电机控制论文范文

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第一篇：电机控制论文范文

DCS控制与电机电器控制之间的配合研究

摘要：近年来，现代工业的快速发展，使集散控制系统(DCS)得以被应用于各个领域，与此同时，DCS控制与电机电器控制的配合默契也得以不断提高，这在很大程度上提高了工业设备的自动化程度及控制水平，保障了工业设备的运行安全。鉴于此，本文便以某设备现场改动方案为例，利用网络连接操作站与工程师站，建立双网卡机制，并通过DCS系统控制设备卡件，应用ABB变频器来进行调速控制，同时设置延时按钮控件，以此深入阐述DCS控制与电机电器控制之间的配合，以期能够进一步促进DCS控制和电机电器控制的技术发展。

关键词：DCS控制;电机电器;微处理器;主交流接触器

0 引言

现阶段，在我国工业发展中，对机械设备的控制方式发生了很大变化，尤其是集散控制系统与电机电器控制的应用，通过两者间的有效配合，在极大程度上提高了机械设备的控制能力，有效保障了工业设备的运行安全。不过，集散控制系统(DCS)和电机电器控制之间是如何进行配合的，采取哪些措施能够提高两者的配合程度，也引起了越来越多自动化专业人士的深入思考。为此，以下便深入研究DCS控制与电机电器控制的配合过程。

1 基本知识

DCS是科技发展中的一种新兴控制技术，DCS控制系统一经面世，便广泛应用于工业生产领域中，并给机械控制带来了极深的影响，彻底改变了传统的机械控制方式。比如在对内燃机的电机速度进行控制时，需要通过PLC控制器、H桥、PWM驱动器以及速度传感器来实现速度精确控制，在工作过程中，速度传感器能够对内燃机设备的理论速度与实际速度进行采集，以此对两者的速度差值进行估算，然后速度差值参数会通过PLC来进行模糊化处理，并通过PWM占空比信号进行输出，以便于对能够驱动内燃机电机中的H电桥的电压进行控制，从而达到控制内燃机运行速度的目的。

对于电机电器控制来说，其控制电路主要包括主电路与逻辑控制两个组成部分。在工作原理上，操作人员需要启动ST1后，使电流得以经过交流接触器并发生吸合，在此过程中，不仅主电路中的三组主触点会进行吸合，以确保电机得以运行以外，还有一个辅助触点也会发生吸合，而该辅助触点则是确保STI两端短路，以便于ST1在发生断开时，主交流接触器仍旧处于吸合状态，该辅助触点便是所谓的自锁触点。在ST2启动时，则会切断电源，并使得主交流接触器从原有的吸合状态下进行断开，相应的自锁触点也会随之断开，这样当ST2再次吸合时，能够避免主交流接触器重新进入吸合状态。对于集散控制系统而言，其英文简称为DCS系统，该系统是将微处理器作为核心而形成的一种适用于工业领域设备控制的系统，DCS系统具有极高的自动化程度，能够实现对工业设备的集中管理与分散控制。

众所周知，在工业生产中所涉及到的工业参数众多，而且其工艺流程也较为复杂，因此需要通过DCS系统来对工业设备进行有效控制。在工业控制中，需要利用网络将操作站与工程师站进行连接，以此建立双网卡机制，从而确保各站点能够得到协调统一的控制，使通讯保持畅通。这些站点会与DCS控制系统进行连接，由DCS控制系统来对工业生产中的设备卡件进行控制，以便于进行信息交换。在众多卡件中，能够对电机进行控制的卡件包括SP362卡件(7/8路开关输出)与SP363卡件(8路触点开关量输入)。在DCS系统中，除了要具有硬件部分以外，还需要对软件进行编制，在SUPCONJX-300X型的DCS系统中，其软件编程方式主要有三种，分别是纯语言的语言编程、T形图编程以及顺序控制图编程，在软件编程中，可通过编程符号能够对按钮动作进行模拟，这样便使DCS控制与电机电器线路控制功能的实现具备了基础。

