基于PLC的电动机控制系统设计.pdf

第 4期 总第 1 7 3 期 2 0 1 2年 8月 机 械 工 程 与 自 动 化 ME CHANI CAL ENGI NEERI NG AUT MATI N NO ． 4 Au g ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 2 0 4 0 1 4 0 0 2 基于 P L C的电动机控制系统设计 袁连余 盐城 生物工程高等职业技术学校 ，江苏 盐城 2 2 4 0 5 1 摘要 介绍 了 P L C的工作原理 ，电动机 控制 系统 采用 AR M 芯片作为 系统主控 芯片，搭配具 有强 大控 制 能 力的 P L C．实现 了同时对多个 电动机 的控 制，提供 多种模 式 的选择 ，并且 可以实 时显示 电动机状 态。经 实 践证 明，本 系统具有较 高的实用价值 。 关键词 P L C；电动机 ；控制 系统 ；设计 中图分类号 TM3 0 1 T P 2 7 3 文献标识码 A 0 引言 目前 ， 车间大型生产设备多数是 由电动机作 为作 动器进行工作的 ， 其通过对电动机的启动、 停止、 转速、 角度等的控制达到对生产设备状态进行控制的 目的， 进而实现对整个工作流程和生产效率的控制 。作为动 力之源的电动机负担 了整个系统 的动力输出和控制 ， 而对电动机的状态控制一般采用 继电器来进行操作 。 与传统的机械式控 制相 比， P L C具有可靠性高 、 易于 安装和升级 、 抗电磁干扰能力强 以及故障调试方便等 优点 ， 对当前需要 自动化控制的大型工业非常适合 ， 得 到 了行 业 的认 可 ， 并 且具 有广 阔 的应 用前 景 。 1 P L C的工 作原理 可编程序控制器 P r o g r a mma b l e L o g i c C o n t r o l l e r ， 简称 P L C， 是在继电顺序控制基础上发展起来的以微 处理器为核心的通用的工业 自动化控制装置 。 P L C采用 了典型的计算机结构 ， 主要由微处理器 C P U 、 存储器 RA M／ RO M 、 输入输出接 口 I ／ 0 电 路、 通信接口及电源组成。P L C的内部结构如图 1所 示。P L C按控制等效 电路可分 为输入、 输 出及控制 3 个 部分 。 1 ． 1 输入部 分 输入部分主要负责采集外部指令及设备状态 ， 以 使 C P U作出判断。P L C接收由各主控 电器发 出的操 作指令及由各种反映设备状态信息的输入元件传来的 各种状态信息 ， P L C的一个输人点独立对应于一个 内 部继电器 ， 当输入点与输入用的公用脚 C OM 接通时， 该输入继电器得 电， 即存储了采集到的信息。 1 I 2输 出部 分 输 出部分是 将 C P U 的运算结果 向外 部输 出， 根 据控制程序 的执行结果直 接驱动相应负载。在 P L C 内部设 有输 出继 电器 可 能是继 电器 形式 ， 也可 能是 晶 体管形式 ， 每个继电器对应一个硬触点 ， 当程序执行 结果使输出继电器线 圈通电时 ， 该输出继电器 的输 出 触点闭合 ， 实现外部负载的控制运行 。 输 入 电 路 I 一 I 中央处理单元 C p O 系统程序存储器l l 系统程序存储器 输 出 电 路 回 图 l PL C 的 内邵 结 构 图 1 ． 3 控 制 部分 由用户自行编写的 P L C控制程序存放在 P L C的 用户程序存储器 中， 系统运行 时， P L C依次读取用 户 程序存储器中的程序内容， 并对其进行解释并执行， 执 行结果送输 出端子， 以使相应 的外部 负载得到控制 。 P L C的用户程序采用梯形图的编程方式 ， 它由继 电器 控制电路演变而来 ， 所不同的是 ， 它内部的继电器并非 实 际的继 电器 ， 而是“ 软” 继 电器 ， 由软继 电器组 成 的控 制线路并不是真正意义上 的物理连接， 而只是逻辑关 系上的连接 软接线 。 2电动机控制系统设计 电气控制系统是机械设备 的重要组成部分 ， 是机 械的大脑及神经系统 ， 其机构则是机械设备的躯体及 收稿 日期 ；2 0 1 2 - O 2 2 7 ；修 回日期 2 0 1 2 0 3 1 8 作者简介 袁连余 1 9 7 4 一 ，男 ，江苏盐城人 ，讲师 ，本科 ，研究方向为 自动化及 电工技术。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2 年 第 4 期 袁连余 基于 P L C的 电动机控制 系统设 计 1 4 1 四肢。因此 ， 机械设备功能的优劣在很大程度上 由电 气控制系统来决定。 2 ． 1 系统硬 件 结构 设计 电动机控制系统结构如图 2所示 。系统的主控芯 片采用三星公 司生产 3 C 2 4 4 0 AR M 芯 片， 此款处理 器 中的 C MOS宏单元和存储单元采用 了 0 ． 1 8 m 电 子工 艺， 其 内部总 线采 用 Ad v a n c e d Mi c r o c o n t r o l l e r B u s Ar c h i t e c t u r e AMB A 新型总线结构 ， 具备出色的 全静态设计， 利用了多项低功耗技术， 系统架构精 简， 特别为价格和功耗敏感 的应用 而精心打造。