基于PLC和变频器的电机控制技术
卞永龙
1概述
变频调速能够提升绞车、提升机以及通风机等大型设备的使用效率，实现对电机的有效控制，这也成为最有发展前景和最理想的调速方式之一。采用变频器构成变频调速传动系统的主要目的：一是可以节约能源，降低生产成本，在实际的应用中用户可以根据现场的需要组合选择不同类型的变频器，并且灵活快捷，构成成本低；二是能够改善产品质量，提高劳动生产率、提高生活质量、提升设备的自动化程度以及改善生活环境。当前在工业自动化控制系统中，通过PLC与变频器的组合对机械产品进行控制，采用PLC与变频器的组合形成多样的PLC控制变频器的方法被普遍采用。这种方法能够有效的相应故障信息，其控制更也为简单，动作更迅速、测量更精确，同时具有传输距离远节省部件经费，还有较强的抗干扰能力、传输效率高等优点。本文选用S7-200以及MM440变频器实现对电机的20段调速控制，更清晰的展示PLC和变频器的电机控制。
2控制方案
2.1PLC及闭环控制选择
PLCS7-200应用广泛，各种监测、检测以及组网运行中都能发挥重要作用，PLC控制变频器的频率一般有两种方法：一是模拟量控制，可以使用模拟量输入和输出模块，根据变频器的具体要求选择0-10V电压或4-20mA电流输出，控制变频器的频率，变频器的频率反馈。
根据要求还可以选择模拟量输入进行采集（也可以不采集，采用开环控制）。二是串行总线通信控制，在层次较高的变频器通接口中可以通过通信模块频率来实现PLC和变频器之间的相互通信。系统的物理对象主要有三部分构成即PLC、变频器以及电机，在控制选择中通过可编程控制器来给定输入，通过PLC来控制变频器实现对电机的控制，控制的效果通过电机的转速反应，并反馈给PLC的输入，经过比较然后发出输入值，最终实现无静差调速，这也就构成了一个变频调速的闭环控制系统。闭环控制系统能够改善系统的响应特性，具有抑制干扰的能力，能够在应对外部扰动以及内部变化中发挥有效的作用。在闭环的反馈中反馈的信息与输入给定的信息之间比之差就是调速的差值，显然是可以进一步提升控制精度的。在扰动可以测量的情况下，除了闭环之外还可以采用前馈的控制作为反馈闭环的补充，形成复合型的控制系统，这样也大大提升了控制的速度和效率。
2.2通讯原理及传输技术
在通信选择方式中通常以互联网作为参考模型，采用开放式的PROFIBUS总线结构形式，这种总线通常DP、PA、FMS三种兼容模式。其中DP模式应用于分散式的I/O设备通信，是一种成本较低但速度高的通信方式，这种总线传输距离可以通过RPPETER进行扩展，采用RS485作为数据接口，传输的波特率为（9.6k-12k）bps，传输介质用双绞电缆和光线都可以实现，是一个功能比较强大的总线结构。这种总线标准也是国际总线标准IE61158的重要组成。在传输技术中总线传输通常使用RS485传输技术，这种总线结构运行分布扩展系统而
不影响其他站的工作，其传输安装形式简单，与IEC标准的HZ类似，在扩展过程中比较灵活允许增加或者移去站点。当总线传输被确定后传输速率就只能选择一种，通常在电缆模式下可以连接32个站点，当然也可以使用中继器将总线的站扩展到126个。
控制网络也有两层结构，首先是工业以太网，这是用来建立PCL、变频器与电机之间的控制的。通过在PC中安装CP1613通信卡、在工业现场PC中安装相应的软件以及CP343-1IT模块接口，给予相应的授权来实现工业以太网与各个机位PC的通信。在上机位中使用Wincc组态监控软件实现集中监控。第二层就是DP网络。利用利用S7-200实现对现场DP设备的直接控制，这种网络适应现场恶劣环境以及实时处理工业现场数据的能力。因此采用S7-200PLC、变频器以及PROFIBUS现场总线技术能够改善传动性，
有效的实现对现场设备和过程的远程监控，大大提升系统的自动化水平，系统控制的连续性提高，构成较为完善的自动化网络结构可以满足设计的要求并达到良好的经济效益。
3硬件设计
3.1PLC的选择
目前PLC产品主要是美国、欧洲和日本三个品牌。在信号选择中经过反复比较，从经济性、实用性等角度出发选中S7-200系列小型PLC，这种型号的市场占有率比较高，而且PLC功能强大、指令比较丰富。这种PLC可以连接7个扩展模块，最大扩至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点，本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。
6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器，还有16K字节程序和数据存储空间。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力，I/O端子排可很容易地整体拆卸，是具有较强控制能力的控制器。
3.2变频器选择
MICROMASTER440是用于控制三相交流电动机速度和转矩的变频器。本变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为功率输出器件。本系列有多种型
