基于PLC模糊控制的異步電動機變頻調(diào)速及改造的分析

德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 宋 陽

1 引言

經(jīng)濟在發(fā)展，科技在進步?，F(xiàn)如今，適應(yīng)時代的現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)已經(jīng)滲透到人們生產(chǎn)生活的方方面面?？萍几淖兩??？茖W(xué)技術(shù)的進步促進了工業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)力的發(fā)展。隨著PLC技術(shù)的廣泛應(yīng)用，越來越多的工廠開始使用PLC進行自動控制?；赑LC模糊控制的異步電動機的變頻調(diào)速和改造已然是非常多了。這是大勢所趨，是工業(yè)領(lǐng)域促進生產(chǎn)力的必然的發(fā)展方向。

隨著人們對自動化控制理論認識的不斷加深，隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，人們對變頻控制的喜愛程度正在日益加深。變頻控制有許多優(yōu)點，舉例而言，變頻控制效率高，更加節(jié)省能源，最重要的是它的調(diào)速性能非常優(yōu)越，這就是為什么它受到越來越多人的青睞的原因。在當(dāng)前時代背景下，為了順應(yīng)時代發(fā)展的潮流，我們逐漸使用異步電動機來實現(xiàn)同步控制。這是發(fā)展的必然方向。本文介紹的是基于PLC的基礎(chǔ)上利用模糊PID(比例-積分-微分)控制控制異步電動機來進行對變頻器的控制。這個系統(tǒng)的設(shè)計是非?？茖W(xué)的，它充分利用了PLC可靠性高、靈活性強、適應(yīng)性好的優(yōu)點，實現(xiàn)了自動化、智能化懂得高精度控制，穩(wěn)定可靠精度高，實用性強，因此具有非常廣泛的應(yīng)用空間和發(fā)揮空間。

2 基于PLC模糊控制的異步電動機變頻調(diào)速及改造的整體設(shè)計

2.1 PLC——可編程邏輯控制器設(shè)計

PLC是英文Programmable Logic Controller的縮寫，翻譯成中文就是可編程邏輯控制器?？删幊踢壿嬁刂破骺梢远x為，一個用來控制機械和工藝過程、使用存儲器在可編程存儲器中的指令，通過數(shù)字或模擬輸入輸出模塊來實現(xiàn)邏輯、順序、定時、計數(shù)和算數(shù)功能的基于微型計算機的控制器。PLC的應(yīng)用被發(fā)現(xiàn)在過程工業(yè)和離散制造業(yè)中，但是最初與后者相關(guān)的去控制機器、改變線路和原材料的制作。PLC的基本元件包括：處理器、內(nèi)存單元、電源模塊、輸入輸出模塊、編程設(shè)備。這些元件封裝在適用于工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的機柜中。PLC具有非常多的優(yōu)點，概括起來有：一是使用方便，編程簡單。工作人員不需要特別清楚PLC的工作機理就能對PLC進行操作。使用起來非常方便。對PLC進行編程非常簡單，不想一些語言晦澀難懂。二是PLC擁有非常強大的功能。PLC可以應(yīng)用于各行各業(yè)各個領(lǐng)域。三是PLC的可靠性高，適應(yīng)能力強。PLC可以在惡劣的工廠環(huán)境中使用而不會出現(xiàn)故障?，F(xiàn)如今，PLC已經(jīng)被廣泛接受。

要想PLC工作，就必須對它進行編程。上面我們已經(jīng)講過了，PLC的編程還是比較簡單的。編程是用戶用編程設(shè)備向PLC輸入控制指令的方式。最基本的控制指令由開關(guān)、邏輯、順序、計數(shù)和定時構(gòu)成。事實上，所有的PLC編程方式都提供包括這些功能的指令集。許多控制應(yīng)用程序要求額外的控制指令去完成連續(xù)過程的模擬量控制，復(fù)雜的控制邏輯，數(shù)據(jù)處理和報表，以及其他不容易由基本控制集實現(xiàn)的高級功能。由于這些需求上的不同，各種各樣的PLC編程語言被開發(fā)。一個PLC編程標準由國際電工委員會以題為“控制器編程的國際標準”于1992年發(fā)布。這個標準規(guī)定了三個圖形化語言和兩個文本化語言：1、梯形圖；2、功能塊圖；3、順序功能圖；4、指令表；5、結(jié)構(gòu)化文本。

