变频器和PLC技术在四辊轴交流传动控制系统中的应用

邵晓娟

（陕西工业职业技术学院 电气学院，陕西 咸阳　712000）

变频器和PLC技术在四辊轴交流传动控制系统中的应用

邵晓娟

（陕西工业职业技术学院 电气学院，陕西 咸阳712000）

通过分析变频器和PLC技术，并针对在四辊轴交流传动控制系统中，设计应用该技术，以便可以优化设计提升系统性能。结果证实，在四辊轴交流传动控制系统中，应用变频器和PLC技术，能够实现对4台电机速度的同步控制，提升四辊轴交流传动控制性能，提升高达20.0％，可发挥实用价值。故此对于四辊轴交流传动控制系统中，可以应用变频器和PLC技术，能够发挥工程模拟特性，提升系统设计性能，发挥积极影响。

PLC技术；变频器；应用；四辊轴交流传动控制系统

随着当前微处理器以及微电子技术的不断发展，在机械控制过程之中，优化运用变频调速控制系统已经成为一种趋势。在四辊轴交流传动控制系统中，应用变频器和PLC技术，不仅可以提高其运行效率，确保运行安全，也可以在企业生产活动中应用发挥显著作用。

1　分析变频器和PLC技术发展趋势

在四辊轴交流传动控制系统设计中，能够实现变频调速，已成为当前设计中的必然趋势［1］。对于系统设计中，采用变频器设备，以此来设计构成变频调速传动系统，其目的一在与能够满足提升系统设计性能的需求，不仅有助于提高在实际设计工作中的生产率，也有助于改善系统成产产品的质量，积极提高当前系统设备的自动化实现程度，从而提高系统设计性能［2］。同时，这样设计也可以节约能源成本，降低系统的设计生产效益成本。确保用户在四辊轴交流传动设计中，可以根据设计的要求，在不同的场合选择不同的系统频率，实现传动系统的控制。其变频器调试原理如下所示：

在这其中:n—能够用来表示异步电动机的转速，其单位设置为r/min；

f—表示定子的电源频率，单位是Hz；

s—电机转速的滑差率；

p—极对数。

根据式（1）中可知，如果去改变输入的电源频率f，则就要去相应改变其输出的转速。同时，对于变频器中，若是其磁通较弱，就不可以充分运用电机的磁心，这样就会造成系统成产过程中的资源浪费［3］；但是若增大了磁通的话，又容易导致形成磁通饱和，形成的大励磁电流，容易使绕组过热，损坏系统的电机［4］，因此在实际应用中需要采取具体合理的方案。

对于PLC技术，就是运用可编程控制器（PLC），实现工业控制的技术，PLC是新型自动装置，可以实现自动控制与通信，发挥实际运用价值［5］。它具有很强的抗干扰能力，同时设计价格便宜，确保提升系统的可靠性。同时，在设计系统应用中编程简单，具有易学、易用的特点，故此将其应用到工业领域，深受工程设计人员喜欢。对于系统设计中，可以在 PLC内部采用总线控制的结构，实现对于数据以及相关指令的传输。系统的外部，对于各种不同的开关信号、模拟信号与传感器的检测信号等，均能够作为系统PLC中输入的变量，当其经PLC的外部端子输入系统内寄存器后，从而可以对现场中的设备进行各种各样的智能化控制。

图1　PLC基本结构图

四辊轴交流传动系统设计中，根据四辊轴交流传动系统运行特点，将变频器和PLC技术结合应用于设计中，具有广泛的发展前景。

2　四辊轴交流传动控制系统需求分析

对于实际四辊轴交流传动控制系统设计中，需要很好地模拟工业生产中造纸机、轧钢机、多电机分部传动部分，保证高精度的同步控制［6］。同时，在系统设计中，还必须确保在一定范围之内进行速度调节，并且确保四辊轴交流传动中各个分部速度均可以进行单独调节。PLC技术应用到系统设计中，具有灵活性高的优势，且该PLC技术在系统中的运用体积小，使用寿命长，发挥的功能强大、可靠性高。在系统设计中，运用PLC联合变频器，有助于开发较好的设备人际控制界面，并可以提升系统控制能力，有助于实现四辊轴交流传动控制，发挥积极应用价值。

3　应用变频器和PLC技术设计四辊轴交流传动控制系统

3.1系统总体设计结构

在该系统设计中，必须具备控制运算部分以及系统的执行、反馈部分。对于系统设计之中，其四辊轴交流控制运算，主要是由PLC技术以及变频器［7］来联合完成的；其具体执行元件就是变频器、电机；系统的反馈部分则主要是交流转动过程中的速度反馈。首先，在系统设计中，可以通过相关的设置，运用PLC技术去控制变频器实现操作，控制系统电机传动，并可将电机的转速反馈到PLC模块，有助于提升系统控制性能。具体如图2所示。

图2　系统总体结构

3.2硬件设备选择

四辊轴交流传动系统，其对控制设备质量要求极高。因此，在系统设计中，为保证系统加工精度以及系统使用安全性等需求，对四辊轴交流传动系统的电气控制系统，其设备需具备以下需求：

