基于PLC的电机控制系统设计

2020年第 3 期

70 引言凭借良好的节电效果和优异的调速性能,变频调速在化工、煤炭、电力等领域有着越来越广泛的应用。变频器是交流电机实现调速的主要设备,采用PID调节进行转速控制,能够获得优良的控制效果。在系统数学模型未知的情况下,PID调节也能够获得较为满意的控制效果,在工程实践中应用非常普遍。而变频调速理论和PID参数调试规则,是教学过程中的两个难点。通过电机PID调速控制系统设计与调试的实践教学,以直观、形象、生动的实验现象,来提高学生学习积极性,改善学习效果。在现有实验设备基础上,选择西门子S7-300 PLC、变频器G120和触摸屏TP700组建电机PID调速控制系统。1 设计思路电机调速控制系统由变频器、触摸屏、可编程逻辑控制器等组建而成。转速设定值、比例系数、积分时间、微分时间及电机启停控制信号均可以通过上位机触摸屏进行设置。这些数据通过以太网从触摸屏传送至PLC。在PLC中,对转速采样值、转速设定值,两者的差值进行PID运算,将输出值传送给变频器,变频器带动电机运行。电机的实时转速和波形,可以在触摸屏中显示出来,以此判断电机运行状态是否达到要求。电机转速快速准确的达到设定目标,需要通过完整的系统设计得以实现,总体设计框架如图1所示。2 变频调速原理性能稳定可靠、性价比高、体积小巧等直流电动机所不具备的优点,正是交流电动机调速系统成为电力拖动控制系统重要组成的主要原因。对于交流调速系统,交流异步电动机转速计算公式如下:60(1)fnsp=- (1)式中:n为三相交流异步电机的运行速度,f为三相交流电源的工作频率,p为三相交流异步电机的磁极对数,s为转差率。通过式(1)可以知道,改变电源工作频率f、电机的磁极对数p、转差率s,这3种方法均可以实现对电机转速的调整。与变极、变转差率相比,变频调速在工业领域应用更加普遍,因为变频调速调速范围更加广泛、性能更加稳定可靠、更适合现场操作。3 PID控制PID调节可以为系统提供反馈控制、用积分消除余差、用微分预测将来,是工业控制系统中最常见的一种控制策略,具有性能稳定、应用范围广、结构简单等优点。该调速系统PID控制是通过PLC内置的PID调节器实现的。控制原理为:参照系统误差,借助PID参数完成控制量的计算,最终实现控制功能[1]。西门子的S7-300的CPU314C-2PN/DP,包含24个DI、16个DO、5个AI通道、2个AO通道,能够满足电机调速使用要求。在SIMATIC S7自动化控制系统中,控制具有连续输入和连续输出变量的工艺过程,可以使用CONT_C指令实现。通过分配参数可以实现启用PID控制器的子功能、禁止PID控制器的子功能、使其适应该过程等功能。除了具有设定值和过程值分支功能之外,该指令还能够实现一个完整的PID控制器,具有连续的输出值输出,且允许手动影响输出值。该控制器不仅可以应用于单回路定值控制系统,也可以作为混合、比值、级联控制器应用于多回路控制系统。设置输入参数COM_RST=TRUE,将会运行CONT_C指令的初始化例程。初始化过程中,积分作用被设置为初始化值I_ITVAL。数据反馈 PID参数 电压信号 方向频率 触摸屏PLC 变频器 三相交流异步编码器 基于PLC的电机转速PID控制系统设计金程程(宁夏工商职业技术学院,宁夏银川 750021)摘要:用西门子PLC、触摸屏、变频器组建控制系统,以交流电机为控制对象,使用触摸屏设定电机转速和调试参数,对电机转速进行定值调节。在传统教学过程中,变频调速理论和PID调参规则,学生不易理解。通过搭建实验平台,让学生能够通过具体的数据和直观的画面,理解电机闭环调速及PID调节参数相关理论,能够改善学习效果,弥补学生工程实践经验的缺乏。关键词:变频器；PID；PLC；触摸屏中图分类号:TP273文献标识码:A文章编号:1007-9416(2020)03-0007-03DOI:10.19695/12-1369.2020.03.03数控技术

基于PLC的直流电机控制系统设计

摘要：本文提出了一种利用可编程逻辑控制器件（plc）对他励直流电机进行速度控制的方法。该方法使plc工作在dc/dc斩波模式，通过将固定直流电压转变为可变直流电压提供给电机电枢。pang-pang控制是依据参考速度来导通或关断直流电机的电源。这种方法简单、迅速而且有效，能够在0至100%范围内调整电机转速。该系统能够广泛应用于不同的工业应用场合。

关键词：直流电机 可编程逻辑器件 速度控制

中图分类号：tm921.5 文献标识码：a 文章编号：1007-9416（2013）01-0010-02

1 引言

直流电机的速度控制相对于交流电机来说更加的简单，成本也更低。但是由于有换向器的存在，直流电机不太适用于转速要求较高的场合，而且也有维修成本。固定交流电压通过可控整流器得到可变直流电压输出，而固定直流电压可以通过斩波器得到可变直流电压输出[1]。由于以上两者能提供连续可变的直流电压，使得其在工业控制中的到广泛应用。可编程逻辑器件（plc）是一种工业计算控制单元，它能够在各种处理过程和工况环境下执行离散或连续的控制[2]。工业过程控制时plc应用最为广泛的场合。本文利用plc工作在dc/dc斩波器模式下，提出一种基于plc的直流电机速度控制系统。该系统避免了功率管的时间导数dv/dt或者di/dt。该系统能广泛应用于各种环境下。

2 直流电机的经典斩波控制方法

直流斩波器是用来改变电枢电压的一种器件，它连接在固定直流电压源与直流电机之间。斩波器能提供电机的制动反馈能量，并能把能量反馈到电源[3，4]。他励直流电机的斩波控制电路如图1所示。

