楊振宇

　?。ㄖ袊刭|(zhì)工程集團公司，北京 100093）

       摘要：直流電機調(diào)速系統(tǒng)具有調(diào)速性能優(yōu)良,、可靠性高的優(yōu)點,，被廣泛應(yīng)用于實際生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。首先簡要介紹了直流電機調(diào)速原理以及對調(diào)速的要求,，然后設(shè)計了基于CPU224XPPLC的直流電機調(diào)速系統(tǒng),，并通過仿真軟件編寫了PLC梯形圖，最后在S7200中進行了電機調(diào)速實驗,。實驗結(jié)果表明所設(shè)計的直流電機PLC調(diào)速系統(tǒng)能比較好地實現(xiàn)給定的任務(wù)指標(biāo),。

　　關(guān)鍵詞：直流電機；調(diào)速控制,；梯形圖,；S7-200

　　中圖分類號：TM46文獻標(biāo)識碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.06.001

　　引用格式：楊振宇. 基于PLC的電機調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)研究［J］.微型機與應(yīng)用，2017,36（6）：1-2,，6.

0引言

　　直流電機在調(diào)速方面的應(yīng)用比較廣泛,，并且它常用于調(diào)速要求相當(dāng)高的生產(chǎn)機械上，比如挖掘機械等,。目前直流調(diào)速控制比較多地采用繼電器接觸器控制系統(tǒng),，但由于該系統(tǒng)修改相當(dāng)困難且維護極為不方便，因此已經(jīng)很難滿足用戶的要求,。另外較多的應(yīng)用是以單片機或者DSP芯片等作為控制器,，由于這些控制器占用的端口多，同時連接的外部元件也多,，導(dǎo)致了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性受到影響［12］。而可編程控制器PLC有高可靠性和強悍的抗干擾能力,，是今后直流調(diào)速的主流研究方向,。正是基于以上原因，本文設(shè)計了基于PLC的直流電機調(diào)速控制系統(tǒng),，經(jīng)過實驗證明系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對電機的精確控制,。

1直流電機的調(diào)速原理及調(diào)速要求

　　1.1直流電機調(diào)速原理介紹

　　直流電動機是一種將電能轉(zhuǎn)化為機械能的動力設(shè)備, 帶動負(fù)載進行生產(chǎn)活動。對于負(fù)載的不同, 通常要求電動機的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)可調(diào)節(jié),要求調(diào)速范圍廣，而且調(diào)速平穩(wěn)和方便,， 直流電機轉(zhuǎn)速n表達式為［34］:

　　n=ECEΦ=Ua－RaIaCEΦ(1)

　　其中n為轉(zhuǎn)速(r/min); Ia為電樞電流(A); Ua為電樞電壓(V); CE為由電機結(jié)構(gòu)決定的電動勢常數(shù); Ra為電樞回路總電阻(Ω); Φ為勵磁磁通(ωb),。

　　由電機調(diào)速公式可知,直流電動機的調(diào)速有三種方法: 第一, 改變電樞電壓Ua；第二, 通過改變勵磁電流If來改變勵磁磁通Φ,； 第三, 則改變電樞電阻Ra,。 如果要求實現(xiàn)無級調(diào)速而且范圍比較廣, 改變電樞電壓是最佳方法。因為改變電樞電阻只能實現(xiàn)有級調(diào)速,，而改變勵磁電流來改變勵磁磁通調(diào)速,調(diào)速范圍比較小,。綜合以上分析本文通過改變電樞電壓進行調(diào)速。

　　1.2直流調(diào)速要求

　　對于任何一臺需要進行直流調(diào)速的生產(chǎn)設(shè)備來說,，其生產(chǎn)工藝都會對其調(diào)速性能有一定的要求,。比如調(diào)速范圍，是無級調(diào)節(jié)還是有級調(diào)節(jié),，在穩(wěn)定運行時允許的轉(zhuǎn)速波動范圍,，從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)運行的間隔時間，突然加大或者驟然減輕負(fù)載時允許轉(zhuǎn)速波動的范圍,，以及運行停止所需的定位精度等,。總而言之,，對調(diào)速系統(tǒng)來說轉(zhuǎn)速控制主要有以下三個方面的要求：第一：調(diào)速,。在特定的額定最值區(qū)間內(nèi)，有級或者無級地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,。第二：穩(wěn)速,。以某種精度在所需的轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運行，在受到干擾的時候不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動以保證生產(chǎn)質(zhì)量,。第三： 加速或減速,。頻繁啟動、制動的設(shè)備要求加速,、減速盡量快,，這樣有利于提高生產(chǎn)效率，不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機械則需要啟動,、制動盡量平穩(wěn)［56］,。

