PLC同步控制系统

PLC同步控制系统（精选8篇）

PLC同步控制系统 篇1

0 引言

所谓电机同步是指由直流供电的励磁磁场与电枢的旋转磁场相互作用而产生转矩, 以同步转速旋转的交流电动机。而PLC (可变成逻辑控制器、Programmable Logic Controller) , 它是采用一类可编程的存储器, 主要用于其内部存储程序, 执行逻辑运算、顺序、定时、计数与算术等方面的用户指令, 并通过数字或模拟式输入/输出控制的生产过程。在1969年美国就研制出第1台可编程逻辑控制器, 我国在1974年研发第1台PLC。其以使用方便, 性价比高, 适应力强, 可靠性高, 后期维修方便等特点在1977年广泛应用在工业行业。为了能够了解PLC控制电机同步技术, 我们通过以下实验进行测试。

1 系统控制方案

选择合适的PLC和伺服电机是实验测试的基础, 因此, 根据PLC与伺服电机在不同情况下的运动速度控制, 设定一定的程序。本次实验采用德国SIEMENS公司生产的S7-200系列的PLC (微型) , 它不仅符合实验要求, 而且还具有在实时模式下速度快、通信功能和生产力高等特点。在伺服电机上的选择, 可选用松下MSMD012G1U+MADHT1505E脉冲型额定功率50 W的伺服电机, 触摸屏选择富士UG30系列。

2 控制方案分析

2.1 控制方案设计

根据图1所示, 通过“数值输入”, 输入原始的指令, 将通信链接线传至PLC控制器中, PLC对原始指令或信息进行逻辑计算, 算出结果后, 并通过通信链接线传送至伺服控制器中, 伺服控制器再次将PLC运算结果进行内部计算, 得出结果后输入到伺服电机, 此时的结果是伺服电机达到与结果相应一致的运转速度, 同时, 伺服电机通过速度反馈元件将电机目前的转速等信息反馈给伺服控制器, 这样就形成了伺服电机的闭环控制系统, 从而达到稳定转速的效果。

2.2 控制的过程

在这个控制系统中, 触摸屏是输入指令和反馈结果的最直观显示设备, 当在触摸屏中设置一个数字输入框, 这个数字输入框的地址是PLC中的数据寄存器DXXX, 如果要在触摸屏上设置一个指示灯, 则指示灯的地址是PLC中的中间继电器。所有触摸屏中的输入输出数据都是来自PLC。PLC的输入模拟量的范围0~10 V, 所相应的整形数据是0~32 000, 而伺服电机的输入模拟量的范围是0~10 V, 而所对应的转速则是0~6500 RPM。不同的PLC其输入模拟量也所有不同, 所对应的整形数据也有所不同。通过实测表1、表2所示。

一般而言, PLC的模拟量输出数据与伺服电机的转速是线性关系, 根据表2就可以解出它们的关系。

经过公式计算, 如果设定实际转速为Z, 整形数据位Y, 关系方程即为:Z=5117Zz+152

通过PLC可以实现输出数据域伺服电机转速的线性转换, 同时, 通过运算数在传输到模拟量输出口时已经完成了转换, 特别注意的是输出口不接受双字数据, 仅传字VB2232。

2.3 控制方案分析

在实际的控制系统中, 每个电机所带负载存在不同, 所以在控制系统中都需要根据速度设定值利用PLC计算得出具体的控制参数。闭环控制系统中有上位机发出控制指令后, 根据电动机轴上的负载的半径, 计算出负载对应的转速, 再根据电机的转速公式, 实现到变频器输出频率的转换。这样不仅实现1台同步, 还可以实现2台电机的同步运行。如果多台电机同步运行, 必须具备各自的闭环控制系统, 对速度指令有较高的反映。

通过多次试验可以看出, PLC在控制电机同步方面具备非常优势, 它不仅操作方便, 便于控制, 可靠性强, 而且在控制精度方面, 也比其他可编程控制都要优秀很多, 误差范围也可以控制在0.05%左右。

3 PCL控制程序

PLC的程序可采用梯形图、功能块、语句表等形式进行标示。比如欧姆龙公司 (OMRON) 提供大量的PCL功能模块, 它包括了一个标准处理功能的基本单元。该标准处理功能是事先设置好了的, 但是功能模块不含实际的地址, 只有变量, 使用者可在变量中设置地址和常数。

4 结语

随着社会的发展, PLC作为目前应用最为广泛的自动控制装置, 它可以应用在多种自动化控制系统中, 特别是在机场的进给系统, 它需要极强的同步控制, 它的同步精度直接影响产品的质量。对于同步性能要求比较高的地方, 依然可以采用PLC、矢量控制变频器、三相异步电动机及脉冲编码器等构成高效调速系统。PLC控制电机同步技术为我们生活带来了巨大的变化, 比如电梯、空调等生活用品的自动化控制系统, 也是由PLC控制电机同步技术进行实现的。

参考文献

[1]刘宏涛.浅谈直流伺服电动机常见故障及维护[J].中小企业管理与科技 (下旬刊) , 2010 (3) .

[2]傅丹霞.用于污水处理的PLC自动控制系统的初探[J].中国高新技术企业, 2007 (8) .

[3]张国芝.备自投自动技术分析[J].现代营销:学苑版, 2011 (5) .

[4]杨欣.变频调速技术及PLC控制在小型制冷系统中的应用[J].商场现代化, 2006 (2) .

[5]张遥远, 车轩.交流同步伺服电机在标准转速发生器中的应用[J].企业标准化, 2003 (6) .

