隨著西門子plc pid控制調(diào)節(jié)，三相異步電動機(jī)調(diào)速技術(shù)的不斷發(fā)展，plc控制系統(tǒng)設(shè)計的性能取得很大的進(jìn)步。交流異步電動機(jī)由于成本低，結(jié)構(gòu)堅固，應(yīng)用日益廣泛。在交流逆變器的許多應(yīng)用中，提出了電動機(jī)的調(diào)速性能和定位性能。在上述應(yīng)用中，異步電動機(jī)有其獨(dú)特的高功率、高成本性能的優(yōu)點(diǎn)，但其調(diào)速性能和定位性能并不完善，需要進(jìn)一步提高。
提出了一種基于plc硬件平臺的異步電動機(jī)綜合控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了異步電動機(jī)的速度控制和位置控制，不增加硬件投資，采用模糊控制策略，達(dá)到一定的控制精度。
一、硬件設(shè)計
三相異步電動機(jī)西門子plc控制系統(tǒng)如圖1所示。圖1中，主機(jī)和PLC通過逆變器控制異步電動機(jī)的速度和位置。通過西門子plc根據(jù)脈沖數(shù)可以獲得異步電動機(jī)的速度和位置信號。脈沖計數(shù)由PLC完成，并繼續(xù)與主計算機(jī)通信，以將計數(shù)值發(fā)送到主計算機(jī)。主計算機(jī)根據(jù)從PLC發(fā)送的脈沖計數(shù)值獲得速度和位置信息。根據(jù)不同的控制策略，獲得輸出控制量 - 速度參考值，然后傳送給PLC，速度由PLC A / D轉(zhuǎn)換模塊給出。該值的模擬值被發(fā)送到變頻器的模擬控制端子以進(jìn)行控制，以形成閉環(huán)控制。
在系統(tǒng)測試中，異步電動機(jī)采用yza5*的三相180w異步電動機(jī)，額定電壓380v，額定頻率50hz，額定速度1400r/min，額定電流0.66a；旋轉(zhuǎn)式編碼器使用e6b2-cwz6c三相旋轉(zhuǎn)式編碼器，分辨率為1000p/r（上下計數(shù)方式可達(dá)4000p/r），額定電壓為5vdc-5＆amp;lt;unk＆amp;GT;~24vdc+5＆amp;lt;unk＆amp;GT；還有一個開放式集電極輸出；逆變器是西門子的微型處理器440；plc使用西門子s7-200plc。
在開環(huán)控制條件下，微主440逆變器可通過bop板或數(shù)字輸入端口接收啟動、停止、轉(zhuǎn)發(fā)和反向命令，控制電機(jī)運(yùn)行模式，并通過bop板模擬輸入端口和數(shù)字輸入端口。接收速度調(diào)整指令有三種方式。系統(tǒng)實現(xiàn)了閉環(huán)控制。因此，plc的plc輸出端口將電機(jī)運(yùn)行模式的控制指令發(fā)送到逆變器的數(shù)字輸入端口，并將模擬輸入從plc a/d轉(zhuǎn)換模塊的輸出端口發(fā)送到逆變器。端口發(fā)送速度調(diào)整命令。
西門子plc提供RS232C通信端口，通過電纜連接到主機(jī)串行端口，形成一個簡單的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。工控機(jī)實現(xiàn)監(jiān)控功能，包括現(xiàn)場設(shè)備通訊和遠(yuǎn)程操作功能，控制命令和參數(shù)的輸入，復(fù)雜控制算法的實現(xiàn)，實驗結(jié)果曲線的顯示，數(shù)據(jù)的存儲和打印。主計算機(jī)和PLC之間的通信使用以太網(wǎng)要求的固定格式通信協(xié)議。
二、軟件實現(xiàn)
1、執(zhí)行通信和監(jiān)控功能
為了實現(xiàn)西門子plc與主機(jī)之間的通信功能，必須分別設(shè)置plc與主機(jī)。在西門子plc中，需要設(shè)置系統(tǒng)存儲區(qū)域的相關(guān)字節(jié)來確定通信幀格式，例如baud速率、起始位、數(shù)據(jù)位和串行通信的停止位。例如，將波特率設(shè)置為：波特率9600k，偶數(shù)檢查，起始位1，位長7，停止位置2等等。在上位計算機(jī)中，利用西門子WINCC組態(tài)軟件，以實現(xiàn)通信和觸摸屏監(jiān)控功能。這里使用的是視覺基本語言。它使用方便，具有獨(dú)特的視窗優(yōu)秀的性能和圖形工作環(huán)境，編程簡單。在視覺基礎(chǔ)中，有一個特殊的串行通信控制，即mscomm通信控制，通過它可以設(shè)置通信框架格式，實現(xiàn)通信功能。步驟如下：
mscomm1.CommPort=1
mscomm1.Settings =“9600”;設(shè)置通信幀格式
mscomm1.port open=true；打開通訊端口
mscomm 1.非緩沖區(qū)=0;清除接收區(qū)
mscomm1.OutBufferCount = 0;清除緩沖區(qū)