号，可达250kW(可变转矩(VT)控制方，
额定功率范围从120W到200kW(恒定转矩(CT)控制方式)，供用户选用。采用脉冲频率可选的专用脉宽调制技术，可使电动机低噪声运行。因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。MICROMASTER440既可用于单独传
动系统，也可集成到
“自动化系统”中。由于MICROMASTER440具有全面完善的控制功能，在设置相关参数以后，它也可用于更高级的电动机控制系统。全面的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。MICROMASTER440具有缺省的工厂设置参数，它是数量众多的可变速控制系统理想的变频传动装置。
3.3异步电机运行方式
3.3.1根据电磁力定律，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。载流的转子导体在定子产生
的磁场磁场中受到电磁力作用，电磁力对电机转子轴形成电磁转矩，驱动电机转子沿着旋转磁场方向旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。
3.3.2当三相异步电机接入三相交流电源(各相差120度电角度)时，三相定子绕组流过三相对称电流产生的三相磁动势并产生旋转磁场，该磁场以同步转速n0沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转。
3.3.3该旋转磁场与转子导体有相对切割运动，根据电磁感应原理，转子导体产生感应电动势并产生感应电流。
4结束语
在工业自动化中电机最有效的控制就是PLC变频调速控制，这种方法主要通过程序来控制电动机的变频调速，实现自动控制。本文所研究的交流电机调速系统采用PLC来控制变频器调速，通过PLC的开关量输入输出模块控制变频器的多功能输入端、实现电机的多级调速，充分发挥可编程控制器的高可靠性、灵活性、通用性、扩展性等优点，并通过RS485传输技术建立PLC与变频器的PROFIBUSP-DP通讯进而完成PLC控制变频器调速系统的方案设计和全部的控制系统设计。 参考文献
[1]董效龙.DongXiaolong基于PLC和变频器的变频恒压供水系统[J].科学之友，2008(24).[2]姜兴忠，戴恒阳.变频恒压供水系统的机理分析[J].电气传动自动化，2002，24(4)
基于PLC和变频器的电机控制技术
卞永龙
1概述
变频调速能够提升绞车、提升机以及通风机等大型设备的使用效率，实现对电机的有效控制，这也成为最有发展前景和最理想的调速方式之一。采用变频器构成变频调速传动系统的主要目的：一是可以节约能源，降低生产成本，在实际的应用中用户可以根据现场的需要组合选择不同类型的变频器，并且灵活快捷，构成成本低；二是能够改善产品质量，提高劳动生产率、提高生活质量、提升设备的自动化程度以及改善生活环境。当前在工业自动化控制系统中，通过PLC与变频器的组合对机械产品进行控制，采用PLC与变频器的组合形成多样的PLC控制变频器的方法被普遍采用。这种方法能够有效的相应故障信息，其控制更也为简单，动作更迅速、测量更精确，同时具有传输距离远节省部件经费，还有较强的抗干扰能力、传输效率高等优点。本文选用S7-200以及MM440变频器实现对电机的20段调速控制，更清晰的展示PLC和变频器的电机控制。
2控制方案
2.1PLC及闭环控制选择
PLCS7-200应用广泛，各种监测、检测以及组网运行中都能发挥重要作用，PLC控制变频器的频率一般有两种方法：一是模拟量控制，可以使用模拟量输入和输出模块，根据变频器的具体要求选择0-10V电压或4-20mA电流输出，控制变频器的频率，变频器的频率反馈。
根据要求还可以选择模拟量输入进行采集（也可以不采集，采用开环控制）。二是串行总线通信控制，在层次较高的变频器通接口中可以通过通信模块频率来实现PLC和变频器之间的相互通信。系统的物理对象主要有三部分构成即PLC、变频器以及电机，在控制选择中通过可编程控制器来给定输入，通过PLC来控制变频器实现对电机的控制，控制的效果通过电机的转速反应，并反馈给PLC的输入，经过比较然后发出输入值，最终实现无静差调速，这也就构成了一个变频调速的闭环控制系统。闭环控制系统能够改善系统的响应特性，具有抑制干扰的能力，能够在应对外部扰动以及内部变化中发挥有效的作用。在闭环的反馈中反馈的信息与输入给定的信息之间比之差就是调速的差值，显然是可以进一步提升控制精度的。在扰动可以测量的情况下，除了闭环之外还可以采用前馈的控制作为反馈闭环的补充，形成复合型的控制系统，这样也大大提升了控制的速度和效率。
2.2通讯原理及传输技术
