應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變頻調(diào)速和遠(yuǎn)程控制研究

摘 要：隨著自動(dòng)化理論的完善和發(fā)展，電機(jī)的變頻控制同社會(huì)生產(chǎn)需求出現(xiàn)了嚴(yán)重的斷層，因此，如何應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)以及PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變頻調(diào)速和遠(yuǎn)程控制是機(jī)電控制行業(yè)研究的關(guān)鍵所在。本文首先介紹變頻器的原理和控制方式，并且在此基礎(chǔ)上闡述變頻調(diào)速原理、設(shè)計(jì)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，然后介紹PLC的工作原理和功能，最后闡述PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變頻調(diào)速和遠(yuǎn)程控制。

關(guān)鍵詞：PLC 電機(jī) 變頻調(diào)速 控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM921 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）04（c）-0128-01

1 變頻器及變頻調(diào)速技術(shù)

1.1 變頻器的概念、原理及控制方式

1.1.1變頻器的概念及原理

變頻器是一種頻率轉(zhuǎn)換設(shè)備，目的是根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的需要將工頻電源轉(zhuǎn)化為不同頻率的電源以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行。變頻器主要由三部分電路構(gòu)成，分別為整流電路、直流中間電路和逆變電路，此外變頻器還需要相關(guān)的輔助電路。

變頻器可以分為交—直—交變頻器和交—交變頻器。二者的工作原理不同：交—直—交變頻器需要先將工頻電源通過(guò)整流電路整流為可控電壓的直流，然后再通過(guò)逆變電路將直流轉(zhuǎn)換為可變頻率的交流；交—交變頻器則將工頻電流直接變換為可變頻率的交流。

1.1.2變頻器的控制方式

變頻器的控制方式能夠影響電機(jī)的調(diào)速水平和性能，因此使用變頻器需要掌握可行、有效的控制方法，常見(jiàn)的控制方式主要包括四種，分別為V/f協(xié)調(diào)控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、轉(zhuǎn)差頻率控制和矢量控制。

1.2 變頻調(diào)速技術(shù)及控制系統(tǒng)

磁通量的大小是影響電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率的關(guān)鍵因素，因此為了提高電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，需要確定磁通量的值，并且保持磁通量恒定。為了實(shí)現(xiàn)磁通恒定，需要改變定子電壓，為了實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速技術(shù)，需要不斷的調(diào)節(jié)電機(jī)外加電壓和定子電源的頻率之間的比例關(guān)系。

變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要用到的元件包括：PLC控制器、變頻器、交流電機(jī)以及旋轉(zhuǎn)編碼器。

2 PLC的工作原理、功能及控制系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 PLC的工作原理

可編程控制器的縮寫(xiě)是PLC，其構(gòu)成模塊主要包括五部分，分別為CPU模塊、輸入模塊、編程裝置、輸出模塊和電源組成。PLC在運(yùn)轉(zhuǎn)后要執(zhí)行三個(gè)階段的工作，即輸入采樣、用戶編程執(zhí)行以及輸出刷新。PLC的工作原理是：在輸入采樣階段，PLC通過(guò)掃描功能將輸入的數(shù)據(jù)和信息存放在輸入狀態(tài)寄存器中，然后用戶編程相應(yīng)的執(zhí)行程序，經(jīng)過(guò)CPU處理后，相應(yīng)的數(shù)據(jù)和信息通過(guò)輸出刷新模塊傳送到現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)PLC的控制。

2.2 PLC的主要功能

PLC在電機(jī)變頻調(diào)速控制過(guò)程中的主要功能包括以下幾點(diǎn)。

第一，定時(shí)控制。PLC能夠通過(guò)時(shí)間設(shè)定完成工序的定時(shí)控制工作，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)間定額；第二，計(jì)數(shù)控制、數(shù)據(jù)控制。由于電機(jī)的變頻調(diào)速需要掌握給定速度與反饋速度之間的誤差，因此PLC的計(jì)數(shù)功能能夠很好的實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)儲(chǔ)存和誤差控制；第三，順序控制、邏輯控制。PLC能夠根據(jù)工序的運(yùn)轉(zhuǎn)順序進(jìn)行邏輯控制，從而避免工作紊亂。

2.3 PLC控制系統(tǒng)的構(gòu)成

一般情況下，使用PCL可以構(gòu)成多種多樣形式的控制系統(tǒng)，以下幾種就是我們通常所使用的PLC控制系統(tǒng)。

2.3.1單機(jī)控制系統(tǒng)

