电机控制的常用操作技巧与方法分析
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摘要：本文首先三相异步电动机PLC控制的优点，其次对其系统设计功能进行了分析，最后提出了步进电机的PLC控制的措施，仅供参考。
关键词：电机控制；PLC；设计
中图分类号：S611文献标识码： A
一、三相异步电动机PLC控制的优点
众所周知，旋转磁场的方向决定了三相异步电动机转动的方向，那么旋转磁场转动的方向又是由于定子绕组中通入三相电流的相序来决定的，所以，技术人员只要把电动机三相供电电源中的任意两相进行对调，就能够将三相异步电动机的转动方向进行相应的改变了。这是因为技术人员通过改变电动机定子绕组的电流相序，使得旋转磁场的方向同时得到了改变，最终导致电动机转动的方向也发生了改变。
由于技术性等因素，三相异步电动机的定子中存在有三个绕组，这三个绕组通过各自之间120度的差异形成一个特定的空间方位。所以，如果定子绕组中通入三相电源时，那么定子绕组就会相应的产生一个旋转磁场。三相异步电动机的电流没发生一个周期的变化，那么旋转磁场就会跟随者旋转一周。经过科学实验得知:旋转磁场旋转的速度主要如公式所示:n=60f/P。在上述公式中，f代表的是电动机设备接通电源的频率;P指的是旋转磁场中磁极存在的对数;n值得是旋转磁场每分钟转动的数字。根据上述公式可以看出，三相异步电动机转动的速度跟磁场的磁极数目以及电动机使用电源的频率息息相关。利用PLC对三相异步电动机进行控制需要了解三相异步电动机的常规属性以及相应的旋转方式等，只有这样，才能够对三相异步电动机进行有效的控制，降低对电动机的损耗度，减少电动机发生故障的机率，延长电动机的使用寿命。
二、系统设计功能分析
1、闭环系统硬件设计
系统主要由三个部分构成，即可编程逻辑控制器件(PLC)、变频器和电机。首先通过设置给定输入给PLC，再通过PLC控制变频器，再经由变频器来控制电机，随后将电机的转速反馈给PLC，经比较后输出给变频器从而实现无静差调速。速度的测量可以通过光电编码器和PLC来实现。速度信号的采集采用S7-200，它具有高速脉冲采集功能，采集频率可以达到30 kHz，共有6个高速计数器(HSC0～HSC5)，在固定时间间隔内采集脉冲差值，通过计算即可以获得电动机的当前转速。闭环控制就是将速度信号反馈给PLC，再通过与给定量比较，输出给PID控制部分，从而调节速度使其能达到设定要求。闭环控制系统结构框图如图3所示。
2、变频调速系统设计
通用变频器由主电路和控制回路组成。给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，称为主电路。主电路包括整流器、中间直流环节、逆变器。
(1)整流器的作用是把工频电源变换成直流电源。(2)由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载，无论电动机处于电动状态还是发电状态，起始功率因数总不会等于1。因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换，这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件―――电容器或电感器来缓冲，所以中间直流环节实际上是中间储能环节。(3)逆变器与整流器的作用相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率。逆变器的结构形式是利用6个半导体开关器件组成的三相桥式逆变器电路，通过有规律的控制逆变器中主开关的导通和断开，可以得到任意频率的三相交流输出波形。
(4)控制回路由运算电路，检测电路，控制信号的输入、输出电路，驱动电路和制动电路等构成。其主要任务是完成对逆变器的开关控制，对整流器的电压控制，以及完成各种保护功能。控制方式有模拟控制或数字控制。变频器简化结构图如图4所示。
三、步进电机的PLC控制
随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围，它与计算机有效结合，可进行模拟量控制，具有远程通信功能等。有人将其称为现代工业控制的三大支柱(即PLC、机器人、CAD/CAM)之一。目前PLC已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等领域，为工业自动化提供了有力的工具。
以西门子S7－200 PLC为例，可以使用S7－200系列PLC的高速输出点直接对步进电机进行运动控制。S7－200系列PLC配有2个PTO/PWM发生器，它们可以产生一个高速脉冲串或者一个脉冲调制波形。一个发生器的输出点是Q0．0，另一个发生器输出点是Q0．1。当Q0．0和Q0．1作为高速输出点时，其普通输出点被禁用，此时输出的波形不受输出映像寄存器的状态、输出强制和立即输出指令的影响。而当不作为PTO/PWM发生器时，Q0．0和Q0．1可作为普通输出点使用。一般情况下，PTO/PWM输出负载至少为10%的额定负载。脉冲输出指令(PLS)配合特殊存储器用于配置高速输出功能。这些特殊寄存器分为三大类:PTO/PWM功能状态字、PTO/PWM功能控制字和PTO/PWM功能寄存器。脉冲串操作(PTO)按照给定的脉冲个数和周期输出一串方波(占空比50%)。PTO可以产生单段脉冲串或者多段脉冲串(使用脉冲包络)。PTO脉冲个数范围为1～4 294 967 295，周期为10～65 535μs或者2～65 535 ms。某设备上有一套步进驱动系统，步进驱动器的型号为SH－2H042Ma，步进电动机的型号为17HS111，是两相四线直流24 V步进电动机。要求:压下按钮SB1时，步进电机带动设备运行，当设备靠近接近开关SQ1时停止。PLC与步进驱动器和步进电动机的接线如图3所示。
系统选用的是两相四线的步进电机，其引出线分别与步进驱动器的A+、A－、B+、B－端子相连。在该控制系统中，PLC不能直接与步进驱动器相连，因为步进驱动器的控制信号是+5 V，而西门子PLC的输出信号是+24 V。因此可以在PLC与步进驱动器中间串联一只2 kΩ的电阻，起到分压作用。此外，步进驱动器有共阴和共阳两种接法，与具体的控制信号有关系，西门子PLC输出信号是+24 V信号，所以采用共阴极接法。
主程序
LD SM0．1
MOVB 16#85，SMB67
MOVW 250，SMW68
MOVW 80000，SMD72
LD I0．1
EU
PLS 0
LD I0．0
SBＲ_0
子程序(SBＲ_0)
LD SM0．0
MOVB 16#82，SMB67
ＲSM67．7，1
PLS 0
其中，SMB67是高速输出点Q0．0的PTO控制寄存器。SMB67=16#85的含义是PTO允许、选择PTO模式、单段操作、时间基准为微秒、PTO脉冲更新和PTO周期更新。SMB67=16#82的含义是PTO允许、选择PTO模式、单段操作、时间基准为微秒、PTO脉冲不更新和PTO周期不更新。SMW68=250的含义是PTO为250μs。SMD72=80000的含义是PTO脉冲个数为80 000。使用PTO/PWM功能相关的特殊寄存器SM需要注意以下几点:
1)如果要装入新的脉冲数(SMD72或SMD82)、脉冲宽度(SMW70或SMW80)或者周期(SMW68或SMW78)，应该在执行PLC指令前装入这些数值到控制寄存器。
2)如果要手动终止一个正在进行的PTO包络，要把状态字中的用户终止位(SM66．5或SM76．5)置1。
3)PTO状态字中的空闲位(SM66．7或SM76．7)标志着脉冲输出完成。
结束语
通过以上的讨论我们可以看到PLC明显提高了工业控制电路的可靠性和可操作性，经过以上的设计也使得电机控制更加方便可用，对于以后的电机控制提供了很好的解决方案。
参考文献
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