PLC同步控制系统 篇2

● 由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，速度快。

● 基于信号处理和程序运行的速度，PLC经常用于处理工业控制装置的安全联锁保护。● 更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目。2.高可靠性

● 所有的I/O输入输出信号均采用光电隔离，使工业现场的外电路与控制器内部电路之间电气上隔离。

● 各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms。● 各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰。● 采用性能优良的开关电源。

● 对采用的元器件进行严格的筛选。

● 良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大。

● 大型控制器还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,以及实现电源模块冗余、IO模块冗余，使可靠性更进一步提高。3.系统配置简单灵活

● 控制器 产品种类繁多，规模可分大、中、小等。

● I/O卡件种类丰富，可根据自控工程实现功能要求不同，而进行不同的配置。● 满足控制工程需要前提下，I/O卡件可灵活组合。4.丰富的I/O卡件

控制器针对不同的工业自控工程的现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等,有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接。

另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块;为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。5.控制系统采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型控制器以外，绝大多数控制器均采用模块化结构。控制器的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。6.价格优势

质优价廉，性价比高。7.安装简单，维修方便

可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。

由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。

8.控制器实现的功能 逻辑控制 定时控制 计数控制 顺序控制 PID控制 数据计算 通讯和联网

其它：还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。

9.常用的工控软件

●

B&R AutomationSoftware自动化软件

围绕更少的目标完成更多的工作，B&R AutomationSoftware(TM)为您提供了适合于我们所有自动化平台的一个开发系统。多种编程语言，透明通讯以及完整的诊断功能都集成于一个自动化工具中。一个工具，多个目标！● Intellution iFIX iFIX,是Intellution Dynamics 自动化软件产品家族中的HMI/SCADA最重要的组件，它是基于WindowsNT/2000平台上的功能强大的自动化监视与控制的软件解决方案。● SIMATIC WinCC 6.0版本---过程可视化的新视界

对于过程可视化而言，全新版本的 WinCC 6.0 由于采用了新的标准，可为您当前应用和今后进一步的扩展提供更优越的性能，更大的灵活性和更高的效率。●

Wonderware InTouch 8.0过程可视化

用于工业自动化、过程控制和管理监视的一个强大的图形人机界面(HMI)软件。● 亚控组态王6.5 两万余例工程（钢铁，化工，电力，国家粮库，邮电通讯，环保，水处理，冶金等各行业）的现场运行（包括“中华世纪坛”国家标志性工程），现已成为国内组态软件的客户首选，并且作为首家国内组态软件应用于国防，航空航天等重大领。● RSVIEW32/SE等

控制组态软件种类很多，每一种各有特点。我们能够根据用户不同的需求，提供不同工业控制监控软件，完成自控项目监控的任务。

plc控制电路相对于继电器控制电路的优点

1、控制方式上看：电器控制硬接线，逻辑一旦确定，要改变逻辑或增加功能很是困难；而plc软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。

2、工作方式上看：电器控制并行工作，而plc串行工作，不受制约。

3、控制速度上看：电器控制速度慢，触点易抖动；而plc通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而无抖动一说。

4、定时、记数看：电器控制定时精度不高，容易受环境温度变化影响，且无记数功能；plc时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有记数功能。

PLC同步控制系统 篇3

在机动式雷达的结构设计中,为了实现平面阵列式天线的展开收拢控制,常采用丝杆螺旋机构来实现。在工程实际设计中,采取双丝杆机构同步驱动形式来实现天线展开收拢控制[1]。双丝杆驱动机构具有减小天线阵面集中受力以及方便结构布局的优点,这都是单丝杆驱动机构所无法实现的。双丝杆驱动机构在设计时的主要难点是双丝杆的运动同步问题,当运动不同步时,会出现天线阵面的变形或丝杆卡死现象。双丝杆运动不同步的原因是:丝杆的加工误差、安装误差以及双丝杆在运动过程中的速度误差等。为了实现两根丝杆运动的同步控制,通过检测两根丝杆运行位置量的失步量来控制调节电机的转速,使丝杆在整个动作过程中保持同步运行[2]。

2 翻转驱动电机功率的分析与计算

阵列天线在翻转运行过程中,受到天线自重G的分力形成的阻力矩MG;风载荷中垂直天线阵面的分力产生的阻力矩MFX;摩擦力矩Mf(摩擦力矩可忽略不计),如图1所示。

2.1 阻力矩分析

2.1.1 天线自重形成的阻力矩

其中:G1为转轴以上天线部分重量;

G2为转轴以下天线部分重量;

l为阵面宽度,l=l1+l2。

2.1.2 风载荷垂直天线分力形成的阻力矩

应用该雷达天线的风洞系数,当天线方位角为0°时,天线的无因次方位风力矩系数为Cmy。

其中:ρ为1.225kg/m3;V为风速;A为天线阵面尺寸。

2.2 驱动功率的计算

2.2.1 丝杆的轴向压力F

2.2.2 丝杆的扭矩计算

丝杆传递的扭矩为:

其中:F为丝杆轴向载荷;d2为丝杆中径;

Ψ为升角;Θ为当量摩擦角。

则扭矩T的均方根值为:

其中:α为阵面倾角上限。

2.3 单电机驱动功率的选择

其中:n为电机额定转速;N为多级减速器减速比;

η1为多级减速器传动效率。

按最大过载能力校验驱动功率:

其中:K为过载系数。

校验所得的过载系数K应小于1.5,否则将超过电机的最大过载能力。

2.4 驱动功率的修正

考虑双电机驱动效率系数和梯形螺纹丝杆的传动效率系数,则驱动功率应修正为:

其中:η2为梯形螺纹丝杆传动效率;

η3为双电机驱动效率。

最后,系统应根据驱动功率P'来对电机进行实际选型。

3 系统选型

3.1 PLC控制器

PLC控制器采用S7-200系列PLC。CPU模块采用CPU 226,CPU 226具有24个输入点和16个输出点,有6个高速计数器(30kHz),并配数字量和模拟量扩展模块进行扩展,以读取电机运行中的转矩。另外通过串行通讯口输入两个丝杆编码器的位置脉冲信号。

