周颖 翟伟波 张鑫
中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东青岛 266109
摘要：PLC是自动化控制系统中的核心技术，而传统的单电动机控制显然已经无法满足现代化工业生产的需求，需要通过多电动机控制技术来提高工业生产的效率。因此本文对基于PLC的变频调速器多电机控制的实现进行探讨。
关键词：PLC；变频调速器；电机控制
引言
以变频调速器为调速控制器的同步控制系统、比例控制系统和同速系统等已广泛应用于冶金、机械、纺织、化工等行业。以比例控制系统为例，工作时操作人员通过控制机设定比例运行参数，然后控制机通过D/A转换模件发出控制变频调速器的速度指令使各个变频调速器带动电机按一定的速度比例运转。此方案对电机数目不多，电机分布比较集中的应用系统较合适。但对于大规模生产自动线，一方面电机数目较多，另一方面电机分布距离较远。采用此方案时由于速度指令信号在长距离传输中的衰减和外界的干扰，使整个系统的工作稳定性和可靠性降低；同时大量D/A转换模件使系统成本增加。为此我们提出了PLC与变频调速器构成多分支通讯控制网络。该系统成本较低、信号传输距离远、抗干扰能力强，尤其适合远距离、多电机控制。
1PLC变频调速器的特点
现代化工业生产当中对于电动机控制的要求越来越高，因为在一条生产线中经常会涉及到多个电动机，这其中既需要它们共同协作完成一套设备的生产，又需要彼此间相对独立能够完成各自的工作。首先要结合多个引擎的正常运行，但是如果所有引擎都被一个特定的控制器转换，它们不仅会增加数值，而且会提高各种操作系统的运行速度和旋转速度。PLC命令与数控操作系统是数控系统所请求的，利用所请求的空间来保存和执行逻辑操作，控制内部的命令、进程、数字、垂直活动等垂直命令等。通过输入和输出数值控制组或垂直处理的类型。
2PLC变频调速器的硬件设计
2.1PLC变频调速器的硬件系统
基于PLC的变频调速器多电机控制的实现，首先需要从PLC控制系统的结构设计进行分析，此次研究的PLC控制系统主要由可编程控制器PLC(CPU型号为226型号，13K字节程序和数据信息存储空间，6个独立的20kHz高速脉冲输出，具备PID控制器，2个RS485通讯编程口，可以使用MPI通讯协议、PPI通讯协议以及自由通讯方式，并且具有较高的扩充模块能力，最大可以扩充至248路数字量I/O点或者35路模拟量I/O点)、PC机(采用S7-200编程软件STEP7)、三相异步电动机(额定电流为5A、额定功率为2.2kW、频率为50Hz、转速为1400r/min)、MM400系列变频器、人机界面等。
2.2PLC变频调速器控制逻辑
PLC是整个控制系统的核心，主要执行各种应用软件并且直接与变频调速器进行通讯，读取变频调速器中各个电动机的运行速度，通过CPU计算出电动机的理论转速，然后再向变频调速器发送指令，从而对电机的运行速度进行有效控制。PLC变频调速器控制系统的输入模块将电动机上采集到的信号进行检查然后再转化成PLC内部的电平信号，这种信号按照电压分为直流式和交流式，按照电路形成分为汇点输入式和分隔输入式。在工业生产中用户事先将生产过程的一些工艺要求编制到控制程序里然后存入PLC的用户程序存储器当中，所以能够直接适应于多台电动机的控制。
输入、输出模块是PLC自动控制系统与被控制电动机之间的接口，按照输入/输出信号性质的不同，可以分为开关量和模拟量模块。另外合理的选择I/O点数不仅能够满足多台电动机同时协调运行的要求，而且还能使设备的总投资量降到最低，为企业节约更多成本。具体通过把各自输入/输出设备和被控制设备详细列出，然后再根据电动机所需的PLC的I/O点数，计算出实际所需要的I/O点数然后进行合理分配。PLC变频调速器控制系统。
3PLC变频调速器的软件设计
3.1PLC变频调速器的软件
PLC通过通信系统实现对变频调速器的有效控制。通信系统采用子程序方式进行编制，然后通过调用相对应的子程序实现对变频调速器的控制，PLC主控制程序的工作流程为启动控制系统后，经过第一个扫描周期后调用初始化程序，进入切除电机、设置发送标志和复位接收完成标志，启动切换定时器同样设置发送标志和复位接收完成标志启动变频器，调用子程序将变频器目标速度值和命令参数加工成USS协议格式，设置发送标志并进行发送。当变频器发送响应报文时，激活后台中断程序接收变频器的状态值和当前接收缓冲区，然后复位发送标志，设置接收完成标志，此时PLC可以根据接收到的信息进行相应处理后返回。
3.2PLC编程
要实现对变频器的控制，必须对PLC进行编程，通过程序实现PLC与变频器信息交换的控制。PLC程序应完成FX0N-485ADP通讯适配器的初始化、控制命令字的组合、代码转换及变频器应答信息的处理等工作。程序中通讯发送缓冲区为D127~D149；接受缓冲区为D150~D160。电机1启动、停止分别由X0的上升、下降沿控制；电机2启动、停止分别由X1的上升、下降沿控制；电机3启动、停止分别由X2的上升、下降沿控制。程序由系统起始脉冲M8002初始FX0N-485ADP的通讯协议；然后进行启动、停止信号的处理。以电机1启动为例，X0的上升沿M50吸合，变频器1的站号送入D130，运行命令字送入D135，ENQ、写运行命令的控制字和等待时间等由编程器事先写入D131、D132、D133；接着求校验和并送入D136、D137；最后置M8122允许RS指令发送控制信息。变频器收到信号后立刻返回应答信息，此信息FX0N-485ADP收到后置M8132，PLC根据情况作出相应处理后结束程序。
3.3通讯协议
FR-CU03规定计算机与变频器的通讯过程，该过程最多分5个阶段。计算机发出通讯请求；变频器处理等待；变频器作出应答；计算机处理等待；计算机作出应答。根据不同的通讯要求完成相应的过程，如写变频器启停控制命令时完成三个过程；监视变频器运行频率时完成五个过程。不论是写数据还是读数据，均由计算机发出请求，变频器只是被动接受请求并作出应答，每个阶段的数据格式均有差别。
结语
综上所述，PLC是集现代化通信、计算机、机电一体化等先进技术于一体的应用于工业生产的自动化控制系统电气控制，具有抗干扰能力强，对复杂环境的适应性强的特点，在工业生产中有着非常广泛的发展和应用前景。本文主要介绍了基于PLC的变频调速器多电机控制技术，对其硬件结构设计以及软件结构设计进行了分析，为基于PLC的变频调速器多电机控制的设计与实现提供了有力的理论依据。
参考文献
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