隨著工業(yè)控制要求的不斷發(fā)展，對電機速度控制的要求也越來越高，交流調(diào)速的方法也越來越多。基于PLC可靠性高、抗干擾能力強 、系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便、容易改造的特點，本設(shè)計以PLC作為控制核心，結(jié)合變頻器、組態(tài)軟件等完成對電機速度的控制。

組態(tài)軟件是一種數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。這樣基于MCGS組態(tài)軟件建立PLC與上位PC機之間的通信連接實現(xiàn)遠程操作控制，既可以改善操作人員的工作環(huán)境又可以提高工作的安全性。

系統(tǒng)設(shè)計的總體構(gòu)架

通過對系統(tǒng)的總體分析，該變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)過程分為三個步驟:

1)基層PLC+變頻器實現(xiàn)對三相異步電動機的控制。

2）基于MCGS實現(xiàn)PLC與上位PC機之間的通信連接，實現(xiàn)上位機監(jiān)控。

3）通過IE瀏覽器訪問實現(xiàn)遠程控制，可實現(xiàn)基于B/S模式的遠程監(jiān)控。上位監(jiān)控層中的PC機運行MCGS網(wǎng)絡(luò)版組態(tài)軟件,一方面可作為PLC下位機的監(jiān)控和組態(tài)平臺另一方面由于MCGS網(wǎng)絡(luò)版組態(tài)軟件采用了先進的基于TCP/IP協(xié)議,可完成整個系統(tǒng)的信息收集和發(fā)布客戶端上只需運行IE瀏覽器,便通過Internet對現(xiàn)場的運行狀態(tài)進行瀏覽或控制。

本系統(tǒng)的控制平臺分為三層：PLC控制層、上位機監(jiān)控層、遠程監(jiān)控層，如圖1所示。

圖1 電機變頻調(diào)速系統(tǒng)

PLC+變頻器實現(xiàn)變頻調(diào)速

本設(shè)計采用松下FP∑系列PLC和VF0系列變頻器實現(xiàn)對三相異步電動機電動機的變頻調(diào)速控制。我們將采用八段速、無極調(diào)速及采用光電編碼器的閉環(huán)控制方法實現(xiàn)對電機的控制。

（1）八段速控制

八段速控制就是在變頻器中設(shè)定八個頻率，通過PLC的八個控制按鈕輸入分別控制一種頻率輸出，即實現(xiàn)一個按鈕控制一種電機的轉(zhuǎn)速。

具體實現(xiàn)過程如下：編寫PLC梯形圖程序使輸出端子Y0～Y2的輸出狀態(tài)組合成八種狀態(tài)，即000～111。每一種狀態(tài)用一個控制開關(guān)控制，這樣共有八個控制開關(guān)控制PLC 的Y0～Y2輸出的八種狀態(tài)。將PLC的三個輸出端子與變頻器的控制電路端子7～9依次相連。

通過對變頻器P09、P32～P38參數(shù)的設(shè)定確定出各個狀態(tài)輸出頻率的大小，這樣就實現(xiàn)了每一個控制開關(guān)控制變頻器的一種輸出頻率，將變頻器與電動機連接起來，通過對八個控制開關(guān)的通斷控制就實現(xiàn)了PLC對電機的八段速控制。PLC控制程序如圖2所示。

圖2 八段速程序

（2）無極調(diào)速控制

本控制方案采用PWM技術(shù)對電機進行控制，PWM控制技術(shù)以其控制簡單,靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式,也是人們研究的熱點.由于當今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒有了學(xué)科之間的界限,結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振軟開關(guān)技術(shù)將會成為PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一.

本方案所要實現(xiàn)的功能是結(jié)合組態(tài)軟件實現(xiàn)在上位機組態(tài)界面上輸入一個頻率來控制電機按這一頻率來運行。具體實現(xiàn)過程如下，通過軟件編程使PLC輸出一路PWM脈沖，連接于變頻器的控制電路端子的9號端子。改變PWM脈沖的占空比即可改變變頻器的輸出頻率，這樣我們就可以在組態(tài)軟件中通過設(shè)定PWM脈沖的占空比來確定電機的轉(zhuǎn)速。PLC控制程序如圖3所示:

圖3 無極調(diào)速程序

（3）采用光電編碼器的閉環(huán)控制

本方案采用增量式光電編碼器作為閉環(huán)控制的反饋輸入，具體實現(xiàn)過程如下所示：PLC控制電機按一速度運轉(zhuǎn)，用光電編碼器檢測電機當前轉(zhuǎn)一圈所產(chǎn)生的脈沖數(shù)，將它傳回給PLC。用PLC編程將脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成電機的轉(zhuǎn)速，然后與電機的預(yù)設(shè)值進行比較，若有偏差則通過PID算法將誤差消除，使電機能按照預(yù)定的轉(zhuǎn)速進行運轉(zhuǎn)。本方案的硬件連接圖如下圖4所示：