3.2 伺服控制器及电机

驱动设备采用具有总线接口的LENZE9300系列交流伺服控制器及配套的交流伺服电机和低齿隙模块化齿轮减速器。9300系列伺服控制器主要指标如下:内置CAN总线;斩波频率8k/16kHz,可实现自动降噪和降耗优化;调速范围为1~10000(带反馈);速度动态响应时间为6~20ms/1000rp。与伺服控制配套的交流伺服电机减速器为电机、减速器一体化设备。

3.3 绝对式多圈编码器

由于梯形螺纹丝杆仅具有静态自锁功能,为了解决阵面双丝杆在动态过程中的“跑位”的问题,在系统中采用了具有“记忆”功能的绝对式多圈编码器,即使在系统失电的情况下也可以记录丝杆的位置。选用具有CAN总线输出接口的FRABA系列绝对式多圈编码器,单圈分辨率为12bit,最大检测范围为4096×4096。

4 系统设计

在双丝杆同步驱动系统设计中,采用“追随式”设计方法[3]。即以一侧的传动机构(包括丝杆、电机减速器、伺服控制器等)为主动传动机构,而另一侧的传动机构为从动传动机构。主动式机构按固定的速度曲线运行,而从动传动机构的运行速度则受速度调节器的调节作用,来追赶主动传动机构。两套绝对式编码器分别用来检测丝杆的失调角,该失调角送至速度调节器的输入端,对从动系统进行加减速调节,以达到双丝杆机构同步运行的效果,如图2所示。

为了使同步控制能起到调节作用,整个速度环应设计为不饱和。在控制系统中,伺服放大器作为调速器使用,该速度调节器为PID调节器,其PID参数可调。通过调节控制器参数使速度控制系统特性为:

其中:n为电机转速,r/min;

u为伺服放大器速度给定电压,V。

同步驱动系统调整控制回路的系统框图如图3所示。

图3中0.04为计算机输出数字量和伺服放大器速度给定电压的变换量。为满足系统技术指标的要求,通过计算机控制软件进行校正。经双线性变换处理后,D(z)确定如下:

因此软件控制算法为:

其中e(k)为误差角。

经实践验证,该软件调整算法实用可靠,对于阶跃信号具有良好的迅速响应能力,且具有较强的抗超调功能。

5 软件实现

PLC模块采用STEP 7-Micro/WIN32 V3.1编程软件进行编程。该编程软件具有编程语言灵活多样的特点,可采用多种编程方式:助记符语言、状态指令表(STL)和梯形图(LAD)等。另外,它具有丰富的功能库(FBL)、自诊断功能和调试帮助。图4是阵列天线同步控制的软件流程图。

6 结束语

经实践检验,该基于PLC的天线阵面双丝杆机构同步驱动系统具有控制精度高、动态性能优越、可靠性高等优点。

参考文献

[1]张增太,房景仕.某雷达天线举升翻转机构的设计[J].雷达科学与技术,2009(04):312-315.

[2]张增太.机动式雷达自动架拆系统的结构设计[J].雷达科学与技术,2004(06):345-348.

PLC同步控制系统 篇4

汽车纵梁液压机是汽车制造业的关键设备, 直接关系到汽车整车可靠和安全。它是由多台普通液压机, 通过专用的联动垫板将活动梁 (一般液压机称之为滑块) 刚性连接在一起, 配合各自的供油阀或泵的控制, 来保证滑块的同步运行, 压制加工出合格的汽车纵梁。80年代以前, 我国主要依靠国外进口, 成本高, 配件供应、使用维修都不方便。80年代后, 随着我国液压机技术和控制技术水平的日益提高, 我国液压机制造企业与济南铸锻研究所合作, 生产了一批同步控制系统, 该同步控制系统是采用自整角机构成的传感器系统, 测量接受机和发送机的异步电压信号, 控制滑块油缸的比例阀 (或泵) , 从而使滑块运行同步。该专用同步系统未形成批量生产, 自整角机安装和传动复杂, 对相位差和传动方向有一定要求, 维护不方便。随着PLC控制技术拓飞速发展, 控制模块不断开发, 指令更加丰富, 采用基于PLC的同步控制系统取代之前的专用同步控制装置的条件已成熟。

1 同步控制系统的设计原理

该系统选用磁尺作为液压机各滑块的位移传感器, 检测各自的位置, 其位置数据送至PLC, 通过编制程序进行显示、比较, 以中间滑块为基准滑块, 两侧滑块为同步滑块, 检测两侧同步滑块与基准滑块的位移差, 来判断同步滑块与基准滑块的位置关系和运动速度, 自动减小或增大比例阀 (或泵) 的控制量, 从而控制同步滑块与基准滑块同步运行。

2 系统组成

如图1所示为该同步控制系统的组成示意图。

2.1 PLC

根据多年使用经验, 我们选择了OMRON CS1系统PLC作为控制核心, 该系列PLC基板防护性好, 可靠性高, 模块种类全, 指令丰富。PLC主要控制件的CPU选用CS1W-CPU42H, 作为程序处理、贮存并与上位机通讯之用, 普通I/O模块控制油压机动作, 通讯模块方便与触摸屏通讯, 模拟量输入模块CSW-AD081-V1用于位移传感器的模拟信号输入, 一般选用4~20m A, 对应于0~1000mm, 模拟量输出CS1W-DA041, 3路比例泵阀的模拟量 (±10V) 的控制输出。

2.2 触摸屏

采用NS10-TV001B, 主要用于滑块位移、速度、压力、保压时间等参数的显示、设定;比例阀泵的控制量变化速率的监测和调整。

2.3 检测元件

采用巴鲁夫 (精度0.01mm) 位移传感器, 信号为4~20m A, 对应位移0~1000mm。

2.4 执行元件

采用Atos比例阀, DLHZO-TE-040 L73, ±10V, 对应于流量27~40l/min, 1V=10%的阀的行程, 该系列比例阀动、静态特性稳定, 过滤要求低, 可靠性高。

