应用PLC实现电机的变频调速和远程控制研究

摘 要：随着自动化理论的完善和发展，电机的变频控制同社会生产需求出现了严重的断层，因此，如何应用先进的计算机技术、自动化控制技术以及PLC技术实现电机的变频调速和远程控制是机电控制行业研究的关键所在。本文首先介绍变频器的原理和控制方式，并且在此基础上阐述变频调速原理、设计变频调速控制系统，然后介绍PLC的工作原理和功能，最后阐述PLC控制系统的结构，从而实现电机的变频调速和远程控制。

关键词：PLC 电机 变频调速 控制系统

中图分类号：TM921 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（c）-0128-01

1 变频器及变频调速技术

1.1 变频器的概念、原理及控制方式

1.1.1变频器的概念及原理

变频器是一种频率转换设备，目的是根据工业生产的需要将工频电源转化为不同频率的电源以实现电机的变速运行。变频器主要由三部分电路构成，分别为整流电路、直流中间电路和逆变电路，此外变频器还需要相关的辅助电路。

变频器可以分为交—直—交变频器和交—交变频器。二者的工作原理不同：交—直—交变频器需要先将工频电源通过整流电路整流为可控电压的直流，然后再通过逆变电路将直流转换为可变频率的交流；交—交变频器则将工频电流直接变换为可变频率的交流。

1.1.2变频器的控制方式

变频器的控制方式能够影响电机的调速水平和性能，因此使用变频器需要掌握可行、有效的控制方法，常见的控制方式主要包括四种，分别为V/f协调控制、直接转矩控制、转差频率控制和矢量控制。

1.2 变频调速技术及控制系统

磁通量的大小是影响电机运转效率的关键因素，因此为了提高电机的运转效率，需要确定磁通量的值，并且保持磁通量恒定。为了实现磁通恒定，需要改变定子电压，为了实现变频调速技术，需要不断的调节电机外加电压和定子电源的频率之间的比例关系。

变频调速控制系统的设计需要用到的元件包括：PLC控制器、变频器、交流电机以及旋转编码器。

2 PLC的工作原理、功能及控制系统的构成

2.1 PLC的工作原理

可编程控制器的缩写是PLC，其构成模块主要包括五部分，分别为CPU模块、输入模块、编程装置、输出模块和电源组成。PLC在运转后要执行三个阶段的工作，即输入采样、用户编程执行以及输出刷新。PLC的工作原理是：在输入采样阶段，PLC通过扫描功能将输入的数据和信息存放在输入状态寄存器中，然后用户编程相应的执行程序，经过CPU处理后，相应的数据和信息通过输出刷新模块传送到现场执行机构，从而实现PLC的控制。

2.2 PLC的主要功能

PLC在电机变频调速控制过程中的主要功能包括以下几点。

第一，定时控制。PLC能够通过时间设定完成工序的定时控制工作，从而实现时间定额；第二，计数控制、数据控制。由于电机的变频调速需要掌握给定速度与反馈速度之间的误差，因此PLC的计数功能能够很好的实现计数储存和误差控制；第三，顺序控制、逻辑控制。PLC能够根据工序的运转顺序进行逻辑控制，从而避免工作紊乱。

2.3 PLC控制系统的构成

一般情况下，使用PCL可以构成多种多样形式的控制系统，以下几种就是我们通常所使用的PLC控制系统。

2.3.1单机控制系统

单机控制系统是一种较为普遍的，使用比较广泛的PLC控制系统。这一控制系统是使用一台PLC只控制一个对象，所要求的I/O点数和存储器容量比较小，其优势在于：没有PLC的通信问题，在采样条件和执行机构方面比较集中，而且控制系统的构成方面比较简单明了。因为PLC所控制的对象较为明确，所以单机控制系统要完成的功能一般会比较确定，在I/O点数和存储器容量等参数的裕量只要适中就可以了。

2.3.2集中控制系统

集中控制系统，顾名思义就是使用一台功能强大、分工明确的PLC监视和控制多个机器设备，从而打造成为中央集中式的计算机控制系统。在该控制系统当中，每个机器设备之间的联络关系、连锁关系和运行顺序等都会统一在中央PLC的控制指导下完成。

通过分析可以得出单机控制系统相比，集中控制系统要更加经济实惠。但是集中控制系统还有诸多缺点：比如在控制系统运行过程中，只要其中某一个控制对象的控制程序改变时，就必须立刻停止正在运行的中央PLC，如此也就会导致其他的控制对象必须停止动作；再比如如果各个控制对象距离集中控制系统较远时，就会需要连接大量的电缆线，也就会相应的增加控制系统的成本。所以在应用集中控制系统时，要注意选择I/O点数和存储器容量时要留有足够的裕量，用以满足增加控制对象的实际要求，从而适应控制系统的改变。

2.3.3分散控制系统

分散控制系统就是指给每个控制对象设置一台PLC，而每台PLC之间可以通过信号来传递信息，从而进行内部连锁、响应和发令等等，还可以从上位机透过数据通信总线来进行通信。

通常情况下，分散控制系统会应用于多台机械生产线的控制，在各个生产线之间会有数据连接。与集中控制系统不同的是，在其中一台PLC需要停止运行时，不需要其他的控制对象停止运行，这是因为每个控制对象都是通过自己的PLC来控制运行。同时分散控制系统的可靠性要比集中控制系统更强。因为在具备同样的I/O点数时，分散控制系统尽管会多用几台PLC致使成本过高，但是在维护、试运转和增设控制对象等方面来看要更加灵活多变，控制系统的总体成本较为科学合理。

3 结语

应用PLC实现电机的变频调速和远程控制系统，具有着功能齐全、简单有效、调试方便等优势。本文通过对变频器的原理及控制方式和变频调速原理及设计变频调速控制系统的简单介绍，和对于PLC的工作原理、功能、控制系统的结构的明确阐述，让我们对实现电机的变频调速和远程控制有了深刻的认知，也为以后相关的工作事宜提供了线索。

参考文献

[1] 刘思，张加胜.基于PLC控制的电机变频/工频同步切换[J].电气自动化，2011（1）.

[2] 陆静逸，杨风，郭名君.基于PLC的模糊变频无级调速系统[J].电子测试，2012（2）.