PLC实现变频器多电机控制
PLC与变频器控制电机多段速运行
毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目PLC与变频器控制电机多段速运行专业： 11机电一体化姓名：孙大鹏毕业设计（论文）工作起止时间：毕业设计（论文）的内容要求：1、采用西门子的S7-300型PLC 作为核心控制器进行步进电机控制系统的设计；2、并且设计出了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案；3、同时根据步进电机调速控制系统总体控制要求和特点,确定PLC 的输入输出分配,并进行现场调试指导教师（签名）：年月日毕业设计开题报告一、课题设计（论文）目的及意义目前，我国的能源消费仅次于美国，位列世界第二，但国民生产总值却排在第八位左右，其中最重要的原因之一就是单位产值能耗太大。
我国具有各类风机约780 万台，水泵 4000 万台，空压机 560 万台，这些装置又占去了电机耗电的一半以上。
由于这些设备一般均采用恒速驱动，每年造成大量能源浪费。
国家在<十一五>规划中指出：坚持开发节约并重、节约优先，按照减量化、再利用、资源化的原则，大力推进节能节水节地节材，加强资源综合利用，完善再生资源回收利用体系，全面推行清洁生产，形成低投入、低消耗、低排放和高效率的节约型增长方式。
实行有利于资源节约的价格和财税政策。
强化节约意识，鼓励生产和使用节能节水产品、节能环保型汽车，发展节能省地型建筑，形成健康文明、节约资源的消费模式。
我国对交流变频调速技术的研究起步较晚，到上个世纪 90 年代才有产品出现，采用的控制技术几乎都还只是 V/F 控制，调速性能根本无法与国外产品相比。
目前在中、低压交流传动中，变频器的使用越来越多，而我国在研究矢量控制系统所需的各种硬件条件已经具备，如已出现的智能化功率器件（IPM），其电压等级、开关频率都有很大的提高；数字化控制元件也已出现单指令周期 10ns 的高速数字信号处理器（DSP）和几乎能完成一个系统功能的专用集成电路。
变频调速已成为电动机调速的最新潮流，有其自身的特点和优点，随着交流电动机变频技术的日趋完善和推广应用，特别是在矿用大功率高压设备中的绞车、提升机、通风机、带式输送机等矿用设备上的应用效果则更加明显。
利用PLC和变频器实现多电机速度同步控制
利用PLC和变频器实现多电机速度同步控制在传统的传动系统中，要保证多个执行元件间速度的一定关系，其中包括保证其间的速度同步或具有一定的速比，常采用机械传动刚性联接装置来实现。
但有时若多个执行元件间的机械传动装置较大，执行元件间的距离较远时，就只得考虑采用独立控制的非刚性联接传动方法。
下面以两个例子分别介绍利用PLC和变频器实现两个电机间速度同步和保持速度间一定速比的控制方法。
1、利用PLC和变频器实现速度同步控制薄膜吹塑及印刷机组的主要功能是，利用挤出吹塑的方法进行塑料薄膜的加工，然后经过凹版印刷机实现对薄膜的印刷，印刷工艺根据要求不同可以采用单面单色、单面多色、双面单色或双面多色等方法。
在整个机组中，有多个电机的速度需要进行控制，如挤出主驱动电机、薄膜拉伸牵引电机、印刷电机以及成品卷绕电机等。
电机间的速度有一定的关系，如：挤出主电机的速度由生产量要求确定，但该速度确定之后，根据薄膜厚度，相应的牵引速度也就确定，因此挤出速度和牵引速度之间有一确定的关系；同时，多组印刷胶辘必须保证同步，印刷电机和牵引电机速度也必须保持同步，否则，将影响薄膜的质量、印刷效果以及生产的连续性；卷绕电机的速度受印刷速度的限制，作相应变化，以保证经过印刷的薄膜能以恒定的张力进行卷绕。
在上述机组的传动系统中，多组印刷胶辘的同步驱动可利用刚性的机械轴联接，整个印刷胶辘的驱动由一台电机驱动，这样就保证了它们之间的同步。
印刷电机的速度必须保证与牵引电机的速度同步，否则，在此两道工艺之间薄膜会出现过紧或过松的现象，影响印刷质量和生产的连续性。
但是印刷生置与牵引装置相距甚远，无法采用机械刚性联接的方法。
为实现牵引与印刷间的同步控制，牵引电机和印刷电机各采用变频器进行调速，再用PLC对两台变频器直接控制。
