高級(jí)工程師職稱論文范文
摘要：隨著信息化時(shí)代的到來，在工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)工業(yè)控制要求也越來越高，特別是對(duì)電動(dòng)機(jī)速度的控制要求尤為突出，因而研究出了更多的交流調(diào)速方法。其中，PLC的可靠性高、系統(tǒng)設(shè)計(jì)強(qiáng)、維護(hù)方便等的特點(diǎn)，與組態(tài)軟件、變頻器等有機(jī)結(jié)合，能夠有效控制電動(dòng)機(jī)速度。本文對(duì)PLC與組態(tài)軟件應(yīng)用于動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行多方面分析和總結(jié)，供參考。
關(guān)鍵詞：PLC,組態(tài)軟件,電動(dòng)機(jī),變頻調(diào)速
抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高、容易改造、建造工作量小、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、維護(hù)方便等是PLC的主要特點(diǎn)。本文將三相異步電動(dòng)機(jī)作為被控對(duì)象，并主要介紹了怎樣應(yīng)用PLC與變頻器、組態(tài)軟件等實(shí)現(xiàn)對(duì)此電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速控制。組態(tài)軟件主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集和過程控制，它們組成自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層的一級(jí)開發(fā)環(huán)境和軟件平臺(tái)，其組態(tài)方式十分靈活，給用戶進(jìn)行工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控提供了快捷、方便的通用層次的軟件工具，不僅使操作人員的工作環(huán)境得到改善，工作的安全性得以提高，同時(shí)也促進(jìn)了生產(chǎn)效率的提高。
1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體構(gòu)架
此系統(tǒng)的控制平臺(tái)主要由遠(yuǎn)程監(jiān)控層、上位機(jī)監(jiān)控層以及PLC控制層組成，如圖1所示。
圖1電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)
經(jīng)總體分析與總結(jié)系統(tǒng)各個(gè)方面，對(duì)此變頻調(diào)速器進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程主要分為以下三方面：
第一，基層PLC加變頻器進(jìn)行三相異步電動(dòng)機(jī)的控制得以實(shí)現(xiàn)
第二，要實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的監(jiān)控，主要是基于MCGS基礎(chǔ)上使得上位機(jī)PC機(jī)與PLC之間的通信連接。
第三，遠(yuǎn)程控制通過IE瀏覽器實(shí)現(xiàn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)基本B/S模式進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。在上位監(jiān)控層中，PC機(jī)進(jìn)行MCGS網(wǎng)絡(luò)版組態(tài)軟件運(yùn)行，一方面基于TCP/IP協(xié)議，MCGS網(wǎng)絡(luò)版組態(tài)軟件只需在客戶端上運(yùn)行IE瀏覽器，便可完成整個(gè)系統(tǒng)相關(guān)的信息收集與發(fā)布，使得網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)能夠有效控制或?yàn)g覽現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。另一方面此組態(tài)軟件還可以作為PLC下位機(jī)的組態(tài)平臺(tái)和監(jiān)控平臺(tái)。
2、PLC與變頻器實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速
為實(shí)現(xiàn)對(duì)此電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速控制，主要采用了無極調(diào)速、八段速以及光電編碼器的閉環(huán)控制法進(jìn)行有效控制電動(dòng)機(jī)。
2.1無極調(diào)速控制
為實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制，本控制方案主要采用的是PWM技術(shù)，此技術(shù)具有控制靈活、簡單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到電力電子技術(shù)的控制方案中，逐漸成為人們研究和關(guān)注的熱點(diǎn)。
本方案功能的實(shí)現(xiàn)是結(jié)合組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)，主要輸入一個(gè)頻率在上位機(jī)組態(tài)的界面上，運(yùn)行這一頻率進(jìn)行電動(dòng)機(jī)控制。其實(shí)現(xiàn)過程具體如下，首先在軟件編程中應(yīng)用PLC輸出PWM脈沖，與變頻器相連接，對(duì)電路端子中的八號(hào)端子進(jìn)行控制。通過改變PWM脈沖的占空比實(shí)現(xiàn)變頻器輸出頻率的改變。這樣在組態(tài)軟件中對(duì)PWM脈沖的占空比進(jìn)行設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的確定。
2.2八段速控制
采用八段速控制主要是通過一個(gè)按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)一中電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。此方法是設(shè)定八個(gè)頻率在變頻器中，通過PLC中的八個(gè)控制按鈕分別輸入一種頻率輸出。其具體操作過程是，首先進(jìn)行PLC梯形圖程序的編寫，保持輸出端子的輸出狀態(tài)組合為八種狀態(tài)，在每個(gè)狀態(tài)下采用一個(gè)控制開關(guān)，這八個(gè)控制開關(guān)分別控制了PLC的八種輸出狀態(tài)。然后按順序連接變頻器的控制電路端子與PLC的三個(gè)輸出端子。設(shè)定變頻器參數(shù)，對(duì)各個(gè)狀態(tài)頻率的輸出大小進(jìn)行確定，實(shí)現(xiàn)一個(gè)控制開關(guān)控制一種變頻器的輸出頻率，最后連接電動(dòng)機(jī)與變頻器，通過控制這八個(gè)控制開關(guān)的通斷情況，PLC有效控制電動(dòng)機(jī)的八段速得以實(shí)現(xiàn)。其控制程序如圖2所示。
圖2八段速程序
2.3光電編碼器的閉環(huán)控制