2.2 測量電機轉(zhuǎn)速的方法

在這個基于PLC模糊控制的異步電動機變頻調(diào)速及改造的設(shè)計的系統(tǒng)中，如何使兩臺電機進行同步控制是設(shè)計的關(guān)鍵所在。要想使兩臺電機進行同步控制，就必須要對電機的轉(zhuǎn)速進行精準的測量。根據(jù)測量值進行數(shù)據(jù)的修改和系統(tǒng)的優(yōu)化。那么我們應(yīng)該如何測量電機的轉(zhuǎn)速呢？在實際測量電機的轉(zhuǎn)速的過程中，首先要讓PLC能夠接受到電機轉(zhuǎn)速信號。這就需要對PLC進行輸入輸出電路的設(shè)計，使得這個設(shè)計好的電路能夠接受電機轉(zhuǎn)速的信號。這里，我們需要說明的是：首先，我們必須保證對異步電動機的同步控制設(shè)計的輸入輸出電路必須是能夠正常使用的，其次，這個電路必須是穩(wěn)定可靠的，不能總是出現(xiàn)故障。然后，這個設(shè)計出來的輸入輸出電路必須不受其他電路的影響。倘若我們設(shè)計出來的輸入輸出電路在使用時會受到其他電路的干擾導(dǎo)致無法正常使用，那么我們設(shè)計的這個電路就失去了它存在的意義。PLC接收到電機轉(zhuǎn)速信號后，下一步我們要做的就是通過電機的轉(zhuǎn)速測量方法換算出電機轉(zhuǎn)速。獲得電機轉(zhuǎn)速的方法有三種，分別是：M法、T法和M/T法。這三種方法各有各的優(yōu)缺點。例如M法和T法的測量精度稍微比第三種方法低一些，而第三種方法，也就是M/T法，雖然它的精度比前兩者要搞，但是檢查時間過長，不符合PID動態(tài)響應(yīng)的指標要求。在這里，我們把M/T法進行了改進，使它在滿足轉(zhuǎn)速測量精度的前提下，盡可能的減少檢查需要的時間。

3 模糊PID設(shè)計

隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，PID控制被越來越多的應(yīng)用到各行各業(yè)各個領(lǐng)域?，F(xiàn)在，利用PID進行模糊控制是自動化領(lǐng)域最廣泛的應(yīng)用之一。越來越多的科研人員在研究模糊控制。人們對模糊控制的熱情空前高漲。模糊控制實際上就是讓計算機控制來代替人工控制，實現(xiàn)工業(yè)的自動化和智能化。從常規(guī)角度上來看，工作人員在執(zhí)行一項工作的時候，他們對機器或是計算機的操作使用的語言是有一定的規(guī)則，但是沒有特別精準的語言，也就是使用模糊的語言。模糊控制就是利用了人在執(zhí)行相應(yīng)的操作任務(wù)是使用的模糊性語言，形成模糊控制的獨特的語句，然后用一定的方法對變量進行控制。目前的模糊控制器只有三種結(jié)構(gòu)，分別是一維結(jié)構(gòu)、二維結(jié)構(gòu)和三維結(jié)構(gòu)。通過大量的實驗數(shù)據(jù)我們可以知道，一維結(jié)構(gòu)的模糊控制器是使用效果最差的控制器，二維結(jié)構(gòu)的模糊控制器比一維結(jié)構(gòu)的模糊控制器的控制效果要好很多，而三維結(jié)構(gòu)的模糊控制器的控制效果是最好的，但是三維結(jié)構(gòu)的模糊控制器設(shè)計非常復(fù)雜，不容易實現(xiàn)。對比這三種模糊控制器，我們不難發(fā)現(xiàn)，使用二維結(jié)構(gòu)的模糊控制器是合適的。

4 結(jié)束語

本文主要介紹了基于PLC模糊控制的異步電動機變頻調(diào)速及改造，在PLC的基礎(chǔ)上，利用模糊PID控制器對異步電動機進行同步控制。隨著研究的不斷深入，這個控制系統(tǒng)會不斷得到優(yōu)化。從某種角度來講，研究這個課題具有非常重要的意義。

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