摘要：计算机技术的发展使得自动化这一概念越来越多应用于工业生产中，也使得很多复杂且对精确性较高的工作由原有的人工操作转变为自动化系统操作，这不仅给有关人员减轻了工作负担，也使得这些工作完成的效率与可靠性均得到了保障。在这些实现自动化功能的元件中，可编程类控制元件占据重要地位，利用程序完成对系统的控制也逐渐在很多工业领域得以应用，这其中最为常见的可编程类控制元件就是PLC。鉴于此，本文就基于PLC和变频器的多电机速度同步控制展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。
关键词：PLC；变频器；多电机；速度同步
1.PLC系统的特点
1.1体积小、节约能耗、安装简单方便
在单个的小型PLC中，具有大量的编程元件，这些分布的原件都可以被用户加以利用，每个元件的的控制功能也不尽相同，所以在用户使用的时候可以根据自己的需要进行安装，用起来节能效果也十分满意，同时它也能够适应高速的生产速度，定位精度高，操作的误差也小，质量可以得到保证。
1.2程序编制相对简单
PLC系统的编程是采用接线的形式来实现的，而且由于PLC系统会编辑相对应的梯形图程序，因此PLC系统一般会采用提醒语言的来做到相互对应。除此之外，为了方便管理，PLC会采用顺序控制法来进行设计，这种设计方式规律极为明显，可以被容易地掌握。
1.3设计时间较短
与继电器控制装置相比，PLC中比较复杂的系统，在设计相应的梯形图程序时，时间的使用上占有极大优势，短时间就可以完成设计。并且可以设置不同类型的产品工位数和位置参数。
2.变频器的控制方式
2.1V/f控制方式
V/f控制法在以前的通用型变频器中应用比较普遍，这种方法又有恒压频比控制法之称，在确保磁通恒定中是借以电压/频率值的恒定保持来实现，并将转矩特性从中获得。V/f控制方式具有转速开环控制的特点，不需要应用速度传感器，对电路的控制非常简单，但在动态稳定性以及精度方面尚待提升。因此，适用于精度控制不高的场合比较适用，通常通过V/f控制方式，调速负载转矩为平方特性的风机，现如今这一控制方式被广泛应用于通用变频器中。
2.2转差频率控制方式
该方式实质上属于闭环转速、转矩控制方式，极大的改进了V/f控制方式。通过转矩的控制来体现调速系统的功能能效。而且该控制方式借以对转差频率进行控制，然后对转矩进行间接的控制。如果存在很大变化的负载转矩过程中，相较于V/f控制而言，转差频率控制依然可以保持很高的精度与速度，同时使其转矩特性进行更好的体现。该控制方式的实现，需要将速度传感器安装与异步电机的轴上，对电机转速进行实际检测，并进行反馈形成闭环控制。该方式对于电路的控制相对复杂，以至于存在较慢的相应速度，同时为保持其良好的控制效果，应当安装精度较高的速度传感器。
2.3变频器矢量控制原理
上述两种控制方式需要在翼部电机稳态数学模式下完成，在调速场合不高时较为适用，能够达到较好的节能效果。为将动态性能进行充分的发挥，必须要进行异步电机动态数学模型的建立，并保证其高精度，并且其变压变频系统西药基于动态数学模型而实现。能够及时的进行动态反应，可以进行大转矩启动，尤其具有较好的低速特性。然而因存在复杂的矢量变换性，电机参数对控制特性影响很大，如图1所示为变频矢量控制原理图。
图1 变频矢量控制原理图
上面是一个变频器矢量控制框图，根据上图所示来简单地说一下，什么是变频器的矢量控制方式。 简单地说，矢量控制就是仿照直流电动机的调速特点，使三相异步交流电动机的转速也能够控制两个垂直⊥的直流磁场来进行调节。
（1）对给定信号的处理；变频器在控制电路中，将给定信号模拟地分解成旋转的两个垂直的直流磁场信号，分别称为磁场分量it和转矩分量im，以模拟直流电动机的两个磁场.
（2）进行等效变换；根据电动机的基本参数，将互相垂直的旋转的直流磁场信号进行一系列的等效变换，把它们变换为控制的三相逆变桥式的控制信号iA*、iB*和iC*，如上图所示。 当给定信号改变时，它使直流磁场中的转矩分量得到调整，从而获得与仿真的调速特性。 其中转速的反馈作用，是使变频器所驱动的电动机的转速严格地按照变频器设定转速值保持相对一致，因此电动机的机械特性是比较硬的，并且它具有很高的动态响应能力。
（3）无速度矢量控制； 由于矢量控制技术的核心是等效变换，而转速反馈信号并不是等效的必要条件。因此就出现了无反馈信号的矢量控制方式。所谓无反馈矢量控制，只是使用者不需要安装编码器或传感器等，而并不是说在变频器内部也是开环运行状态的。
2.4直接转矩控制方式
在1985年德国鲁尔大学教授基于多年的潜心研究，提出直接转矩控制系统，这一控制方式具有非常高的动态性能，能够对交流电机进行变压变频和调速。相较于矢量控制存在很大的区别，该控制方式的实现，是将磁链滞环与双位式调节器PG进行配合使用来实现，同时将磁链、转矩内环再一次的设置在系统转速环内，对电机的磁链以及转矩实现控制，控制过程中被控制量即是转矩，实现了控制的直观化与便捷化，避免了系统受变化参数的影响。
3.基于模糊PID补偿算法的同步控制
PID控制器就是利用PID的控制原理来调整系统中偏差的工具，极大程度的保障实际值与预期值的统一。之所以被称为模糊控制，是因为它在控制的时候合理地利用了模糊数学的思想以及控制方法。在本项研究中，PID补偿算法采用的是两台电动机来作为一主一从进行设计。其中在对主电机进行操作控制的时候，严格按照操作人员的命令进行，利用电动机的测试速度来反映出电动机的实际转动速度，得到结果后把数据反映给PLC系统或者对应的驱动器。在这之后可以根据反馈给PLC的数据进行准确的计算，得到真实的转动速度。在PLC中利用安装的转速补偿信号控制器进行PID补偿信号的运算，从而保障达到高精度的运行。计算后会得到相应的附加值，通过辅助电动机驱动器进行参数调整，就可以系统的保障多个电机可以同步控制的目标。
结语：
在工业系统中，实现多个电机速度的同步不仅能使电机系统性能发挥最佳，还能使电能利用率达到最高水平，并降低电机故障的风险，因而成为自动化技术人员所重点研究的问题之一。利用PLC和变频器实现多电机的速度同步具有人工操作简便、调节速率高、调节准确度好等特点，应当成为现阶段电机速度同步控制工作中主要采取的方法。
参考文献：
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[2]王琛，田浩，周雪杨.基于PLC和变频器的多电机速度同步控制[J].电子技术与软件工程，2016(10):157.
[3]徐迎辉.基于自抗扰的三电机同步控制平台研制[D].江苏大学，2016.
论文作者:莫露莹,韦传江,黄文泉
论文发表刊物:《防护工程》2019年第4期
论文发表时间:2019/6/3
标签：转矩论文; 变频器论文; 电机论文; 方式论文; 速度论文; 矢量论文; 转速论文; 《防护工程》2019年第4期论文;