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摘要：随着信息化时代的到来，在工业生产中对工业控制要求也越来越高，特别是对电动机速度的控制要求尤为突出，因而研究出了更多的交流调速方法。其中，PLC的可靠性高、系统设计强、维护方便等的特点，与组态软件、变频器等有机结合，能够有效控制电动机速度。本文对PLC与组态软件应用于动机变频调速系统进行多方面分析和总结，供参考。
关键词：PLC,组态软件,电动机,变频调速
抗干扰能力强，可靠性高、容易改造、建造工作量小、系统设计、维护方便等是PLC的主要特点。本文将三相异步电动机作为被控对象，并主要介绍了怎样应用PLC与变频器、组态软件等实现对此电动机的变频调速控制。组态软件主要应用于数据采集和过程控制，它们组成自动控制系统监控层的一级开发环境和软件平台，其组态方式十分灵活，给用户进行工业自动控制系统监控提供了快捷、方便的通用层次的软件工具，不仅使操作人员的工作环境得到改善，工作的安全性得以提高，同时也促进了生产效率的提高。
1、系统设计总体构架
此系统的控制平台主要由远程监控层、上位机监控层以及PLC控制层组成，如图1所示。
图1电动机变频调速系统
经总体分析与总结系统各个方面，对此变频调速器进行设计实现过程主要分为以下三方面：
第一，基层PLC加变频器进行三相异步电动机的控制得以实现
第二，要实现上位机的监控，主要是基于MCGS基础上使得上位机PC机与PLC之间的通信连接。
第三，远程控制通过IE浏览器实现，并能够实现基本B/S模式进行远程监控。在上位监控层中，PC机进行MCGS网络版组态软件运行，一方面基于TCP/IP协议，MCGS网络版组态软件只需在客户端上运行IE浏览器，便可完成整个系统相关的信息收集与发布，使得网络计算机能够有效控制或浏览现场的运行状态。另一方面此组态软件还可以作为PLC下位机的组态平台和监控平台。
2、PLC与变频器实现变频调速
为实现对此电动机的变频调速控制，主要采用了无极调速、八段速以及光电编码器的闭环控制法进行有效控制电动机。
2.1无极调速控制
为实现对电动机的控制，本控制方案主要采用的是PWM技术，此技术具有控制灵活、简单、动态响应好的特点，被广泛应用到电力电子技术的控制方案中，逐渐成为人们研究和关注的热点。
本方案功能的实现是结合组态软件实现，主要输入一个频率在上位机组态的界面上，运行这一频率进行电动机控制。其实现过程具体如下，首先在软件编程中应用PLC输出PWM脉冲，与变频器相连接，对电路端子中的八号端子进行控制。通过改变PWM脉冲的占空比实现变频器输出频率的改变。这样在组态软件中对PWM脉冲的占空比进行设定，实现电动机转速的确定。
2.2八段速控制
采用八段速控制主要是通过一个按钮实现对一中电动机转速的控制。此方法是设定八个频率在变频器中，通过PLC中的八个控制按钮分别输入一种频率输出。其具体操作过程是，首先进行PLC梯形图程序的编写，保持输出端子的输出状态组合为八种状态，在每个状态下采用一个控制开关，这八个控制开关分别控制了PLC的八种输出状态。然后按顺序连接变频器的控制电路端子与PLC的三个输出端子。设定变频器参数，对各个状态频率的输出大小进行确定，实现一个控制开关控制一种变频器的输出频率，最后连接电动机与变频器，通过控制这八个控制开关的通断情况，PLC有效控制电动机的八段速得以实现。其控制程序如图2所示。
图2八段速程序
2.3光电编码器的闭环控制
把增量式光电编码器当做闭环控制的反馈输入是本方案实施思路。其具体实现过程如下，首先应用PLC控制好电动机，保持一定速度运转，采用光电编码器对电动机转一圈产生的脉冲数进行监测，及时将检测信息传送至PLC。然后将PLC变成将收到的脉冲数转换为电动机的转速，并对转速值与电动机预设值进行比较，如果存在偏差，可通过PID算法消除误差，让电动机保持在规定的转速值内运转。
3、监控系统设计
3.1触摸屏控制设计
首先应选择一个型号的触摸屏，根据其在计算机上支持的软件设计的相关说明、各个控制、报警画面等，进行触摸屏下载，然后通过电缆与PLC连接，两者相互通信实现对电动机的加速、减速、正反转、启停、等的控制。当触摸屏上电后，能够自动进入到设计的相关画面，根据需要，操作人员可以通过人机交互有机结合的方式直接对下位机PLC实施控制功能，提高系统的可靠性。
3.2基于MCGS组态软件的上位机监控
此组态软件系统主要是基于PC硬件，在windows平台上运行的一种组态软件，运行环境与开发环境构成MCGS组态软件系统，其中，组态运行环境主要负责组态软件与PLC的数据转换，实时对变量的数值进行更新，系统历史记录查询、报警显示、趋势曲线等功能由该组态软件系统实现，并能生成历史数据文件，便于以后查询使用。此外，画面开发系统建立起来的相关图形也是通过组态运行环境显示出来。画面开发环境主要是应用程序的集成环境，变量的定义、界面设计等工作主要在这个环境中进行，具有科学的图形生产功能。组成变量的数据类型有多种，可以科学合理的对被控对象的特性进行抽象发挥，能够简单操作数据的安全防范、过程记录、趋势曲线、报警等重要功能。此系统设计步骤如下：
首先，打开装有MCGS网络版组态软件的计算机，打开此软件并在此软件上建立一个工程项目，应用组态软件中的绘图工具在操作界面上构件监控系统。
其次，建立一个实时数据库在组态软件中，便于PLC与MCGS之间数据交换的实现。
最后，建立PLC与MCGS之间的通信连接，PC上位机与PLC之间的连接通过松下编程电缆实现。将松下PLC与通用串口父设备加入到组态软件的设备窗口之中，进行通讯设置。组态完成后，系统进入运行环境，实现对电动机的上位机的有效监控。通信设置见图表。
网络版MCGS组态软件具有互联网远程浏览功能，能够通过IE浏览器操作控制和远程浏览所建立的工程项目。此方法只需打开上位监控的PC机的组态软件运行便可，既方便又实用。对于远程用户，仅需要将IE浏览器打开，在网页的地址栏中输入工程项目运行的用户的IP，便可以对此计算机直接访问。其具体操作时在操作界面上，输入用户的用户名和密码，系统自动登陆到服务器，便能实现对工程项目中的组态画面直接浏览，根据具体需要，获取相关信息，采用此浏览器，实现了资源共享、及时获取信息的目的，为远程监控提供了另一个有效平台。如果用户具有控制权限，还可以实现远程控制功能，只需基于MCGS网络版平台，打开浏览器，登录到相关页面，管理和监控权利范围内众多内容，远程监控功能得以实现。其原理如图3所示：
图3基于MCGS组态软件的IE浏览器远程控制原理
4、结语
通过采用PLC与组态软件系统，运行变频器，完成对电动机转速的有效控制，大大减少了硬件电路设计程序。同时，此系统与当前广泛应用的触摸屏以及组态软件技术相结合，进一步提高了控制系统的自动化程度，运行更加稳定可靠，其操作简单、抗干扰能力强、维修方便、直观的特点，使操作人员的劳动强度大大减轻，提高了工作效率，具有较高的应用价值。
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