电机电流是否连续取决于占空比和电枢电感。

图2所示为电机电流连续和不连续时的波形。其中有三种可能的工作模式，下面将逐一介绍。

基于PLC的伺服电机运动控制系统设计

作者：靳永周

来源：《中国高新技术企业》2017年第06期

摘要：近年来，PLC技术发展迅速，被广泛应用在各生产领域中，极大地提高了生产领域的自动化水平，尤其在伺服电机运动控制中的应用，使得对电机运动的质量及水平大大提高。鉴于此，文章对基于PLC的伺服电机运动控制系统设计进行了探讨。

关键词：PLC；伺服电机；运动控制；系统设计；自动化 文献标识码：A

中图分类号：TP206 文章编号：1009-2374（2017）06-0006-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.06.003

基于PCL伺服電机运动控制系统设计需要考虑很多专业内容，尤其需要对PLC以及伺服电机的工作原理有一个清晰的认识与了解，在此基础上从整体上进行规划，明确各模块的功能，进行针对性设计，保证设计工作的顺利高效完成。

1 设计所用的装置介绍

为保证基于PLC的伺服电机运动控制系统设计工作的顺利实现，设计中应明确所用装置与性能，本文使用以SGDV-2R8A01A为驱动模块的伺服电机，使用艾默生EC10系列的PLC以及A/D、I/O扩展模块，并使用信捷人机界面。其中伺服电机、驱动以及PLC相关参数如表1所示：

2 电机控制方式的实现

借助PLC技术实现对伺服电机运动的控制，主要从脉冲量、模拟量角度，实现对位置以及对电机速度的控制，其中控制速度需两个成比例的模拟量输出，即利用PLC对D/A模块配置，实现数据的转换与处理，将对应的模拟电压值输出向电机的伺服模块中输入，以匹配速度，要想了解电机的位置信息，可通过分析伺服模块中的脉冲信息获得，即将获得的脉冲信息实现向位置信息的转化即可。不过，此种控制方式虽能够实现，但需要较多数量的I/O模块。与速度控制相比，匹配速度及定位实现相对简单：伺服模块接收到指令脉冲信息后，进行相关的转化，对电压电流的输出情况进行控制，实现对电机的驱动。与此同时，通过伺服驱动模块脉冲频率和数量，便可控制电机速度和旋转量。考虑到PLC具备位置控制指令集，因此不接收位置反馈，也可实现对脉冲数量的计算，即在PLC对电机绕线关系以及频率关系正确处理的基础上，通过脉冲信号的发送，促进双机彼此之间的相互配合，这一过程的实现难度较小，当对完全闭环加以控制时，需要对电机端的脉冲进行计数，如此便能很好地掌握电机端是否很好的完成脉冲指令。另外，因程序处理耽搁一定时间，需采取针对性相关措施。本文运用位置控制方式对伺服电机运动控制系统进行设计。

２０１　７年第０６期　

（总第３９３期）　中Ｉ蜀高杀ｆ｝技末／止＼业　

Ｉ　ｃ　Ｈ｛“　Ｇ　Ｅ　ｃ　￡　ｔ￡　ＲＩ　５￡５　ＮＯ．０６．２Ｏ１７　

（ＣｕｍｕｌａｔｉｖｅｔｙＮＯ．３９３）　

基于ＰＬＣ的伺服电机运动控制系统设计　

靳永周　

（中国汽车３－业工程有限公司，天津３００１　１３）　

摘要：近年来，ＰＬｃ技术发展迅速，被广泛应用在各生产领域中，极大地提高了生产领域的自动化水平，尤其　

在伺服电机运动控制中的应用，使得对电机运动的质量及水平大大提高。鉴于此，文章对基于ＰＬＣ的伺服电机　

运动控制系统设计进行了探讨。　

关键词：ＰＬＣ；伺服电机；运动控制；系统设计；自动化　文献标识码：Ａ　

中图分类号：ＴＰ２０６　文章编号：１００９—２３７４（２０１７）０６—０００６－０２　ＤＯＩ：１０．１３５３５／ｊ．ｃｎｋｉ．１１—４４０６／ｎ．２０１７．０６．００３　

基于ＰＣＬ伺服电机运动控制系统设计需要考虑很多专业　

内容，尤其需要对ＰＬＣ以及伺服电机的工作原理有一个清晰　

的认识与了解，在此基础上从整体上进行规划，明确各模块　

的功能，进行针对『生设计，保证设计工作的顺利高效完成。　

ｌ设计所用的装置介绍　

为保证基于ＰＬＣ的伺服电机运动控制系统设计工作的　

顺利实现，设计中应明确所用装置与性能，本文使用以　

ＳＧＤＶ－２Ｒ８ＡＯ１Ａ为驱动模块的伺服电机，使用艾默生Ｅｃ１０　

系列的ＰＬＣ以及Ａ／Ｄ、Ｉ／０扩展模块，并使用信捷人机界　

面。其中伺服电机、驱动以及ＰＬＣ相关参数如表１所示：　

表１设计所用装置参数　

装置名称　参数名称　参数　

额定输出４００Ｗ　额定电压　２００Ｖ　

额定电流　２．７＾　伺服电机　瞬时最大电流　９．３Ａ　额定转矩　１．２７Ｎ・ｍ　瞬时最大转矩４．４６Ｎ・ｍ　转子转动惯量０．４４２×１　０一＇ｋｇ－ｍ　

额定输入　三相２０Ｏ～２３０Ｖ　５０／６０Ａ　２Ａ　伺服驱动　额定输出　三相０－２５０ｖ／０—４０ＯＨｚ／２．８Ａ／４ｏｏｗ