許美生

（中交三航（廈門）工程有限公司泉州分公司，福建 泉州362100）

因?yàn)榻涣麟妱?dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)出眾，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用較為廣泛。然而因?yàn)槠湔{(diào)速性能并不突出，對(duì)于一些需要調(diào)速的場(chǎng)合而言，一般均會(huì)使用直流調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)制造繁雜、維護(hù)困難。近年變頻調(diào)速技術(shù)獲得良好的發(fā)展空間，其控制精度突出、調(diào)速便捷、節(jié)能效果突出，可以達(dá)到直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速狀態(tài)。但是在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與工作快速發(fā)展的背景下，在自動(dòng)化控制方面的要求更為嚴(yán)格，僅僅借助變頻器調(diào)速已經(jīng)無法進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率與質(zhì)量，所以需要對(duì)PLC、變頻器以及其他自動(dòng)化工控設(shè)備進(jìn)行綜合使用，同時(shí)借助組態(tài)軟件、人機(jī)界面等開展遠(yuǎn)程監(jiān)控，是現(xiàn)代控制技術(shù)的主要發(fā)展方向。PLC是對(duì)通信、自動(dòng)化控制以及計(jì)算機(jī)等技術(shù)進(jìn)行融合的技術(shù)設(shè)備，因?yàn)槠涞统杀尽⒕S修便捷、抗干擾能力突出、可靠性高、組合靈活等特點(diǎn)，在自動(dòng)化領(lǐng)域具有重要作用，在自動(dòng)化控制中有著廣泛應(yīng)用[1]。

1 PLC與變頻器概述

1.1 PLC概述

PLC工作形式較為直觀，采用循環(huán)掃描的方式。借助編程軟件將用戶程序輸入、儲(chǔ)存到PLC用戶儲(chǔ)存器中，PLC工作過程中對(duì)用戶程序進(jìn)行執(zhí)行，在操作過程中，無法同時(shí)操作多個(gè)，需要根據(jù)分時(shí)原理開展。由此，即能夠借助PLC正常運(yùn)行執(zhí)行程序。工作流程主要涵蓋以下階段，采樣輸入、執(zhí)行程序以及刷新輸出。

在PLC編程語(yǔ)言中，梯形圖是應(yīng)用較多的形象，PLC電路符號(hào)、表達(dá)方式和繼電器電路原理圖較為相似。為了提高PLC抗干擾水平，引進(jìn)了相關(guān)硬件和軟件抗干擾手段。PLC雖然具有較高科技含量，然而實(shí)際操作中并不復(fù)雜，同時(shí)調(diào)試和維護(hù)工作也較為便捷[2]。

1.2 變頻器概述

變頻器涵蓋主電路與控制電路等零部件，可以借助下式進(jìn)行變頻原理表述：n=60f1/P×（1-S），對(duì)極對(duì)數(shù)P進(jìn)行調(diào)整，能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速的目的，對(duì)S進(jìn)行調(diào)整能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)差率調(diào)速，對(duì)f1進(jìn)行調(diào)整能夠促使異步電機(jī)電源頻率發(fā)生變化。一般情況下，調(diào)整電源頻率是調(diào)速的主要方法。借助科學(xué)分析三相異步電機(jī)和相關(guān)等效電路，獲得：E1=ΔU+U1，基于E1和f1較大的情況，定子漏阻抗會(huì)減少，可以不計(jì)算ΔU，即可以獲得定子電壓，因此U1≈E1∝f1m。借助相關(guān)推理公式與科學(xué)計(jì)算能夠獲得：U1/f1=常數(shù)，即可以借助控制U1對(duì)E1進(jìn)行控制。

2 變頻器和PLC在多段速控制中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 控制功能的實(shí)現(xiàn)

