用PLC和变频器实现电机的变频调速和远程控制

南利奔　司正庆　杨文源　林金煜　王伯旺

摘要：采用高功能性v/f控制的通用变频器西门子SIMTIC MANGER，此变频器能很好的解决转速之间的切换和启动问题。系统中由PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。基于S7-400 PLC的编程软件SimaticS7-CFC采用模块化的程序设计方法，大量采用功能模块重用，减少软件的开发和维护。利用组态软件Wince，Protool/Pro良好的人机界面和通信能力和Profibus总线技术，使工程师、操作人员可以在中央控制室的工控机上方便的浏览现场的工业流程、实现变频器的参数设置、故障诊断和电机的启动和停止的控制;同时可以在现场进行电机的启动、停止及增减速等的操作。

关键词： PLC;变频器;变频调速;组态软件

1 概论

科学技术的发展，对于改变社会的生产 面貌，推动人类文明向前发展，具有极其重要的意义。电气自动化技术是多种学科的交叉综合，特别在电力电子、微电子及计算机技术迅速发展的今天，电气自动化技术日新月异。随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速。电动机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境，推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高性能、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。本次设计是以电梯控制技术为背景，针对以前的拖曳电梯的一些缺点，采用现在流行的PLC控制技术、变频调速技术、现场总线技术来实现电梯的各种控制。在本课题的系统中，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，采用高功能性控制的通用變频器，此变频器的S型加减速功能和转矩提升功能，能很好的解决转速之间的切换和启动问题。系统中由PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。基于S7-400 PLC的编程软件采用模块化的程序设计方法，大量采用功能模块重用，减少软件的开发和维护。利用组态软件良好的人机界面和通信能力及PROFIBUS总线技术，使工程师、操作人员可以在中央控制室的工控机上方便的浏览现场的工业流程、实现变频器的参数设置、故障诊断和电机的启动和停止的控制;同时可以在现场进行电机的启动、停止及增减速等的操作。

2 方案确定

采用交流变频调速，通过控制变频器来实现三相异步电动机的开闭环、正反转和快慢速的转换，如图1所示。其具体工作过程如下：

从电网上接入380V交流三相电源，首先通过一个空气开关作为漏电保护，然后接入三个熔断器作为过流保护。电动机三相U、V、W接在变频器的输出端口，输入端口L1、L2、L3通过了A级滤波器连接在交流接触器KM1上，变频电机的风机则通过热继电器FR1连接在交流接触器KM2上，再连接到交流接触器KM1的电网上。接下来是变频电机简单的起、停、开闭环、变频调速电器控制线路。其控制线路说明如下：QF1为空气断路器，当空气开关闭合，没有按下启动按钮SB1时，交流接触器KM1处于断开状态;当按下起动按钮SB1时，接通交流接触器KM1，KM1继电器通电，交流接触器KM1保持通电状态，可编程序控制器运行，输出端给变频器一个启动信号，电源指示灯HR4亮。在运行中按下停止按钮SB2，则KM1继电器断电，交流接触器KM1断开。同时我们还用了热继电器FR1，用于过载保护。在加速和减速过程以外，电机一直是稳速运行。变频电机的加速、减速、慢速和稳速运行全部都由变频器控制。加速和减速过程时间的长短，以及稳速值的大小由人为在变频器中根据需要设定。

对三相异步电机采用一台变频器来进行频率的调节控制。通过PLC输出的模拟量信号作为变频器的控制端输人信号，由总线Profibus-DP作为信号的传输通道，完成对电动机的自动控制。变频调速器对电机具有完善的自我保护和电机保护的功能，它通过接受PLC的信号控制电机转速大小，并且向PLC反馈自身的工作状态信号，当发生故障时，能够向PLC及上位机发出报警信号。由于变频调速是通过改变电动机定子供电频率以改变同步转速来实现的，故在调速过程中从高速到低速都可以保持有限的转差功率，因此具有高效率、宽范围、高精度的调速性能。

3 系统说明

系统三个站点（工程师站、操作员站、编程站）、工业以太网、Prifibus-DP总线、S7-400、S7-300、变频器、三相异步电动机以及人机交换界面-触摸屏组成。本系统网络结构图如图2.1所示：

西门子工业以太网的建立需要相应的软件支持，STEP7是西门子工业自动化控制系统软件，该软件为模块化的软件，在本体软件的基础上有很多可选软件能和其实现无缝连接，本系统选用的是西门子的工业网络软件Soft Net，该软件和STEP7配合能组建西门子的工业以太网、DP网等，并能PLC编程，如图2所示。

参考文献

[1] 汪志锋. 可编程序控制器原理与应用[M]. 1版. 西安：西安电子科技大学出版社， 2004，195-2562916FE3F-3231-44EE-B915-6F7B2B8A54DA