基于组态王的电机转速监控系统设计

李红萍，贾秀明，李艺鸿，贾秀杰，李兆瑞

(1.兰州石化职业技术学院 电子电气工程系，甘肃 兰州 730060:2.兰州石化公司，甘肃 兰州 730060;3.四川石化公司，四川 成都 611930;4.西北师范大学外国语学院，甘肃 兰州 730070)

0 引言

随着科学技术的发展，电动机控制技术已广泛应用于工业、农业、军事、航空航天以及日常生活的各个领域，在工农业生产方面，直流电机广泛用于电气和自动化控制及仪器仪表中[1];医用的各种仪器、手术工具中都用直流电机;电动机用途众多，大至重型工业，小至小型玩具都有其踪迹。自动控制水平的高低也是衡量一个国家科学技术先进与否的重要标志之一，为了提高电动机在应用中的自动化控制技术，本文提出构建基于组态王的电机转速监控系统的设想[2]。

1 系统概述

电机转速监控系统作为一个小型对象，系统由两个直流电机，直流调速电路等组成。测速单元用编码盘或专用编码器来实现，具有负载的功能;两个电机组成电动机－发电机模式，采用了电机联轴器;调速器采用2 V～10 V的电压控制，从而改变电机的转速;编码盘为6脉冲/转，配置光电耦合器测速[3]。

系统由光电耦合器、电机、PLC、EM235模拟量处理模块、调速模块等构成电机转速闭环控制系统，用组态王软件来监控电机的转速，实现对电机转速闭环控制系统的定值调节。

1.1 电机转速监控系统接线图

电机PLC控制系统接线如图1所示;监控计算机与PLC的连接采用PC/PPI电缆连接。

1.2 电机转速监控系统的控制原理

光电耦合器将电机的转速转换成脉冲信号送给高速计数器，在PLC程序中设计100 ms的中断程序读取高速传感器的当前值，并经过标度变换将其转换成0～1之间的实数送到PID模块，与设定值进行比较后对偏差进行PID运算，将运算结果转换成PLC的标准数字输出信号，经模拟量处理模块转换成4 mA～20 mA的输出信号送到调速器，从而使电机的转速稳定在设定值上。利用MCGS组态平台来实时地监控PLC中相关数据的变化，使电机转速监控系统的工艺生产状态在监控界面上真实地再现出来，以便操作人员监控工艺生产的各个参数[4]。

图1 电机PLC控制系统接线图

2 电机转速监控系统PLC控制程序设计

2.1 主程序

主程序实现PID参数初始化，指定采样周期，设置中断及中断时间，定义高速计数器，并启动高速计数器计数，其程序流程图如图2所示。

图2 主程序流程图

2.2 中断服务程序

中断服务程序实现数据采集、标度变换、PID运算、手/自动跟踪、手/自动无扰动切换、控制信号输出等功能，其程序流程图如图3所示。

3 电机转速监控系统的组

电机转速监控系统的组态主要包含I/O设备的连接、数据词典的创建方法、窗口界面的编辑、动画链接、实时曲线、历史曲线、报表、用户权限管理、策略组态、按钮、菜单、脚本程序等内容[5]。其中设备窗口的组态是连接和驱动外部设备的工作环境，在本窗口内对PLC进行连接与设置;数据词典完成工程中所有变量的设置与通道的连接，是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将组态王工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象[6];用户窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等，电机转速监控系统监控界面如图4所示。

图3 中断服务程序流程图

图4 电机转速监控系统监控界面

各按钮的命令语言如下:

4 系统调试及PID参数整定

系统调试:首先将电机转速PLC控制系统投入运行，反复调试PLC程序，直到达到电机转速监控系统的控制要求为止;其次将MCGS监控系统投入运行;在开环状态，将手自动切换按钮置于手动方式，调试测量值和输出值使其功能正常;在闭环状态，将手自动切换按钮置于自动方式，调试控制系统使其控制效果达到控制要求[7]。

系统采用PI调节规律，参数整定步骤如下:首先将控制器设置为纯比例作用，并将比例度放到100%上[8]。在系统稳定后，加入阶跃干扰，观察被控变量记录曲线的衰减比，然后逐步减小比例度，直至出现4∶1衰减曲线[9];根据经验公式，算出控制器的P、I参数值，观察被控变量记录曲线的衰减比，不断调整参数，直到出现 4∶1 衰减曲线为止[10]。

5 结束语

基于组态王的电机转速控制系统的应用，可实时地监控现场电动机的运行状态，系统经调试及参数整定后，可根据需要将电动机的转速稳定到设定值上，具有可靠性高、成本低、通用性强、功能扩展方便等特征，有良好的应用价值和市场前景;同时可为计算机控制系统的普及应用提供借鉴，企业可充分利用现有的设备，追加少量的投资即可组建计算机监控系统，提高了企业的自动化水平。

[1]庹朝永.基于单片机的直流电机PWM调速系统设计与开发[J].煤炭技术，2011，30(6):62 －63.

[2]王之道，周靖，刘旭.一种基于 AT89C2051单片机的直流电机调速装置[J].机械工程与自动化，2009，38(05):151 －152.

[3]岳东海，颜鹏.直流电机PWM无级调速控制系统设计[J].价值工程，2010，29(2):135－136.

[4]樊学能.基于PID算法的直流电动机调速系统的设计[J].电气技术与自动化，2011，40(3):175 －178.

[5]蒋益兴.采用STC12C5404AD的遥控直流电机PWM调速系统设计[J].江苏技术师范学院学报，2009，15(3):36－40.

[6]冉振亚，陈方辉，汪仁志，等.基于单片机的电动车永磁直流电机控制系统设计[J].机械工程与自动化，2009，38(6):123 －125.

[7]田云，史洁.基于51单片机的直流电机调速的方法[J].鸡西大学学报，2010，10(4):51 －52.

[8]郑飞，姜学东.嵌入式PID控制器及显示系统的设计[J].微计算机信息.2009，10(2):63 －64.

[9]张亚闽，王福明.基于PLC-PID参数整定的锅炉水温控制系统[J].电气技术，2011，12(6):22 －25.

[10]肖艳军，李磊，周婧，等.基于 PLC的自动续料机械手[J].机械设计与制造，2011，49(2):152－154.