直流电机调速的PLC控制

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文章编号：ISSN1006―656X（2014）01-0065-01

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

（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%。

（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。

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. 可编程序控制器应用技术手册[M].北京： 科学技术文献出版社， 1996

[2]胡学林编著. 可编程控制器应用技术[M].北京： 高等教育出版社， 2001

[3] 陈立定，吴玉香，苏开才编著.电气控制与可编程控制器[M].广州： 华南理工大学出版社， 2001