3 同步系统的程序编制及调试

3.1 程序编制

利用OMRON CX-One集成软件平台的CX-Programer进行详细的I/O表的创建, 编制控制程序, 可以是指令编程, 也可以是梯形图编程, 两者可相互转化, 一般用梯形图编程。首先对模拟量模块进行初始化, 设定信号的类型, 电压还是电流, 信号的范围, 分辨率4000还是8000, 输入/输出的启动条件。将各位移传感器的位移读入转化成实数, 换算出各自的位置值和运动速度。将同步滑块的位置与基准滑块比较, 判断出比例阀的控制方向, 调节控制量的变化速率, 保持同步滑块与基准滑块的位置差不超过3mm。选用带位置反馈的比例阀提高了系统的同步精度。程序调试流程图如图2所示。

3.2 程序调试

先不加联动板, 滑块空载运动, 消除各种阻尼, 调节各自比例阀, 观察不装联动板时同步状况, 反复运行一段时间后, 找出各自比例阀的初始量和增减变化速率。压机闭模, 传感器位移调整一致, 设定好相关参数, 加上联动板, 试运行, 观察同步状态, 调整比例阀的初始值和变化速率, 使同步滑块都与基准滑块在一定范围±3mm内同步。

4 结束语

基于PLC的同步控制系统采用成熟可靠的PLC控制技术, 模拟量传感器配合触摸屏, 提高同步系统的可视性和可靠性, 便于根据用户和市场的变化改变控制系统, 满足用户的技术要求, 安装调试简单方便, 参数显示和设定一目了然。在多台汽车纵梁液压机改造中取得了很好的应用效果。

参考文献

[1]刘茂银, 梅碧舟.压力机控制系统中的PLC的应用及设计[J].锻压装备与制造技术, 2007, 42 (3) .

[2]周东生.PLC在YA32-200四柱万能液压机中的应用[J].液压与气动, 2009, (4) .

[3]OMRON公司.CS/CJ编程手册[M].2003.

[4]李贵闪, 翟华.电液比例控制技术在液压机中的应用[J].锻压装备与制造技术, 2005, 40 (6) .

PLC与电机同步系统的配合应用 篇5

1.1 同步电机的主要类型

按运行方式和功率转换方向的不同, 同步电机可分为发电机、电动机、调相机三类。发电机将机械能转换为电能;电动机将电能转换为机械能;调相机用来调节电网的无功功率, 改善电网的功率因数, 基本上没有功率转换。

从原理上说, 同步电机即可做成旋转磁极式, 也可做成旋转电枢式。无论电枢旋转或磁极旋转, 电枢与磁场之间都有着相对运动, 这一点则是电机结构的基本要求。但实际应用的同步电机, 为制造方便, 运行可靠, 基本结构形式多采用旋转磁极式。

按转子磁极的形状, 旋转磁极式同步电机又可分为隐极式和凸极式两种类型。隐极式电机的转子做成圆柱形, 气隙均匀;凸极式电机的转子气隙不均匀, 极掌部分气隙较小, 极间部分气隙较大。

按原动机的不同, 同步发电机可分为汽轮发电机和水轮发电机两种主要类型。汽轮机是一种高速原动机, 汽轮发电机要考虑转子的机械强度和励磁绕组的固定, 多采用隐极式结构, 所以汽轮发电机的转子直径较小, 轴向尺寸比径向尺寸大得多, 通常为卧式, 水轮机是低转速转旋转机械, 水轮发电机的转子圆周速度较低, 多采用凸极式结构, 所以水轮发电机的转子极数较多, 直径大, 轴向尺寸比径向尺寸小得多, 通常为立式。

2、同步发电机励磁方式

目前, 国内外同步发电机的励磁方式基本上有三种, 即直流励磁机励磁、静止半导体励磁和旋转半导体励磁。

2.1 直流励磁机励磁系统

直流励磁机励磁系统是采用直流发电机作为励磁电源, 供给发电机转子回路的励磁电流。其中直流发电机称为直流励磁机。直流励磁机一般与发电机同轴, 励磁电流通过换向器和电刷供给发电机转子励磁电流, 形成有碳刷励磁。直流励磁机励磁系统又可分为自励式和它励式。自励与他励的区别是对主励磁机的励磁方式而言的, 他励直流励磁机励磁系统比自励励磁机励磁系统多用了一台副励磁机, 因此所用设备增多, 占用空间大, 投资大, 但是提高了励磁机的电压增长速度, 因而减小了励磁机的时间常数, 他励直流励磁机励磁系统一般只用在水轮发电机组上

2.2 静止式半导体励磁系统

静止式半导体励磁系统又分为自励式和它励式两种。

(1) 自励式半导体励磁系统;自励式半导体励磁系统中发电机的励磁电源直接由发电机端电压获得, 经过控制整流后, 送至发电机转子回路, 作为发电机的励磁电流, 以维持发电机端电压恒定的励磁系统, 是无励磁机的发电机自励系统。最简单的发电机自励系统是直接使用发电机的端电压作励磁电流的电源, 由自动励磁调节器控制励磁电流的大小, 称为自并励可控硅励磁系统, 简称自并励系统。自并励系统中, 除去转子本体极其滑环这些属于发电机的部件外, 没有因供应励磁电流而采用的机械转动或机械接触类元件, 所以又称为全静止式励磁系统。下图为无励磁机发电机自并励系统框图, 其中发电机转子励磁电流电源由接于发电机机端的整流变压器ZB提供, 经可控硅整流向发电机转子提供励磁电流, 可控硅元件SCR由自动励磁调节器控制。系统起励时需要另加一个起励电源。