牵引电机和印刷电机采用变频调速，其控制框图如图1所示。
在这个闭环控制中，以牵引辘的速度为目标，由印刷电机变频器调节印刷辘速度来跟踪牵引辘的速度。
PLC与变频器通讯在电机控制中的应用
PLC与变频器通讯在电机控制中的应用PLC（可编程逻辑控制器）和变频器是现代工业自动化控制中常用的设备。
它们在电机控制中起着非常重要的作用，特别是在生产线和设备自动化中。
在实际应用中，PLC和变频器的通讯技术被广泛应用于电机控制系统中，以实现对电机运行状态的监测、控制和调节。
下面将详细介绍PLC与变频器通讯在电机控制中的应用。
一、PLC与变频器简介1. PLC（可编程逻辑控制器）PLC是一种可编程的数字电子计算机，用于工业自动化领域。
它使用可编程存储器保存指令，执行特定的逻辑、序列控制、定时、计数和算术运算等功能，控制各种类型的机器或生产流程。
PLC的工作原理是通过接收输入信号（传感器、按钮、开关等），根据预设的程序进行逻辑判断和运算，最终输出控制信号（执行器、驱动器、报警信号等）来控制设备或生产过程。
2. 变频器变频器是一种用于控制交流电机转速的设备，通过改变供电频率和电压，实现对电机转速的调节。
它能够根据系统需求调整电机的运行速度和输出扭矩，从而适应不同的工作负载和运行条件。
变频器还可以对电机进行软启动、停止、过载保护等功能，以提高电机的运行效率和可靠性。
在电机控制系统中，PLC与变频器的通讯技术是非常重要的。
它实现了PLC与变频器之间的数据交换和指令传递，使得电机控制系统能够实现更加高效和灵活的控制。
1. 通讯接口现在的PLC和变频器通常都提供了多种通讯接口，如RS-232、RS-485、以太网等。
这些接口能够实现PLC与变频器之间的数据通讯和控制指令传递。
PLC通过通讯接口与变频器建立连接，并发送控制指令、运行参数、故障诊断信息等数据到变频器，同时接收变频器的运行状态、反馈信息等数据，从而实现对电机的实时监测和控制。
2. 通讯协议为了实现PLC与变频器之间的数据通讯，需要使用一种通讯协议来规范数据的格式、传输方式和通讯规程，常用的通讯协议有Modbus、Profibus、Ethernet/IP等。
变频器与PLC的联动控制
变频器与PLC的联动控制随着现代工业自动化的发展，变频器和PLC成为了工业控制领域中常用的设备。
它们分别担负着驱动电机和控制各种自动化设备的重要任务。
而将变频器和PLC进行联动控制，可以实现更加灵活和高效的工业生产过程。
本文将详细介绍变频器与PLC的联动控制原理、应用和优势。
一、变频器和PLC的基本介绍1. 变频器变频器，即交流变频调速器，是一种通过调整电源频率和电压来控制电机转速的装置。
它可以使电机实现无级调速，适用于各种需要调整转速的场合。
2. PLCPLC，即可编程逻辑控制器，是一种专门用于控制自动化设备的计算机控制系统。
它可以编程实现各种逻辑运算，对输入输出信号进行处理，并控制各种执行器的动作。
二、变频器与PLC的联动控制原理变频器与PLC的联动控制主要基于以下几个原理。
1. 通信协议变频器和PLC之间需要通过某种通信协议进行数据传输和控制命令的交互。
常用的通信协议包括Modbus、Profibus等。
2. 输入输出信号交互PLC可以通过输入模块接收传感器或者其他设备的信号，然后根据预设的逻辑进行处理，并通过输出模块控制变频器的启停、转速等参数。
3. 控制策略根据实际需求，可以通过PLC编程实现不同的控制策略。
例如，根据流量传感器检测到的流量信号，PLC可以调整变频器的输出频率，以达到预期的流量控制效果。
三、变频器与PLC的联动控制应用变频器与PLC的联动控制在工业自动化领域有广泛的应用。
以下是几个常见的例子。
1. 水泵控制系统通过变频器和PLC联动控制，可以实现水泵的自动控制。
根据PLC程序中的逻辑，通过检测水位、压力等信号，PLC可以控制变频器的启停和转速，以确保水泵的正常运行。
2. 输送带控制系统在自动化生产线上，通过变频器和PLC的联动控制，可以实现对输送带的运行速度和方向的精确控制。
根据PLC的程序逻辑，可以根据工件的数量和位置，实时调整变频器的输出频率和方向，使输送带与生产线的工作同步。