2直流電機調(diào)速系統(tǒng)的實現(xiàn)

　　2.1直流電機硬件實現(xiàn)

　　直流調(diào)速采用PLC作為控制器，其硬件設(shè)計部分比較簡單,，硬件設(shè)計的核心是通過檢測模塊對所得的測量信號進行PID運算,，而后將結(jié)果轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號作為輸出，從而控制PWM信號的占空比,，進而控制直流電機的運行,。在本文中,，選取西門子S7200系列的CPU224xp，中央處理器,、存儲器,、I/O端口、I/O擴展接口,、通信設(shè)備,、外圍設(shè)備接口和電源等都是PLC主機的主要組成部分。模塊化設(shè)計的西門子S7200屬于緊湊型的,，其控制系統(tǒng)的硬件組成部分有CPU模塊,、各種擴展模塊以及各種附加硬件，其構(gòu)成形式如圖1所示,。

　　2.2系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

　　PLC編程是實現(xiàn)電機控制的核心,，可編程控制器（PLC）共有5種編程語言，最常用的就是梯形圖,。梯形圖是一種圖形編程語言,，是一種面向控制過程的自然語?？傮w來說,，梯形圖語言比較形象、直觀,，對于熟悉控制線路的電氣人員來說相當(dāng)容易被接受,。因此，在PLC應(yīng)用中它是最基本,、使用最普遍的編程語言,。但這種編程方式只能是圖形編輯器直接編程。本設(shè)計的梯形圖如圖2所示,，其中包括啟動梯形圖,、停止梯形圖、加速梯形圖以及減速梯形圖［78］,?！　?/p>

3實驗結(jié)果及分析

　　本設(shè)計對直流電機調(diào)速的控制要求如下：（1）通過調(diào)節(jié)電樞電壓使電機轉(zhuǎn)速達到1 000 r/min，并很快達到穩(wěn)定,；（2）將轉(zhuǎn)速從1 000 r/min加速到1 500 r/min,，并很快保持穩(wěn)定。連接好硬件電路后,，寫入PLC程序,，就可以實現(xiàn)電機的啟動、運行,、調(diào)速以及停機測試,。圖3和圖4分別為直流電機轉(zhuǎn)速為1 001 r/min以及1 502 r/min的平穩(wěn)運行試驗結(jié)果，其中從1 001 r/min加速到1 502 r/min的時間不到1 s,，而且運行非常平穩(wěn),，說明采用PLC調(diào)速，直流電機調(diào)速系統(tǒng)動靜態(tài)特性較好,。

4結(jié)束語

　　本文以直流電機為被控對象,，采用PLC作為控制器，通過調(diào)節(jié)直流電機的電樞電壓進行調(diào)速,，主要進行了PLC的梯形圖編程,，在西門子S7200上進行了測試，實驗結(jié)果表明,，采用PLC的直流調(diào)速系統(tǒng)具有調(diào)速性能好,、運算速度快的特點。此外可以通過外圍設(shè)計實現(xiàn)報警功能,，不管是PLC自身故障還是外圍設(shè)備工作故障都能夠顯示,。因此，采用PLC控制的直流調(diào)速系統(tǒng)是今后發(fā)展的趨勢,。

參考文獻

　?。?］ 張金男.基于PLC控制技術(shù)的大功率直流電機調(diào)速系統(tǒng)的研究與設(shè)計［D］.大連：大連海事大學(xué),2007.［2］ 李清安.PLC和變頻器在攪拌機上的應(yīng)用［J］.機電工程技術(shù),2012，41(7):150-152.

　?。?］ 榮軍, 李一鳴,萬軍華,等.直流電機雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的技術(shù)研究［J］.湖南理工學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）,2016,29(2):47-52.

　?。?］ 王建平, 張延輝, 馮國強,等.基于氣動馬達驅(qū)動的一種混凝土攪拌機系統(tǒng)設(shè)計［J］.煤礦機械,2013,34(12):24-26.

　　［5］ 唐介. 電機與拖動［M］.北京：高等教育出版社,，2007.

　?。?］ 閆肅. 基于PLC的直流電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.自動化與儀器儀表，2013（6）：6365.

　?。?］ 潘峰,劉紅兵. 西門子PLC控制技術(shù)實踐［M］.北京：中國電力出版社,2009.

　?。?］ 宋伯生.PLC編程理論·算法及技巧［M］.北京：機械工業(yè)出版社,2005.