2 主要配合方式

现场操作柱的按钮动作是可以通过跳变信号输出进行模拟的，因此通常需要遵循以下原则，即在控制线路中将模拟停止按钮触点进行串联，當模拟运行按钮触点时，则需在控制线路中进行并联。控制触点在引入到DCS系统时，通常是采用24V的继电器触点，在一些工厂中，由于空间的限制，往往会在DCS电器线柜内安装控制继电器，但实际上这种做法并不合理。

在DCS控制与电机电器控制中，其程序主要包括两大部分。

其一是RS触发器部分，其原理在于DCS开关在发射出开信号时，因RS触发器的功能需要保持不变，会使DCS开关的开状态得到维持。否则，如果工艺主操关闭DCS开关，则RS触发器同样会确保DCS开关处于原有的关状态。事实上，在SUPCONJX-300X型的DCS系统中，其编程组态的控制便设置了开关量变量，其和上述程序功能是一致的。当然，人们也会产生为何不用开关量进行直接代替，这是因为在控制编程组态过程中还要由泵的运行信号来进行控制。

其二是对跳变触点特征进行利用来模拟开停按钮，在此过程中还要应用到一些联锁控

制点。

3 实例分析

3.1 提出问题

在工业生产中，现场控制在从自动转为DCS控制，但这种方式如果启动后要想进行手动控制切换，就必须要中断泵的运行，反之也是一样。为了确保现场控制安全，往往要在现场对泵的运行状态进行确认后方可启动，但这也使手动方式被切换后，无法对自控方式进行切换，这样自控的意义也便不复存在。

为此，在本文中进行了三点总结，其一是如果设备为自动方式，则只需通过DCS进行启动;如果设备为手动方式，则只需采用现场启动，这样可随时停止设备;其二是切换手动和自动方式时不会给电机运行状态造成影响;其三是当某个泵停电时，如果来电则该泵会在一段时间后自行启动，并且还对个别台泵设置了部分条件，并进行了一些改动。

3.2 改动后的控制效果分析

在具体改动中，可将ABB变频器应用于泵上来进行调速控制，由于已包括了热保护功能与启停功能，所以这种控制方案的线路布置是比较简单的。事实上，在控制线路中无论是否设置有手自动控制转换开关，其控制原理都是相同的，在许多工厂的台泵中基本都安装了手自动控制转换开关，在对手自动控制转换开关进行安装后，能够发出停车信号。但对于手自动切换来确保泵的运行状态得到维护上，只需采用变频器控制即可。

此外变频器来给出和反馈调整信号时均能和DCS建立联系。同样，DCS也能对泵的开与停进行控制，只需确保DCS系统中的控制按钮能够和现场泵开停相一致即可，这也是泵的运行信号能够在控制中得以有效参与的重要原因。并且，在SUPCON JX-300X型DCS系统中的组态软件还有一个延时控钮控件，这使得电器控制变得更为简单。

除了上述改动之外，还可进行另外另一种改动，不过这样在控制上要显得较为复杂一些，这种改动是利用继电器来进行延时控制，这样可有效避免电机不会因延时吸合功能的丧失而出现瞬间点动现象，也就是说，当手动控制切换至自动控制的一瞬间，程序内的RS触发器会在收到复位信号时，会开启电器控制中的一个触点，此时还会存在延时作用。由此可见，对相应的延时时间进行合理设置是非常必要的，如果没有设置延时时间，便会出现瞬间点动现象。在电器控制原理中，通过时间继电器能够避免手动切换至自动时发生瞬间点动现象。