(2) 它励式半导体励磁系统;它励式半导体励磁系统包括一台交流主励磁机JL和一台交流副励磁机FL, 三套整流装置。两台交流励磁机都和同步发电机同轴, 主励磁机为100HZ中频三相交流发电机, 它的输出电压经过硅整流装置向同步发电机供给励磁电流。副励磁机为500HZ中频三相交流发电机, 它的输出一方面经可控硅整流后作为主励磁机的励磁电流, 另一方面又经过硅整流装置供给它自己所需要的励磁电流。自动调励的装置也是根据发电机的电压和电流来改变可控硅的控制角, 以改变励磁机的励磁电流进行自动调压。

(3) 旋转式半导体励磁系统;在它励和自励半导体励磁系统中, 发电机的励磁电流全部由可控硅 (或二极管) 供给, 而可控硅 (或二极管) 是静止的故称为静止励磁。在静止励磁系统中要经过滑环才能向旋转的发电机转子提供励磁电流。滑环是一种转动接触元件。随着发电机容量的快速增大, 巨型机组的出现, 转子电流大大增加, 转子滑环中通过如此大的电流, 滑环的数量就要增加很多。为了防止机组运行当中个别滑环过热, 每个滑环必须分担同样大小的电流。为了提高励磁系统的可靠性取消滑环这一薄弱环节, 使整个励磁系统都无转动接触的元件, 就产生了无刷励磁系统。

3、PLC控制程序

PLC的程序可以采用梯形图、语句表、功能块等形式表示。大量的PLC功能块是一个包含标准处理功能的基本单元, 该标准处理功能事先定义好, 由于具有标准处理功能, 故功能块不包含实际的地址, 只有变量, 用户可以在变量中设置地址和常数。

利用一整套的控制系统可将单个功能块保存为一个独立的文件, 从而使该功能块也适用于其它PLC的应用程序。当创建或调试程序时, 反复的使用"成熟"的功能块将节省程序开发时间, 有效的减少人为的编码错误, 使程序结构简明清晰, 更易于理解。

4、结语

PLC作为先进的自动控制装置, 可以应用于多种自动化控制系统中。对于同步性能要求较高的场合, 可以采用PLC、矢量控制变频器、三相异步电动机、脉冲编码器等构成高性能调速系统。随着计算机技术数字技术的广泛应用, 自动控制领域也随之发生了巨大的变革, 进一步提高拖动系统的控制精度及其稳定性已是必然趋势。

摘要：通过对同步电机结构和原理的阐述, 介绍了利用PLC做为主控元件, 以及这一技术与同步电机系统的结合使用情况。

关键词：PLC,同步电机,应用

参考文献

[1]霍罡, 樊晓兵.欧姆龙CP1H PLC应用基础与编程实践[M].北京:机械工业出版社, 2009.

PLC同步控制系统 篇6

关键词：PLC,变频器,悬挂输送机,同步控制

悬挂输送机是一种运送成件物品的连续运输机械, 能在三维空间内长距离输送各种形状、尺寸及质量的物品, 运行速度范围较大, 一般为0.5~18 m/min, 可悬挂在厂房屋架或楼板梁上, 具有占用地面小、动力消耗小等特点, 因此被广泛应用在各行业的大批量流水生产线。

悬挂输送机在输送距离较长, 重载和爬越高度大、转弯较多的情况下, 一般采用多机驱动的方式, 这样就涉及到多个驱动站电机同步运行的问题, 笔者以用于汽车装配生产线的悬挂输送机为例进行同步控制系统设计。

1 汽车装配生产线的悬挂输送机

目前, 汽车装配生产线的悬挂输送机链条总长度为480 m, 运行速度为白班2.5 m/min, 夜班1.5 m/min, 采用两个驱动站驱动链条, 减速机型号为SEW公司生产的FAF127 R87 DV132M4, 电机功率为7.5 k W, 要求输送机运行速度平稳、两个驱动站运行速度匹配。

2 悬挂输送机同步控制方案与论证

2.1 两台电机同步控制方案

为了满足输送机运行要求, 采用驱动站电机变频器调速、光电旋转编码器测速、PLC控制运行的控制方案[1]。

首先, 选定1号驱动站为主站, PLC控制电机恒速运行, 将光电编码测速器连接至PLC的高速计数器输入端, 在PLC内部与设定速度进行比较, 如超出误差范围, 则通过控制PLC模拟量输出端D/A变频器的频率调节电机的运行速度。

其次, 选定2号驱动站为从站, PLC控制电机恒转矩运行, 把变频器模拟量输出端子连接至PLC的模拟量输入端A/D, 将变频器的转矩输出读入PLC, 与设定值进行比较, 如超出误差范围, 则通过控制PLC模拟量输出端D/A变频器的频率调节电机的运行速度[2]。

两个驱动站的PLC通过通信接口RS485进行通信, 共享PLC的输入输出运行状态数据, 以达到同时启动/停止的目的。

2.2 分析论证

由于在实际运行中输送链负载的变化很大, 同时输送链中存在转弯、高度升降等情况, 因此两台电机的负载是不相等的, 即使输送链在空载时也不完全相等, 这样使得同样规格的电机在接受相同指令时, 负载大的转差率大且转速低, 负载小的转差率小且转速高, 两台电机的输送链无法同步运行[3,4]。

为了保证两台电机的同步运行, 经过考虑后采用了速度闭环控制[5,6]。即同时在悬挂输送链的每一个张紧伸缩节处安装2个接近 (限位) 开关 (快、慢) 进行补充调节。PLC根据每一个张紧伸缩节处的接近开关接通状况向各电动机发出速度调正指令, 修正指令根据现场调试的情况得出。PLC优先执行修正指令, 以实现张紧伸缩节位置闭环模糊控制[7]。这是整个控制系统的创新点。

