基于PLC直流电机调速系统的设计

摘 要：本文从工程实践出发，采用西门子S7-200可编程序控制器，设计了直流电机的调速系统，对PLC进行了I/O点的分配，同时设计了PLC的外部接线图，并编写了控制直流电机的PLC程序。

关键词：直流电机；可编程控制器

引言：直流电机在电机调速系统中占有重要的地位，因为他的调速性能较好，不但调速方便，而且在磁场条件符合的情况下，电枢电压和转速成正比，转矩更易于被控制；起动性能较好，可以比较平滑调节速度。具有优良的动态特性。在挖掘机、轧钢机矿井卷机、造纸机和高层电梯等领域已经得到了广泛的应用。

一、直流电机调速的基本原理

直流电机可以分为三种，分别为串励直流电机，并励直流电机，他励直流电机。本文针对他励直流电动机调速进行设计。当有电流I流过电枢，将会产生电磁转矩，电机的转子开始转动，由于转子在磁场中处于通电状态，产生感应电动势。线圈进行转动的过程，当线圈处于该位置的时候，再转动180度，处于这两个状态的感应电动势是相反的。利用换向片使得输入电流的方向不变。载流导体在磁场中将会受到力的作用，若磁场与载流导体互相垂直，作用在导体上的电磁力大小为：F=B・l・I

气动机械手工作压力为0.6MPa，最高压力可达1Mpa。机械手具有二个直线运动和一个旋转运动自由度，用于将原工作台上的物品搬到其左侧工作台上。整个机械手在工作中能实现上升/下降、左旋转/右旋转、夹紧/放松功能。机械手的工作流程如图2所示。

二、他励直流电机的调速特性

直流电动机的转速n和其他参量的关系可表示为：n=■

式中 Ua――电枢供电电压（V）；

Ia ――电枢电流（A）；

Ф――励磁磁通（Wb）；

Ra――电枢回路总电阻（Ω）

由上面的公式可得他励直流电机的调速方式有以下3种：

1. 改变电枢电路串接电阻

2. 改变电动机主磁通

3. 改变电动机电枢供电电压

本文采用第三种调速方式。电源电压作连续变化时，转速可以平滑地进行无级调节，只能在额定转速以下调速；速度可调范围较大，适合于转矩不变的场合进行调速。

三、直流电机调速系统的设计

I/O分配表。当有正转信号I0.0时，直流电机开始以初始终速度转动，此时可以对直流电机的速度进行重新选择设定，通过手动对触摸屏输入新的速度值，并确定。直流电机转速立即改变为预置值。当正转信号I0.0或直流电机处于停车状态时，按下反转按钮，直流电机以初始速度进行反转。不管电机在何种状态下运转，当按下急停按钮时，电机立即停止运转，确保当危险情况出现的时候，电机能及时停止转动，避免危险情况的发生，对机器造成损坏或者造成人员的伤亡。

四、程序的设计及其调试

调试过程中，纠正了之前对编码器接线的误解。接线部分相对还是比较顺利的，通过这次接线加深了对NPN型和PNP型编码器接线的认识。接完线之后对程序进行调试的过程中，发现做程序的时候没考虑直流电机带有减速器，而且编码器不是直接安装在直流电机上，因为本次设计选的直流电机不是双出轴的直流电机，这样做反馈信号矫正的程序必须考虑该传动比，后期对程序进行的修改。最终调试成功。利用组态王软件可以在组态页面直接显示工作时间，直观显示直流电机的转速，可以实现异地控制。

可以做启动与停止的切换，在设置按钮按下后进行的命令语言，当＼＼本站点＼启动==1时，点击被设置的对象，＼＼本站点＼停止=1。对应本设计中PLC中的编程语言，和组态王中数据词典设置的变量，即当PLC程序启动运行的时候，按下被设置对象，PLC停止运行程序；当＼＼本站点＼启动==0时，点击被设置的对象，＼＼本站点＼启动=1。对应本设计中PLC中的编程语言，和组态王中数据词典设置的变量，即当PLC程序停止运行的时候，且PLC处于开机上电状态，按下被设置对象，PLC启动运行程序。

五、结束语

利用组态王软件组态可以做简单的人机界面，而且与PLC进行通信，实现计算机对PLC的实时控制和对PLC的远程监控。通过组态王软件可以自己编辑动画，形象地反馈系统的运行情况，在远程操作的过程中，使操作者能进一步理解整套工序的进行。组态王软件特别适合于按钮较多的场合，可以代替大部分按钮，这样不仅可以节省成本，还可以节省大量接线，使得设备更加简洁。

参考文献：

[1] 杨东， 黄永红， 张新华， 吉敬华. 用PLC基本指令实现自动运动定位控制的研究[J]. 微计算机信息， 2010， 26（2-1）： 62-64.

[2] 吕以全，徐钦民，张鹏. PLC应用PROFIBBUS对汽油机生产总装线系统的控制 南开大学学报自然科学版[J]. 第38卷增刊，2005.8