4 其他用途

对于DCS系统而言，其和电机电器控制的配合有很多种用途，以下便列举几个实例来加以说明。

4.1 泵体开停控制

在一些工厂中，一些物料需要通过切粒机来为其提供热切粒，而热切粒会通过水冷方式来进行快速冷却和定型，因此需要利用水泵进行循环。在此过程中，通过DCS控制与电机电器控制的彼此配合，能够利用继电器触电进行信息传递，电机控制信息会反馈给DCS系统，而DCS系统则会输出控制信号，并由切粒机PLC控制器进行接收，而切粒机控制面板则会根据控制信号来实现操作水泵的开停。在此过程中，DCS系统会结合现场情况来对控制信号进行合理的发出，而控制信号则会到达电器低配控制箱，以此实现水泵控制。

4.2 断电恢复

在工业生产中，某些泵是不能中断运行的，但考虑到突发事件的影响，会造成泵的运行被中断，如果某个泵在停电后没有被及时重新开机，便可能会给工业生产带来巨大损失。为此，需要采用由PLC控制的自动断电恢复辅助控制系统，这种系统能够连续取样低配母线排电压，并记录各个泵的运行状态，当恢复供电时，该系统会自动按照断电前状态来开启这些泵。该系统在各个泵的控制箱自锁触点中并联了相应的开启触点，还有一些泵是利用DCS编程进行断电恢复的，而断电报警触点则用来取样低配母线电压，并且DCS除了能够对电机进行开停外，还能记录泵的运行状态，如果供电恢复，在经过一段时间后，会通过TEMPI来对触发信号进行输出，以确保泵的恢复运行。

4.3 速度控制

在DCS控制中，低配變频器发送的运行速度信号会通过电流信号输入卡进行取样，然后对比PID控制回路的设定值SV后并进行修正，然后通过模拟信号输出卡件反馈给低配变频器，以此实现对电机运行速度的

控制。

5 结语

总而言之，DCS控制与电机电器控制之间的配合能够在许多方面进行应用，可保障工业生产安全，提高企业对生产设备的管理水平。随着人们对两者配合研究的不断深入，通过DCS控制与电机电器控制的高效配合，必将使工业领域取得更加理想的控制效果。

参考文献：

[1]王向东.内燃机车常见微机系统信号干扰问题分析及处理方法[J].中国设备工程，2019(11)：97-98.

[2]周墨涛，李科，苏莉.浅谈DCS控制系统在冷热电三联供系统中的应用[J].今日制造与升级，2020(03)：60-62.

[3]苏万华，张众杰，刘瑞林，乔英俊.车用内燃机技术发展趋势[J].中国工程科学，2018，20(01)：97-103.

[4]王耀南，申永鹏，孟步敏，李会仙，袁小芳.车用汽油发动机电子控制系统研究现状与展望[J].控制理论与应用，2015，32(04)：432-447.

作者：陈峰

第二篇：PLC控制步进电机进行位置控制浅析

摘要：步进电机在开环位置控制系统中具有控制精度高、控制简单、不易失步等优点。本文介绍了PLC对步进电机的控制方法。

关键词：PLC;步进电机;位置控制

1 引言

步进电动机在开环位置控制系统中因其具有控制数度高(可精确到1度以下)、可靠性高、使用方便等优点，所以应用已十分普遍。随着电力电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围，它与计算机有效结合，可进行PID控制，具有远程通信通信功能等。当前，PLC作为一种工业控制计算机来控制步进电机，具有系统构成简单，工程造价低，编程方便等优点，易于推广应用。下图是PLC控制步进电机系统框图。

图1 位置控制系统框图

2 PLC的基本结构

PLC采用典型的计算机结构，主要包括CPU、RAM、ROM和输入输出接口电路等。如把PLC看作一个系统，该系统由输入变量-PLC-输出变量组成。外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测信号均可作为PLC的输入变量，其经PLC外部输入端子到内部寄存器中，经PLC的CPU逻辑运算、处理后送至输出端子，由这些输出变量对外围设备进行各种控制。现今，PLC生产厂家较多，较有影响且在中国市场占有较大份额的公司有德国西门子公司和日本三菱公司，本文以三菱公司的PLC为例，简述PLC控制步进电机进行位置控制的方法。

