基于变频调速控制运料小车自动往返

瞿新+李庆梅+魏希亮

摘要： 介绍运料小车自动往返控制的硬件设计，采用交流电动机、变频器和编码器组成的交流变频闭环调速系统，对位移和速度进行精确控制等。

Abstract： This article introduces the method to the material car automatic control， The computer implements real time control by controlling storage bin of the automatic warehouse and improve the management standards of automatic warehouse.

关键词： 变频器；PLC；调速

Key words： frequency converter；PLC；speed regulation

中图分类号：U264.91+3.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）21-0021-02

0 引言

在企业生产中，自动控制运料小车是运输中主要设备之一，小车的控制方式有很多种，其中从早期的继电器-接触器控制组成的复杂系统到现在通过PLC等控制器组成的电气控制系统，使其控制速度快、精度高、可靠性强并且维修和改造方便等优点。本文采用交流电动机、变频器和编码器组成的交流变频闭环调速系统，对位移和速度进行精确控制。

1 运料小车控制系统要求

1.1 运料小车工作原理 本系统采用可移动电源由软电缆连接进行供电，其料车轨道长50m，小车控制要求如下：当小车运行到装料处进行装料延时一段时间，装满料后，小车按照慢-快-慢的规律前进到卸料处停车倒料，倒完后，小车再次按照慢-快-慢的规律返回到装料处，如

此循环。整个工作过程由PLC控制完成，速度变化通过变频器频率变化完成，并且通过上位机监控画面显示小车的位置和运行状态，从而实现运料过程的监视及管理和显示信息。

1.2 运料小车系统构成 为了实现系统控制要求，采用德国西门子公司的S7-200系列CPU224XP型，PLC为现场控制器，交流电机、变频器和编码器，实现对小车精确定位及调速控制，在每个站点都有检测装置及站点阀门装置信号通过S7-200的数字量输入端送入上位机，上位机经过信息处理后将控制信号送入S7-200的数字量输出端，驱动电机的运行，进而实现对小车的控制，系统工作原理如图1所示。

2 硬件设计

2.1 运料小车硬件连接设计 系统采用西门子MICROMASTER420变频器用于控制三相交流电动机速度，运用输入输出混合模拟量模块EM235，它主要采集两个信号，一个是给定电压，另一个是旋转编码器输出的反馈量，其中读取模拟量输入映像寄存器AIW中的数据可使用PLC程序来完成。而旋转编码器是用来量电机转速的，光电式旋转编码器通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出。注意接线时一定要把变频器0V和AIN-短接，PLC的1M与变频器的0V也要短接，否则不能进行调速。如图2

所示。

2.2 运料小车调速设计 在小车自动往返系统中，当小车以某一个速度运行时，通过旋转编码器的转速输出端（输出0V～5V电压）与EM235模块的电压输入端A+和A-相连接，将直流给定电源的输出端（输出电压范围0V～10V）连接，其中与EM235模块的B+和B-相连接，作为给定量输入值。经PLC进行数字滤波、比较、判断将控制信号送给变频器的AIN+和AIN-脚，实时调整变频器的频率值，使小车控制系统迅速达到某一个稳定的速度平稳运行。在小车控制系统中，为保证正常运行安全，必须将设备可靠接地，因此变频器的接地端也应可靠接地。采用旋转编码器、变频器闭环控制方式，能有效地使系统高速运行、换速平稳。这样能精准控制电机转矩并能使低俗运行性能好、调速范围广、动态响应快、可靠性高。

3 软件设计

系统采用以PLC控制为主，在S7-200的编程软件STEP 7-MicroWIN中编写系统所用控制程序。该程序分为主程序、全自动子程序、手动子程序、前进控制子程序、后退控制子程序及前进控制中断和后退控制中断等全自动子程序主要完成装料、前进、卸料、后退的主要过程。装料时电磁阀打开，由时间限定后，前进由步进电动机控制小车前进到达目的地，小车卸料再步进电动机反转达到后退的目的。

