德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 宋 陽(yáng)

1 引言

經(jīng)濟(jì)在發(fā)展，科技在進(jìn)步。現(xiàn)如今，適應(yīng)時(shí)代的現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)已經(jīng)滲透到人們生產(chǎn)生活的方方面面?？萍几淖兩??？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了工業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)力的發(fā)展。隨著PLC技術(shù)的廣泛應(yīng)用，越來越多的工廠開始使用PLC進(jìn)行自動(dòng)控制?；赑LC模糊控制的異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速和改造已然是非常多了。這是大勢(shì)所趨，是工業(yè)領(lǐng)域促進(jìn)生產(chǎn)力的必然的發(fā)展方向。

隨著人們對(duì)自動(dòng)化控制理論認(rèn)識(shí)的不斷加深，隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)變頻控制的喜愛程度正在日益加深。變頻控制有許多優(yōu)點(diǎn)，舉例而言，變頻控制效率高，更加節(jié)省能源，最重要的是它的調(diào)速性能非常優(yōu)越，這就是為什么它受到越來越多人的青睞的原因。在當(dāng)前時(shí)代背景下，為了順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的潮流，我們逐漸使用異步電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)同步控制。這是發(fā)展的必然方向。本文介紹的是基于PLC的基礎(chǔ)上利用模糊PID(比例-積分-微分)控制控制異步電動(dòng)機(jī)來進(jìn)行對(duì)變頻器的控制。這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是非?？茖W(xué)的，它充分利用了PLC可靠性高、靈活性強(qiáng)、適應(yīng)性好的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化懂得高精度控制，穩(wěn)定可靠精度高，實(shí)用性強(qiáng)，因此具有非常廣泛的應(yīng)用空間和發(fā)揮空間。

2 基于PLC模糊控制的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速及改造的整體設(shè)計(jì)

2.1 PLC——可編程邏輯控制器設(shè)計(jì)

PLC是英文Programmable Logic Controller的縮寫，翻譯成中文就是可編程邏輯控制器。可編程邏輯控制器可以定義為，一個(gè)用來控制機(jī)械和工藝過程、使用存儲(chǔ)器在可編程存儲(chǔ)器中的指令，通過數(shù)字或模擬輸入輸出模塊來實(shí)現(xiàn)邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算數(shù)功能的基于微型計(jì)算機(jī)的控制器。PLC的應(yīng)用被發(fā)現(xiàn)在過程工業(yè)和離散制造業(yè)中，但是最初與后者相關(guān)的去控制機(jī)器、改變線路和原材料的制作。PLC的基本元件包括：處理器、內(nèi)存單元、電源模塊、輸入輸出模塊、編程設(shè)備。這些元件封裝在適用于工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的機(jī)柜中。PLC具有非常多的優(yōu)點(diǎn)，概括起來有：一是使用方便，編程簡(jiǎn)單。工作人員不需要特別清楚PLC的工作機(jī)理就能對(duì)PLC進(jìn)行操作。使用起來非常方便。對(duì)PLC進(jìn)行編程非常簡(jiǎn)單，不想一些語(yǔ)言晦澀難懂。二是PLC擁有非常強(qiáng)大的功能。PLC可以應(yīng)用于各行各業(yè)各個(gè)領(lǐng)域。三是PLC的可靠性高，適應(yīng)能力強(qiáng)。PLC可以在惡劣的工廠環(huán)境中使用而不會(huì)出現(xiàn)故障?，F(xiàn)如今，PLC已經(jīng)被廣泛接受。

要想PLC工作，就必須對(duì)它進(jìn)行編程。上面我們已經(jīng)講過了，PLC的編程還是比較簡(jiǎn)單的。編程是用戶用編程設(shè)備向PLC輸入控制指令的方式。最基本的控制指令由開關(guān)、邏輯、順序、計(jì)數(shù)和定時(shí)構(gòu)成。事實(shí)上，所有的PLC編程方式都提供包括這些功能的指令集。許多控制應(yīng)用程序要求額外的控制指令去完成連續(xù)過程的模擬量控制，復(fù)雜的控制邏輯，數(shù)據(jù)處理和報(bào)表，以及其他不容易由基本控制集實(shí)現(xiàn)的高級(jí)功能。由于這些需求上的不同，各種各樣的PLC編程語(yǔ)言被開發(fā)。一個(gè)PLC編程標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)際電工委員會(huì)以題為“控制器編程的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)”于1992年發(fā)布。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了三個(gè)圖形化語(yǔ)言和兩個(gè)文本化語(yǔ)言：1、梯形圖；2、功能塊圖；3、順序功能圖；4、指令表；5、結(jié)構(gòu)化文本。

