多电机变频调速的PLC远程控制研究

2014年08

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0.引言

随着工业的发展，机械产品性能以及质量的提高，单单针对一台机械的控制已经不能满足实际生产的需要，同时由于控制距离的需要远程控制要求也越来越突出。在实际生产中需要多台电动机，这些电动机分工协作完成一个设备的生产，同时这些电机需要远程协助，相互之间分别完成各自的工作，之间有联系也有互补，这就需要通过协同远程控制多台电机从而形成了多台电机控制问题。近些年来变频器以及PLC发展迅速，应用极为广泛，并成为实现共一个工作多机协同的强力工具，因此选择使用PLC来实现变频调速远程控制是很好的选择。

1.变频技术与PLC控制

1.1变频调速

变频调速以变频器为基础，其原理就是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，来实现电机的变速运转。变频调速可分为直接变频器和间接变频器。间接变频器将工频交流电整流成电压大小可以控制和调节的直流电，见经过逆变器变换成可变频的交流，由此形成可交直变频器，直接变频器则是将工频交流一次性的转变成可变频的交流。变频调速的基本原理根据工作电源输入频率与电机转速成正比的关系：n=60f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数）；通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。

1.2PLC是随着数字通信、计算机技术和微电子技术快速发展的

PLC高度融合了工业控制技术以及计算机产业的经典，在功能和性能上取得了重大的突破，在各种控制领域得到极大的扩展。PLC控制通常分为三个阶段，输入采样，过程控制以及输出刷新。在整个周期运行中，PLC以及CPU以一定的扫描速度重复执行上个阶段。完成三个阶段形成一个运行周期。以下是常见的集中PLC控制系统：

1.2.1单机控制

单机控制系统使用一台PLC控制一个对象，是较为皮鞭的PLC 控制系统，控制系统没有PLC通信问题，要的的I/O点数以及存储器容量较小，结构和组成简单，执行机构和采样条件比较集中，因此在单击控制系统中I/O点数以及存储器容量等参数只要留有适当的裕量即可。控制对象比较确定，完成的功能简单明确。

1.2.2集中控制

集中控制系统控制多个设备，采用强大的PLC监视功能，各个设备之间的联系和联络运行都依靠一台PLC来控制，形成中央集中式的计算机控制系统。

2.多电机变频远程控制系统分析

多电机变频远程控制方案，主要采取这样集中形式，一种是基于给定信号的串联形式，这种方法是以单台控制情况下将转速作为一台电机给定值，进一步简化控制线路，但是在何种方式在阶跃输入起动过程的恒流升速阶段，两台电机之间的转速由于滞后问题，启动构成的响应不及时，抗干扰能力十分有限。其次是基于给定同一信号并联方式，这种方式在启动阶段不存在滞后问题，跟随性好。调速系统采用同一给定信号，接线方法简单，容易实施。但是但当某一电机负载发生变化时会引起一定的速度误差。比较两个方案串联运行的多电机同步系统加转速补偿性能后抗干扰以及同步跟随性可以得到提高，并联运行多电机同步系统在加补偿后稳态性和跟随性也有加强。因此串联形式实现高精度可靠性同步运转，成本年低可靠性高，是一种实用的多电机同步控制方案。因此采用多电机同步控制方案时，采用主从补偿同步控制方式，某一台为主电动机，其余的都为从属电动机。对于所有的从电机控制信号接收主电动机给定的输出共享信号。

3.多电机变频远程控制系统设计

本远程变频多电机控制系统采用两台变频器，这个系统由变频传动、PLC以及PC等系统组成。PLC实现实时控制，采用S7-200系列的CPU226，通过PLC与变频器之间进行采样通信，是用USS协议读取各电机的速度，向变频器发送指令，计算出各个电机的理论速度，设置个电机的速度，从而实现电机的多机控制。

系统构成电气部分：(1)三相异步电动机两台：型号为YIOOL，额定功率2．2kW：额定电流为5A；频率：50Hz；转速：1400r／min：(2)变频器：采用两台西门子MM420系列变频器对电机进行变频调速控制，参数为：输入380／480V、0-650Hz；所有的变频器都是由S7，PLC通过RS485串行通讯口使用USS协议来控制的。这种设计减少了系统的布线以及调试时间，而且增强的系统的控制性能。电机参数以及变频器参数，例如电机电流、实际运转速度、电机输出力矩，电机的运行状态都可以通过串行接口进行访问，另外还可以实时地通过PLC来修改变频器和电机的参数，例如变频器的斜坡时间等。(3)PC机一台：采用S7-200编程软件STEP7。

PLC：采用一台西门子S7．200PLC控制两台变频器。选用CPU型号为226型号，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/0点，集成24输入/16输出共40个数字量I/O点,可连接7个扩展模块、6个独立的20kHz高速脉冲输出、2个RS485通讯编程口，MPI通讯协议和自由方式通讯能力。具有很好的运行速度和功能，具有较多的输入／输出点，较强的模块扩展能，内部集成表现优异，可完全适应较为复杂的控制系统。

4.结论

本文以多电机变频远程控制为研究目标，采用西门子变频器以及S7-200PLC利用USS协议来进行远程通信，分析控制系统通信方式并进行对电机变频协调设计。PLC以其可靠性高、灵活性强、使用方便等优点在工业控制中广泛应用。文中采用PLC和变频器来实现多电机控制，它们组成的自动控制系统具有自动化程度高、控制精度高和易于设置、管理的特点。针对实际现场中要求算法简单，易于实现的特点，提出了模糊PID同步补偿的控制算法，整定了参数的范围，实现了系统稳定性的要求，并讨论了同步补偿器的设计算法和实现。本设计涵盖了目前基础自动化和过程自动化中的典型自动控制技术手段或装置，可编程序控制器技术、变频器技术、触摸屏和组态软件技术。具

有一定的参考作用。科

【参考文献】

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［3］曹钜荣.浅谈PLC在配电站的应用[J].中国新技术新产品,2011(13)．

［4］王槟.论可编程序控制器(PLC)在电气控制中应用[J].现代商贸工业，2011(12).

多电机变频调速的ＰＬＣ远程控制研究

刘景懿

(抚顺煤矿电机制造有限责任公司辽宁抚顺113112)

【摘要】随着通信技术、工业控制网络以及自动理论的发展，在工业场合中，单台电机控制的近距离控制已经不能满足实际上产的需要，在越来越多的场合需要进行多机远程控制，这成为控制发展需要的重要方向。本文系统的概述了变频调速以及PLC控制，在从分考虑维护可靠性以及成本控制等多种因素的基础上，对控制进行进行总体设计，对多电机同步远程控制重点分析，确定控制方向，提出模糊控多电机同步控制方案，能有效的减少布线和电缆数量，提高抗干扰性能，使系统的自动化水平得到进一步提高。

【关键词】变频控制；PLC；模糊控制

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