3 悬挂输送机同步控制系统的硬件配置

3.1 PLC的选择

为实现上述控制方案的功能, PLC必须有高速计数器输入、模拟量输入、模拟量输出和RS485通信模块, 结合其他运行所需的输入输出点数, 选择三菱公司的FX2N-48MR小型PLC。1号驱动站选择扩展模拟量输出模块FX2N-2DA和通信适配器FX2NC-485ADP, 2号驱动站选择扩展模拟量输出模块FX2N-2DA、模拟量输入模块FX2N-2AD和通信适配器FX2NC-485ADP。

3.2 变频器的选择

考虑汽车生产线的连续性, 一旦总装生产线因故障停产, 将造成其他工序的停产。因此, 变频器应具有高可靠性、抗干扰能力强的性能。用于汽车总装生产线的悬挂输送机处于满负载运行时, 需要选用启动力矩较大、高性能的变频器, 并留有一定的功率余量, 因此选用安川公司生产的VS-616G5系列11 k W变频器。

3.3 编码器的选择

由于悬挂输送机运行速度较慢, 驱动站驱动链轮距离控制柜较远, 旋转编码器应具有较高分辨率和较长的延长线, 故选用欧姆龙公司生产的E6C3-C系列互补输出编码器, 型号为E6C3-CWZ5GH, 分辨率3 600 P/R。

3.4 触摸屏的选择

考虑与PLC的通信方便, 选用三菱公司生产的GOT-A900系列触摸屏, 根据系统的参数、状态的监控及操作点数等, 选定型号为A970GOT-CH的触摸屏。

4 汽车悬挂输送机同步运行系统功能的实现

输送链在非正常情况下 (指输送链只有半条线挂工件时) 人为按“停止”按钮停车时 (当车间休息、吃饭、下班等) , 由于各部分严重受力不均, 部分链条会被拉伸, 有的则被压缩, 使张紧伸缩节位置极限开关处于报警状态。为了解决此问题, 在程序中编写一个子程序, 首先识别报警是否在运行中发生, 如是, 需在人工干预查出故障后才能重新起动。反之, PLC根据张紧伸缩节处的状况指示, 先调整各个电机的启动次序和转速, 消除报警, 再转入正常运行, 这样一来既保证了设备的安全运行, 又避免了设备无故停产。

当把“启动”按钮按下时, PLC根据系统有无报警发生以及报警是否在运行中发生, 决定系统能否启动和是否按子程序启动。如无报警发生, 则两个电机按预设方案同时启动, 输送链开始移动。为了减少冲击力, 电机缓慢起动后, 先低速运行3 s, 然后加速至设定速度运行。在运行开始时, PLC的模拟量输出单元给每个控制电机变频器的速度指令是相同的, 之后, PLC每0.5 s对两个电机采集一次实际转速数据, 以第一台为基准对另一台电机转速进行比较, 算出差额, 经CPU处理后, 再向变频器发出修正后的速度指令, 使其速度与第一台的速度趋于一致。这就是速度闭环控制。

PLC的“快”开关接通时, 相应电机的转速以设定转速为基准增加3%, 如果这个信号未消失, 那么以后每0.5 s将相应电机的转速增加1%;反之, PLC的“慢”开关接通时, 相应电机的转速以设定转速为基准减少3%, 如果这个信号未消失, 那么以后每0.5 s将相应电机的转速减少1%, 这是闭环模糊控制。

特定人员可在触摸屏上设定第一电机的转速, 如不重新设定, 每次开机时执行上次已设定的转速。触摸屏上可显示每个电机的实际转速, 显示每一个张紧伸缩节处的状况 (正常、快、慢) , 显示报警状况并提示检修部位。

5 结束语

基于PLC和变频器的悬挂输送机同步控制系统方案, 采用三菱公司生产的FX2N-48MR小型PLC和安川公司生产的高性能VS-616G5系列11 k W变频器, 并采用位置和速度双闭环调速控制方式同步控制, 精度较高, 系统反应速度快, 在应对负载变化时, 能避免各电机速度的大起大落, 使输送链运行非常平稳, 大大提高了系统的可靠性。

参考文献

[1]原魁, 刘伟强, 邹伟.变频器基础及应用[M].2版.北京:冶金工业出版社, 1987:30-45.

[2]张燕宾.变频调速应用实践[M].北京:机械工业出版社, 2004:50-86.

[3]张晓坤.可编程控制器原理及应用[M].西安:西北工业大学出版社, 1998:28-42.

[4]陈长飞.基于变频调速的多电机同步控制[D].上海:上海交通大学, 2006:1-50.

[5]王国亮.基丁模糊PID补偿器的多电机同步控制策略研究[D].沈阳:东北大学, 2006:1-48.

[6]刘波.基于模糊控制的多电机同步控制系统研究[D].武汉:武汉理工大学, 2009:1-60.

PLC同步控制系统 篇7

在变频器与工频电网相互切换的过程中, 由于变频器输出的初始相位不确定, 使得输出的三相电源和工频电源的相位往往不一致。即使变频器输出的电源频率等于工频电源频率, 一旦强行切换的话, 定子电流有时也会远大于电机的额定电流, 严重时还会损坏电机。所以有必要在变频器的输出切换方式上做改进, 设计一套切换控制系统, 避免切换过程产生过大的冲击电流[1,2]。

本文主要研究一种适用于交流电动机变频与工频平滑切换的锁相同步控制方法, 设计开发基于PLC的测控系统。其系统的核心问题是如何尽可能地减小切换过程中的冲击电流。

1异步机切换的理论分析

变频/工频同步切换的重点在于切换时机的把握上。我们采用三相异步电机任意一相的相量图 (图1) 来加以说明相位不一致对变频/工频切换过程的影响[3]。

undefined:变频器加在电机某相定子绕组的相电压;

undefined:该相的定子绕组产生的感应电势;

undefined:电网工频相电压;

undefined:切换后电机定子绕组承受总的相电压;