在该闭环调速系统中，软件设计主要是指PLC程序设计。PLC程序设计的主要任务是接受外部开关信号的输入和两路模拟量输入，其中EM235模拟量模块的数字量输入范围是0～32000，其模拟量输出范围是0～10V。将频率的数值0～50对应的PLC数值0～32000，存到VD106～VD306中，也就是把数值0～32000等分50份，每份640，分别存入VD106～VD306中，这个程序段是初始化程序段。VW100存入频率值，这个数值一般只能由PLC的上位机给定，PLC编程时只能给一个初始值。将这个给定数值乘4，再加上VB106的首地址，这样就可以找到对应的PLC数值0～32000中个数值，再转化成0～10V的电压信号，由AQW0输出，控制变频器0～50Hz输出。

4 结束语

在运料小车自动往返系统中由PLC、变频器和编码器实现异步电动机变频闭环调速控制系统组成现场控制层，其动态性和稳态性均能满足高性能要求的生产场合，该系统可以获得调速范围广及准确定位精度高，目前此模式下的调速系统，已广泛的应用于工业生产及日常生活中，本系统的研究开发，为构建基于组态软件和PLC的电机调速控制系统提供了有益的借鉴。

参考文献：

[1]钱宗斌，姚烨.基于组态软件及PLC的运料小车控制[J].电脑知识与技术，2013（08）：1806-1809.

[2]李永霞，周宁，白连平.开关磁阻电机控制中的角度细分[J].微电机，2010（10）.

[3]荆建立，吕明.开关磁阻电动机控制方法研究[J].电气传动自动化，2012（04）.endprint

摘要： 介绍运料小车自动往返控制的硬件设计，采用交流电动机、变频器和编码器组成的交流变频闭环调速系统，对位移和速度进行精确控制等。

Abstract： This article introduces the method to the material car automatic control， The computer implements real time control by controlling storage bin of the automatic warehouse and improve the management standards of automatic warehouse.

关键词： 变频器；PLC；调速

Key words： frequency converter；PLC；speed regulation

中图分类号：U264.91+3.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）21-0021-02

0 引言

在企业生产中，自动控制运料小车是运输中主要设备之一，小车的控制方式有很多种，其中从早期的继电器-接触器控制组成的复杂系统到现在通过PLC等控制器组成的电气控制系统，使其控制速度快、精度高、可靠性强并且维修和改造方便等优点。本文采用交流电动机、变频器和编码器组成的交流变频闭环调速系统，对位移和速度进行精确控制。

1 运料小车控制系统要求

1.1 运料小车工作原理 本系统采用可移动电源由软电缆连接进行供电，其料车轨道长50m，小车控制要求如下：当小车运行到装料处进行装料延时一段时间，装满料后，小车按照慢-快-慢的规律前进到卸料处停车倒料，倒完后，小车再次按照慢-快-慢的规律返回到装料处，如

此循环。整个工作过程由PLC控制完成，速度变化通过变频器频率变化完成，并且通过上位机监控画面显示小车的位置和运行状态，从而实现运料过程的监视及管理和显示信息。

1.2 运料小车系统构成 为了实现系统控制要求，采用德国西门子公司的S7-200系列CPU224XP型，PLC为现场控制器，交流电机、变频器和编码器，实现对小车精确定位及调速控制，在每个站点都有检测装置及站点阀门装置信号通过S7-200的数字量输入端送入上位机，上位机经过信息处理后将控制信号送入S7-200的数字量输出端，驱动电机的运行，进而实现对小车的控制，系统工作原理如图1所示。

2 硬件设计

2.1 运料小车硬件连接设计 系统采用西门子MICROMASTER420变频器用于控制三相交流电动机速度，运用输入输出混合模拟量模块EM235，它主要采集两个信号，一个是给定电压，另一个是旋转编码器输出的反馈量，其中读取模拟量输入映像寄存器AIW中的数据可使用PLC程序来完成。而旋转编码器是用来量电机转速的，光电式旋转编码器通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出。注意接线时一定要把变频器0V和AIN-短接，PLC的1M与变频器的0V也要短接，否则不能进行调速。如图2