對(duì)于多段速控制而言，對(duì)變頻器和PLC進(jìn)行有效利用，能夠合理調(diào)控電機(jī)多段速。借助對(duì)變頻器進(jìn)行合理的應(yīng)用，將該技術(shù)優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來，并借助回路控制實(shí)現(xiàn)多段速控制，回路中涵蓋低速端、中速端與高速端，一般借助有效控制相應(yīng)速端，能夠有效控制電機(jī)速度。另外，融合PLC技術(shù)，通過調(diào)整變頻器輸入端有效控制開關(guān)量，同時(shí)還可以借助相關(guān)觸摸屏和其遠(yuǎn)程監(jiān)控性能，全面監(jiān)控系統(tǒng)整體運(yùn)行情況。將變頻器和PLC充分融合到多段速中，能夠充分提升系統(tǒng)運(yùn)行可靠性與安全性，充分強(qiáng)化工作效率[3]。

2.2 硬件配置

為了充分借助變頻器和PLC技術(shù)對(duì)多段速進(jìn)行控制，應(yīng)該科學(xué)選擇觸摸屏、變頻器與PLC等設(shè)備裝置，比如選擇SIEMENS公司及生產(chǎn)的S7-200系列PLC等。應(yīng)該保證變頻器額定功率高出電機(jī)相應(yīng)功率，額定電流的設(shè)定應(yīng)該超出1.5倍的交流額定電流。通常為了保證變頻器可以和PLC有效配合，應(yīng)該借助繼電器開展變頻器接點(diǎn)工作，操作相關(guān)程序時(shí)，需要注意防止由于接觸不良和其他意外狀況而造成錯(cuò)誤操作以及失誤等。為了保證將相關(guān)技術(shù)引入后，系統(tǒng)整體運(yùn)行可以更加穩(wěn)定與安全，應(yīng)該注意在引入晶體管進(jìn)行功能連接的過程中，對(duì)晶體管電壓、電流和電容等問題進(jìn)行綜合考慮，防止因?yàn)椴涣家蛩囟鴮?duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性產(chǎn)生影響。還需要注意變頻器的參數(shù)設(shè)置。（1）變頻器。對(duì)于變頻而言，主要是將50Hz電源或是60HZ電源進(jìn)行不同頻率交流電源轉(zhuǎn)換，促使電機(jī)可以變速工作。（2）電動(dòng)機(jī)。根據(jù)電源類型，電動(dòng)機(jī)主要涵蓋交流與直流兩種形式。其中，交流電機(jī)涵蓋三相與單相兩種形式；直流電機(jī)涵蓋無刷和有刷形式。（3）變頻器參數(shù)設(shè)定。按照被控對(duì)象要求與額定值，MM20變頻器主要參數(shù)見表1。

表1 MM420的變頻參數(shù)

設(shè)定參數(shù)前，通常設(shè)定P0970=1、P0010=30，之后設(shè)定P0010=1、P0003=2，快速設(shè)定電機(jī)參數(shù)，之后修改P0010=0，同時(shí)設(shè)定P0701-P0703數(shù)值。

2.3 控制系統(tǒng)的I/O

借助分析系統(tǒng)實(shí)際工作狀況并展開科學(xué)研究，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)控制要求進(jìn)行充分滿足，PLC中系統(tǒng)開關(guān)量輸入點(diǎn)數(shù)量應(yīng)該達(dá)到4個(gè)以上，進(jìn)行有效控制系統(tǒng)，應(yīng)該對(duì)系統(tǒng)復(fù)位、中速啟動(dòng)、低速啟動(dòng)以及高速啟動(dòng)等功能進(jìn)行控制。在這些開關(guān)量中，3個(gè)開關(guān)量輸出應(yīng)該對(duì)變頻器中低速、中速以及高速進(jìn)行輸入信號(hào)作用，另外將該驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)功能充分發(fā)揮出來，進(jìn)而充分保證系統(tǒng)工作可以根據(jù)具體區(qū)別速度開展具體運(yùn)行。合理分配I/O設(shè)備與I/O點(diǎn)，對(duì)輸出口與輸入口進(jìn)行科學(xué)分配。在輸入口中，設(shè)備主要為SB1、SB2、SB3、SB4，分別代表低速啟動(dòng)、中速啟動(dòng)、高速啟動(dòng)與停止，相應(yīng)PLC輸入繼電器，主要為X001、X002、X003以及X004。在輸出口中，主要為低速、中速、高速三種控制方式，相關(guān)PLC繼電器則是Y001、Y002以及Y003。同時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)控制要求以及I/O分配，繪制接線圖。