在通信选择方式中通常以互联网作为参考模型，采用开放式的PROFIBUS总线结构形式，这种总线通常DP、PA、FMS三种兼容模式。其中DP模式应用于分散式的I/O设备通信，是一种成本较低但速度高的通信方式，这种总线传输距离可以通过RPPETER进行扩展，采用RS485作为数据接口，传输的波特率为（9.6k-12k）bps，传输介质用双绞电缆和光线都可以实现，是一个功能比较强大的总线结构。这种总线标准也是国际总线标准IE61158的重要组成。在传输技术中总线传输通常使用RS485传输技术，这种总线结构运行分布扩展系统而
不影响其他站的工作，其传输安装形式简单，与IEC标准的HZ类似，在扩展过程中比较灵活允许增加或者移去站点。当总线传输被确定后传输速率就只能选择一种，通常在电缆模式下可以连接32个站点，当然也可以使用中继器将总线的站扩展到126个。
控制网络也有两层结构，首先是工业以太网，这是用来建立PCL、变频器与电机之间的控制的。通过在PC中安装CP1613通信卡、在工业现场PC中安装相应的软件以及CP343-1IT模块接口，给予相应的授权来实现工业以太网与各个机位PC的通信。在上机位中使用Wincc组态监控软件实现集中监控。第二层就是DP网络。利用利用S7-200实现对现场DP设备的直接控制，这种网络适应现场恶劣环境以及实时处理工业现场数据的能力。因此采用S7-200PLC、变频器以及PROFIBUS现场总线技术能够改善传动性，
有效的实现对现场设备和过程的远程监控，大大提升系统的自动化水平，系统控制的连续性提高，构成较为完善的自动化网络结构可以满足设计的要求并达到良好的经济效益。
3硬件设计
3.1PLC的选择
目前PLC产品主要是美国、欧洲和日本三个品牌。在信号选择中经过反复比较，从经济性、实用性等角度出发选中S7-200系列小型PLC，这种型号的市场占有率比较高，而且PLC功能强大、指令比较丰富。这种PLC可以连接7个扩展模块，最大扩至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点，本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。
6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器，还有16K字节程序和数据存储空间。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力，I/O端子排可很容易地整体拆卸，是具有较强控制能力的控制器。
3.2变频器选择
MICROMASTER440是用于控制三相交流电动机速度和转矩的变频器。本变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为功率输出器件。本系列有多种型
号，可达250kW(可变转矩(VT)控制方，
额定功率范围从120W到200kW(恒定转矩(CT)控制方式)，供用户选用。采用脉冲频率可选的专用脉宽调制技术，可使电动机低噪声运行。因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。MICROMASTER440既可用于单独传
动系统，也可集成到
“自动化系统”中。由于MICROMASTER440具有全面完善的控制功能，在设置相关参数以后，它也可用于更高级的电动机控制系统。全面的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。MICROMASTER440具有缺省的工厂设置参数，它是数量众多的可变速控制系统理想的变频传动装置。
3.3异步电机运行方式
3.3.1根据电磁力定律，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。载流的转子导体在定子产生
的磁场磁场中受到电磁力作用，电磁力对电机转子轴形成电磁转矩，驱动电机转子沿着旋转磁场方向旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。
3.3.2当三相异步电机接入三相交流电源(各相差120度电角度)时，三相定子绕组流过三相对称电流产生的三相磁动势并产生旋转磁场，该磁场以同步转速n0沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转。
3.3.3该旋转磁场与转子导体有相对切割运动，根据电磁感应原理，转子导体产生感应电动势并产生感应电流。
4结束语
在工业自动化中电机最有效的控制就是PLC变频调速控制，这种方法主要通过程序来控制电动机的变频调速，实现自动控制。本文所研究的交流电机调速系统采用PLC来控制变频器调速，通过PLC的开关量输入输出模块控制变频器的多功能输入端、实现电机的多级调速，充分发挥可编程控制器的高可靠性、灵活性、通用性、扩展性等优点，并通过RS485传输技术建立PLC与变频器的PROFIBUSP-DP通讯进而完成PLC控制变频器调速系统的方案设计和全部的控制系统设计。 参考文献
[1]董效龙.DongXiaolong基于PLC和变频器的变频恒压供水系统[J].科学之友，2008(24).[2]姜兴忠，戴恒阳.变频恒压供水系统的机理分析[J].电气传动自动化，2002，24(4)