本次設計為了實現(xiàn)能源的利用和發(fā)展需要，考慮到在電機的啟動、運行、調(diào)速等特性下，采用通用變頻器西門子，能很好地解決轉(zhuǎn)速之間的各種問題。由PLC完成對數(shù)據(jù)的采集和對變頻器、電機設備的控制。

1　相關技術(shù)概況

1.1　PLC技術(shù)的特點及發(fā)展

PLC是專門用于工業(yè)自動化控制的計算機，但是結(jié)構(gòu)和普通微機一樣，字處理器采用通用或者專門的CPU，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲，此外還設有位處理器，可以進行點運算和控制?？傮w而言，PLC具有可靠性強、操作簡便、靈活性高等優(yōu)點。

1.2　變頻器的應用及特點

變頻器是應用變頻技術(shù)和微電子技術(shù)，是通過改變電機工作電頻率，進一步控制交流電動機的電力控制設備。變頻技術(shù)從日漸發(fā)展和成熟，使得與其他調(diào)速系統(tǒng)相比有以下幾點突出優(yōu)勢：

1.2.1省電節(jié)能。這是因為：一，交流電機的效率在所有電機里是最高的；二，變頻器的控制回路沒有過流過壓失相等耗能元件，也不需要調(diào)速直流系統(tǒng)中的勵磁電源變壓器等。

1.2.2系統(tǒng)造價低。在同等裝機容量的條件下，交流傳動系統(tǒng)的造價是直流傳動系統(tǒng)的85%-95%，異步電機的價格比直流電機低了1-3倍，目前的變頻器成本約為一千元每千瓦，而直流整流設備約為每套為20000元。

1.2.3維護工作量小。交流電機的維護周期大于3個月，而直流電機維護周期為每個月。

2　系統(tǒng)構(gòu)成

2.1　方案確定

本次設計采用基于西門子PLC的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，采用S7-400和PROFIBUS-DP總線進行通訊，再通過變頻器進行變頻調(diào)速，將寫好的程序錄入S7-400，也可以通過操作員站，通過觸摸屏來實現(xiàn)對電動機的遠程操控。輸入/輸出信號需要在PLC接線端子上進行地址分配才能對PLC控制系統(tǒng)進行設計。軟件的編程需要等I/O地址進行分配之后才能進行，對控制柜和PLC的外圍接線進行電氣接線圖和裝配圖的繪制也是在I/O地址確認之后。

2.2　主電路的設計

本次設計采用交流變頻調(diào)速，通過控制變頻器來實現(xiàn)三相異步電動機的開閉環(huán)、正反轉(zhuǎn)和快慢速的轉(zhuǎn)換。詳細的工作流程如下：

從電網(wǎng)上接入380V的交流電源，空氣開關作為漏電保護，三個熔斷器作為過流保護。電動機的U/V/W接入輸出端口，輸入端口的L1/L2/L3通過A級濾波器，接入交流接觸器KM1，變頻電機的風機通過熱繼電器FR1接入交流接觸器KM2，在接入KM1的電網(wǎng)上。設計中采用熱繼電器進行過載保護，用變頻器控制變頻電機的速度運行，而加減速過程時間的長短和穩(wěn)速值的大小則根據(jù)實際情況在變頻器中進行設定。

2.3　網(wǎng)絡系統(tǒng)組成及說明

本系統(tǒng)變頻器的控制端輸入信號為PLC輸出的模擬量信號，信號的傳輸通道由總線Profibus-DP完成對電動機的自動控制。選擇變頻調(diào)速器后，電機的自我保護功能明顯完善，通過對PLC的信號的接受來調(diào)控電機的轉(zhuǎn)速，若出現(xiàn)故障還能發(fā)出警告信號，可以即時反饋自身的工作狀態(tài)。

3　硬件設計

3.1　變頻調(diào)速單元的構(gòu)成

隨著科技的發(fā)展，變頻器產(chǎn)品不斷成熟，性能也不斷得到優(yōu)化和提高，功能越來越完善，可靠性越來越強。變頻器的基本功能如下：

3.1.1基本功能：能進行頻率的設置和顯示、設定加減速時間和停止控制功能。

3.1.2特殊功能;具有低俗時轉(zhuǎn)矩補償功能，能通過提升定子電壓來提升轉(zhuǎn)矩。

3.1.3保護功能：設定了過電流、過載保護和變頻內(nèi)部模塊的保護功能等等，在非正常狀態(tài)下保護變頻器。

3.1.4與上位機通訊功能：與上位機通過RS232接口建立通訊，確保PC的通訊控制。

3.1.5降低沖擊功能：能自動調(diào)節(jié)載波頻率，來減少和消除機械振動，還能設定不同的跳躍頻率，避免通用變頻器輸出和負載機械設備共振的頻率值。還能在變頻器上電后，便捷改變運轉(zhuǎn)頻率。

3.1.6多種運行方式功能：可以控制點動和正常運動

3.2　變頻器參數(shù)設定

隨著變頻器的性價比越來越高，交流變頻調(diào)速的優(yōu)點也不斷增加，使得目前交流變頻調(diào)速已經(jīng)應用在越來越多的領域，本次設計中用變頻器來控制起停的速度，具體采用西門子MICROMASTER42 0來控制三相交流電動機速度。這一系列有多種型號，功率范圍從7.5KW到90KW不等，用戶可根據(jù)實際情況進行選擇。

在水泵和風機的驅(qū)動方面，選擇MICROMASTER420變頻器是最適合不過的了。MICROMASTER420變頻器由微處理器控制，功率輸出器件采用的是IGBT，因此具有很強的運行可靠性和功能多樣性，可調(diào)制的開關頻率降低了電動機的運行噪聲，優(yōu)良的保護功能為變頻器和電動機提供了絕佳的保護。

3.3　PLC的選型

本次設計選用的是西門子S7-400和西門子S7-300。S7-400采用模塊化設計，不同性能范圍的模板可以自由組合，擴展簡單方便。一個系統(tǒng)可以包括：電源模板、中央處理器、模擬量輸入/輸出的信號模板、功能模板、接口模板、西門子M7自動化計算機模板等等。西門子S7-400性能優(yōu)良，適應性強，適用范圍廣。

4　總結(jié)

本文涉及利用變頻器和PLC實現(xiàn)了對電動機的控制，通過設備的選擇，參數(shù)的設置提高了電動機控制的可靠性。還結(jié)合了西門子PLC的功能結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對點擊的遠程控制的參數(shù)調(diào)節(jié)。實踐證明，PLC變頻雕塑電動機控制系統(tǒng)是一種實際可行的控制系統(tǒng)，具有高度可靠性，能輕松實現(xiàn)開閉環(huán)控制和正反轉(zhuǎn)控制。是目前的發(fā)展趨勢，具有可觀的發(fā)展應用前景。