直流電機調(diào)速的PLC控制

1、直流電機調(diào)速的 PLC 控制背景：使用直流電機有許多優(yōu)點如： 電機調(diào)速經(jīng)濟， 控制方便； 機械特性較硬，穩(wěn)定性較好； PLC 電動機轉(zhuǎn)速控制可以完成 了液位控制、直流電動機旋轉(zhuǎn)控制組態(tài)圖，使得操作人員通 過計算機屏幕對現(xiàn)場的運行情況一目了然。用戶可以通過組 態(tài)圖隨時了解、觀察并掌握整個控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，必要 時還可以通過界面向控制系統(tǒng)發(fā)出故障報警，進行人工干 預(yù)。一、硬件輸入輸出接口電路實際上是 PLC 與被控對象間傳遞輸 入輸出信號的接口部件。輸入輸出接口電路要有良好的電隔 離和濾波作用。1.輸入接口電路 輸入輸出信號分為開關(guān)量、模擬量及數(shù)字量。可編程控 制器的一個重要特點就是所有的輸入輸

2、出信號全部經(jīng)過了 隔離，無論任何形式的輸入輸出最終都是經(jīng)過光電偶合口或 繼電器將信號傳入/送出PLC。由于生產(chǎn)過程中使用的各種開 關(guān)、按鈕、傳感器等輸入器件直接接到 PLC 輸入接口電路上， 為防止由于觸點抖動或干擾脈沖引起錯誤的輸入信號，輸入 接口電路必須有很強的抗干擾能力 1 。2.輸出接口電路 根據(jù)驅(qū)動負載元件不同可將輸出接口電路分為三種形 式：一種是繼電器輸出型， CPU 接通繼電器的線圈，繼而吸 合觸點，而觸點與外線路構(gòu)成回路；另一種是晶體管輸出， 它是通過光偶合使開關(guān)晶體管通斷以控制外電路；再一種就 是可控硅輸出型，這里的可控硅是采用光觸發(fā)型的。二、軟件 第一部分為系統(tǒng)監(jiān)控程序。它

3、是每一個可編程控制器成 品必須包括的部分，是由可編程控制器的制造者編制的，用 于控制可編程控制器本身的運行。另一部分為用戶程序。它 是由可編程控制器的使用者編制的，用于控制被控裝置的運 行。這里主要介紹監(jiān)控程序。系統(tǒng)管理程序是監(jiān)控程序中最重要的部分，整個可編程 控制器的運行都由它主管。管理程序又分為三個部分：第一部分是運行管理，控制可編程控制器何時輸入、何 時輸出、何時自檢等等，進行時間上的分配管理。第二部分 進行存儲空間的管理， 即生成用戶環(huán)境， 由它規(guī)定各種參數(shù)、 程序的存放地址，將用戶使用的數(shù)據(jù)參數(shù)存儲地址轉(zhuǎn)化為實 際的數(shù)據(jù)格式及物理存放地址。第三部分是系統(tǒng)自檢程序。它包括各種系統(tǒng)出錯檢

4、驗、 用戶程序語法檢驗、 句法檢驗等在系統(tǒng)管理程序的控制下，整個可編程控制器就能按部就斑 的正確工作了 2 。三、直流電動機 直流電動機的調(diào)速性能很好，啟動轉(zhuǎn)矩較大，特別是調(diào) 速性能為交流電動機所不及。因此，在對電動機的調(diào)速性能 和起動性能要求較高的生產(chǎn)機械上，大都使用直流電動機進 行拖動。（一）PWM 控制技術(shù)PWM （ Pulse Width Modulation ）控制就是對脈沖寬度進 行調(diào)制的技術(shù)，即通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等 效地獲得所需要的波形。保持開關(guān)周期 T 不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導 通時間 T 對脈沖的寬度進行調(diào)制的技術(shù)。 PWM 控制技術(shù)在 晶閘管時代就已經(jīng)產(chǎn)生，但是最初

5、為了使晶閘管通斷要付出 很大的代價，因而難以得到廣泛應(yīng)用。PWM 的基本原理是用改變電機電樞（定子）電壓的接 通和斷開的時間比（占空比）來控制電機的速度，在脈寬調(diào) 速系統(tǒng)中，當電機通電時，其速度增加；電機斷電時，其速 度減低。只要按照一定的規(guī)律改變通、斷電的時間，即可使 電機的速度達到并保持一穩(wěn)定值 3 。（二）PWM 脈寬調(diào)制輸出 為了簡化位控應(yīng)用程序的編程， STEP7-M/WIN 中提供 了位控編程向?qū)?，可以幫助用戶在幾分鐘?nèi)完成全部PTO、PWM 的編程任務(wù)。PWM 可以用來控制電機轉(zhuǎn)速從停止到目標速度的變化，也可以用來控制閥從關(guān)到開的位置變化。 PWM 的配置 非常簡單，只需要在向?qū)?/p>

6、中選中配置 PWM 并定義其周期時 間單位即可。（三）直流電動機旋轉(zhuǎn)控制（1）系統(tǒng)的組成設(shè)定值： 0-10V 連續(xù)變化的電壓模擬量；PWM ：電動機輸入電壓的占空比； DIR ：電動機正反轉(zhuǎn)控制信號。PLS :電動機轉(zhuǎn)動角度的測量（2）系統(tǒng)的特點 直流電機采用了 PWM 脈寬調(diào)制的方法對轉(zhuǎn)速進行控 制，實現(xiàn)了電動機轉(zhuǎn)速可調(diào)的功能。 PWM 脈沖是通過編程， 由PLC輸出口 Q0.0或Q0.1來輸出完成的，通過外加的驅(qū)動 電路來直接控制直流電動機的運轉(zhuǎn)。 DIR 信號控制電動機的 正反轉(zhuǎn)，為 0 時，電動機正轉(zhuǎn)，為 1 時，電動機反轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn) 圓盤的旁邊安裝了一個對射式的光電傳感器，圓盤被黑條分

7、成了 20 等份，這樣，根據(jù)光電傳感器在圓盤旋轉(zhuǎn)時接收到 的脈沖信號就可以計算出圓盤旋轉(zhuǎn)的角度了。（四）電動機的正反轉(zhuǎn)控制 要求:在電機正向旋轉(zhuǎn)的時候，按下正反轉(zhuǎn)開關(guān)，電機 先停止 3 秒鐘后開始反方向旋轉(zhuǎn)。當彈起正反轉(zhuǎn)開關(guān)后，電機也先停止3秒鐘后再改變方向運轉(zhuǎn)。 PWM周期在100 2000 之間選擇，占空比為 50%。表 1-1 I/O 分配（五）電動機的的模擬量開環(huán)轉(zhuǎn)速控制 設(shè)定值為模擬量輸入，用輸入的 0-10V 對應(yīng) PWM 脈沖 的占空比 0-100% ，來控制輸出給電動機的電壓變化， 以達到 電動機轉(zhuǎn)速模擬量開環(huán)控制的目的。表 1-2 I/O 分配直流電動機的 PID 閉環(huán)控制，設(shè)定值為模擬量輸入，用 輸入的 0-10V 對應(yīng) PWM 脈沖的占空比 0-1 00%，以光電計數(shù) 器 PLS 輸入作為反饋信號， 進行 PID 運算，來控制輸出給電 動機電壓的變化，以達到電動機轉(zhuǎn)速模擬量閉環(huán)控制的目 的。反應(yīng)根據(jù)采樣時間會有一定延遲。參考文獻：1 耿文學編著 . 可編程序控制器應(yīng)