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PLC对异步交流电动机的控制

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交流异步电动机的PLC控制及 当前技术发展 朱连官,　路林吉　　(上海交通大学,上海　200030) 摘　要:以交流异步电动机的PLC逻辑控制、位置控制、过程控制、变频控制、数据 处理和数据通信的典型应用实例阐述了PLC在交流异步电动机自动化控制领域的广 泛应用和重要作用,并就其最新技术的发展作了描述。 关键词:可编程序控制器;功能块图;二轴位置控制;DDE技术 中图分类号: TM571.6+1　文献标识码: A　文章编号: 1001-5531(2004)02-0022-04 PLC Control & Current Technologies on A.C. Asynchronous Motor ZHULian-guan,　LULin-ji (Shanghai JiaotongUniversity, Shanghai　200030, China) 　　Abstract: Through analyzing typical applications of PLC logical control, position control, position control varying frequency control, data processing and data transmission, the important role of PLC in automatic control of A.C. asyn- chronous motor was illustrated in this paper. Key words:programmable logic controller(PLC);function diagram;two-axis location control;DDE technol- ogy

1　引　言 交流异步电动机是工业装备中应用最多的终 端执行部件,而PLC(可编程序控制器)是一种以 微电脑技术为核心的自动控制装置。PLC具有优 于其他控制器件的许多功能,如:①可靠性高,抗 干扰能力强;②控制程序可变,能实现柔性控制; ③控制和运算处理功能完善(模拟量输入/输出、 PID控制、算术运算等);④网络和通信功能(配置 网络适配器或通信卡能与网络或其他控制器通 信)等。当交流异步电动机使用了PLC控制,就 能更好地实现工业装备的逻辑控制、位置控制、过 程控制、变频控制、数据处理和数据通信,达到自 动控制的新水平。 2　交流异步电动机的PLC逻辑控制 PLC最初就是为了替代繁琐的继电器-接触 器控制系统而产生的,这里以Siemens小型PLC LOGO! 230RC为例,介绍其在环保沉淀均化池刮 泥机鼠笼式交流电动机上的应用。图1为刮泥机 工作示意图。 图1　刮泥机工作示意图 　　图2为刮泥机应用LOGO!控制线路图,图3 为刮泥机应用LOGO!控制系统功能块图。将功 能块图输入LOGO!内存后,即可工作运行。 　　刮泥机应用Siemens LOGO! 230RC的基本工 作原理如下:①旋转运行停止按钮SSTP21使其复 位,控制系统进入待启动状态,此时I3=I4=1(1 表示有工作电压,0表示无工作电压);②按下前 进启动按钮SST21,则Q1=1,刮泥机前进;前进至 限位开关SQ21处,I5=1,Q1=0,经接通延迟2 s后 使Q2=1,刮泥机后退;后退至限位开关SQ22处, I6=1,Q2=0,经接通延迟2 s后使Q1=1,刮泥机 前进。如此循环往复达到正常工作要求。 　　由于刮泥机使用了LOGO! 230RC PLC,将传 统控制线路图转换为PLC功能块图的方式,使控 —22— 低压电器(2004№2)交流异步电动机的PLC控制及当前技术发展 图2　刮泥机应用LOGO!控制线路图 图3　刮泥机应用LOGO!控制系统功能块图 制线路简单可靠,故障率大为降低,而且在换向控 制时采用了LOGO!的“接通延迟”特殊功能,消 除了原有控制系统中刮泥机换向时的机械冲击和 电机换向电流冲击,实现了“软”换向。 3　交流异步电动机的PLC位置控制 利用PLC的高速脉冲I/O端口或位置控制单 元、运动控制单元可以实现位置控制的功能。这 里以OMRON PLC CQM1-CPU43-EV1为例,利用 PLC的高速脉冲I/O端口和交流伺服驱动器、交 流伺服电机实现二轴位置控制功能。 图4所示为用CQM1-CPU43-EV1所构成的一 个二轴伺服系统。CQM1-CPU43-EV1含有2个高 速脉冲I/O端口,其输出频率可达50 kHz,通过频 率转换指令可实现二轴位置和进度控制。 图4　CQM1-CPU43-EV1构成的二轴伺服系统 　　使用PLUS(-)和SPED(-)控制从端口1输 出脉冲。输出脉冲数由PLUS(-)指定,用不同频 率设定执行SPED(-)来改变频率。PLC内部数 据存储器DM6611用于设定高速脉冲I/O端口1 和2的模式(设定为0001),DM6643、DM6644用于 分别设定高速脉冲I/O端口1和2的脉冲类型 (分别设定为0)。 控制端口1输出的程序例如图5所示。 图5　控制端口1输出的程序 　　图6显示程序执行时,从端口1输出的脉冲 频率。 图6　端口1输出的脉冲频率 　　端口2也可以用同样的方法输出可变频率的 脉冲。端口1、2输出的脉冲通过交流伺服驱动 器,控制交流伺服电机的正转、反转,实现二轴位 置控制。 —23— 交流异步电动机的PLC控制及当前技术发展低压电器(2004№2) 4　交流异步电动机的PLC过程控制 很多工业生产流水线或机器制造设备是步进 顺序控制的工作原理,以前基于继电器-接触器的 顺序控制系统的复杂、庞大。在采用了PLC控制 后,其柔性控制的能力、控制系统运行的可靠性和 可维护性有了历史性的改变。这里以OMRON α系列PLC C200HE为例,介绍其在纯净水灌装生 产线上的过程控制。图7为灌装工作状态顺序流 程。图8为灌装工作状态顺序流程的部分程序。 图7　灌装工作状态顺序流程 图8　灌装工作状态顺序流程的部分程序 5　应用变频器的交流异步电动机的 PLC控制 　　由于变频器具有优良的调速性能和较完美的 机械特性,目前变频器和PLC相结合控制交流异 步电机的变频调速控制系统在工业自动化领域得 到越来越多的应用。这里以OMRONα系列PLC C200HE为例,介绍其在塔式起重机起升机构绕线 式交流异步电动机变频调速控制系统上的应用。 起升机构传统的调速方法有:变极多速电机调速 机构、能耗制动调速机构、涡流制动调速机构等, 都存在调速范围小、速度稳定性差、长时间低速下 降载荷能力小、可靠性低、维护量大、能耗较高的 缺点。采用起重机专用变频器与PLC相结合控 制交流异步电动机的变频调速控制系统,就能较 好地克服起升机构传统调速方法之缺点,满足大 惯性、四象限运行的特点。 图9为起升机构交流异步电动机PLC控制原 理图。变频器采用Mitsubishi FR-A241E-11K起重 专用变频器,它具有如下重要特点:①全程磁通 矢量控制,在1 Hz低频下能提供150%额定转矩 的起动力矩;②在全速范围内具有恒转矩特性; ③内置电源再生功能,满足四象限运行;④具有 自动调整功能(内置PID控制);⑤不需要再装置 制动

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