基于PLC及变频调速器的多电机控制探讨

【摘要】现代化工业生产对多电机协作控制的要求越来越高，而传统的控制方式给每一个变频调速器和电动机都配备专门的控制器，则不仅会增大了系统的运行和维护难度，还会增加投入成本。本文设计了一种基于一台PLC控制多台变频调速器的控制方案，该方案完全满足工业生产中对多台电机的同步控制需求，并且成本较传统的控制方式而言明显降低，值得在实际应用领域进行广泛推广。

【关键词】PLC;变频调速器;多电机控制

1.引言

PLC具有简单、灵活、方便、可靠等优点，以为控制系统提供控制接口和标准化的控制程序为目的，已经成为了当前国内外采用最普遍的电机控制技术。而且在一些生产环境较为恶劣的领域中，PLC 仍能保持稳定可靠的工作性能，并对外界的干扰具有较强的抵抗能力，因此备受关注。

现代化工业生产对多电机协作控制的要求越来越高，而变频器则是协调多电机共同完成生产任务的关键，但如果给每一个变频调速器和电动机都配备专门的控制器，则不仅会增大多电机协调控制程序的编写难度和系统的运行维护难度，还会增加投入成本。因此，目前基于一台PLC控制多台变频调速器的控制方案是主要研究方向。本文设计了一种基于一台PLC控制多台变频调速器的控制方案，该方案完全满足工业生产中对多台电机的同步控制需求。

2.PLC控制器概述

PLC是采用计算机技术为基础的一种新型的控制装置，其硬件组成部分主要包括：

（1）电源。通过PLC电源模块的整流、滤波和稳压等处理过程，外部交流电被转换为PLC内部电路工作需要的直流电，这对PLC系统控制功能的实现意义重大。正常情况下，交流电压的波动不会超过+15%，所以可直接将PLC接到交流电网上。

（2）CPU。CPU是整个 PLC 的核心，相当于控制系统的“大脑”。PLC在一个扫描周期内主要完成的工作包括：输入处理、程序执行、输出处理以及其间响应各种外部设备的工作请求。

（3）存储器。存放用户编写的程序和数据。

（4）I/O接口电路。输入接口电路是连接PLC与现场各种输入设备的接口，其目的是将外部设备的状态或信息读入CPU，而输出接口电路是将CPU程序处理过的數据传送给执行机构的接口，且它们一般都配有电子变换、光耦合器和阻容滤波等电路。

（5）通信接口。PLC配有各种通信接口。

3.基于PLC的变频调速器控制方案

基于PLC的变频调速器系统主要由PLC和变频调速器组成，能够满足同步控制、比例控制以及同速控制等不同的控制需求，并且已经广泛地应用于各种工业生产领域。以同步控制为例，本文采用主从同步控制方式，以其中一台电机为主电机，其余皆为从属电机。对于所有从属电机而言，它们都接受由主电机给定的输出共享信号。如果将这些电机串联，则除去整个系统的主电机外，其余每一台从属电机都和前一台电机进行速度同步比较，每台从属电机（除了最后一台从属电机外）都同时扮演前一台电机的从属电机和后一台电机的“主电机”角色。

系统控制方案如下：采用施耐德 PLC TWDLMDA40DTK作为主控单元，通过RS-485总线跟变频调速器连接。在该系统中，每台变频调速器分别控制一台主电机，而每台电机都带有旋转编码器反馈转速。旋转编码器将转速信号同时反馈给变频调速器和PLC，PLC根据实际转速确定补偿值。上位机监控软件通过 RS-485 总线连接到网络中，实现对下位机的监控功能。

4.基于PLC的变频调速器硬件构成

整个系统有PC机、PLC、变频调速器等组成。控制系统采用施耐德PLC TWDLMDA40DTK作为主控单元，PLC是实时控制的核心，它和变频器之间采用DFP11A通讯模块（满足RS485总线通讯技术要求）进行通讯，读取变频器中各电机的速度，计算出各个电机的速度补偿值，然后根据补偿值将速度控制指令发送给各个变频器，从而实现多电机的协调运转。

整个系统硬件由电气部分和控制部分构成。电气部分主要包括有：

（1）多台三相异步电动机。

（2）PLC。采用一台施耐德PLC TWDLMDA40DTK控制多台变频调速器。TWDLMDA40DTK集成了24输入/16输出共40个I/O点，具有PID特殊功能模块，并支持RS485通讯扩展模块，完全能够满足本系统的控制需求。

（3）通讯适配器。采用TWDNAC485D为TWDLMDA40DTK的通讯适配器，通讯适配器的功能是在PC-PLC通讯系统中作为子网站，以规定网络通讯协议的收信单元使用。

（4）变频调速器。每台电动机都采用一台SEW MDV60A变频调速器对其实施调速。工作中，每个变频器都相当于一个子网站，通过接收PLC经通讯适配器发出的控制指令信息，从而实现对电机的调速控制。

（5）变频调速器网络接口单元。采用DFP11A通讯模块作为变频调速器的网络连接单元，通过该单元能够在网络上实现变频调速器的运行控制（如启动、停止、调节频率）、参数设定和状态监控等功能。

（6）PC机一台。

（7）旋转编码器。每个电机尾端安装一个编码器，将从电机上采到的信号反馈回PLC，组成一个速度闭环。

控制部分将TWDLMDA40DTK作为系统主站，通过DFP11A通讯模块实现PLC和MDV60A变频器的连接，从而形成一个控制网络，完成系统的控制功能。

5.基于PLC的变频调速器软件设计

5.1 通讯协议

按照MODUBUS协议定义PLC与变频器的通讯过程，该过程最多分为以下5个阶段：

（1）PLC发出通讯请求;

（2）MDV60A变频调速器处理等待;

（3）MDV60A作出应答;

（4）PLC处理等待;

（5）PLC作出应答。

根据不同的控制需求完成相应的通讯过程，无论是写数据还是读数据，均由PLC发出请求，变频调速器只是被动接受请求并作出应答。

5.2 PLC编程

基于PLC的变频调速器的软件采用的是Windows XP SP3操作系统，编程环境采用TwidoSoft软件。PLC通过通讯协议实现对变频器的有效控制。通讯协议一般采用子程序方式进行编写，然后通过调用相对应的子程序实现对变频器的控制。

6.结束语

本文设计方案实现了一台PC和PLC控制多台变频调速器，完全满足工业生产中对多台电机的同步控制需求，并且成本较传统的控制方式而言明显降低，值得在实际应用领域进行广泛推广。

参考文献

[1]王俊杰.基于PLC及变频调速器的多电机控制分析[J].中国科技博览，2012，（35）：50.

[2]邝禹聪，姚伟江.PLC与变频器在环形生产线中的应用[J].机械工程师，2012，（11）：68-70.

[3]陈德欣，贺正强.PLC和变频器在多电机控制方面的研究[J].中国科技博览，2011，（13）：44.

[4]崔兴旺，陈志远.PLC实现变频调速器多电机控制[J].华章（初中读写），2007，（2）：155.

作者简介：

王磊（1983—），男，安徽人，大学本科，中广核工程有限公司工程师，研究方向：电气工程及其自动化。

陈晨（1984—），女，辽宁人，大学本科，中广核工程有限公司助理工程师，研究方向：核科学与技术。