基于PLC的电动机控制系统设计

第４期（总第１７３期）
２０１２年８月机械工程与自动化
ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　＆　ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．４
Ａｕｇ
．文章编号：１６７２－６４１３（２０１２）０４－０１４０－０
２基于ＰＬＣ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　２２４０５１
）摘要：介绍了ＰＬＣ的工作原理，电动机控制系统采用ＡＲＭ芯片作为系统主控芯片，搭配具有强大控制能力的ＰＬＣ，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：ＰＬＣ；电动机；控制系统；设计
中图分类号：ＴＭ３０１∶ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ
收稿日期：２０１２－０２－２７；修回日期：２０１２－０３－１
８作者简介：袁连余（１９７４－）
，男，江苏盐城人，讲师，本科，研究方向为自动化及电工技术。

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，ＰＬＣ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　ＰＬＣ的工作原理
可编程序控制器（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ），简称ＰＬＣ，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。

ＰＬＣ采用了典型的计算机结构，
主要由微处理器（ＣＰＵ）、存储器（ＲＡＭ／ＲＯＭ）、输入输出接口（Ｉ／Ｏ）电路、通信接口及电源组成。

ＰＬＣ的内部结构如图１所示。

ＰＬＣ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ＣＰＵ作出判断。

ＰＬＣ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，ＰＬＣ的一个输入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ＣＯＭ接通时，该输入继电器得电，即存储了采集到的信息。

１．２　输出部分
输出部分是将ＣＰＵ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ＰＬＣ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。

图１　ＰＬＣ的内部结构图
１．３　控制部分
由用户自行编写的ＰＬＣ控制程序存放在ＰＬＣ的用户程序存储器中，系统运行时，ＰＬＣ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。

ＰＬＣ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
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Ｓ３Ｃ２４４０ＡＲＭ芯片，此款处理器中的ＣＭＯＳ宏单元和存储单元采用了０．１８μｍ电子工艺，其内部总线采用Ａｄｖａｎｃｅｄ　
ＭｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒＢｕｓ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ（ＡＭＢＡ）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。

ＰＬＣ选用了三菱公司的ＦＸ１Ｎ系列的４８ＭＲ，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ＬＣＤ面板和输入键盘直接与ＡＲＭ芯片相连接，
与用户进行交互操作；多片ＰＬＣ与ＡＲＭ进行连接，每一片ＰＬＣ下挂接一个电动机，这样每片ＰＬＣ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ＰＬＣ发送相关的校正命令。

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ＡＲＭ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ＰＬＣ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，ＡＲＭ芯片会加载其运行的嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统，当系统启动完毕，首先会向ＰＬＣ发出服务命令，使ＰＬＣ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ＬＣＤ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。

图３　ＡＲＭ控制端软件流程 图４　ＰＬＣ控制端软件流程
当ＰＬＣ接收到ＡＲＭ发送的命令时，ＰＬＣ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ＡＲＭ，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
ＰＬＣ的控制，
进而实现了对多个电动机的实时自动控制，利用ＰＬＣ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ＰＬＣ控制电动机非常简便，具有较强的实用性。

参考文献：
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Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｍｏｔｏｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙ
ｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＰＬＣＹＵＡＮ　Ｌｉａｎ－ｙ
ｕ（Ｙａｎｃｈｅｎｇ　Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｈｉｇｈｅｒ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｓｃｈｏｏｌ，Ｙａｎｃｈｅｎｇ　
２２４０５１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ａ　ＰＬＣ－ｂａｓｅｄ　ｍｏｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｕｓｉｎｇ　ａｎ　ＡＲＭ　ｃｈｉｐ　ａｓ　ｍａｉｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｈｉｐ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｃｏｎｔｒｏｌｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｍｏｔｏｒｓ　ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，ｗｉｔｈ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｏｄｅｓ　ｔｏ　ｂｅ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ，ａｎｄ　ｄｉｓｐｌａｙ　ｔｈｅ　ｍｏｔｏｒ　ｓｔａｔｅ　ｒｅａｌ－ｔｉｍｅｌｙ．Ｔｈｅ　ｆａｃｔｐｒｏｖｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ｈｉｇｈ　ｐ
ｒａｃｔｉｃａｌ　ｖａｌｕｅ．Ｋｅｙ　
ｗｏｒｄｓ：ＰＬＣ；ｍｏｔｏｒ；ｃａｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ；ｄｅｓｉｇｎ·
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