序控制器PLC作为核心控制部件，通过速度传感器将电动机的转速信号传给PLC，PLC经过控制规律的运算后，给出控制信号，改变电动机输入电压的频率，来调节电动机的转速，从而构成了一个闭环的速度控制系统。如图1所示。
1.1 电动机转速的测量和输入接口电路设计
电动机转速的测量可以通过多种传感器实现，如光电速度传感器、磁电传感器或直流测速发电机等。
一般PLC都具有高速计数功能，可以将光电速度传感器产生的脉冲信号输入其高速脉冲输入接口，通过高速计数和数据运算，实现测速和测频的功能。本系统中，光电传感器的输出的脉冲信号的幅值为5V，由于PLC规定的最小电压为15V，不能直接输入给PLC，设计了PLC与传感器的接口电路，如图2所示。
1.2 PLC与变频器的连接
变频器在外部端子操作方式下，通过变频器的接线端子，可以实现对变频器的正/反转控制、多段转速选择及频率给定等功能，其中运行频率的给定可以通过电压、电流或外接电位器的方式调节。
PLC与变频器连接时，首先通过变频器的操作面板设定变频器的工作参数，对于本系统使用的三菱FR-E540-1.5K变频器，应设定“操作模式选择”参数pr79=2，启动信号和运行频率都由外部给定，设定运行频率的“输入电压”参数pr73=1，即DCO～10V输入。然后，可将PLC的开关量输出接到变频器的正转启动（STF）和反转启动（STR）端子上，将PLC的模拟量输出接到变频器的频率给定端子（2、5端之间）。对于S7-224，如果输出为晶体管型，其输出信号为电流输出，与变频器连接时，应考虑PLC输出信号与变频器输入信号的匹配。
2. 系统软件设计
PLC的控制程序分主程序和定时中断程序两部分。在主程序中，PLC完成高速计数、定时中断和相关标志位的初始化操作，以及对三相异步电动机的启动/停止控制和正/反转控制等。在定时中断中，PLC完成转速的采集、控制运算和控制量输出的工作。主程序和中断程序的框图如图3和图4所示。
取得速度信号后，按照一定的控制规律进行控制运算。本系统采用的是变比例-积分分离的控制算法，即根据设定值与测量值的偏差大小分为4个区间，在每个区间采用不同的比例系统，当偏差值进入-5～+5的区间内，再加入积分控制。
模拟量输出模块EM232的输出电压为-10～+10V，12位分辨率。PLC经过控制运算后，得到的控制信号需要转换成PLC的D/A模块所规定的数据格式，通过EM232输出给变频器的频率设定端，改变变频器的输出频率，从而实现对电机转速的控制。
3 结语
本控制系统用PLC实现电机转速的测量和控制，通过变频器来改变三相异步电动机的转速。若通过上位机利用监控组态软件可以实现与PLC的通信和监控，从而构成一个结构合理、功能丰富的电机控制系统。在这个系统的基础上，若改变测量环节和相应的控制策略，可以实现诸如变频供水、通风机的控制等许多以三相交流异步电动机调速为基础的应用系统。
关键词：异步电动机；变频调速；闭环控制；PLC三相交流异步电动机在工业生产中有着广泛的应用，它的优点是结构简单，维护方便，缺点是不易调速。随着生产工艺和节能要求的日益提高，使三相交流异步电动机的应用正逐渐向软启动、变频调速等方向发展。
1. 系统设计
三相交流异步电动机变频调速系统，以可编程序控制器PLC作为核心控制部件，通过速度传感器将电动机的转速信号传给PLC，PLC经过控制规律的运算后，给出控制信号，改变电动机输入电压的频率，来调节电动机的转速，从而构成了一个闭环的速度控制系统。如图1所示。
1.1 电动机转速的测量和输入接口电路设计
电动机转速的测量可以通过多种传感器实现，如光电速度传感器、磁电传感器或直流测速发电机等。
一般PLC都具有高速计数功能，可以将光电速度传感器产生的脉冲信号输入其高速脉冲输入接口，通过高速计数和数据运算，实现测速和测频的功能。本系统中，光电传感器的输出的脉冲信号的幅值为5V，由于PLC规定的最小电压为15V，不能直接输入给PLC，设计了PLC与传感器的接口电路，如图2所示。
1.2 PLC与变频器的连接
变频器在外部端子操作方式下，通过变频器的接线端子，可以实现对变频器的正/反转控制、多段转速选择及频率给定等功能，其中运行频率的给定可以通过电压、电流或外接电位器的方式调节。
PLC与变频器连接时，首先通过变频器的操作面板设定变频器的工作参数，对于本系统使用的三菱FR-E540-1.5K变频器，应设定“操作模式选择”参数pr79=2，启动信号和运行频率都由外部给定，设定运行频率的“输入电压”参数pr73=1，即DCO～10V输入。然后，可将PLC的开关量输出接到变频器的正转启动（STF）和反转启动（STR）端子上，将PLC的模拟量输出接到变频器的频率给定端子（2、5端之间）。对于S7-224，如果输出为晶体管型，其输出信号为电流输出，与变频器连接时，应考虑PLC输出信号与变频器输入信号的匹配。
2. 系统软件设计
PLC的控制程序分主程序和定时中断程序两部分。在主程序中，PLC完成高速计数、定时中断和相关标志位的初始化操作，以及对三相异步电动机的启动/停止控制和正/反转控制等。在定时中断中，PLC完成转速的采集、控制运算和控制量输出的工作。主程序和中断程序的框图如图3和图4所示。
取得速度信号后，按照一定的控制规律进行控制运算。本系统采用的是变比例-积分分离的控制算法，即根据设定值与测量值的偏差大小分为4个区间，在每个区间采用不同的比例系统，当偏差值进入-5～+5的区间内，再加入积分控制。
模拟量输出模块EM232的输出电压为-10～+10V，12位分辨率。PLC经过控制运算后，得到的控制信号需要转换成PLC的D/A模块所规定的数据格式，通过EM232输出给变频器的频率设定端，改变变频器的输出频率，从而实现对电机转速的控制。
3 结语
本控制系统用PLC实现电机转速的测量和控制，通过变频器来改变三相异步电动机的转速。若通过上位机利用监控组态软件可以实现与PLC的通信和监控，从而构成一个结构合理、功能丰富的电机控制系统。在这个系统的基础上，若改变测量环节和相应的控制策略，可以实现诸如变频供水、通风机的控制等许多以三相交流异步电动机调速为基础的应用系统。