1）四辊轴传动速度要有高稳定度，在正常传动之时，可调传动速度范围为30～60 m/min，点动速度确保达到5 m/min；

2）在系统进行冷传动操作，若两侧辊缝不平衡，可单独调整轧机螺钉；

3）实现对系统内电流、传动线速度、电压以及故障显示等相关操作。

四辊轴交流传动的最终目，是得到最大限度的同步控制，整个四辊轴交流传动过程，不允许出现太大的波动，必须采用专用的工业控制计算机（PLC）才能满足要求。PLC型号选用S7-300系列已能达到要求，因此不必选用拥有更高可靠性的S7-400系列。其PLC整个硬件系统选择为：①电源（PS307）；②CPU（CPU317）；③AI模块（SM331，型号 6ES7 331-1KF01-0AB0）；④AO模块 （SM332，型号6ES7 332-5HD01-0AB0）；⑤DI模块（SM323，型号 6ES7 323-1BL00-0AB0）；⑥DO模块（SM322，型号6ES7 322-1CF00-OAA0）；⑦扩展机架（SM338，型号6ES7 338-4BC01-0AB0）。

四辊轴交流传动系统设计中，应用变频器，需选用台达V系列变频器，如VFD450V-43A，选用具体型号的变频器根据控制的具体电机选择。

3.3系统PLC控制设计

四辊轴交流传动系统设计中，对于其PLC部分［8］，可以接受系统中操作台的命令，同时还能够传输变频器信号以及控制系统轴编码器等操作。PLC部分，还可以实时监控四辊轴交流传动系统的运行状态，对四辊轴交流传动系统的各种故障情况，能够及时进行分析和处理。在四辊轴交流传动系统的PLC设计部分，采取模块化设计方法，运用按钮处理模块、通信模块、PID控制模块以及故障报警等4个模块，实现系统具体控制操作。对于该系统设计中，其按钮模块的功能，主要就是可以控制处理各电机、电磁阀启停。其处理模块示意图如图3所示。

对于PLC技术下的系统实现中，在确保改善系统干扰措施方面，要确保PLC电缆远离电磁干扰装置。

3.4系统代码实现部分

应用变频器和PLC技术，设计实现四辊轴交流传动系统。以下则是经过简化的应用程序代码，并没有涉及系统异常的情况［9］。对于该系统设计中，其系统主程序代码如下所示：

IJD SM0.1//SM0.1=1进行第一次扫描时才有效

MOVW+0，VW450//初始化PID中断的计数器

MOVB 100，SMB34//设置l00 ms的定时中断间隔

ATCH INT-PWM-PID，10//执行启动PID计算

ENI//打开中断程序

对于该系统设计实现中，其中断程序的代码如下所示：

图3　按钮处理模块

4　应用变频器和PLC技术的价值分析

四辊轴交流传动系统，其作为一种常用的试验装置，在本次研究的系统设计过程中，应用变频器和PLC技术，有助于实现电机速度同步控制，从而可以在实际中运用四辊轴交流传动系统去模拟更复杂的试验问题，提升系统应用性能。在本次的四辊轴交流传动控制系统设计之中，应用变频器和PLC技术，能够实现对4台电机速度的同步控制，大大提高系统的操作精度、稳定度，提升四辊轴交流传动控制性能，提升高达20.0％，可发挥实用价值。应用变频器和PLC技术，在四辊轴交流传动控制系统设计过程中，有助于实现电机速度同步控制，发挥积极应用价值。

5　结　论

综上所述，对于四辊轴交流传动控制系统设计中，应用变频器和PLC技术，运用PLC控制变频器，有助于提高四辊轴交流变频传动控制系统设计的科学性与合理性，提升系统性能，发挥积极应用价值，值得在实践中推广该应用方法。

［1］孟宪坤，李明辉.纸机传动控制系统的设计与应用［J］.化工自动化及仪表，2011，38（6）:691-694，709.

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［3］俞红珊.一个基于Profibus的传动控制系统［J］.制造技术与机床，2010（9）:110-112.

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［6］朱子勇，孙万民，王占林.某试验台LH2贮箱气体置换过程数值模拟［J］.火箭推进，2012（4）：52-60，66.

［7］袁江伟，石祥建.一种适用于变频器低电压穿越电源的三重Boost电路仿真及实验分析［J］.供用电，2016（3）：68-75.

［8］徐艳波，尤丽华，江建平.基于PLC的电路板尺寸检测机控制系统设计［J］.电子设计工程，2014，22（23）:94-96.

［9］张银勇，吴剑，李向党.某推进系统气路启动特性研究［J］.火箭推进，2012（6）：20-23，51.

Application of inverter and PLC technology in AC drive control system of four roll axis

SHAO Xiao-juan
（School of Electrical Engineering，Shaanxi Industrial Vocational College，Xianyang 712000，China）

Through the analysis of inverter and PLC technology，and in the four roll axis AC drive control system，design and application of the technology，in order to optimize the design and improve the system performance.The results confirmed that the four roll axis AC drive control system，the application of inverter and PLC technology，to achieve the synchronous control of 4 motor speed，to enhance the four roll axis AC drive control performance，improve as high as 20％，can play a practical value.Therefore，for the four roll axis AC drive control system，it can be applied to inverter and PLC technology，can play the engineering simulation characteristics，improve the system design performance，play a positive impact.

PLC technology；frequency converter；application；four roll axis AC drive control system

TN99

A

1674－6236（2016）16-0092-03

2015-11-09稿件编号：201511087

邵晓娟（1981—），女，陕西榆林人，硕士，讲师。研究方向：控制工程。