3 控制方法及研究

3.1 控制方式

PLC控制步进驱动器进行位置控制大致有如下4种方式：通过I/O方式进行控制;通过模拟量输出进行控制;通过通信方式进行控制和通过高速脉冲方式进行控制。当前常用的方式，就是下文所述的输出高速脉冲进行位置控制方式。

3.1.1脉冲输出

三菱FX-2N的输出端Y0，Y1可输出脉冲，脉冲频率可通过软件编程进行调节，其输出频率范围为2Hz～20kHz。

用作位置控制的高速脉冲输出是一个连续输出的周期性脉冲串，如图2所示。图中，T为脉冲周期，t为脉冲ON(导通)时间，也称脉冲宽度。

图2 脉冲输出波形

3.1.2脉冲输出方式和定位控制系统结构

小型PLC中，脉冲信号的输出有两种方式。第一种，脉冲输出方式是通过所开发的定位控制模块和定位专用单元输出高速脉冲。另一种，是通过PLC内置的高速脉冲输出口输出，各品牌的PLC均对此有专门说明，其中三菱FX-2N系列规定了Y0，Y1为高速脉冲输出口，具有高速脉冲输出的PLC，都开发有驱动脉冲输出和定位的指令，由这些指令控制是否发出脉冲，脉冲的频率和脉冲数目直接控制启动器进而控制步进电机进行位置控制。

3.1.3高速计数器(HSC)

FX-2N内部有高速计数器，可同时输入两路脉冲，最高计数频率为60KHz。

3.2步进电机的速度控制

图3 PLSR指令格式

FX-2N有一条带加减速的脉冲输出指令PLSR，当驱动条件成立时，从输出口D输出一最高频率为S1，脉冲个数为S2，加减速时间为S3，占空比为50%的脉冲串。实现这一控制的梯形图见图4，操作数内容及取值如下表。

操作数

内容与取值

S1

输出脉冲最高频率或其存储地址

S2

输出脉冲数或其存储地址

S3

加速时间或其存储地址

D

指定脉冲输出口，仅限Y0或Y1

图5是控制系统的原理接线图，图5中Y0输出的脉冲作为步进电机的脉冲信号，控制步进电机运转。HSC计数Y0的脉冲数，当达到预定值时发生中断，使Y0的脉冲频率切换至下一参数，从而实现较为准确的位置控制。

图5 控制系统原理图

对于指令PLSR，其输出频率S1的设定范围：10—20 000Hz，频率必须是10的整数倍。在脉冲输出的开始和结束阶段可实现加减速过程，其加减速时间大小一样，由S3指定。S3具体设定范围公式如下：

FX2N系列的PLSR指令的加减时间是根据其所设定的时间进行10级均匀阶梯式的方式进行，如阶梯频率(为S1的1/10)会使步进电机产生失步或过冲现象，则应降低输出频率S1。

4结语

利用PLC可实现对电机速度和位置的控制，方便的进行各种步进电机编程、接线操作，完成各种复杂的工作。在工程应用中不断探索其各种控制、使用方法和技巧，对工程技术人员进一步开展工作与科研有有重要意义。

参考文献

【l】龚仲华.三菱FX系列PLC应用技术[M].北京：人民邮电出版社，2010.

【2】高钟毓著.机电控制工程(第二版)[M].北京：清华大学出版社，2004.4.

【3】程子华，刘小明.PLC原理与编程案例分析[M].北京国防工业出版社，2010.