实训8 PLC和变频器联机实现多段速频率控制
ON
ON
固定频率3
实训内容
1、画出硬件接线图
~380V QS +24V SB1 SB2 L1 L2 L3
I0.0 I0.1
Q0.0 Q0.1 Q0.2
5 6 7 +24V 8 9 0V
选择固定频率设定值
(5)控制工艺设置 序号 16 17 18 19 20 21 22 23 参数号 P0003 P0004 P0701 P0702 P0703 P0003 P0004 P1001 出厂值 1 0 1 1 1 1 0 0 设置值 2 7 17 17 1 2 10 10 命令和数字I/O 选择固定频率 选择固定频率 ON接通正转,OFF停止 设用户访问级扩展级 设定值通道和斜坡函数发生器 设置固定频率1（Hz） 说明 设用户访问级扩展级
24
25
P1002
P1003
5
10
20
-50
设置固定频率2（Hz）
设置固定频率3（Hz）
7、运行调试及操作控制
将PLC置于运行模式，开启程序状态监控。 （1）按照变频器外部接线图完成变频器的接线，认真检查， 确保正确无误。
（2）打开电源开关，按照参数功能表正确设置变频器参数。 （3）按下起动按钮SB2，电动机起动并运行在第一段，频 率为10Hz。 （4）延时20s后电动机运行在第二段，频率为20Hz。 （5）再延时10s后电动机反向运行在第三段，频率为50Hz。 （6）按下停止按钮SB1 ，电动机停止运行。
MM420
PLC
M 3~
2、列出I/O地址分配表
浅析ｐｌｃ控制的多电机同步系统
浅析ＰＬＣ控制的多电机同步系统摘要:通过对不同控制方法的分析,介绍了利用Omron系列PLC做为主控元件的多电机同步运行系统。
关键词:PLC 同步随动闭环电动机近年来,随着我国包装,分切,印刷,涂层等行业的蓬勃发展,做为配套的电气控制环节则对产品的质量起着关键的作用,目前以PLC做为中心控制元件的设备占有相当大的比重,并以其精确的控制,稳定的工作状态占据了十分重要的地位。
而在这些控制系统中核心问题便是各动力驱动轴的同步运行,即各电机的同步运行。
本文将介绍分析几种以OMRON系列PLC作为主控元件来实现多电机同步运行的方案。
1 系统控制方案1.1 随动系统随动系统,即一台电机作为主电机,另外一台或多台作为随动电机,随动电机紧跟着主电机运行;控制系统的基本组如图1所示。
在该系统中由PLC接受来自上位机发来的控制信号,经过一定的运算转换为执行装置的控制信号,如变频器的频率,进而驱动主电机运行,通过编码器监测电机的实际运行速度,并将这一信号作为随动电机的控制命令,随动电机紧随这一速度便可实现两台电机的同步运行。
1.2 闭环系统闭环控制系统,即两台电机由同一控制器(PLC)发出控制信号,然后再各自构成闭环系统,紧随控制器发出的信号,即可实现多电机的同步运行;控制系统的基本组如图2所示。
在这个系统中由PLC接受来自上位机发来的控制信号,经过运算转换为执行装置的控制信号,同时发到两台电机的驱动器中,由于控制命令是相同的, 通过编码器监测电机的实际速度,与控制命令进行比较,构成闭环控制系统,这样只要两台电机的都紧随控制命令运行便可实现同步。
1.3 随动闭环系统随动闭环控制系统,综合了随动系统和闭环控制系统的特点,在随动控制系统的基础上构成了闭环控制。
两台电机驱动器由同一控制器(PLC)发出控制信号,并各自构成闭环系统,将辅电机的实际速度实时的与主电机进行比较,综合调整,使辅电机紧随主电机的运行速度,即可实现多电机的同步运行。
浅析多电机速度同步控制中变频器和PLC技术的应用
器对变频器进行控制能够实现对传动 系统 中速度的灵活掌控 ，提高对速 度控制的准确性和稳定性 ， 对 于速度 的控制研究 还在进一步深入当中， 我们要及时的总结现有的工作经验 ， 不断学习国外先进 的技术 ，早 日 实
调节印刷辊的速度从 而实现对牵引辊 的速度追踪 ，在利用 两个编码器来 实现对于两个动力电机脉冲信号的采集 ，采集完后送到可编程控制器的 高速技术 口中或者是接在电脑上 ， 根据这两个速度信号通过软件来计算 比例积分控制算 法，将结果作为输出信号通过可编程控制器 的模拟量模
