楊威 靳關(guān)軍 張晗

寧夏機(jī)場(chǎng)有限公司固原分公司 寧夏固原 756000

1 設(shè)計(jì)的背景與意義

變頻調(diào)速這一概念很早就出現(xiàn)了，但我國(guó)起步相對(duì)較晚，上世紀(jì)90年代才有含變頻調(diào)速技術(shù)的產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)出現(xiàn)?，F(xiàn)在公認(rèn)的最有發(fā)展前景的調(diào)速方式就是變頻調(diào)速技術(shù)，變頻調(diào)速技術(shù)擁有高精度、高效率、高性價(jià)比等諸多優(yōu)點(diǎn)。采用變頻器傳動(dòng)系統(tǒng)的主要目的就是使更多生產(chǎn)流程工業(yè)化、科技化、表轉(zhuǎn)化，從而提高工人的生產(chǎn)水品、降低生產(chǎn)成本。可編程控制器（PLC）不僅徹底替代了繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)良特點(diǎn)，如操作簡(jiǎn)單、價(jià)格優(yōu)惠，而且擁有符合時(shí)代發(fā)展的前衛(wèi)品質(zhì)，如響應(yīng)時(shí)間快、穩(wěn)定性高、可靠性強(qiáng)。本文將以PLC為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一套雙電機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)硬件選型與設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際情況，選用西門子PLC-300系列，變頻器使用西門子系列MM440變頻器，編碼器選用歐姆龍E6B2-CWZ6C。系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下：

圖1 系統(tǒng)硬件接線圖

由于兩臺(tái)電機(jī)的接線幾乎完全一樣，這里以其中一臺(tái)電機(jī)的接線為例。系統(tǒng)所使用的PLC-300硬件組態(tài)如下圖所示。

圖2 PLC硬件組態(tài)

PS307模塊為電源模塊直接連接電源；315-2DP為CPU主體模塊；SM321模塊是PLC的數(shù)字輸入模塊，與歐姆龍編碼器的輸出口連接，采集電機(jī)的速度信號(hào)；SM322模塊是PLC的數(shù)字輸出模塊，Q4.0-Q4.3分別與變頻器MM440的輸出端口5、6、7、8相連，從而控制電機(jī)的電壓頻率以調(diào)整電機(jī)速度；三相異步電動(dòng)機(jī)分別與控制設(shè)備（變頻器）和采集設(shè)備（編碼器）相連；PLC硬件部分帶L標(biāo)識(shí)的是電源的正極，帶M標(biāo)識(shí)的是公共端（負(fù)極）。

3 控制程序與監(jiān)控設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)

圖3 主程序流程

如圖3所示，主程序主要包含以下兩個(gè)部分：調(diào)用給定數(shù)度和判斷計(jì)數(shù)器。給定速度，使速度隨時(shí)間變化。計(jì)數(shù)器用來讀取光電編碼器產(chǎn)生的脈沖，存入對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)中。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

組態(tài)軟件是上位機(jī)軟件的一種，又稱組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件，即上位機(jī)軟件包含組態(tài)軟件。系統(tǒng)中要求上位機(jī)能夠啟動(dòng)電機(jī)，為電機(jī)提供一個(gè)目標(biāo)轉(zhuǎn)速。能實(shí)時(shí)監(jiān)控下位機(jī)，顯示電機(jī)的線速度，同時(shí)具有報(bào)警功能，還可以實(shí)時(shí)記錄下電機(jī)的轉(zhuǎn)速曲線，并且繪制成曲線形象的顯示出來。

操作系統(tǒng)選擇的是成熟且通用的系統(tǒng)平臺(tái)——32位多進(jìn)程操作系統(tǒng)Windows7Professional。該系統(tǒng)具有效率、簡(jiǎn)單、易用的鮮明特點(diǎn)，并且具有較好的內(nèi)存保護(hù)機(jī)制和調(diào)度管理，可以對(duì)多任務(wù)提供良好的支持。組態(tài)軟件本次設(shè)計(jì)選擇的是組態(tài)王6.60。該軟件由組態(tài)開發(fā)環(huán)境和組態(tài)運(yùn)行環(huán)境構(gòu)成，用戶可以在組態(tài)開發(fā)環(huán)境完成界面的設(shè)計(jì)、變量的定義等工作，它具有先進(jìn)完善的圖形生成功能；有多種數(shù)據(jù)類型的變量，能合理的將被控對(duì)象的特性抽象化，在數(shù)據(jù)的過程記錄、報(bào)警、趨勢(shì)曲線、報(bào)警、安全防范等重要功能方面上有簡(jiǎn)單的操作方法。組態(tài)王運(yùn)行環(huán)境，用于顯示由畫面開發(fā)系統(tǒng)中建立出來的圖形畫面，并且軟件與PLC之間的數(shù)據(jù)交換也是由其負(fù)責(zé)，實(shí)時(shí)更新變量的數(shù)值，與此同時(shí)完成報(bào)警顯示、趨勢(shì)曲線監(jiān)視、歷史記錄查詢等功能的實(shí)現(xiàn)，并可以生成歷史數(shù)據(jù)文件，作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的最終形式。

（1）系統(tǒng)登錄界面。系統(tǒng)登錄界面利用自己編寫的命令語言正確輸入帳號(hào)和密碼的用戶才能順利地進(jìn)入主監(jiān)控界面。避免系統(tǒng)直接打開的突然性，見圖4。

（2）電機(jī)轉(zhuǎn)速顯示模塊。在本變頻調(diào)速系統(tǒng)中，有兩臺(tái)待調(diào)速的電機(jī)，分別連接一臺(tái)傳感器設(shè)備并與PC機(jī)連接，由PLC進(jìn)行相關(guān)的處理后，電機(jī)的旁邊會(huì)顯示兩臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速值。顯示模塊中有報(bào)警燈可提示兩臺(tái)電機(jī)是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖4 系統(tǒng)登錄界面

圖5 電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控界面

（3）轉(zhuǎn)速報(bào)警顯示模塊。在該模塊中，如果任一電機(jī)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速過小或轉(zhuǎn)速過大等異常，報(bào)警畫面將會(huì)跳出，報(bào)警畫面將記錄警報(bào)的類型、出現(xiàn)異常的時(shí)間以及是否警報(bào)解除等這些數(shù)據(jù)。

圖6 電機(jī)報(bào)警界面

（4）轉(zhuǎn)速曲線界面。在這一部分，畫面將兩臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變的過程隨時(shí)間的改變繪制成曲線圖，從圖中我們可以清晰地看見兩臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化流程。

圖7 實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速曲線界面

4 結(jié)語

此次設(shè)計(jì)主要是在理論層面進(jìn)行了模擬仿真，仿真結(jié)果證實(shí)此設(shè)計(jì)可行。電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)、組態(tài)軟件組態(tài)技術(shù)等均是工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)中重要且具有很大發(fā)展?jié)摿Φ?。相信隨著科技的發(fā)展，軟硬件技術(shù)的完善，變頻調(diào)速技術(shù)將會(huì)成為更加穩(wěn)定、更加智能、更加精確、更加能夠投入市場(chǎng)的應(yīng)用。