由电机的工作原理可知, 对于三相异步电机而言, 每一相定子绕组产生的感应电动势undefined和定子每一相所加的电源电压undefined频率相同, 相位和幅值均不同。当电源断开时, undefined消失, 但由于电机的惯性旋转, 使得undefined不会马上消失。这必然对切换过程产生影响。变频器的工作原理决定其输出电压undefined和工频电压undefined的相位差具有随机性, 图中以ϕ角表示两者相位差 (0°～180°变化) 。

假定电机先变频运行, 变频向工频切换瞬间, 电机定子承受的总电压undefined。如果ϕ变化到使得undefined和undefined同相, 此时undefined已远远超过电机的额定电压, 必然会引起电机的过流和绝缘受损等严重的问题;如果使得undefined和undefined反相, 此时undefined即电机定子承受的总电压最小, 对电机的冲击最小, 该时刻为最佳切换点。但是由于定子感应电势难于检测, 最佳切换点实现起来较困难, 实际中如果我们把undefined与undefined同相位这一瞬间作为切换时刻, 此时电机定子承受的总电压也是非常小的。而且检测undefined的相位比起检测undefined来要容易得多, 而且更加可行。

2变频/工频同步切换方案

2.1变频/工频同步切换方案

该方案大致分为鉴频环节、鉴相环节和同步切换环节三部分。当变频器的输出频率和电网频率不一致时, 鉴频环节直接控制变频器的输出, 使变频器的输出频率相应的变化最终与电网近似同频。

要实现变频/工频的相位同步, 离不开锁相环控制。锁相控制就是利用锁相环路 ( PLL) 通过让变频电源的相位自动跟踪工频电源的相位, 达到“锁定”状态, 从而为同步切换创造条件。锁相环主要由鉴相器 ( PD) 、环路滤波器 (LF) 和压控振荡器 (VCO, 这里即为变频器) 三个部分组成[4,5]。

鉴相调节环节基于“差频同相检测”原理, 采用锁相闭环控制技术, 其输出实时地控制变频器的输出频率变化。鉴相调节环节的控制思路是:当变频器输出信号的相位滞后工频时, 鉴相调节环节使变频器的输出频率抬升, 周期减小;当变频器输出信号的相位超前工频时, 鉴相调节环节使变频器的输出频率降低周期增大。最终动态PI调节实现变频工频的锁相同步。

2.2关键器件选型

PLC型号:S7-200系列CPU224AC/DC/Relay; 模拟量扩展模块。

变频器型号:FRN2.2G11S-4CX。

3同步切换控制系统的实现

变频/工频同步切换系统的硬件主要由电网相位检测电路、变频器输出PWM的相位检测电路、PLC及扩展模块的外围电路、变频/工频同步切换主电路等几部分构成。

3.1工频相位检测

工频相位检测电路是将工频电网正弦交流信号转换成方波信号, 具体电路如图3所示。

由于第一级电压比较器的输出方波会产生凸峰, 且后续的负载越重, 产生的凸峰越严重, 电压被拉得越低。因此接入第二级电压比较器消除凸峰获得较理想的方波信号。

3.2变频器输出PWM相位检测

图4为变频器PWM相位检测电路图。光耦用以实现强弱电隔离。其输入侧接变频器输出的线电压, 由于变频器输出的线电压较高, 防止发光二极管被击穿, 在光耦输入回路串联大功率二极管, 同时对光耦也起到一定的保护作用。

3.3PLC模块外围构成

如图5所示, I0.1、I0.2分别接工频检测方波和变频器输出PWM的检测方波;Q0.1、Q0.2分别接工频接触器线圈KM1和变频接触器线圈KM2;EM235输出接入变频器的压频控制端 (VCO) [6]。

4PLC软件编程及实验结果

4.1PLC软件编程实现

设计编程思路如下:

(1) 利用PLC的PTO功能输出不间断的高频脉冲, 以此作高速计数器的脉冲输入;

(2) 变频、工频相位检测电路的输出方波接入PLC的输入端, 设定PLC的脉冲捕捉功能;

(3) 设置输入的上升沿中断, 利用中断来控制高速计数器 (HSC) 的启动、停止, 完成基本的计数功能。从而为下一步做好充分的准备;

(4) 建立在对高速计数灵活控制的基础上, 完成测量工频、变频、相位差的子程序的编写;

(5) 利用子程序及中断的嵌套和调用完成鉴频调节子程序、鉴相PI调节子程序、切换主程序的编写。这样就可初步实现先鉴频后鉴相、同步延时切换的功能。

无论是工频相位采集电路还是变频器输出相位采集电路, 都用到滤波电容及过零比较器, 因此采集电路的输出信号必然出现滞后。实际测量中, 鉴相PI调节子程序中已解决相位的补偿问题。

4.2系统的实验结果

(1) 工频方波相位检测

从波形图6可看出, 工频方波较工频正弦波存在一定的相位滞后。前面已从理论角度分析其原因。可以通过软件实现补偿。

(2) 变频方波的相位检测

(3) 鉴相PI调节测试

图8所示为鉴相PI调节达到稳态后的上升沿锁相同步波形。

图中1通道为工频方波, 2通道为变频方波。当PI调节器输出稳定时, 两信号相位基本达到同步。这正是积分调节在起作用:积分效果的不断累积, 使静差 (相位差) 逐渐减小并最终消除。

(4) PI参数的选定

经过多次重复试验, 最终确定当Kp, KI分别为0.35, 0.005时, 相位追踪较快, 稳定 (同步) 时的相位波动幅度较小 (-0.2ms～0.2ms之间) , 对应的相位偏差角度为-3.6°～3.6°。精度已经满足切换的要求。

5结论

本设计方案依然存在一些不足之处:系统虽然能够实现变频/工频的同步软切换操作, 有效克服切换过程中的过电流问题。但控制系统中没有涉及到电压幅值的问题, 当电网电压过高或过低时, 只要同频同相条件满足, 本系统就会切换, 这可能对电机和变频器造成一定的危害。总之, 鉴于时间和精力有限, 本设计还有很多不尽如人意的地方, 一些理论方面研究还不够深入, 许多研究内容值得进一步探讨和完善。

参考文献

[1]苗立林.电动机变频/工频自动转换的新思路与新产品[J].电气传动, 2003 (4) :63～64.