作者：陈青

第三篇：高线主电机励磁控制系统改造

摘 要 通过对电控系统PLC控制程序，及HMI人机界面的改造更好的检测设备的故障产生原因，制定更好的处理办法，来解决轧线电机励磁发生故障所带来的影响。

关键词 PLC;WINCC;直流调速系统;电机励磁

宣钢高强度线材工程是由全连轧、高架式布置的高速线材热轧生产线，建设规模为年产40万吨合格卷材。二高线从2006年投产以来，电气传动控制系统在施工和设计上存在一定问题，频繁发生事故。必须针对出现的故障进行技改攻关工作。但是在处理近期发生的直流电机过流事故当中，发现了主传动控制还存在一些严重的缺陷：传动参数设置不合理，直流电机程序保护不完善。导致了全线部分电气设备运行不稳定，控制程序不完善，从而严重阻碍了生产的正常进行，影响全线作业率。突出表现为：轧线主电机励磁控制系统由于设计不完善设备老化，导致传动系统报F005励磁故障，电机励磁发热打火，破坏电机绝缘，电机烧毁。平时生产过程中经常励磁故障、温度高等，给生产和维护带来许多的麻烦。急需进行传动参数优化和完善保护程序。由于这些原因导致电机还烧毁几次。它的稳定运行直接关系到整条高线生产线的生产效率。

1 改造实施方案

1.1 主要故障原因分析

1)电机励磁线圈的设计线径较细不能承受过大的电流。

2)轧线主电机励磁电流是闭环控制，西门子6ES70直流调速装置给定励磁电流，电流检测元件励磁电流，检测的励磁电流和西门子6ES70直流调速装置给定的励磁电流进行比较如果检测的励磁电流小于西门子6ES70直流调速装置给定的电流，西门子6ES70直流调速装置加大励磁电流，如果检测的励磁电流大于西门子6ES70直流调速装置给定的电流，西门子6ES70直流调速装置减小励磁电流，直至等于给定电流为止。如果电流检测元件因为设备老化等原因失灵，励磁控制就会失灵，电流检测元件检测到的电流为零，西门子6ES70直流调速装置就会加大励磁电流直至满磁，如果电流检测元件检测到的电流比设定值大西门子6ES70直流调速装置就会减小励磁电流直到为零。这两种情况都会导致设备停机严重影响生产。满磁会导致电机励磁承受不了过大电流而烧毁电机，励磁电流为零也会设备停机造成设备事故。

3)西门子6ES70直流调速装置显示故障为F005励磁故障，勘察现场发现电机过热冒烟

1.2 技术改造过程

1)电机励磁控制程序的修改。由于电机励磁的线径较细不能匹配西門子6ES70直流调速装置给定的满磁电流，我们给励磁进行了励磁百分数的计算。程序上做了限幅保护完善保护程序：我们用读过来的状态字计算出实际电流，计算出的实际电流值与额定电流值进行比较。如果实际电流值大于额定电流值的90%并延时200MS内输出重故障，使传动柜跳车。经过程序保护改造程序以10D电机为例如下图所示。PLC读取的10架次电机励磁电流的实际值的百分比后做比较模块，当励磁电流大于90%时，电机形成故障跳车，当励磁电流大于80%时，由WINCC人机界面给出故障报警信号，便于检修人员有时间查找故障原因，处理故障。

2)WinCC画面的修改。为了及时的更直观的了解设备的运行情况，快速对相应故障做出反应，第一时间解决设备故障，减少各种损失，我们在WinCC画面上做了励磁电流大于百分之80，和励磁电流为零的画面报警。在HMI远程监控画面上利用WinCC软件分别制作励磁反馈电流，励磁触发电流趋势曲线。便于实时监控各机架电机的运行情况。

1.2.3 西门子6ES70直流调速装置参数的修改

励磁给定电流用的第6个状态字即：U734.06=252第三个状态字触发器输入U734.03=194第五个状态字励磁反馈即U734.05=266。给10架作励磁给定电流的百分数，便于作曲线进行故障分析。

2 改造结果

改造后设备运行良好，实现了预期目标，改造获得圆满成功。本次公关改造彻底的解决了因为励磁控制系统不完善烧电机的事故，电机励磁控制系统改造后电气故障大幅降低，彻底解决设备隐患，改造后极大的减轻了职工的劳动强度。

参考文献

[1]王瑞安.关于非独立控制励磁的他励直流电动机采用双通道LQSF直流调速系统时励磁回路控制的探讨[J].冶金自动化，1983(04).

作者：李环