浅析多电机速度同步控制中变频器和 Ｐ Ｌ Ｃ技术的应用
宋海生 耿 秀华 唐 山汇中仪表 股份有 限公 司 河北 唐 山 ０ ６ ３ ０ ０ ０
【 摘 要】 可 编程控 制器在 自动化控 制领 域有 着重要 的应用，而近几年变频器的研究也取得 了一定的成果。多 电机速度控制 问题一直是工业 中的难 点， 尤其是对 于稳 定的速度 比的控 制要 求。本文主要就传输 系统 中的多电机 同步处理中速度 比例控 制问题 进行 简要说 明，通过对实例的解释说 明利 用可编程控制器和 变频器 能够 实现都 电机 的速度 同步控制及稳定在一定速度控制比的方法。 【 关键词】可编程 控制器 变频器 速度 同步控制 中图分类号：Ｔ Ｍ３ ０ １文献标识码：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ９ — ４ Ｏ ６ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ｌ ９ － ２ ２ ７ 一 Ｏ 】
度 比例进行调速变化 ， 还有利用编码器进行信号 的采集 ，然后传送到可 编程控制器 的高速端 口， 在转换成具体的速度数值后 ，运算结果作为输 出信号，通过可编程 控制器 的模拟量进行标定后 ，用电流信号形成能够 控制 电机 的调速变频器或者是 电压信号。其算法跟速度同步控制算法类 似， 都是采用控制算法 。比如预拉伸辊速度数据和设定的速度 比相乘 ， 得出的数据作为热拉伸辊速度设定值 ， 进 而实现对于整个系统 的速度 比
基于PLC和变频器多电机速度同步控制
基于 PLC和变频器多电机速度同步控制摘要：本文从事基于PLC和变频器多电机速度同步控制研究，在对PLC控制技术、变频器控制进行特点分析、控制技术分析后，以1台计算机、1台PLC、两台变频器为硬件，结合模糊PID补偿算法实现多电机速度同步控制系统设计，仅以本文研究成果，再使阅读者了解多电机速度同步控制实现方法同时，促进工业领域良性发展。
关键词：PLC控制系统；变频器；模糊PID随我国经济飞速发展，对工业生也提出更高的要求，越来越多生产工况下，需要实现多电机同步控制，而如何实现这一目标，并确保控制系统具备良好性能，始终为工业领域技术人员、学者深度研究问题。
PLC技术与变频器技术，目前广泛应用于工业自动控制领域，而探索基于PLC与变频器的多电机速度同步控制，则是促进我国工业生产企业生产水平提升、生产技术优化的重要研究举措。
1.PLC与变频器控制分析1.1PLC控制技术PLC控制系统，具有能耗低、体积小、安装便捷、功能强大特点，其内部设有大量编程元件，这些元件都能够被用户有效使用，且能够面向各项设备发挥不同的控制功能。
相比传统的机电控制模式，PLC控制系统有着更高的性价比优势，同时PLC技术可同互联网技术融合，形成强大的分散控制能力，实现面向系统、设备的统筹管理。
此外，多数情况下，PLC会利用梯形图语言，在面向设备、系统进行控制阶段设计梯形图程序，统筹管理阶段PLC则会利用顺序控制开展设计。
目前，PLC控制系统已被广泛应用我国工业生产企业，常见基于PLC的控制系统如生产流水线机械手臂、自动零部件安装、全自动生产送料系统等[1]。
1.2变频器控制技术变频器控制技术下，包含V/F控制、转差频率控制，矢量控制、直接转库控制。
其中，V/F控制，又可称为恒压频比控制方法，其控制原理是在保持电压/频率值恒定基础上，确保磁通恒定，继而获取系统运行所需的转矩特性。
V/F控制隶属开环控制的一种，无须设置速度传感器，且控制电路十分简化。
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ＰＬＣ实现变频器多电机控制
本文介绍了一种可编程控制器(简称PLC)与变频调速器构成的多分支通讯网络，PLC通过网络控制变频调速器的优越性。
标签：可编程控制器（PLC）变频调速器网络通讯协议
一、系统概述
用可编程控制器(以下简称PLC)、变频调速器组成的同步控制系统、比例控制系统以及同速控制系统等控制系统已经广泛应用于冶金、机械、纺织、化工等各种行业。