把增量式光電編碼器當(dāng)做閉環(huán)控制的反饋輸入是本方案實(shí)施思路。其具體實(shí)現(xiàn)過程如下，首先應(yīng)用PLC控制好電動(dòng)機(jī)，保持一定速度運(yùn)轉(zhuǎn)，采用光電編碼器對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生的脈沖數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)將檢測(cè)信息傳送至PLC。然后將PLC變成將收到的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并對(duì)轉(zhuǎn)速值與電動(dòng)機(jī)預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，如果存在偏差，可通過PID算法消除誤差，讓電動(dòng)機(jī)保持在規(guī)定的轉(zhuǎn)速值內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)。
3、監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1觸摸屏控制設(shè)計(jì)
首先應(yīng)選擇一個(gè)型號(hào)的觸摸屏，根據(jù)其在計(jì)算機(jī)上支持的軟件設(shè)計(jì)的相關(guān)說明、各個(gè)控制、報(bào)警畫面等，進(jìn)行觸摸屏下載，然后通過電纜與PLC連接，兩者相互通信實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的加速、減速、正反轉(zhuǎn)、啟停、等的控制。當(dāng)觸摸屏上電后，能夠自動(dòng)進(jìn)入到設(shè)計(jì)的相關(guān)畫面，根據(jù)需要，操作人員可以通過人機(jī)交互有機(jī)結(jié)合的方式直接對(duì)下位機(jī)PLC實(shí)施控制功能，提高系統(tǒng)的可靠性。
3.2基于MCGS組態(tài)軟件的上位機(jī)監(jiān)控
此組態(tài)軟件系統(tǒng)主要是基于PC硬件，在windows平臺(tái)上運(yùn)行的一種組態(tài)軟件，運(yùn)行環(huán)境與開發(fā)環(huán)境構(gòu)成MCGS組態(tài)軟件系統(tǒng)，其中，組態(tài)運(yùn)行環(huán)境主要負(fù)責(zé)組態(tài)軟件與PLC的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，實(shí)時(shí)對(duì)變量的數(shù)值進(jìn)行更新，系統(tǒng)歷史記錄查詢、報(bào)警顯示、趨勢(shì)曲線等功能由該組態(tài)軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，并能生成歷史數(shù)據(jù)文件，便于以后查詢使用。此外，畫面開發(fā)系統(tǒng)建立起來的相關(guān)圖形也是通過組態(tài)運(yùn)行環(huán)境顯示出來。畫面開發(fā)環(huán)境主要是應(yīng)用程序的集成環(huán)境，變量的定義、界面設(shè)計(jì)等工作主要在這個(gè)環(huán)境中進(jìn)行，具有科學(xué)的圖形生產(chǎn)功能。組成變量的數(shù)據(jù)類型有多種，可以科學(xué)合理的對(duì)被控對(duì)象的特性進(jìn)行抽象發(fā)揮，能夠簡單操作數(shù)據(jù)的安全防范、過程記錄、趨勢(shì)曲線、報(bào)警等重要功能。此系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟如下：
首先，打開裝有MCGS網(wǎng)絡(luò)版組態(tài)軟件的計(jì)算機(jī)，打開此軟件并在此軟件上建立一個(gè)工程項(xiàng)目，應(yīng)用組態(tài)軟件中的繪圖工具在操作界面上構(gòu)件監(jiān)控系統(tǒng)。
其次，建立一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫在組態(tài)軟件中，便于PLC與MCGS之間數(shù)據(jù)交換的實(shí)現(xiàn)。
最后，建立PLC與MCGS之間的通信連接，PC上位機(jī)與PLC之間的連接通過松下編程電纜實(shí)現(xiàn)。將松下PLC與通用串口父設(shè)備加入到組態(tài)軟件的設(shè)備窗口之中，進(jìn)行通訊設(shè)置。組態(tài)完成后，系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的上位機(jī)的有效監(jiān)控。通信設(shè)置見圖表。
網(wǎng)絡(luò)版MCGS組態(tài)軟件具有互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程瀏覽功能，能夠通過IE瀏覽器操作控制和遠(yuǎn)程瀏覽所建立的工程項(xiàng)目。此方法只需打開上位監(jiān)控的PC機(jī)的組態(tài)軟件運(yùn)行便可，既方便又實(shí)用。對(duì)于遠(yuǎn)程用戶，僅需要將IE瀏覽器打開，在網(wǎng)頁的地址欄中輸入工程項(xiàng)目運(yùn)行的用戶的IP，便可以對(duì)此計(jì)算機(jī)直接訪問。其具體操作時(shí)在操作界面上，輸入用戶的用戶名和密碼，系統(tǒng)自動(dòng)登陸到服務(wù)器，便能實(shí)現(xiàn)對(duì)工程項(xiàng)目中的組態(tài)畫面直接瀏覽，根據(jù)具體需要，獲取相關(guān)信息，采用此瀏覽器，實(shí)現(xiàn)了資源共享、及時(shí)獲取信息的目的，為遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了另一個(gè)有效平臺(tái)。如果用戶具有控制權(quán)限，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能，只需基于MCGS網(wǎng)絡(luò)版平臺(tái)，打開瀏覽器，登錄到相關(guān)頁面，管理和監(jiān)控權(quán)利范圍內(nèi)眾多內(nèi)容，遠(yuǎn)程監(jiān)控功能得以實(shí)現(xiàn)。其原理如圖3所示：
圖3基于MCGS組態(tài)軟件的IE瀏覽器遠(yuǎn)程控制原理
4、結(jié)語
通過采用PLC與組態(tài)軟件系統(tǒng)，運(yùn)行變頻器，完成對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的有效控制，大大減少了硬件電路設(shè)計(jì)程序。同時(shí)，此系統(tǒng)與當(dāng)前廣泛應(yīng)用的觸摸屏以及組態(tài)軟件技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步提高了控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，其操作簡單、抗干擾能力強(qiáng)、維修方便、直觀的特點(diǎn)，使操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大大減輕，提高了工作效率，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。
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