[2]Xu Furong.Exploration of Output Switching for the Frequency Inverters.Electric Drive Automation, 2002, 24 (4) :19～25.

[3]Chen Yong.Study on the Existed Problems in Switch fromFrequency Con-version to Working Frequency in Powerful Alternate Current Asynchronous Mo-tor.Sichuan Electromechanical Institute of Vocation and Technology, 2007, 34 (5) :19～20.

[4]陈世伟.锁相环路原理及应用[M].北京:北京兵器工业出版社, 1990:18.

[5]朱洪波, 于庆广, 李锫等.高压变频器与工频电源之间软切换方式的研究[J].电力系统自动化, 2004, 28 (6) :91-93.

PLC同步控制系统 篇8

关键词：PLC,可控制编程器,电机同步运转

0 引言

当前, 随着社会分工的细化, 人类对于控制技术的发展有着迫切的需求。进入21世纪以来, 各国科学技术发展迅速, 对于生产电机控制方面也取得了突飞猛进的发展, 其中一项重大突破就是电机的同步技术。而PLC (Programmable Logic Controller, PLC) 技术的应用则是实现智能化电机同步控制的重大突破。PLC是指可编程逻辑控制器, 它采用一类可编程的存储器, 用于其内部存储程序, 执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令, 并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。也可以简单的理解它是PC机上的CPU, 可以通过模拟式输入指令及数字信息来对各种不同的生产机械进行电脑智能化控制的监控装置。

在工业方面, 机床的供给系统的控制, 自动化生产线的自动运转的控制, 以及其它各种自动控制的系统, 都离不开PLC控制技术。尤其是机床的供给系统, 它需要极强的同步控制, 它的同步精度直接影响产品的质量好坏, 人类在如何控制电机同步方面做了大量努力, 而PLC控制电机同步技术的出现, 给我们实现高精度控制带来了曙光, 为我们的工业发展提供了重要支撑。在另一方面, PLC控制电机同步技术也为我们的生活带来了巨大的变化, 我们生活中常见的电梯、自动洗衣机、空调等用品的自动控制系统也是由PLC控制电机同步技术来实现的。

1 应用实验

1.1 控制方案

1.1.1 硬件准备

为了清楚地研究电机同步技术, 需要准备必要的硬件设备。系统的主要硬件设备包括:PLC可控制编程器1个、小功率5 0W的AS型伺服电机1个, 触摸屏1个, 通信总线若干。其中最重要的是PLC和伺服电机。首先我们选择合适的PLC, 因为在研究中PLC要与伺服电机进行配合实现不同状态下的运动速度控制, 所以必须在PLC内设置一定的程序。

1.1.2 方案设计

如图1所示, 以触摸屏为输入口, 将信息指令从这里输入, 再通过通信总线进行指令传输, 最终送到PLC控制器。PLC控制器进行逻辑运算并将运算结果通过通信总线传输给伺服电机的控制器, 伺服电机控制器再次进行运算, 将结果传输给伺服电机, 控制伺服电机的转速。同时, 伺服电机通过测速的反馈元件将电机现行的转速信息反馈给伺服控制器, 这样就形成了伺服电机的闭环控制系统, 达到了转速稳定的效果。

1.2 控制过程

在进行控制时首先在触摸屏的对话框中输入一个四位数值, 即设定电机的转速。但经过测试显示, 屏幕所输入的数值、整形数据与电机实际的运转过程中的转速并不完全相同, 甚至出现很大偏差。因此需要研究如何使电子转速与输入值相同的问题。通过实践得出以下关键数据, 即当整形数据为2711时, 实测转速为500。当整形数据为30854时, 实测转速为6000。500与6000是电机的最高转速与最低转速。由此可以进行数据公式的推导。得出如下公式:y=s.117x+152。其中y为输入的整形数据, x为电机的实际运转速度。由此, 即可以实现伺服电机转速的精确控制。

1.3 实验结论

实验中共测试了15组数据, 通过数据采集与计算得出PLC在控制电机同步的误差范围在0.05%以内。可以得出以下结论:PLC在控制电机同步方面具有非常大的优势, 它不仅可靠性强, 操作方便, 易于控制, 而且在控制精度方面, 目前比其它的所有可编程控制技术的效果都好。

2 结语

随着电子时代的发展, 人类对于自动控制相关电器需求的不断增长, 必然会使得同步控制技术向着新的高峰攀登。当前, PLC可控制编程器在控制电机同步运转技术中的应用被广泛应用于自动化电梯控制、工业机床等各方面。PLC技术以其误差小、稳定性高、可靠性强的优势不仅在当前工业发展中起着重要的支撑作用, 也必将在未来的科技发展中起到重要的作用。

参考文献

[1]吴平, 马敏肖, 王根永, 张江涛.西门子S7-200 PLC与台达变频器的通讯控制与应用[J].科技信息 (科学教研) , 2007 (21)

[2]林建华, 麻红昭, 张伟, 张华.基于PLC和模糊自整定参数的纸张烘干同步控制系统[J].制造业自动化, 2006 (1)

[3]王华军.一种简单实用的变频器应急备份应急电路[J].中国科技信息, 2011 (10)