当系统工作时操作人员通过工业计算机(也称PC机)设定运行参数(PC机也可不用)，由网络传送到PLC，由PLC发出控制变频调速器的速度控制指令，使各个变频调速器带动电机按照一定的速度运转。
该控制系统对于电机数目少，分布比较集中的系统较合适；对于大规模自动化生产线，因为电机数目多、分布远，致使该控制系统的速度指令信号在长距离传输中衰减和受外界其它信号的干扰，整个系统的工作稳定性和可靠性降低，同时增加成本。
鉴于以上原因，又提出了由PLC和变频调速器构成的多分支通讯控制网络。
此系统成本低，信号传输距离远，抗干扰能力强，尤其适合远距离，多电机的大型自动化生产线。
二、系统硬件构成
控制系统组要由以下组件构成：
1.FXON--24MR为PLC基本单元。
执行系统本身以及用户编辑的软件，是控制系统的核心。
2.FXON--485ADP是FXON系统PLC的通讯适配器。
该模块的主要作用是在计算机与PLC通讯系统中作为子站接受计算机发给PLC的信息或在多个PLC 构成众多子站时的网络适配器。
它一般只作为规定的网络协议的收信单元使用。
在这里它一方面接受PC发给PLC的控制信息，另一方面把PLC的控制信号传送给变频器，完成对电机的速度控制。
3.FR--CU03是FR--A044系列调速器的计算机连接单元，符合RS422/RS485通讯协议规范。
用于实现计算机与多台变频器的网络连接。
通过该单元能够在网络上实现变频器的运行控制(如启动、停职、运行频率设定、参数设定和状态监控等)功能。
是变频器的网络接口。
4.FR--A044是变频调速器，实现对电机的转速控制。
在此多分支通讯网络中，每个变频器是一个子站，均有一个站号，事先由参
数设定单元设定。
工作过程中，PLC通过FXON--485ADP发出有关命令信息后各个子站均收到该信息，然后每各子站判断该信息的站号地址是否与本站站号相一致。
若一致则处理该信息并返回应答信息；若不一致则放弃对该信息的处理。
这样就保证了在网络上同时只有一个子站与主站进行信息交换。
三、系统软件编程
1.通讯协议
该过程最多分5个阶段：1.PLC发出通讯请求。
2.变频器等待处理。
3.变频器做出应答。
4.PLC等待处理。
5.PLC做出应答。
根据不同的通讯要求完成相应的过程，如写变频器启停控制控制指令时完成1--3三個过程；监视变频器运行频率时完成1--5五个过程。
不论是写数据还是读数据，均有PLC发出请求，变频器只是被动接受请求并作出应答。
每个阶段的数据格式均有差别。
下图是分别写变频器控制命令和变频器运行频率的数据格式。
2.编写程序
要实现对变频器的控制，必须对PLC进行编程，通过编写的程序实现PLC 与变频器信息交换的控制。
PLC程序应完成FXON--485ADP通讯适配器的初始化、控制命令字的组合、大麻转换以及变频器应答信息的处理等工作。
程序中通讯发送缓冲区为D127--D129；接收缓冲区为D150--D160。
电机Ⅰ的启动、停止分别由X0的上升、下降沿控制；电机Ⅱ的启动、停止分别由X1的上升、下降沿控制；电机Ⅲ的启动、停止分别由X2的上升、下降沿控制。
程序由系统起始脉冲M8002初始化FXON--485ADP的通讯协议；然后进行启动、停止信号的处理。
以电机Ⅰ的启动为例：X0的上升沿M50吸合。
变频器Ⅰ的站号送入D130，运行命令字送入D135，ENQ、写运行命令的控制字和等待时间等由编程器事先写入D131、D132、D133；接着求校验和并进入D136、D137；最后置M8122允许RS指令发送控制信息到变频器。
变频器收到信号后立即回复应答信息，此信息由FXON--485ADP收到后置M8132，PLC根据情况作出相应处理后结束程序。
四、结束语
1.实际使用表明，该方案能够实现计算机通过网络对PLC、变频调速器的运行控制、参数设定、以及运行状态监控。
2.该系统最多可控制变频调速器32台，最远传输距离不大于500米。
3.一台计算机和PLC控制多台变频调速器，成本明显低于传统的控制方式。
4.系统随着变频器的增加，通讯延迟加大，系统响应速度降低，不利于控制。
参考文献：
1.《三菱PLC编程手册》
2.《三菱PLC硬件手册》
3.《通讯协议技术》王炜、崔炳哲科学出版社。