圖4 閉環(huán)控制連接圖

監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

1觸摸屏控制設(shè)計

本設(shè)計采用型號為AIGT0030B1 POT GT01的松下觸摸屏 ，在計算機上通過它的支持軟件設(shè)計各個控制、說明及報警畫面，下載到觸摸屏后，再通過與PLC的通信來完成對電機的起停、正反轉(zhuǎn)及速度的控制操作。觸摸屏與PLC通過通信電纜連接。

2基于MCGS組態(tài)軟件的上位機監(jiān)控

MCGS組態(tài)軟件系統(tǒng)是基于PC硬件、運行在windows平臺上的一種組態(tài)軟件，它由開發(fā)環(huán)境和運行環(huán)境構(gòu)成，其中前者是應(yīng)用程序的集成開發(fā)環(huán)境，在這個環(huán)境中完成界面的設(shè)計、變量的定義等工作，它具有先進完善的圖形生成功能;變量有多種數(shù)據(jù)類型，能合理的抽象被控對象的特性，對數(shù)據(jù)的報警、趨勢曲線、過程記錄、安全防范等重要功能有簡單的操作方法。

組態(tài)運行環(huán)境，用于顯示畫面開發(fā)系統(tǒng)中建立的圖形畫面，并負責(zé)軟件與PLC之間的數(shù)據(jù)交換，實時更新變量的數(shù)值，同時完成報警顯示、歷史記錄查詢、趨勢曲線監(jiān)視等功能，并可生成歷史數(shù)據(jù)文件。

本系統(tǒng)的設(shè)計步驟如下：

（1）在裝有網(wǎng)絡(luò)版MCGS組態(tài)軟件的計算機上打開該軟件，新建一個工程項目。利用組態(tài)軟件提供的繪圖工具構(gòu)建監(jiān)控系統(tǒng)的在操作界面。

（2）在組態(tài)軟件中建立實時數(shù)據(jù)庫，用以實現(xiàn)MCGS與PLC之間進行數(shù)據(jù)交換。

（3）建立MCGS與PLC之間通信連接，用松下編程電纜連接PLC與上位PC機。在組態(tài)軟件的設(shè)備窗口中加入通用串口父設(shè)備及松下PLC，通訊設(shè)置如表1。

表1 通訊設(shè)置

組態(tài)完成之后，進入運行環(huán)境就能實現(xiàn)對電機的上位機監(jiān)控功能。監(jiān)控畫面如下圖6、圖7所示。

圖6 八段速控制界面

圖7 無極調(diào)速界面

3 通過IE瀏覽器實現(xiàn)遠程監(jiān)控

MCGSWWW網(wǎng)絡(luò)版組態(tài)軟件具有Internet遠程瀏覽的功能,可通過IE瀏覽器對所建立的工程進行遠程瀏覽與操作控制。在作為上位監(jiān)控的pc機上打開組態(tài)軟件，進入運行環(huán)境即可。

遠程用戶只需打開IE瀏覽器,在地址欄直接輸入運行工程的用戶的IP就可以直接訪問此計算機,在操作首頁輸入自己的用戶名及密碼就能方便的瀏覽到工程中組態(tài)的畫面,對具有控制權(quán)限的人員還能實現(xiàn)遠程控制的功能。這樣就實現(xiàn)基于MCGS網(wǎng)絡(luò)版平臺的遠程監(jiān)控功能。

結(jié)束語

綜上所述，通過PLC及變頻器的運用方便簡單的完成了對電機轉(zhuǎn)速的控制，減少了硬件電路的設(shè)計。另外，本系統(tǒng)結(jié)合目前比較流行的觸摸屏及組態(tài)軟件技術(shù)，使控制系統(tǒng)自動化程度提高，運行穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，操作簡單、直觀，維修方便，減輕了工人的勞動強度，提高了效率，使其在工業(yè)環(huán)境中有更大的應(yīng)用價值。本控制系統(tǒng)可根據(jù)不同的控制要求編制不同的控制程序，應(yīng)用于不同的工業(yè)控制環(huán)境。

（摘編自《電氣技術(shù)》，原文標題為“基于PLC與組態(tài)軟件的電機變頻調(diào)速系統(tǒng)”，作者為王建偉、楊風(fēng) 等。）