邵曉娟

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣學(xué)院，陜西 咸陽(yáng)　712000）

變頻器和PLC技術(shù)在四輥軸交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

邵曉娟

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣學(xué)院，陜西 咸陽(yáng)712000）

通過(guò)分析變頻器和PLC技術(shù)，并針對(duì)在四輥軸交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)應(yīng)用該技術(shù)，以便可以優(yōu)化設(shè)計(jì)提升系統(tǒng)性能。結(jié)果證實(shí)，在四輥軸交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)中，應(yīng)用變頻器和PLC技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)4臺(tái)電機(jī)速度的同步控制，提升四輥軸交流傳動(dòng)控制性能，提升高達(dá)20.0％，可發(fā)揮實(shí)用價(jià)值。故此對(duì)于四輥軸交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)中，可以應(yīng)用變頻器和PLC技術(shù)，能夠發(fā)揮工程模擬特性，提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)性能，發(fā)揮積極影響。

PLC技術(shù)；變頻器；應(yīng)用；四輥軸交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)

隨著當(dāng)前微處理器以及微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，在機(jī)械控制過(guò)程之中，優(yōu)化運(yùn)用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。在四輥軸交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)中，應(yīng)用變頻器和PLC技術(shù)，不僅可以提高其運(yùn)行效率，確保運(yùn)行安全，也可以在企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中應(yīng)用發(fā)揮顯著作用。

1　分析變頻器和PLC技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

在四輥軸交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，能夠?qū)崿F(xiàn)變頻調(diào)速，已成為當(dāng)前設(shè)計(jì)中的必然趨勢(shì)［1］。對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用變頻器設(shè)備，以此來(lái)設(shè)計(jì)構(gòu)成變頻調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)，其目的一在與能夠滿足提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)性能的需求，不僅有助于提高在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中的生產(chǎn)率，也有助于改善系統(tǒng)成產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，積極提高當(dāng)前系統(tǒng)設(shè)備的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)程度，從而提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)性能［2］。同時(shí)，這樣設(shè)計(jì)也可以節(jié)約能源成本，降低系統(tǒng)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)效益成本。確保用戶在四輥軸交流傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，在不同的場(chǎng)合選擇不同的系統(tǒng)頻率，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)的控制。其變頻器調(diào)試原理如下所示：

在這其中:n—能夠用來(lái)表示異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，其單位設(shè)置為r/min；

f—表示定子的電源頻率，單位是Hz；

s—電機(jī)轉(zhuǎn)速的滑差率；

p—極對(duì)數(shù)。

根據(jù)式（1）中可知，如果去改變輸入的電源頻率f，則就要去相應(yīng)改變其輸出的轉(zhuǎn)速。同時(shí)，對(duì)于變頻器中，若是其磁通較弱，就不可以充分運(yùn)用電機(jī)的磁心，這樣就會(huì)造成系統(tǒng)成產(chǎn)過(guò)程中的資源浪費(fèi)［3］；但是若增大了磁通的話，又容易導(dǎo)致形成磁通飽和，形成的大勵(lì)磁電流，容易使繞組過(guò)熱，損壞系統(tǒng)的電機(jī)［4］，因此在實(shí)際應(yīng)用中需要采取具體合理的方案。

對(duì)于PLC技術(shù)，就是運(yùn)用可編程控制器（PLC），實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制的技術(shù)，PLC是新型自動(dòng)裝置，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制與通信，發(fā)揮實(shí)際運(yùn)用價(jià)值［5］。它具有很強(qiáng)的抗干擾能力，同時(shí)設(shè)計(jì)價(jià)格便宜，確保提升系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用中編程簡(jiǎn)單，具有易學(xué)、易用的特點(diǎn)，故此將其應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域，深受工程設(shè)計(jì)人員喜歡。對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以在 PLC內(nèi)部采用總線控制的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)據(jù)以及相關(guān)指令的傳輸。系統(tǒng)的外部，對(duì)于各種不同的開(kāi)關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)與傳感器的檢測(cè)信號(hào)等，均能夠作為系統(tǒng)PLC中輸入的變量，當(dāng)其經(jīng)PLC的外部端子輸入系統(tǒng)內(nèi)寄存器后，從而可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)中的設(shè)備進(jìn)行各種各樣的智能化控制。