單機(jī)控制系統(tǒng)是一種較為普遍的，使用比較廣泛的PLC控制系統(tǒng)。這一控制系統(tǒng)是使用一臺(tái)PLC只控制一個(gè)對(duì)象，所要求的I/O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量比較小，其優(yōu)勢(shì)在于：沒(méi)有PLC的通信問(wèn)題，在采樣條件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)方面比較集中，而且控制系統(tǒng)的構(gòu)成方面比較簡(jiǎn)單明了。因?yàn)镻LC所控制的對(duì)象較為明確，所以單機(jī)控制系統(tǒng)要完成的功能一般會(huì)比較確定，在I/O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量等參數(shù)的裕量只要適中就可以了。

2.3.2集中控制系統(tǒng)

集中控制系統(tǒng)，顧名思義就是使用一臺(tái)功能強(qiáng)大、分工明確的PLC監(jiān)視和控制多個(gè)機(jī)器設(shè)備，從而打造成為中央集中式的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。在該控制系統(tǒng)當(dāng)中，每個(gè)機(jī)器設(shè)備之間的聯(lián)絡(luò)關(guān)系、連鎖關(guān)系和運(yùn)行順序等都會(huì)統(tǒng)一在中央PLC的控制指導(dǎo)下完成。

通過(guò)分析可以得出單機(jī)控制系統(tǒng)相比，集中控制系統(tǒng)要更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。但是集中控制系統(tǒng)還有諸多缺點(diǎn)：比如在控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，只要其中某一個(gè)控制對(duì)象的控制程序改變時(shí)，就必須立刻停止正在運(yùn)行的中央PLC，如此也就會(huì)導(dǎo)致其他的控制對(duì)象必須停止動(dòng)作；再比如如果各個(gè)控制對(duì)象距離集中控制系統(tǒng)較遠(yuǎn)時(shí)，就會(huì)需要連接大量的電纜線，也就會(huì)相應(yīng)的增加控制系統(tǒng)的成本。所以在應(yīng)用集中控制系統(tǒng)時(shí)，要注意選擇I/O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量時(shí)要留有足夠的裕量，用以滿足增加控制對(duì)象的實(shí)際要求，從而適應(yīng)控制系統(tǒng)的改變。

2.3.3分散控制系統(tǒng)

分散控制系統(tǒng)就是指給每個(gè)控制對(duì)象設(shè)置一臺(tái)PLC，而每臺(tái)PLC之間可以通過(guò)信號(hào)來(lái)傳遞信息，從而進(jìn)行內(nèi)部連鎖、響應(yīng)和發(fā)令等等，還可以從上位機(jī)透過(guò)數(shù)據(jù)通信總線來(lái)進(jìn)行通信。

通常情況下，分散控制系統(tǒng)會(huì)應(yīng)用于多臺(tái)機(jī)械生產(chǎn)線的控制，在各個(gè)生產(chǎn)線之間會(huì)有數(shù)據(jù)連接。與集中控制系統(tǒng)不同的是，在其中一臺(tái)PLC需要停止運(yùn)行時(shí)，不需要其他的控制對(duì)象停止運(yùn)行，這是因?yàn)槊總€(gè)控制對(duì)象都是通過(guò)自己的PLC來(lái)控制運(yùn)行。同時(shí)分散控制系統(tǒng)的可靠性要比集中控制系統(tǒng)更強(qiáng)。因?yàn)樵诰邆渫瑯拥腎/O點(diǎn)數(shù)時(shí)，分散控制系統(tǒng)盡管會(huì)多用幾臺(tái)PLC致使成本過(guò)高，但是在維護(hù)、試運(yùn)轉(zhuǎn)和增設(shè)控制對(duì)象等方面來(lái)看要更加靈活多變，控制系統(tǒng)的總體成本較為科學(xué)合理。

3 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變頻調(diào)速和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，具有著功能齊全、簡(jiǎn)單有效、調(diào)試方便等優(yōu)勢(shì)。本文通過(guò)對(duì)變頻器的原理及控制方式和變頻調(diào)速原理及設(shè)計(jì)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單介紹，和對(duì)于PLC的工作原理、功能、控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的明確闡述，讓我們對(duì)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變頻調(diào)速和遠(yuǎn)程控制有了深刻的認(rèn)知，也為以后相關(guān)的工作事宜提供了線索。

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