基于組態(tài)王的電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李紅萍，賈秀明，李藝?guó)?，賈秀杰，李兆瑞

(1.蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子電氣工程系，甘肅 蘭州 730060:2.蘭州石化公司，甘肅 蘭州 730060;3.四川石化公司，四川 成都 611930;4.西北師范大學(xué)外國(guó)語(yǔ)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、航空航天以及日常生活的各個(gè)領(lǐng)域，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，直流電機(jī)廣泛用于電氣和自動(dòng)化控制及儀器儀表中[1];醫(yī)用的各種儀器、手術(shù)工具中都用直流電機(jī);電動(dòng)機(jī)用途眾多，大至重型工業(yè)，小至小型玩具都有其蹤跡。自動(dòng)控制水平的高低也是衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)先進(jìn)與否的重要標(biāo)志之一，為了提高電動(dòng)機(jī)在應(yīng)用中的自動(dòng)化控制技術(shù)，本文提出構(gòu)建基于組態(tài)王的電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)想[2]。

1 系統(tǒng)概述

電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)作為一個(gè)小型對(duì)象，系統(tǒng)由兩個(gè)直流電機(jī)，直流調(diào)速電路等組成。測(cè)速單元用編碼盤或?qū)Ｓ镁幋a器來(lái)實(shí)現(xiàn)，具有負(fù)載的功能;兩個(gè)電機(jī)組成電動(dòng)機(jī)－發(fā)電機(jī)模式，采用了電機(jī)聯(lián)軸器;調(diào)速器采用2 V～10 V的電壓控制，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速;編碼盤為6脈沖/轉(zhuǎn)，配置光電耦合器測(cè)速[3]。

系統(tǒng)由光電耦合器、電機(jī)、PLC、EM235模擬量處理模塊、調(diào)速模塊等構(gòu)成電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)，用組態(tài)王軟件來(lái)監(jiān)控電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)的定值調(diào)節(jié)。

1.1 電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)接線圖

電機(jī)PLC控制系統(tǒng)接線如圖1所示;監(jiān)控計(jì)算機(jī)與PLC的連接采用PC/PPI電纜連接。

1.2 電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)的控制原理

光電耦合器將電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)送給高速計(jì)數(shù)器，在PLC程序中設(shè)計(jì)100 ms的中斷程序讀取高速傳感器的當(dāng)前值，并經(jīng)過(guò)標(biāo)度變換將其轉(zhuǎn)換成0～1之間的實(shí)數(shù)送到PID模塊，與設(shè)定值進(jìn)行比較后對(duì)偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成PLC的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字輸出信號(hào)，經(jīng)模擬量處理模塊轉(zhuǎn)換成4 mA～20 mA的輸出信號(hào)送到調(diào)速器，從而使電機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)定值上。利用MCGS組態(tài)平臺(tái)來(lái)實(shí)時(shí)地監(jiān)控PLC中相關(guān)數(shù)據(jù)的變化，使電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)的工藝生產(chǎn)狀態(tài)在監(jiān)控界面上真實(shí)地再現(xiàn)出來(lái)，以便操作人員監(jiān)控工藝生產(chǎn)的各個(gè)參數(shù)[4]。

圖1 電機(jī)PLC控制系統(tǒng)接線圖

2 電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)PLC控制程序設(shè)計(jì)

2.1 主程序

主程序?qū)崿F(xiàn)PID參數(shù)初始化，指定采樣周期，設(shè)置中斷及中斷時(shí)間，定義高速計(jì)數(shù)器，并啟動(dòng)高速計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，其程序流程圖如圖2所示。

圖2 主程序流程圖

2.2 中斷服務(wù)程序

中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集、標(biāo)度變換、PID運(yùn)算、手/自動(dòng)跟蹤、手/自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換、控制信號(hào)輸出等功能，其程序流程圖如圖3所示。

3 電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)的組

電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)主要包含I/O設(shè)備的連接、數(shù)據(jù)詞典的創(chuàng)建方法、窗口界面的編輯、動(dòng)畫鏈接、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、報(bào)表、用戶權(quán)限管理、策略組態(tài)、按鈕、菜單、腳本程序等內(nèi)容[5]。其中設(shè)備窗口的組態(tài)是連接和驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的工作環(huán)境，在本窗口內(nèi)對(duì)PLC進(jìn)行連接與設(shè)置;數(shù)據(jù)詞典完成工程中所有變量的設(shè)置與通道的連接，是工程各個(gè)部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將組態(tài)王工程的各個(gè)部分連接成有機(jī)的整體。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動(dòng)畫連接及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的對(duì)象[6];用戶窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面，生成各種動(dòng)畫顯示畫面、報(bào)警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等，電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控界面如圖4所示。

圖3 中斷服務(wù)程序流程圖

圖4 電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控界面

各按鈕的命令語(yǔ)言如下:

4 系統(tǒng)調(diào)試及PID參數(shù)整定

系統(tǒng)調(diào)試:首先將電機(jī)轉(zhuǎn)速PLC控制系統(tǒng)投入運(yùn)行，反復(fù)調(diào)試PLC程序，直到達(dá)到電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)的控制要求為止;其次將MCGS監(jiān)控系統(tǒng)投入運(yùn)行;在開環(huán)狀態(tài)，將手自動(dòng)切換按鈕置于手動(dòng)方式，調(diào)試測(cè)量值和輸出值使其功能正常;在閉環(huán)狀態(tài)，將手自動(dòng)切換按鈕置于自動(dòng)方式，調(diào)試控制系統(tǒng)使其控制效果達(dá)到控制要求[7]。

系統(tǒng)采用PI調(diào)節(jié)規(guī)律，參數(shù)整定步驟如下:首先將控制器設(shè)置為純比例作用，并將比例度放到100%上[8]。在系統(tǒng)穩(wěn)定后，加入階躍干擾，觀察被控變量記錄曲線的衰減比，然后逐步減小比例度，直至出現(xiàn)4∶1衰減曲線[9];根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，算出控制器的P、I參數(shù)值，觀察被控變量記錄曲線的衰減比，不斷調(diào)整參數(shù)，直到出現(xiàn) 4∶1 衰減曲線為止[10]。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于組態(tài)王的電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的應(yīng)用，可實(shí)時(shí)地監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試及參數(shù)整定后，可根據(jù)需要將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定到設(shè)定值上，具有可靠性高、成本低、通用性強(qiáng)、功能擴(kuò)展方便等特征，有良好的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)前景;同時(shí)可為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的普及應(yīng)用提供借鑒，企業(yè)可充分利用現(xiàn)有的設(shè)備，追加少量的投資即可組建計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，提高了企業(yè)的自動(dòng)化水平。

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