基于PLC电机控制的自动化系统的应用探究

张保花 吕波厚 冯建国

摘要：三相异步电动机使用广泛，机械制作精简便于维护修理，可节约生产费用，电能转化能力强，调控简单有效等特点，在工农业生产和人类居住得到广泛应用。本文针对异步电动机调速难的问题，采用PLC技术，实现PLC控制三相异步电机系统，以PC组态软件为上位机，PLC为控制器，对变频器和电机实施控制，达到调控电动机的效果。

关键词：PLC;电机控制;自动化系统

1 PLC控制系统概述

PLC控制系统是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的远程控制系统。具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。

PLC内部工作方式一般是采用循环扫描工作方式，在一些大、中型的PLC中增加了中断工作方式。当用户将用户程序调试完成后，通过编程器将其程序写入PLC存储器中，同时将现场的输入信号和被控制的执行元件相应的连接在输入模块的输入端和输出模块的输出端，接着将PLC工作方式选择为运行工作方式，后面的工作就由PLC根据用户程序去完成。

2系统方案设计

2.1电动机选择

三相鼠笼式电机的安全性和稳定性非常好，应用广泛。鼠笼式异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用。选择型号为Y2-632-4电动机，额定电压为380V，额定电流为0.65A，额定频率为50Hz，额定转速为为1400r/min，输出功率为180W，连接方式为三角形接法，绝缘等级：F。

2.2方案确定——开环闭环分析

变频系统在程序设计中设有开环控制模式和闭环控制模式两种。主要区别在闭环控制模式时，电动机会有一个速度反馈值，PLC给出转速设定值，与旋转编码器检测的速度信号比较，经PID数据处理后再输出一定的值调节变频器频率给定。

3硬件选择与程序设计

3.1变频器选择

本设计中电机启停及速度控制由变频器来控制，设计采用西门子MicroMaster420。MM4系列的变频器是西门子公司新研发出来的针对现在电机控制要求的新型标准变频器。该变频器V/f控制成熟稳定，拥有较宽的调速范围。物理接口主要为输入接口和输出接口，电路设计有主电路和控制电路两个部分。

3.2 PLC的型号选择

选择了S7-200 PLC（CPU224XP）来设计控制系统。可代替传统继电器实施简单有效地控制操作，上可用来组成高级自动化控制系统的一个重要部分。

3.3开环控制实战方案

用开环设计就能简单有效的控制三相电机调速调向控制，通过对西门子MM420变频器和西门子PLC的CPU224XP硬件着手分析，提出模拟量多段速控制方案。

模拟量多段速控制是利用变频器模拟量频率给定功能，变频可通过参数设定通过外部正负模拟量输入端口接受电压或电流的信号，其信号范围如“4到20mA”内的所有的点与频率范围“0到50Hz”所有的点，一一对应，从而可以实现无极调速。当然，我们也可以取其中若干的点，制作成有级调速。

（1）变频器设定：MM420通过接收模拟量输入的电压信号，实现无极调速的控制。DIN1、DIN2、DIN3此三个数字量可通过修改变频器参数，改变数字量端口的功能，完成接通，停止，正反转的命令。取单极性电压（0到10V）作为模拟量信号，设置参数之前，还需将变频器自身外部DIP开关置于“off”位置，因为“on”代表的是电流信号。（2）PLC程序设计：本程序取了CPU224XP单极性电压模拟量输出里面的1V到10V平均10个点，从而变成了有级调速，因为是开环调速，做成10段速，便于精准控制。第一次启动电机时，设定为25Hz的中间保护速度。除反转按钮外其他按钮均为自复位按钮，各个按钮意义明确，包含了“开通，停止，加速，减速，正转，反转”这些電机控制的所有基本功能。

4上位机组态远程控制

4.1控制要求

按启动按钮，电机启动且转速达到最大速度的一半;按调速按钮可以对电机加速减速;按下反转按钮电机可反转;按停止按钮电机依惯性自由停止。

4.2基于模拟量控制的组态王控制程序

程序说明：程序和源程序基本相似，只是将实际的输入I变量变成内部存储变量以方便“组态王”软件动画调用，最后加了一个用于显示当前设定的速度值的程序。

4.3组态监控项目

（1）新建项目工程，项目及工程名称都为“基于PLC的三相电机调速调向”。（2）新建一个控制设备，双击进入项目工程新建设备找到“PLC S7-200系列PPI”，新建后设备名称可以取为“S7_200_PLC_224XP”，串口选择“COM4”，定义PLC地址为“2”。（3）添加变量数据，在数据库中新建数据词典项目里添加各种变量。（4）添加图形画面并动画连接，名称可以取为“My_work_1”选择合适的按钮和指示灯后，再进行调用变量，颜色设置等操作进行动画连接最后保存，见图2。（5）在运行系统里面调用上一步已经制作结束的动画，设置运行系统在主画面配置里调用“My_work_1”。（6）回到画面开发系统，切换到“View”界面就可以运行。

4.4运行调试

（1）进入“View”界面，转速等级为5，电机指示灯为红色，处于停止状态。（2）点击启动按钮电机启动，按加速按钮调速，最大速度后不能再调，而且最高速度报警灯亮，其他功能如减速，点动，反转等功能均正常。

5结束语

在现今生产领域，PLC已经代替了传统的继电器而对整个生产的电机进行控制，具有非常重要的生产意义。

参考文献：

[1]吉红，夏春茂，王凤桐.基于PLC的伺服电机位置控制系统研究[J].科技经济导刊，2016，（15）.

[2]邹新.基于PLC和触摸屏的伺服定位系统设计[J].现代制造技术与装备，2017（6）：77-79.

（作者单位：山东中际智能装备有限公司1   龙口市澳雷樽传动机械有限公司2    山东中际智能装备有限公司3）

作者简介：

张保花（1988年-），女，2012年7月毕业于济南职业技术学院电气自动化专业。现为山东中际智能装备有限公司工程部技术员，主要从事电机定子绕线自动设备机电控制系统策划。

吕波厚（1982年-），男，2004年7月毕业于烟台职业学院机电一体化专业。现为龙口市澳雷樽传动机械有限公司，技术部技术员，主要从事机加工车间和装配车间工装工艺制定，加工中心程序编写。

冯建国（1991—），男，2015年7月毕业于青岛大学机械工程及自动化专业。现为中际智能装备工程部工艺工程师，主要从事电机定子绕组生产设备的生产管理工作。