基于PLC直流電機調速系統的設計

摘 要：本文從工程實踐出發，采用西門子S7-200可編程序控制器，設計了直流電機的調速系統，對PLC進行了I/O點的分配，同時設計了PLC的外部接線圖，并編寫了控制直流電機的PLC程序。

關鍵詞：直流電機；可編程控制器

引言：直流電機在電機調速系統中占有重要的地位，因為他的調速性能較好，不但調速方便，而且在磁場條件符合的情況下，電樞電壓和轉速成正比，轉矩更易于被控制；起動性能較好，可以比較平滑調節速度。具有優良的動態特性。在挖掘機、軋鋼機礦井卷機、造紙機和高層電梯等領域已經得到了廣泛的應用。

一、直流電機調速的基本原理

直流電機可以分為三種，分別為串勵直流電機，并勵直流電機，他勵直流電機。本文針對他勵直流電動機調速進行設計。當有電流I流過電樞，將會產生電磁轉矩，電機的轉子開始轉動，由于轉子在磁場中處于通電狀態，產生感應電動勢。線圈進行轉動的過程，當線圈處于該位置的時候，再轉動180度，處于這兩個狀態的感應電動勢是相反的。利用換向片使得輸入電流的方向不變。載流導體在磁場中將會受到力的作用，若磁場與載流導體互相垂直，作用在導體上的電磁力大小為：F=B·l·I

氣動機械手工作壓力為0.6MPa，最高壓力可達1Mpa。機械手具有二個直線運動和一個旋轉運動自由度，用于將原工作臺上的物品搬到其左側工作臺上。整個機械手在工作中能實現上升/下降、左旋轉/右旋轉、夾緊/放松功能。機械手的工作流程如圖2所示。

二、他勵直流電機的調速特性

直流電動機的轉速n和其他參量的關系可表示為：n=■

式中 Ua——電樞供電電壓（V）；

Ia ——電樞電流（A）；

Ф——勵磁磁通（Wb）；

Ra——電樞回路總電阻（Ω）

由上面的公式可得他勵直流電機的調速方式有以下3種：

1. 改變電樞電路串接電阻

2. 改變電動機主磁通

3. 改變電動機電樞供電電壓

本文采用第三種調速方式。電源電壓作連續變化時，轉速可以平滑地進行無級調節，只能在額定轉速以下調速；速度可調范圍較大，適合于轉矩不變的場合進行調速。

三、直流電機調速系統的設計

I/O分配表。當有正轉信號I0.0時，直流電機開始以初始終速度轉動，此時可以對直流電機的速度進行重新選擇設定，通過手動對觸摸屏輸入新的速度值，并確定。直流電機轉速立即改變為預置值。當正轉信號I0.0或直流電機處于停車狀態時，按下反轉按鈕，直流電機以初始速度進行反轉。不管電機在何種狀態下運轉，當按下急停按鈕時，電機立即停止運轉，確保當危險情況出現的時候，電機能及時停止轉動，避免危險情況的發生，對機器造成損壞或者造成人員的傷亡。

四、程序的設計及其調試

調試過程中，糾正了之前對編碼器接線的誤解。接線部分相對還是比較順利的，通過這次接線加深了對NPN型和PNP型編碼器接線的認識。接完線之后對程序進行調試的過程中，發現做程序的時候沒考慮直流電機帶有減速器，而且編碼器不是直接安裝在直流電機上，因為本次設計選的直流電機不是雙出軸的直流電機，這樣做反饋信號矯正的程序必須考慮該傳動比，后期對程序進行的修改。最終調試成功。利用組態王軟件可以在組態頁面直接顯示工作時間，直觀顯示直流電機的轉速，可以實現異地控制。

可以做啟動與停止的切換，在設置按鈕按下后進行的命令語言，當＼＼本站點＼啟動==1時，點擊被設置的對象，＼＼本站點＼停止=1。對應本設計中PLC中的編程語言，和組態王中數據詞典設置的變量，即當PLC程序啟動運行的時候，按下被設置對象，PLC停止運行程序；當＼＼本站點＼啟動==0時，點擊被設置的對象，＼＼本站點＼啟動=1。對應本設計中PLC中的編程語言，和組態王中數據詞典設置的變量，即當PLC程序停止運行的時候，且PLC處于開機上電狀態，按下被設置對象，PLC啟動運行程序。

五、結束語

利用組態王軟件組態可以做簡單的人機界面，而且與PLC進行通信，實現計算機對PLC的實時控制和對PLC的遠程監控。通過組態王軟件可以自己編輯動畫，形象地反饋系統的運行情況，在遠程操作的過程中，使操作者能進一步理解整套工序的進行。組態王軟件特別適合于按鈕較多的場合，可以代替大部分按鈕，這樣不僅可以節省成本，還可以節省大量接線，使得設備更加簡潔。

參考文獻：

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