何新霞，邢瑞军
(中国石油大学(华东)信息与控制工程学院．山东东营257061)
O 引言
日前．在直流电机控制系统中，普遍采用以单片机或DsP作为微处理器的控制系统。由于单片机或DsP控制电机占用端口资源多、所需周边元器件电较多，对整个系统的稳定性和可靠性有较大影响。
可编程控制器作为一种工业控制装置．以抗干扰能力强和町靠性高而著称．随着可编程控制器的迅速发展，其性价比也在不断提高，本文利用PLc对直流电机进行PwM调速控制，以提高直流调速系统的控制性能。为实现直流电机的数字控制提供了一种新的有效方法。
1控制系统构成
基于PLc的直流脉宽调速系统构成如图l所示。光电编码器与直流电机同轴连接，电机每转1周，光电编码器就产生一定数量的脉冲信号，此脉冲信号通过s7-200 PLc的高速计数功能．测量出电机的转速。转速给定信号与转速测量信号相减，得偏差信号，通过PIC的PID功能指令，得到PID控制器输出，PID控制器输出作为PwM信号占空比的控制信号，利用PLc的PwM功能指令，可在PLc的相应输出端输出占空比可凋的PwM信号。
PwM信号作用于驱动电路．控制PwM变换器主电路相应桥臂开关管的导通和关断，从而控制加在直流电机电枢上的电压，实现直流电机的PwM调速．
2硬件电路设计
2．1 主电路及驱动电路设计
PwM变换器主电路采用双极式可逆I，wM变换器[1-2]，在双极性工作制下．PwM变换器的4个大功率晶体管IGBT分成2组，晶体管vT1，vT4与晶体管VT2，VT3交替导通和截止。
2．2转速检测
光电编码器与电动机同轴连接．电动机旋转时,光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子兀件组成的检测装置检测输出的脉冲信号。通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。为判断旋转方向，码盘还提供相位互差90。的2路脉冲信号。
3 系统软件设计
3．1 系统软件总体设计
系统程序主要包括转速检测显示程序、H控制算法程序及PwM信号产生程序。转速检测显示程序实现对电机实际转速的测量，并利用组态王软件实时显示出来．PI控制算法程序利用PLC的PID功能指令实现速度的PI控制，并将P1控制器的输出值作为PwM控制信号的占空比。PwM信号产生程序利用PLc的PwM功能指令产生周期一定、占空比可调的PwM信号。
程序首先对高速计数器、PwM信号发生器和PID参数表进行初始化。然后设置定时中断，并启动定时器开始定时。接下来判断电机的转动方向，若正转，则判断正转高速计数器是否发生中断，否则判断反转高速计数器是否发生中断。高速计数器一旦发生中断，立即读取定时器的当前值．作为计算转速的时间值。之后判断是否发生定时中断，若是则执行定时中断程序．定时中断程序主要工作为定时器清零、高速计数器清零并重新启动、计算转速、转速标准化、执行PID指令、输出值转换及执行PwM指令，继而输出PwM控制信号，否则继续判断是否发生中断。
3.2转速检测
程序转速的检测主要是通过光电编码器和PLc的高速计数功能来实现的。光电编码器和电机同轴连接，电机每转1圈，光电编码器A，B两路就产生一定数量的相位互差90。的正交脉冲。为此选择高速计数器为A，B两路正交计数工作方式。为使高速计数器正确工作，首先应向高速计数器的控制字节写人控制字，利用高速计数器的定义指令为所用的高速计数器选定工作模式，写入高速计数器的设定值，把当前值清零，采用当前值等于设定值的中断事件，建立中断连接，然后启动高速计数器[4]。同时启动定时器，当高速计数器的当前值等于设定值时，产生中断，并同时把定时器的当前值读出来，作为产生所设定脉冲数的时问，从而可计算出转速。
为提高测量精度，减少测量误差，可使用多个高速计数器，每个高速计数器检测不同时间范围的脉冲数。鉴于s7-200 PLc cPu224有4个高速计数器具有A，B两路正交计数方式，程序采用了4个高速计数器进行计量，然后取其平均值。
3．3 PI控制程序
程序采用PID功能指令实现PI运算。在每个采样周期内执行1次PID指令，在执行PID指令前。首先应构建PID控制回路表，将控制回路表巾有关参数按照地址偏移量写入相应的变量寄存器。
采用调用子程序的方法，在子程序中，列PII)参数进行初始化处理。
3．4 PwM控制程序
s7-200PLc产生的PwM信号是指从Q0.0或QO．1输出端输出周期固定，脉冲宽度町调的脉冲信号[1]。信号周期范围为50～65 535 μs或2～65535 ms。周期设定值一般为偶数．否则会引起输出波形的占空比失真。脉冲宽度范围为0～65 535Ms或O～65 535 ms．占空比为O％～100％。当脉冲宽度大于或等于周期时．输出将连续接通，当脉冲宽度为O时，输出将一直被关断。
在使用PwM功能之前，首先应确定PwM信号的输出端；初始化PwM输出形式的各个参数，如设置控制字节、写入PwM信号的周期值及脉宽值、然后执行PLs指令，采用子程序方式。
编制初始化子程序时，设置控制字节是一个关键点，因控制字节所有位的默认值均为o，若不根据系统要求正确设置各个位，即使程序完全正确，也会导致在Q0 0或Q0．1端没有脉冲输出[6]。
由于P1控制器的输出值作为PwM控制信号的占空比，因此PwM信号的脉宽值随着PI控制器的输出而随时改变，这就需要重新设置控制字节、脉冲宽度等值，并重新执行PLS指令。
4 实验结果分析
根据以上分析和设计，实现了基于PLC的直流电机PwM调速系统，并利用组态王软件构建了系统监控画面，实现了对电机转速的实时测量及波形显示。当转速给定40O r／mln时，经过1 O s左右的时间．转速基本稳定在400 r／min，速度响应时间小，且实现了无静差转速调节。电机已稳定运行于400 r／min时，突然改变转速给定值为600 r／min，经过约5 s的调节时问，转速基本稳定在600 r／min，实现了转速无静差调节。
5 结束语
应用S7-200 PLC，实现了对直流电机的闭环脉宽调速控制。完成控制与测量软件的开发及系统硬件电路的设计制作。基于PLc的直流电机PwM速度控制系统，具有结构简单灵活、调速性能好、响应速度快和工作可靠性高的特点。实现了电机的数字化控制，非常适用于工业控制，是电气传动的发展方向。 |