2.2 測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法

在這個(gè)基于PLC模糊控制的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速及改造的設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，如何使兩臺(tái)電機(jī)進(jìn)行同步控制是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。要想使兩臺(tái)電機(jī)進(jìn)行同步控制，就必須要對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行精準(zhǔn)的測(cè)量。根據(jù)測(cè)量值進(jìn)行數(shù)據(jù)的修改和系統(tǒng)的優(yōu)化。那么我們應(yīng)該如何測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速呢？在實(shí)際測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速的過程中，首先要讓PLC能夠接受到電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。這就需要對(duì)PLC進(jìn)行輸入輸出電路的設(shè)計(jì)，使得這個(gè)設(shè)計(jì)好的電路能夠接受電機(jī)轉(zhuǎn)速的信號(hào)。這里，我們需要說明的是：首先，我們必須保證對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的同步控制設(shè)計(jì)的輸入輸出電路必須是能夠正常使用的，其次，這個(gè)電路必須是穩(wěn)定可靠的，不能總是出現(xiàn)故障。然后，這個(gè)設(shè)計(jì)出來的輸入輸出電路必須不受其他電路的影響。倘若我們?cè)O(shè)計(jì)出來的輸入輸出電路在使用時(shí)會(huì)受到其他電路的干擾導(dǎo)致無法正常使用，那么我們?cè)O(shè)計(jì)的這個(gè)電路就失去了它存在的意義。PLC接收到電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)后，下一步我們要做的就是通過電機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法換算出電機(jī)轉(zhuǎn)速。獲得電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法有三種，分別是：M法、T法和M/T法。這三種方法各有各的優(yōu)缺點(diǎn)。例如M法和T法的測(cè)量精度稍微比第三種方法低一些，而第三種方法，也就是M/T法，雖然它的精度比前兩者要搞，但是檢查時(shí)間過長(zhǎng)，不符合PID動(dòng)態(tài)響應(yīng)的指標(biāo)要求。在這里，我們把M/T法進(jìn)行了改進(jìn)，使它在滿足轉(zhuǎn)速測(cè)量精度的前提下，盡可能的減少檢查需要的時(shí)間。

3 模糊PID設(shè)計(jì)

隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，PID控制被越來越多的應(yīng)用到各行各業(yè)各個(gè)領(lǐng)域。現(xiàn)在，利用PID進(jìn)行模糊控制是自動(dòng)化領(lǐng)域最廣泛的應(yīng)用之一。越來越多的科研人員在研究模糊控制。人們對(duì)模糊控制的熱情空前高漲。模糊控制實(shí)際上就是讓計(jì)算機(jī)控制來代替人工控制，實(shí)現(xiàn)工業(yè)的自動(dòng)化和智能化。從常規(guī)角度上來看，工作人員在執(zhí)行一項(xiàng)工作的時(shí)候，他們對(duì)機(jī)器或是計(jì)算機(jī)的操作使用的語(yǔ)言是有一定的規(guī)則，但是沒有特別精準(zhǔn)的語(yǔ)言，也就是使用模糊的語(yǔ)言。模糊控制就是利用了人在執(zhí)行相應(yīng)的操作任務(wù)是使用的模糊性語(yǔ)言，形成模糊控制的獨(dú)特的語(yǔ)句，然后用一定的方法對(duì)變量進(jìn)行控制。目前的模糊控制器只有三種結(jié)構(gòu)，分別是一維結(jié)構(gòu)、二維結(jié)構(gòu)和三維結(jié)構(gòu)。通過大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們可以知道，一維結(jié)構(gòu)的模糊控制器是使用效果最差的控制器，二維結(jié)構(gòu)的模糊控制器比一維結(jié)構(gòu)的模糊控制器的控制效果要好很多，而三維結(jié)構(gòu)的模糊控制器的控制效果是最好的，但是三維結(jié)構(gòu)的模糊控制器設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，不容易實(shí)現(xiàn)。對(duì)比這三種模糊控制器，我們不難發(fā)現(xiàn)，使用二維結(jié)構(gòu)的模糊控制器是合適的。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文主要介紹了基于PLC模糊控制的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速及改造，在PLC的基礎(chǔ)上，利用模糊PID控制器對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行同步控制。隨著研究的不斷深入，這個(gè)控制系統(tǒng)會(huì)不斷得到優(yōu)化。從某種角度來講，研究這個(gè)課題具有非常重要的意義。

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