所示。

2.2 运料小车调速设计 在小车自动往返系统中，当小车以某一个速度运行时，通过旋转编码器的转速输出端（输出0V～5V电压）与EM235模块的电压输入端A+和A-相连接，将直流给定电源的输出端（输出电压范围0V～10V）连接，其中与EM235模块的B+和B-相连接，作为给定量输入值。经PLC进行数字滤波、比较、判断将控制信号送给变频器的AIN+和AIN-脚，实时调整变频器的频率值，使小车控制系统迅速达到某一个稳定的速度平稳运行。在小车控制系统中，为保证正常运行安全，必须将设备可靠接地，因此变频器的接地端也应可靠接地。采用旋转编码器、变频器闭环控制方式，能有效地使系统高速运行、换速平稳。这样能精准控制电机转矩并能使低俗运行性能好、调速范围广、动态响应快、可靠性高。

3 软件设计

系统采用以PLC控制为主，在S7-200的编程软件STEP 7-MicroWIN中编写系统所用控制程序。该程序分为主程序、全自动子程序、手动子程序、前进控制子程序、后退控制子程序及前进控制中断和后退控制中断等全自动子程序主要完成装料、前进、卸料、后退的主要过程。装料时电磁阀打开，由时间限定后，前进由步进电动机控制小车前进到达目的地，小车卸料再步进电动机反转达到后退的目的。

在该闭环调速系统中，软件设计主要是指PLC程序设计。PLC程序设计的主要任务是接受外部开关信号的输入和两路模拟量输入，其中EM235模拟量模块的数字量输入范围是0～32000，其模拟量输出范围是0～10V。将频率的数值0～50对应的PLC数值0～32000，存到VD106～VD306中，也就是把数值0～32000等分50份，每份640，分别存入VD106～VD306中，这个程序段是初始化程序段。VW100存入频率值，这个数值一般只能由PLC的上位机给定，PLC编程时只能给一个初始值。将这个给定数值乘4，再加上VB106的首地址，这样就可以找到对应的PLC数值0～32000中个数值，再转化成0～10V的电压信号，由AQW0输出，控制变频器0～50Hz输出。

4 结束语

在运料小车自动往返系统中由PLC、变频器和编码器实现异步电动机变频闭环调速控制系统组成现场控制层，其动态性和稳态性均能满足高性能要求的生产场合，该系统可以获得调速范围广及准确定位精度高，目前此模式下的调速系统，已广泛的应用于工业生产及日常生活中，本系统的研究开发，为构建基于组态软件和PLC的电机调速控制系统提供了有益的借鉴。

参考文献：

[1]钱宗斌，姚烨.基于组态软件及PLC的运料小车控制[J].电脑知识与技术，2013（08）：1806-1809.

[2]李永霞，周宁，白连平.开关磁阻电机控制中的角度细分[J].微电机，2010（10）.

[3]荆建立，吕明.开关磁阻电动机控制方法研究[J].电气传动自动化，2012（04）.endprint

摘要： 介绍运料小车自动往返控制的硬件设计，采用交流电动机、变频器和编码器组成的交流变频闭环调速系统，对位移和速度进行精确控制等。

Abstract： This article introduces the method to the material car automatic control， The computer implements real time control by controlling storage bin of the automatic warehouse and improve the management standards of automatic warehouse.

关键词： 变频器；PLC；调速

Key words： frequency converter；PLC；speed regulation

中图分类号：U264.91+3.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）21-0021-02

0 引言

在企业生产中，自动控制运料小车是运输中主要设备之一，小车的控制方式有很多种，其中从早期的继电器-接触器控制组成的复杂系统到现在通过PLC等控制器组成的电气控制系统，使其控制速度快、精度高、可靠性强并且维修和改造方便等优点。本文采用交流电动机、变频器和编码器组成的交流变频闭环调速系统，对位移和速度进行精确控制。

1 运料小车控制系统要求

1.1 运料小车工作原理 本系统采用可移动电源由软电缆连接进行供电，其料车轨道长50m，小车控制要求如下：当小车运行到装料处进行装料延时一段时间，装满料后，小车按照慢-快-慢的规律前进到卸料处停车倒料，倒完后，小车再次按照慢-快-慢的规律返回到装料处，如

