直流电机调速的PLC控制

1、直流电机调速的 PLC 控制背景：使用直流电机有许多优点如： 电机调速经济， 控制方便； 机械特性较硬，稳定性较好； PLC 电动机转速控制可以完成 了液位控制、直流电动机旋转控制组态图，使得操作人员通 过计算机屏幕对现场的运行情况一目了然。用户可以通过组 态图随时了解、观察并掌握整个控制系统的工作状态，必要 时还可以通过界面向控制系统发出故障报警，进行人工干 预。一、硬件输入输出接口电路实际上是 PLC 与被控对象间传递输 入输出信号的接口部件。输入输出接口电路要有良好的电隔 离和滤波作用。1.输入接口电路 输入输出信号分为开关量、模拟量及数字量。可编程控 制器的一个重要特点就是所有的输入输

2、出信号全部经过了 隔离，无论任何形式的输入输出最终都是经过光电偶合口或 继电器将信号传入/送出PLC。由于生产过程中使用的各种开 关、按钮、传感器等输入器件直接接到 PLC 输入接口电路上， 为防止由于触点抖动或干扰脉冲引起错误的输入信号，输入 接口电路必须有很强的抗干扰能力 1 。2.输出接口电路 根据驱动负载元件不同可将输出接口电路分为三种形 式：一种是继电器输出型， CPU 接通继电器的线圈，继而吸 合触点，而触点与外线路构成回路；另一种是晶体管输出， 它是通过光偶合使开关晶体管通断以控制外电路；再一种就 是可控硅输出型，这里的可控硅是采用光触发型的。二、软件 第一部分为系统监控程序。它

3、是每一个可编程控制器成 品必须包括的部分，是由可编程控制器的制造者编制的，用 于控制可编程控制器本身的运行。另一部分为用户程序。它 是由可编程控制器的使用者编制的，用于控制被控装置的运 行。这里主要介绍监控程序。系统管理程序是监控程序中最重要的部分，整个可编程 控制器的运行都由它主管。管理程序又分为三个部分：第一部分是运行管理，控制可编程控制器何时输入、何 时输出、何时自检等等，进行时间上的分配管理。第二部分 进行存储空间的管理， 即生成用户环境， 由它规定各种参数、 程序的存放地址，将用户使用的数据参数存储地址转化为实 际的数据格式及物理存放地址。第三部分是系统自检程序。它包括各种系统出错检

4、验、 用户程序语法检验、 句法检验等在系统管理程序的控制下，整个可编程控制器就能按部就斑 的正确工作了 2 。三、直流电动机 直流电动机的调速性能很好，启动转矩较大，特别是调 速性能为交流电动机所不及。因此，在对电动机的调速性能 和起动性能要求较高的生产机械上，大都使用直流电动机进 行拖动。（一）PWM 控制技术PWM （ Pulse Width Modulation ）控制就是对脉冲宽度进 行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等 效地获得所需要的波形。保持开关周期 T 不变，调节开关导 通时间 T 对脉冲的宽度进行调制的技术。 PWM 控制技术在 晶闸管时代就已经产生，但是最初

5、为了使晶闸管通断要付出 很大的代价，因而难以得到广泛应用。PWM 的基本原理是用改变电机电枢（定子）电压的接 通和断开的时间比（占空比）来控制电机的速度，在脉宽调 速系统中，当电机通电时，其速度增加；电机断电时，其速 度减低。只要按照一定的规律改变通、断电的时间，即可使 电机的速度达到并保持一稳定值 3 。（二）PWM 脉宽调制输出 为了简化位控应用程序的编程， STEP7-M/WIN 中提供 了位控编程向导，可以帮助用户在几分钟内完成全部PTO、PWM 的编程任务。PWM 可以用来控制电机转速从停止到目标速度的变化，也可以用来控制阀从关到开的位置变化。 PWM 的配置 非常简单，只需要在向导

6、中选中配置 PWM 并定义其周期时 间单位即可。（三）直流电动机旋转控制（1）系统的组成设定值： 0-10V 连续变化的电压模拟量；PWM ：电动机输入电压的占空比； DIR ：电动机正反转控制信号。PLS :电动机转动角度的测量（2）系统的特点 直流电机采用了 PWM 脉宽调制的方法对转速进行控 制，实现了电动机转速可调的功能。 PWM 脉冲是通过编程， 由PLC输出口 Q0.0或Q0.1来输出完成的，通过外加的驱动 电路来直接控制直流电动机的运转。 DIR 信号控制电动机的 正反转，为 0 时，电动机正转，为 1 时，电动机反转。旋转 圆盘的旁边安装了一个对射式的光电传感器，圆盘被黑条分

7、成了 20 等份，这样，根据光电传感器在圆盘旋转时接收到 的脉冲信号就可以计算出圆盘旋转的角度了。（四）电动机的正反转控制 要求:在电机正向旋转的时候，按下正反转开关，电机 先停止 3 秒钟后开始反方向旋转。当弹起正反转开关后，电机也先停止3秒钟后再改变方向运转。 PWM周期在100 2000 之间选择，占空比为 50%。表 1-1 I/O 分配（五）电动机的的模拟量开环转速控制 设定值为模拟量输入，用输入的 0-10V 对应 PWM 脉冲 的占空比 0-100% ，来控制输出给电动机的电压变化， 以达到 电动机转速模拟量开环控制的目的。表 1-2 I/O 分配直流电动机的 PID 闭环控制，设定值为模拟量输入，用 输入的 0-10V 对应 PWM 脉冲的占空比 0-1 00%，以光电计数 器 PLS 输入作为反馈信号， 进行 PID 运算，来控制输出给电 动机电压的变化，以达到电动机转速模拟量闭环控制的目 的。反应根据采样时间会有一定延迟。参考文献：1 耿文学编著 . 可编程序控制器应