2.4 PLC控制程序

為了有效控制SB1、SB2以及SB3三個(gè)設(shè)備，即控制三種速度的按鈕，應(yīng)該借助PLC編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，促使相關(guān)按鈕對(duì)Y001-Y003輸出繼電器的連接線圈進(jìn)行有效控制，可以達(dá)到連續(xù)通電目的，另外促使不同繼電器可以實(shí)現(xiàn)互鎖功能，結(jié)束系統(tǒng)運(yùn)行后，借助SB4按鈕可以停止系統(tǒng)運(yùn)行，促使不同輸電器連接線圈之間能夠?qū)崿F(xiàn)斷電（見圖1）。

圖1 PLC梯形圖

2.5 觸摸屏畫面制作

借助觸摸屏畫面制作開展農(nóng)業(yè)與工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)時(shí)，能夠充分控制相關(guān)機(jī)械。借助引進(jìn)人機(jī)界面，能夠?qū)鹘y(tǒng)生產(chǎn)實(shí)踐中數(shù)據(jù)信息與控制面板設(shè)定進(jìn)行替換，同時(shí)可以借助觸摸屏技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)相關(guān)開關(guān)按鈕以及指示燈等裝置進(jìn)行替換，借助遠(yuǎn)程監(jiān)控功能實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，并直觀顯示運(yùn)行數(shù)據(jù)與信息。操作人員借助合理操作觸摸屏畫面，有效獲取相關(guān)信息數(shù)據(jù)，可以充分掌握相關(guān)機(jī)器工作狀態(tài)，在狀態(tài)發(fā)生異常情況之后能夠及時(shí)確定故障方位以及原因，并及時(shí)制定故障排除策略，此種現(xiàn)代化操作方式較為便捷，可以充分降低工作人員操作錯(cuò)誤或失誤等。

選擇西門子SMART LINE接觸屏，其能夠?yàn)闄C(jī)器和操作人員之間構(gòu)建良好的橋梁，可以選擇SIMATIC Win Cc flexible 2008軟件組態(tài)。

第一，將SIMATIC Win Cc flexible 2008打開，構(gòu)建Smart 700項(xiàng)目，構(gòu)建連接-SIMATIC S7 200，采用MPI網(wǎng)絡(luò)配置文件，不改變其他參數(shù)見表2。

表2 變量設(shè)置

第二，組態(tài)畫面（見圖2）。

圖2 組態(tài)畫面

對(duì)程序進(jìn)行編譯，同時(shí)向觸摸屏中下載，對(duì)PLC和觸摸屏建立通信連接。

2.6 調(diào)試系統(tǒng)

借助系統(tǒng)科學(xué)接線圖，能夠促使外部鏈接相關(guān)功能得到充分實(shí)現(xiàn)，借助相關(guān)技術(shù)對(duì)PLC梯形程序圖、觸摸屏程序等，同時(shí)向COT與PLC中輸入，之后標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)定運(yùn)行模式，同時(shí)根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)外部工作模式以及變頻器的低速、中速和高速等多段速工作模式進(jìn)行科學(xué)設(shè)定，能夠借助觸摸屏控制對(duì)系統(tǒng)不同工作狀態(tài)展開精準(zhǔn)控制，同時(shí)可以有效控制電機(jī)調(diào)速[4]。

3 結(jié)束語(yǔ)

借助硬件與軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試等，能夠發(fā)現(xiàn)以變頻器、觸摸屏與PLC為基礎(chǔ)的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)具有良好可靠性、節(jié)能性、便捷性以及靈活性，在實(shí)際應(yīng)用中效果符合預(yù)期目標(biāo)。另外，對(duì)變頻器與PLC網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行有效利用，可以促使不同電機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)得到良好調(diào)速控制，應(yīng)用前景廣闊。