圖1　PLC基本結(jié)構(gòu)圖

四輥軸交流傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，根據(jù)四輥軸交流傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)，將變頻器和PLC技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于設(shè)計(jì)中，具有廣泛的發(fā)展前景。

2　四輥軸交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)需求分析

對(duì)于實(shí)際四輥軸交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要很好地模擬工業(yè)生產(chǎn)中造紙機(jī)、軋鋼機(jī)、多電機(jī)分部傳動(dòng)部分，保證高精度的同步控制［6］。同時(shí)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，還必須確保在一定范圍之內(nèi)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，并且確保四輥軸交流傳動(dòng)中各個(gè)分部速度均可以進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)。PLC技術(shù)應(yīng)用到系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，具有靈活性高的優(yōu)勢(shì)，且該P(yáng)LC技術(shù)在系統(tǒng)中的運(yùn)用體積小，使用壽命長(zhǎng)，發(fā)揮的功能強(qiáng)大、可靠性高。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，運(yùn)用PLC聯(lián)合變頻器，有助于開(kāi)發(fā)較好的設(shè)備人際控制界面，并可以提升系統(tǒng)控制能力，有助于實(shí)現(xiàn)四輥軸交流傳動(dòng)控制，發(fā)揮積極應(yīng)用價(jià)值。

3　應(yīng)用變頻器和PLC技術(shù)設(shè)計(jì)四輥軸交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，必須具備控制運(yùn)算部分以及系統(tǒng)的執(zhí)行、反饋部分。對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)之中，其四輥軸交流控制運(yùn)算，主要是由PLC技術(shù)以及變頻器［7］來(lái)聯(lián)合完成的；其具體執(zhí)行元件就是變頻器、電機(jī)；系統(tǒng)的反饋部分則主要是交流轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的速度反饋。首先，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以通過(guò)相關(guān)的設(shè)置，運(yùn)用PLC技術(shù)去控制變頻器實(shí)現(xiàn)操作，控制系統(tǒng)電機(jī)傳動(dòng)，并可將電機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋到PLC模塊，有助于提升系統(tǒng)控制性能。具體如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

3.2硬件設(shè)備選擇

四輥軸交流傳動(dòng)系統(tǒng)，其對(duì)控制設(shè)備質(zhì)量要求極高。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為保證系統(tǒng)加工精度以及系統(tǒng)使用安全性等需求，對(duì)四輥軸交流傳動(dòng)系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)，其設(shè)備需具備以下需求：

1）四輥軸傳動(dòng)速度要有高穩(wěn)定度，在正常傳動(dòng)之時(shí)，可調(diào)傳動(dòng)速度范圍為30～60 m/min，點(diǎn)動(dòng)速度確保達(dá)到5 m/min；

2）在系統(tǒng)進(jìn)行冷傳動(dòng)操作，若兩側(cè)輥縫不平衡，可單獨(dú)調(diào)整軋機(jī)螺釘；

3）實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)電流、傳動(dòng)線速度、電壓以及故障顯示等相關(guān)操作。

四輥軸交流傳動(dòng)的最終目，是得到最大限度的同步控制，整個(gè)四輥軸交流傳動(dòng)過(guò)程，不允許出現(xiàn)太大的波動(dòng)，必須采用專用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（PLC）才能滿足要求。PLC型號(hào)選用S7-300系列已能達(dá)到要求，因此不必選用擁有更高可靠性的S7-400系列。其PLC整個(gè)硬件系統(tǒng)選擇為：①電源（PS307）；②CPU（CPU317）；③AI模塊（SM331，型號(hào) 6ES7 331-1KF01-0AB0）；④AO模塊 （SM332，型號(hào)6ES7 332-5HD01-0AB0）；⑤DI模塊（SM323，型號(hào) 6ES7 323-1BL00-0AB0）；⑥D(zhuǎn)O模塊（SM322，型號(hào)6ES7 322-1CF00-OAA0）；⑦擴(kuò)展機(jī)架（SM338，型號(hào)6ES7 338-4BC01-0AB0）。

四輥軸交流傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)用變頻器，需選用臺(tái)達(dá)V系列變頻器，如VFD450V-43A，選用具體型號(hào)的變頻器根據(jù)控制的具體電機(jī)選擇。

3.3系統(tǒng)PLC控制設(shè)計(jì)