此循环。整个工作过程由PLC控制完成，速度变化通过变频器频率变化完成，并且通过上位机监控画面显示小车的位置和运行状态，从而实现运料过程的监视及管理和显示信息。

1.2 运料小车系统构成 为了实现系统控制要求，采用德国西门子公司的S7-200系列CPU224XP型，PLC为现场控制器，交流电机、变频器和编码器，实现对小车精确定位及调速控制，在每个站点都有检测装置及站点阀门装置信号通过S7-200的数字量输入端送入上位机，上位机经过信息处理后将控制信号送入S7-200的数字量输出端，驱动电机的运行，进而实现对小车的控制，系统工作原理如图1所示。

2 硬件设计

2.1 运料小车硬件连接设计 系统采用西门子MICROMASTER420变频器用于控制三相交流电动机速度，运用输入输出混合模拟量模块EM235，它主要采集两个信号，一个是给定电压，另一个是旋转编码器输出的反馈量，其中读取模拟量输入映像寄存器AIW中的数据可使用PLC程序来完成。而旋转编码器是用来量电机转速的，光电式旋转编码器通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出。注意接线时一定要把变频器0V和AIN-短接，PLC的1M与变频器的0V也要短接，否则不能进行调速。如图2

所示。

2.2 运料小车调速设计 在小车自动往返系统中，当小车以某一个速度运行时，通过旋转编码器的转速输出端（输出0V～5V电压）与EM235模块的电压输入端A+和A-相连接，将直流给定电源的输出端（输出电压范围0V～10V）连接，其中与EM235模块的B+和B-相连接，作为给定量输入值。经PLC进行数字滤波、比较、判断将控制信号送给变频器的AIN+和AIN-脚，实时调整变频器的频率值，使小车控制系统迅速达到某一个稳定的速度平稳运行。在小车控制系统中，为保证正常运行安全，必须将设备可靠接地，因此变频器的接地端也应可靠接地。采用旋转编码器、变频器闭环控制方式，能有效地使系统高速运行、换速平稳。这样能精准控制电机转矩并能使低俗运行性能好、调速范围广、动态响应快、可靠性高。

3 软件设计

系统采用以PLC控制为主，在S7-200的编程软件STEP 7-MicroWIN中编写系统所用控制程序。该程序分为主程序、全自动子程序、手动子程序、前进控制子程序、后退控制子程序及前进控制中断和后退控制中断等全自动子程序主要完成装料、前进、卸料、后退的主要过程。装料时电磁阀打开，由时间限定后，前进由步进电动机控制小车前进到达目的地，小车卸料再步进电动机反转达到后退的目的。

在该闭环调速系统中，软件设计主要是指PLC程序设计。PLC程序设计的主要任务是接受外部开关信号的输入和两路模拟量输入，其中EM235模拟量模块的数字量输入范围是0～32000，其模拟量输出范围是0～10V。将频率的数值0～50对应的PLC数值0～32000，存到VD106～VD306中，也就是把数值0～32000等分50份，每份640，分别存入VD106～VD306中，这个程序段是初始化程序段。VW100存入频率值，这个数值一般只能由PLC的上位机给定，PLC编程时只能给一个初始值。将这个给定数值乘4，再加上VB106的首地址，这样就可以找到对应的PLC数值0～32000中个数值，再转化成0～10V的电压信号，由AQW0输出，控制变频器0～50Hz输出。

4 结束语

在运料小车自动往返系统中由PLC、变频器和编码器实现异步电动机变频闭环调速控制系统组成现场控制层，其动态性和稳态性均能满足高性能要求的生产场合，该系统可以获得调速范围广及准确定位精度高，目前此模式下的调速系统，已广泛的应用于工业生产及日常生活中，本系统的研究开发，为构建基于组态软件和PLC的电机调速控制系统提供了有益的借鉴。

参考文献：

[1]钱宗斌，姚烨.基于组态软件及PLC的运料小车控制[J].电脑知识与技术，2013（08）：1806-1809.

[2]李永霞，周宁，白连平.开关磁阻电机控制中的角度细分[J].微电机，2010（10）.

[3]荆建立，吕明.开关磁阻电动机控制方法研究[J].电气传动自动化，2012（04）.endprint