直流电机调速的PLC控制

直流电机调速的 PLC 控制 背景 使用直流电机有许多优点如 电机调速经济 控制方 便 机械特性较硬 稳定性较好 PLC 电动机转速控制可 以完成了液位控制 直流电动机旋转控制组态图 使得操 作人员通过计算机屏幕对现场的运行情况一目了然 用户 可以通过组态图随时了解 观察并掌握整个控制系统的工 作状态 必要时还可以通过界面向控制系统发出故障报警 进行人工干预 一 硬件 输入输出接口电路实际上是 PLC 与被控对象间传递输 入输出信号的接口部件 输入输出接口电路要有良好的电 隔离和滤波作用 1 输入接口电路 输入输出信号分为开关量 模拟量及数字量 可编程 控制器的一个重要特点就是所有的输入输出信号全部经过 了隔离 无论任何形式的输入输出最终都是经过光电偶合 口或继电器将信号传入 送出 PLC 由于生产过程中使用的 各种开关 按钮 传感器等输入器件直接接到 PLC 输入接 口电路上 为防止由于触点抖动或干扰脉冲引起错误的输 入信号 输入接口电路必须有很强的抗干扰能力 1 2 输出接口电路 根据驱动负载元件不同可将输出接口电路分为三种形 式 一种是继电器输出型 CPU 接通继电器的线圈 继而 吸合触点 而触点与外线路构成回路 另一种是晶体管输 出 它是通过光偶合使开关晶体管通断以控制外电路 再 一种就是可控硅输出型 这里的可控硅是采用光触发型的 二 软件 第一部分为系统监控程序 它是每一个可编程控制器 成品必须包括的部分 是由可编程控制器的制造者编制的 用于控制可编程控制器本身的运行 另一部分为用户程序 它是由可编程控制器的使用者编制的 用于控制被控装置 的运行 这里主要介绍监控程序 系统管理程序是监控程序中最重要的部分 整个可编 程控制器的运行都由它主管 管理程序又分为三个部分 第一部分是运行管理 控制可编程控制器何时输入 何时输出 何时自检等等 进行时间上的分配管理 第二 部分进行存储空间的管理 即生成用户环境 由它规定各 种参数 程序的存放地址 将用户使用的数据参数存储地 址转化为实际的数据格式及物理存放地址 第三部分是系 统自检程序 它包括各种系统出错检验 用户程序语法检 验 句法检验等 在系统管理程序的控制下 整个可编程 控制器就能按部就斑的正确工作了 2 三 直流电动机 直流电动机的调速性能很好 启动转矩较大 特别是 调速性能为交流电动机所不及 因此 在对电动机的调速 性能和起动性能要求较高的生产机械上 大都使用直流电 动机进行拖动 一 PWM 控制技术 PWM Pulse Width Modulation 控制就是对脉冲宽度 进行调制的技术 即通过对一系列脉冲的宽度进行调制 来等效地获得所需要的波形 保持开关周期 T 不变 调节 开关导通时间 T 对脉冲的宽度进行调制的技术 PWM 控 制技术在晶闸管时代就已经产生 但是最初为了使晶闸管 通断要付出很大的代价 因而难以得到广泛应用 PWM 的基本原理是用改变电机电枢 定子 电压的接 通和断开的时间比 占空比 来控制电机的速度 在脉宽 调速系统中 当电机通电时 其速度增加 电机断电时 其速度减低 只要按照一定的规律改变通 断电的时间 即可使电机的速度达到并保持一稳定值 3 二 PWM 脉宽调制输出 为了简化位控应用程序的编程 STEP7 M WIN 中提供 了位控编程向导 可以帮助用户在几分钟内完成全部 PTO PWM 的编程任务 PWM 可以用来控制电机转速从停止到目标速度的变化 也可以用来控制阀从关到开的位置变化 PWM 的配置非 常简单 只需要在向导中选中配置 PWM 并定义其周期时间 单位即可 三 直流电动机旋转控制 1 系统的组成 设定值 0 10V 连续变化的电压模拟量 PWM 电动机输入电压的占空比 DIR 电动机正反转控制信号 PLS 电动机转动角度的测量 2 系统的特点 直流电机采用了 PWM 脉宽调制的方法对转速进行控制 实现了电动机转速可调的功能 PWM 脉冲是通过编程 由 PLC 输出口 Q0 0 或 Q0 1 来输出完成的 通过外加的驱动 电路来直接控制直流电动机的运转 DIR 信号控制电动机 的正反转 为 0 时 电动机正转 为 1 时 电动机反转 旋转圆盘的旁边安装了一个对射式的光电传感器 圆盘被 黑条分成了 20 等份 这样 根据光电传感器在圆盘旋转时 接收到的脉冲信号就可以计算出圆盘旋转的角度了 四 电动机的正反转控制 要求 在电机正向旋转的时候 按下正反转开关 电 机先停止 3 秒钟后开始反方向旋转 当弹起正反转开关后 电机也先停止 3 秒钟后再改变方向运转 PWM 周期在 100 2000 之间选择 占空比为 50 表 1 1 I O 分配 五 电动机的的模拟量开环转速控制 设定值为模拟量输入 用输入的 0 10V 对应 PWM 脉冲 的占空比 0 100 来控制输出给电动机的电压变化 以达 到电动机转速模拟量开环控制的目的 表 1 2 I O 分配 直流电动机的 PID 闭环控制 设定值为模拟量输入 用输入的 0 10V 对应 PWM 脉冲的占空比 0 100 以光电 计数器 PLS 输入作为反馈信号 进行 PID 运算 来控制输 出给电动机电压的变化 以达到电动机转速模拟量闭环控 制的目的 反应根据采样时间会有一定延迟 参考文献 1 耿文学编著 可编程序控