基于PLC和变频器的多电机速度同步控制

孙金召

摘 要：电能作为目前各工业生产领域主要的动力来源，具有易于获得、污染较小等优点，这也促使工业技术人员不断研究相关技术。电能给工业生产各工作提供动力来源的主要方式是通过电动机实现的，在目前很多大型工业生产活动中，往往需要多个电机共同作用才能实现给设备运行提供动力，因而如何使这些电机实现速度同步运行就成为有关人员研究的重点，本文通过对PLC技术作以介绍，提出一种利用PLC与变频器实现多电机速度同步控制的方法。

关键词：PLC；变频器；多电机；速度同步

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.056

计算机技术的发展使得自动化这一概念越来越多应用于工业生产中，也使得很多复杂且对精确性较高的工作由原有的人工操作转变为自动化系统操作，这不仅给有关人员减轻了工作负担，也使得这些工作完成的效率与可靠性均得到了保障。在这些实现自动化功能的元件中，可编程类控制元件占据重要地位，利用程序完成对系统的控制也逐渐在很多工业领域得以应用，这其中最为常见的可编程类控制元件就是PLC。

1 PLC简介

PLC，中文全称为可编程逻辑控制器，这是一种具备可被编程功能的存储设备，其可预先储存的由编程人员输入的程序完成如逻辑运算、定时、技术等功能，这些功能在各种工业生产中应用意义均较大，因而在工业领域得以广泛应用。其内部组成主要有CPU、供电电源、存储设备、I/O接口及对应接口供电电路等。

2 基于PLC和变频器的多电机速度同步控制设计

2.1 设计方法

基于PLC和变频器的多电机速度同步控制可以通过补偿控制方法予以实现，具体的操作方法是：在所有的电机中选择一台作为主电机，再选择几台电机作为从电机，再在从电机这一层次中选择几台电机作为下一级从电机，以此类推，使所有电机通过有效的分层构成一个整体，随后将这些电机按照次序进行连接即可。这种方法能够有效提高系统整体故障抵御能力，即若某一电机出现故障时，不会对其上层电机及其附属电机运行造成影响，而仅会对自身及附属电机造成影响。而目前最新的控制技术将这一不足同样进行了较为妥善的解决，即使从属电机以并联方式相连，从而使电机故障对下属电机的影响显著降低。

2.2 系统部件组成

这一同步控制系统中，核心部件就是对系统整体进行控制的PLC，其控制系统是通过控制变频器实现的。PLC通过读取变频器中存储的电机实时速度，通过计算，得出当前运行状态下，电机应处于的最佳速度，再发出指令，控制变频器将电机速度调至这一理想值，从而实现多电机的速度同步。此外，这一控制系统还有其他的附属部件，如计算机、人机交互触摸板及按钮等。

3 运用模糊PID补偿算法的同步控制方法

模糊PID补偿算法是一种运用模糊数学思想及PID控制理论通过PID控制器来调整系统中存在的同步性较差的问题，这一方法在实现实际指标与理想指标的统一这一功能中具备较高的可靠性。针对于进行多电机速度同步控制，这一算法主要采取将电机划分为主电机与从电机的模式，这一模式同样通过核心部件控制主电机，主电机控制从电机的形式完成对所用电机的控制。具体的操作流程是：技术人员先对主电机的速度進行测试，并将测试结果作为电动机实际速度样本，将这一结果传送给PLC，PLC通过本身携带的速度值采集装置对电机速度进行再次采集，通过这一采集结果对输入速度样本进行适当修正，修正后的速度值即可被认为是电机实际转动速度。随后将这一速度值送至PID控制器中进行补偿算法运算，得出电机速度的理想数值。PLC即可根据这一数值对电机驱动装置发出信号，使其将电机速度调至这一理想数值，最终完成电机速度同步控制。

4 控制系统通信功能设计

4.1 PLC与变频器间的通信

传统的PLC与变频器通信主要依靠PLC输出数字信号，变频器接收这一信号实现，但这种方法存在诸多不足，如单次信号携带信息量少、抗电磁干扰能力差、二者型号不匹配即无法实现通信等，随着PLC技术的发展，这一通信模式逐渐被淘汰。目前广泛使用的通信方法是利用PLC直接进行通信，其具有通信携带信息量大，信息传输效率高，硬件成本低等优点，在多电机速度同步控制系统中就应用了这一方法。

4.2 PLC与监控设备间的通信

PLC与监控设备间的通信通常采取有线传输方式，这一通信过程使用的线路通常由双股绞线构成的屏蔽电缆构成。在通信系统设计中，要将PLC作为控制核心，通过将其与变频器、监控设备等部件采用串联USS方式进行连接。通信系统的设计不仅要使监控设备准确、及时、清晰的获得系统运行画面及参数、还能通过对故障的及时报警随时控制电机的开闭。

4.3 通信系统调试

对于系统的调试首先应将所需调试的各个部件按照要求有序连接。如在本系统中就需要将PLC与变频器相连、将电机与编码器相连并最终连接到变频器中。随后，调试人员就可结合该系统各部分参数的预定要求进行逐渐调试，通过不断使实际运行值与目标值差距缩小最终实现调试的目的。

5 结束语

在工业系统中，实现多个电机速度的同步不仅能使电机系统性能发挥最佳，还能使电能利用率达到最高水平，并降低电机故障的风险，因而成为自动化技术人员所重点研究的问题之一。利用PLC和变频器实现多电机的速度同步具有人工操作简便、调节速率高、调节准确度好等特点，应当成为现阶段电机速度同步控制工作中主要采取的方法。

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