四輥軸交流傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)于其PLC部分［8］，可以接受系統(tǒng)中操作臺(tái)的命令，同時(shí)還能夠傳輸變頻器信號(hào)以及控制系統(tǒng)軸編碼器等操作。PLC部分，還可以實(shí)時(shí)監(jiān)控四輥軸交流傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)四輥軸交流傳動(dòng)系統(tǒng)的各種故障情況，能夠及時(shí)進(jìn)行分析和處理。在四輥軸交流傳動(dòng)系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)部分，采取模塊化設(shè)計(jì)方法，運(yùn)用按鈕處理模塊、通信模塊、PID控制模塊以及故障報(bào)警等4個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)具體控制操作。對(duì)于該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，其按鈕模塊的功能，主要就是可以控制處理各電機(jī)、電磁閥啟停。其處理模塊示意圖如圖3所示。

對(duì)于PLC技術(shù)下的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中，在確保改善系統(tǒng)干擾措施方面，要確保PLC電纜遠(yuǎn)離電磁干擾裝置。

3.4系統(tǒng)代碼實(shí)現(xiàn)部分

應(yīng)用變頻器和PLC技術(shù)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)四輥軸交流傳動(dòng)系統(tǒng)。以下則是經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的應(yīng)用程序代碼，并沒(méi)有涉及系統(tǒng)異常的情況［9］。對(duì)于該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，其系統(tǒng)主程序代碼如下所示：

IJD SM0.1//SM0.1=1進(jìn)行第一次掃描時(shí)才有效

MOVW+0，VW450//初始化PID中斷的計(jì)數(shù)器

MOVB 100，SMB34//設(shè)置l00 ms的定時(shí)中斷間隔

ATCH INT-PWM-PID，10//執(zhí)行啟動(dòng)PID計(jì)算

ENI//打開(kāi)中斷程序

對(duì)于該系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中，其中斷程序的代碼如下所示：

圖3　按鈕處理模塊

4　應(yīng)用變頻器和PLC技術(shù)的價(jià)值分析

四輥軸交流傳動(dòng)系統(tǒng)，其作為一種常用的試驗(yàn)裝置，在本次研究的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)用變頻器和PLC技術(shù)，有助于實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度同步控制，從而可以在實(shí)際中運(yùn)用四輥軸交流傳動(dòng)系統(tǒng)去模擬更復(fù)雜的試驗(yàn)問(wèn)題，提升系統(tǒng)應(yīng)用性能。在本次的四輥軸交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)之中，應(yīng)用變頻器和PLC技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)4臺(tái)電機(jī)速度的同步控制，大大提高系統(tǒng)的操作精度、穩(wěn)定度，提升四輥軸交流傳動(dòng)控制性能，提升高達(dá)20.0％，可發(fā)揮實(shí)用價(jià)值。應(yīng)用變頻器和PLC技術(shù)，在四輥軸交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，有助于實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度同步控制，發(fā)揮積極應(yīng)用價(jià)值。

5　結(jié)　論

綜上所述，對(duì)于四輥軸交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)用變頻器和PLC技術(shù)，運(yùn)用PLC控制變頻器，有助于提高四輥軸交流變頻傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性，提升系統(tǒng)性能，發(fā)揮積極應(yīng)用價(jià)值，值得在實(shí)踐中推廣該應(yīng)用方法。

［1］孟憲坤，李明輝.紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.化工自動(dòng)化及儀表，2011，38（6）:691-694，709.

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Application of inverter and PLC technology in AC drive control system of four roll axis

SHAO Xiao-juan
（School of Electrical Engineering，Shaanxi Industrial Vocational College，Xianyang 712000，China）

Through the analysis of inverter and PLC technology，and in the four roll axis AC drive control system，design and application of the technology，in order to optimize the design and improve the system performance.The results confirmed that the four roll axis AC drive control system，the application of inverter and PLC technology，to achieve the synchronous control of 4 motor speed，to enhance the four roll axis AC drive control performance，improve as high as 20％，can play a practical value.Therefore，for the four roll axis AC drive control system，it can be applied to inverter and PLC technology，can play the engineering simulation characteristics，improve the system design performance，play a positive impact.

PLC technology；frequency converter；application；four roll axis AC drive control system

TN99

A

1674－6236（2016）16-0092-03

2015-11-09稿件編號(hào)：201511087

邵曉娟（1981—），女，陜西榆林人，碩士，講師。研究方向：控制工程。