mscomm1.inputmode=cominputmode文本；以文本形式檢索數(shù)據(jù)
主機(jī)有兩種方法來監(jiān)控西門子plc。首先，主機(jī)向plc發(fā)送初始命令，要求plc返回相關(guān)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，然后根據(jù)數(shù)據(jù)執(zhí)行結(jié)果顯示和控制操作，并向plc發(fā)送控制命令，直接更改plc的數(shù)字或模擬輸出以達(dá)到速度。和位置控制；二是plc主動向主機(jī)發(fā)送初始命令，以提供相關(guān)的操作數(shù)據(jù)。主機(jī)接收數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)執(zhí)行結(jié)果顯示和控制操作。這里使用的是前者。
為了匹配西門子plc的通信數(shù)據(jù)格式，主機(jī)發(fā)送的命令格式如下：
send命令必須以@開頭，節(jié)點(diǎn)號表示與主機(jī)通信的PLC。標(biāo)題代碼是兩個字符的命令代碼，正文文本設(shè)置命令數(shù)據(jù)，F(xiàn)CS是一個組檢查序列。
plc響應(yīng)格式如下：
隨著代碼返回完成狀態(tài)（是否發(fā)生錯誤）并僅在有數(shù)據(jù)時返回正文。當(dāng)數(shù)據(jù)長度超過131個字符時，可以作為數(shù)據(jù)包傳輸。 PLC返回的數(shù)據(jù)為ASCII格式。由于@，節(jié)點(diǎn)號，F(xiàn)CS，終結(jié)符等被自動添加，因此必須在主計算機(jī)中編寫相關(guān)處理程序以在正常通信條件下攔截所需的數(shù)據(jù)內(nèi)容。
2?？刂扑惴ǖ膶崿F(xiàn)
主機(jī)具有強(qiáng)大、快速的計算能力，可以方便地實現(xiàn)pid算法、模糊控制算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法和遺傳算法等多種控制策略。
2.1速度控制算法
三相異步電動機(jī)模型是一個高階非線性強(qiáng)耦合多變量模型[1]。在控制中需要考慮許多因素。例如，轉(zhuǎn)子電壓、頻率、磁通量與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和位置之間的相互作用是耦合的。繞組具有電磁慣性。轉(zhuǎn)子具有機(jī)電慣性。轉(zhuǎn)子電阻隨溫度變化。負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動慣量?？赡軙l(fā)生其他隨機(jī)干擾。這些因素的影響給控制帶來困難。傳統(tǒng)的控制方法難以達(dá)到高精度。模糊控制算法不需要對象精確數(shù)學(xué)模型的控制，對被控對象參數(shù)的變化不敏感，具有較強(qiáng)的魯棒性。因此，將變頻器和異步電動機(jī)作為一個整體，利用西門子plc pid控制算法實現(xiàn)速度控制。
同時，考慮到西門子plc pid控制系統(tǒng)運(yùn)算是一個閉環(huán)系統(tǒng)，能達(dá)到自己設(shè)定的速度。通過圓周率控制，當(dāng)誤差很小時，穩(wěn)態(tài)精度較高[2,3]，因此將增量圓周率控制策略引入模糊控制器，為了提高模糊控制器的穩(wěn)態(tài)性能，提出了模糊π復(fù)合控制方法。基于模糊圓周率復(fù)合控制的異步電動機(jī)速度控制系統(tǒng)如圖2（a）所示。實驗結(jié)果如圖2（b）所示（給定速度為100/min，采樣周期為t=150ms，轉(zhuǎn)速誤差≤1.0）。轉(zhuǎn)移/點(diǎn)數(shù)）。
基于比例因子自調(diào)整的模糊控制系統(tǒng)如圖3（a）所示。實驗結(jié)果如圖3（b）所示（電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為0°，采樣周期為t=150ms，位置誤差≤0.09°，即位置間隔為1計數(shù)脈沖）。
三、結(jié)語
西門子plc具有較高的可靠性和較強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛應(yīng)用于嚴(yán)酷的工業(yè)生產(chǎn)中。本文以西門子plc pid控制的硬件平臺為基礎(chǔ)，充分利用西門子plc控制器，設(shè)計了異步電動機(jī)的速度和位置綜合plc控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了比較高的控制精度，在實際應(yīng)用中有很高的參考價值,如果大家有這方面的疑問或問題,請來電容感電氣,歡迎咨詢!