P L C选 用 了三菱公司 的 F X1 N系列的 4 8 MR， 具有扩展 输入 输 出， 模拟量控制和通讯 、 链接功能等扩展性 ， 广泛应 用于一般的顺序控制。其 中 L C D面板和输入键盘直 接与 AR M 芯 片相 连接， 与用户进 行交互操 作； 多片 P L C与 AR M 进 行连 接 ， 每一 片 P L C下 挂接 一个 电动 机， 这样每片 P L C既对所属的电动机进行控制 ， 又负 责向 ARM 芯片周期性报告 电动机状 态， 并 由 ARM 芯片依据 当前 电动机状态向对应 的 P L C发送相关 的 校正 命令 。 I P L C “P L C I． ．． 图 2 电 动 机 控 制 系统 结 构 图 操作人员可以同时控制多 个电动机 ， 并且 由于主 控芯片采用了 AR M 处理器， 系统的界面交互能力非 常强 ， 可以实时地采集 电动机状态并通过友好的显示 方式呈现出来 ， 既节约 了控制资源又能够提供足够多 的操作功能。 2 ． 2系统软 件设 计 系统软 件 分为 两 个 部 分 ARM 控 制端 软 件 和 P L C控制端软件 ， 其程序流程如图 3 、 图 4所示 。 当系统加 电启动 时， AR M 芯 片会 加载其运行 的 嵌人式 L i n u x系统 ， 当系统启动完毕， 首先会 向 P L C 发出服务命令 ， 使 P L C控制的电动机复位到固定的位 置； 之后 ， 嵌入式系统将初始化 L C D显示面板 ， 向用户 显示系统状态信息 ， 包括控制电动机的个数 、 各电动机 所处 的状态 停止 、 复位 、 转动 以及转动时电动机的转 速和角度； 初始化输入设备完成后， 用户便可以通过输 入设备 键盘等 进行命令输入， 从而控制各电动机的 转 动 。 嵌入式系统启动 I 复 位 P L c l ‘ 初始化外 围设备 等待用户输入 图 3 A RM 控制端软件流程 图 4 P L C控 制端软件流程 当 P L C接收到 A RM 发送的命令时， P L C需要根 据命令的码 字进行模式的判断， 共有 3个模式可 以选 择 停止、 复位及执行预置的操作。其 中预置的操作包 括正转、 反转 、 混合转 、 减速、 加速、 旋转 角度 ， 至于执行 哪种操作应根据具体的命令码字决定。如果执行预置的 操作 ， 则需要输出结果给 A R M， 反馈到用户操作界面。 3 结 论 本 文设 计 的 电动 机 控 制 系 统 ， 通 过 ARM 对 多 片 P L C的控制 ， 进而实现了对多个电动机的实时自动控 制 ， 利用 P L C强大丰富的运动控制功能， 确保了整个 控 制 的精 确性 。经过 实践 检 验 ， 本 系统 具 有 良好 的 扩 展性 ， 增添新的 P L C控制 电动机非常简便 ， 具有较强 的实用 性 。 参 考文献 E l i 曹爱华， 张峰， 丁冉． 基于 D S P和 C P L D的电机智能保护 装置的设计[ J ] ． 电工技术 ， 2 0 0 9 1 7 7 7 8 ． [ 2 ] 周 兰． 基于 D S P和 C P L D的无位置传 感器无刷 直流 电动 机控制系统口] ． 自动化信息． 2 0 1 0 6 4 6 4 7 ． [ 3 3 李文辉 。 李 国强． 基 于 P L C的步进电机控制系统设计[ J ] ． 仪表技术 ， 2 0 0 8 9 2 O 一 2 3 ． [ 4 ] 求 是科技． P L C应用 开发技术 与工 程实践 [ M] ． 北 京 人 民邮电出版社 ． 2 0 0 5 ． De s i g n o f M o t o r Co nt r o l S y s t e m Ba s e d o n PLC YUAN Li a n - y u Ya nc h e n g Bi o l o gic a l Eng i n e e r i n g Hi gh e r Vo c a t ion a l Te c h n o l o g y S c h o o l ，Ya n c h e n g 2 2 4 0 51 ，Ch i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r i n t r o d u c e s a PL C- b a s e d mo t o r c o n t r o l s y s t e m u s i n g a n ARM c h i p a s ma i n c o n t r o l c h i p ． wh i c h c a n c o n t r o l mu l t i p l e mo t o r s a t t h e s a me t i me ，wi t h m u l t i p l e c o n t r o l mo d e s t O b e s e l e c t e d 。a n d d i s p l a y t h e mo t o r s t a t e r e a l - t i me l y ． Th e f a c t p r o v e s t h a t t h e s y s t e m h a s h i g h p r a c t i c a l v a l u e ． Ke y wo r d sPI C；mot o r；c a nt r ol s ys t em；d es i g n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m