基于PLC的電動(dòng)機(jī)多段速控制

楊麗 孫瑞雪

摘要：電動(dòng)機(jī)安全穩(wěn)定的工作對(duì)于企業(yè)生產(chǎn)十分重要，尤其對(duì)于大型設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，在周圍環(huán)境比較復(fù)雜的情況下，可以通過PLC控制變頻器，達(dá)到遠(yuǎn)距離控制電機(jī)的目的。通過對(duì)變頻器進(jìn)行不同頻率的參數(shù)設(shè)置，采用S7-200 PLC控制西門子MM420系列的變頻器的DIN端口，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的多段速調(diào)速控制。

關(guān)鍵詞：PLC;變頻器;參數(shù)設(shè)置;多段速調(diào)速控制

中圖分類號(hào)：TP272 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）04-0001-02

0 引言

電氣傳動(dòng)技術(shù)通常以電動(dòng)機(jī)作為控制對(duì)象，以電子裝置作為核心。電機(jī)的總類劃分有很多種，根據(jù)電源的種類可以分為直流電機(jī)和交流電機(jī)，目前，工業(yè)上一般采用交流電機(jī)傳動(dòng)裝置。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，各種類型的交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生，常見的交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有串級(jí)調(diào)速[1]、變頻調(diào)速[2-3]等系統(tǒng)。串級(jí)調(diào)速是在轉(zhuǎn)子回路中串入不同的電阻以實(shí)現(xiàn)調(diào)速，這種方法簡(jiǎn)單方便但是效率過低。變頻調(diào)速種類比較多，調(diào)速快，范圍廣，是目前應(yīng)用最廣的調(diào)速方式之一。為了滿足生產(chǎn)的需要，通常要對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。針對(duì)傳統(tǒng)電機(jī)工作頻率單一、工作場(chǎng)所不安全等情況，提出了基于PLC-200的電機(jī)轉(zhuǎn)速控制方案，文章主要從硬件和軟件兩個(gè)方面對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。

1 PLC電機(jī)控制的硬件設(shè)計(jì)

針對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速，首先根據(jù)控制要求，采用S7-200型號(hào)的PLC作為可編程控制器[4-5]，并進(jìn)行輸入輸出分配;然后，為達(dá)到控制電機(jī)變頻轉(zhuǎn)速的效果，采用西門子MM420系列的變頻器[6]，并對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

1.1 控制要求

用S7-200 PLC控制變頻器外部端子，從而間接控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速頻率。控制要求：合上開關(guān)“K1”，S7-200 PLC所對(duì)應(yīng)的三個(gè)輸出Q0.0、Q0.1和Q0.2有七種狀態(tài)。通過PLC的輸出控制變頻器的輸入，從而使變頻器每過一段時(shí)間會(huì)自動(dòng)變換一種輸出頻率，同時(shí)電機(jī)也對(duì)應(yīng)一種轉(zhuǎn)速;斷開開關(guān)“K2”，電機(jī)立即停止。

1.2 I/O分配表

本轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)采用S7-200 PLC系列的CPU224，該類型PLC輸入口有I0.0～I(xiàn)0.7和I1.0～I(xiàn)1.5共14個(gè)，輸出口有Q0.0～Q0.7和Q1.0～Q1.1共十個(gè)。根據(jù)控制要求，電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的I/O分配如表1所示。該系統(tǒng)有2個(gè)輸入點(diǎn)，分別為啟動(dòng)按鈕和停止按鈕，按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，電機(jī)可以按照7種頻率依次變換轉(zhuǎn)速，按下停止按鈕時(shí)，電機(jī)立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

1.3 原理接線圖

該控制系統(tǒng)是基于PLC采用變頻器對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行多段速調(diào)速控制，圖1是PLC控制電機(jī)不同轉(zhuǎn)速原理接線圖，其中，對(duì)PLC的供電電壓為直流24V，三相異步電動(dòng)機(jī)采用星形接法。

1.4 變頻器參數(shù)設(shè)置

采用西門子MM420系列的變頻器，并對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。為了把變頻器的全部參數(shù)復(fù)位為工廠的缺省設(shè)定值，要對(duì)變頻器參數(shù)進(jìn)行恢復(fù)出廠值使P0010=30，P0970=1，然后按表2中的設(shè)定值進(jìn)行調(diào)整，調(diào)參完畢后，并設(shè)定P0010=0，進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。

2 PLC電機(jī)控制的軟件設(shè)計(jì)

電機(jī)轉(zhuǎn)速軟件部分主要從時(shí)序圖和梯形圖兩方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1 時(shí)序圖

圖2是電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的時(shí)序圖，其中，啟動(dòng)按鈕I0.0按下時(shí)，每經(jīng)過一段時(shí)間T0=10s，Q0.0、Q0.1和Q0.2按“001”、“010”、“011”、“100”、“101”、“110”及“111”順序循環(huán)輸出。按下停止按鈕I0.1時(shí)，沒有輸出，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2 梯形圖程序

三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)時(shí)一種典型的控制系統(tǒng)，按下啟動(dòng)按鈕，電機(jī)能按照給定的要求開始運(yùn)行，并經(jīng)過相應(yīng)的時(shí)間進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，通過停止按鈕能做到隨時(shí)停止工作。

由表1中的輸出部分可以看出：Q0.0、Q0.1和Q0.2三個(gè)輸出對(duì)應(yīng)三相異步電動(dòng)機(jī)的八種頻率，其中一種頻率為零即停止?fàn)顟B(tài)。在編寫梯形圖時(shí)采用7個(gè)中間繼電器通過不同組合對(duì)三個(gè)輸出進(jìn)行控制，其中，圖3所示的是控制輸出的部分中間繼電器。

3 結(jié)語

采用7個(gè)定時(shí)器和3個(gè)輸出可以控制三相異步電動(dòng)機(jī)以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)行，整個(gè)過程需要一個(gè)啟動(dòng)按鈕和一個(gè)停止按鈕，操作起來比較方面。采用PLC對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，可以減少故障率，提高電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的可靠性，控制起來比較靈活，能夠做到隨時(shí)啟動(dòng)和隨時(shí)停止。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊俊和.繞線式異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速的單片機(jī)模糊控制[D].大連海事大學(xué)，2002.

[2] 孫曉明，馬青，曹虎，等.自適應(yīng)模糊PID控制在PLC變頻調(diào)速同步測(cè)試中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014（06）：16-18+64.

[3] 王慧，張笑，趙迪.基于PLC的掘進(jìn)機(jī)恒功率變頻調(diào)速系統(tǒng)仿真分析[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2013（10）：951-956.

[4] 王永華，宋寅卯，陳玉國(guó)，等.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

[5] 王立紅.基于PLC的步進(jìn)電機(jī)行程控制[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2008（11）：44-46.

[6] 張海燕.電線電纜張力測(cè)控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].南京理工大學(xué)，2012.