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          技術頻道

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          基于PLC交流電機的以太網LabVIEW控制

          時間:2020-09-24 14:22:57來源:重慶科創職業學院

          導語:?遠程控制在工業領域應用較為廣泛,其中逆變式感應驅動系統是遠程監控系統的一個典型的應用。該驅動系統有各種類型的控制器,用以控制電機速度、前進和反轉等一些動作,這些對電機的一系列操作可用以太網模塊來實現遠程控制系統控制。交流電機不僅可以PLC控制,還可以用LabVIEW來實現控制,LabVIEW是一款用戶友好型人機界面設計軟件,可以輕松地與不同的硬件實現通信。

          1 引言

          過去,工程設計時一直需要大量的硬件系統,并且需要復雜的布線,要實現系統的遠程控制幾乎是不可能的,如果設計師想要改進設計,所有不相關的硬件需要丟棄,這樣會造成極大的浪費。在整個設計中可對可編程序邏輯控制器(PLC)進行軟件編程來實現,大大減少了工程設計所需硬件,此外采用PLC的好處還在于可以使用第三方軟件LabVIEW方便的進行訪問和控制,只需要這種軟件安裝特定的驅動程序就可以了。

          2 工程設計配置與準備

          2.1 基于OMRON 網卡的NI OPC服務器

          NI OPC服務器中有OMRON網卡的以太網驅動程序,可以實現OMRON CJ1MCPU11 - ETN21PLC與LabVIEW之間的通信。歐姆龍編程人員一般使用以太網網關作為軟件的專用接口,讓PLC用戶實現通訊。

          NI OPC服務器配備有歐姆龍PLC的以太網驅動,用戶可以通過幾個簡單的設置來設置服務器,創建可以直接鏈接到的PLC寄存器的變量標簽,這些標簽定義為OPC標簽。NI OPC服務器還提供了NI OPC快速客戶端,使用戶能夠實時監控PLC的狀態。一旦創建了并正確配置OPC標簽,就可以簡化LabVIEW和PLC之間的通信,因為驅動程序可以自動應用相關的FINS命令,與此同時,在LabVIEW中,程序可以通過使用與OPC標簽鏈接的共享變量來設計。

          2.2 美國NI虛擬儀器

          美國LabVIEW軟件是實驗室虛擬儀器工程工作臺的縮寫,它是一個圖形化的開發環境,能夠以最小的成本快速生成靈活的、可伸縮的設計、控制和測試應用程序。

          LabVIEW由美國國家儀器(NI)公司研制開發,類似于C和BASIC開發環境,但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區別是:其他計算機語言都是采用基于文本的語言產生代碼,而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序,產生的程序是框圖的形式。 LabVIEW軟件是NI設計平臺的核心,也是開發測量或控制系統的理想選擇。 LabVIEW開發環境集成了工程師和科學家快速構建各種應用所需的所有工具,旨在幫助工程師和科學家解決問題、提高生產力和不斷創新。

          通過LabVIEW,工程人員能夠與真實世界的信號進行交互,分析數據以獲得有意義的信息,并通過直觀的顯示、報告和網絡分享結果。無論有沒有編程經驗,LabVIEW讓所有用戶都能快速、輕松地進行開發。LabVIEW擁有前端接口應用程序,允許用戶設計并用于控制系統。一般來說,LabVIEW有三個主要元素:前面板、塊圖和連接器面板。前面板允許用戶構建控件和指示器,控件包括旋鈕、按鈕、刻度盤和其他輸入機制,指示器是圖形、發光二極管和其他輸出顯示。

          2.3 可編程序邏輯控制器

          用于實現的PLC是歐姆龍CJ系列,該PLC有4個單元,即電源單元(CJ1M-PA202),具有以太網功能的CPU單元(CJ1M-CPU11-ETN21)、基本輸入單元(CJ1M-ID211)和基本輸出單元(CJ1M -OC211)。所有這些單元都可以組裝在一起,并通過將它們移動到單元的背面來鎖定滑動器,最后的蓋板必須連接在PLC的右邊,否則會發生致命錯誤。

          2.4 變頻驅動

          OMRON SYSDRIVE 3G3MV -A2007型逆變器是一種可變頻率驅動,用于改變電機提供給電機的頻率,從而改變電機的轉速。矢量控制功能的優點是,它能保證輸出頻率為1赫茲的額定電機扭矩的150%,允許在低頻時產生較大的轉矩,并抑制負載所引起的轉速波動。為了有效控制三相鼠籠型感應電動機,需要對3G3MV逆變器的功能參數進行配置。

          3 實現過程

          為了實現這一項目,PLC和LabVIEW之間的通信是至關重要的,該實現使用LabVIEW來執行電動機的啟動和停止操作,在正向或反方向上,通過改變電機的頻率來改變速度。然而,該系統并不是一種監視控制和數據采集(SCADA),因為沒有實際的數據測量從電機的實際輸出中獲得。

          如圖1所示,用戶有權通過一臺筆記本電腦作為主機進行控制,然后,用戶的輸入數據將轉換為布爾數據,并通過以太網電纜和路由器發送到CJ1M-CPU11-ETN21可編程邏輯控制器,一旦布爾數據被PLC處理,將打開PLC的基本輸出中的相關地址,根據用戶給出的輸入數據,這一過程允許3G3MV變頻/變頻驅動操作三相鼠籠感應電動機。此外,當輸入功率為單相電源時3G3MV逆變器/變頻驅動器在電源模塊和電動機之間充當逆變器,而鼠籠式感應電動機則仍以三相運行。

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          4 VI設計的實現

          本文設計視覺識別(VI)程序的目的是讓用戶在正向或反向,通過改變電機的頻率來改變電機的起動和停止運行,并通過兩個簡單的步驟來改變電機的運行速度。首先按VI前面板中的向前或向后按鈕選擇轉向方向,其次,通過將頻率旋鈕轉換為用戶所期望的頻率值來改變速度。

          在運行VI之前,確保所有的硬件都被正確地打開并配置好,并且啟動了NI OPC快速客戶端,使OPC標簽可以被這個VI中的共享變量所瀏覽。在實現中創建了5個OPC標記,并在表1中列出了標記的詳細信息。

          表1 OPC標簽的細節及其與逆變器的連接

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          圖2中,綠色按鈕是確定電機正向運行的開關,橙色按鈕是確定電機反轉的開關,右側的綠色和橙色指示燈均顯示按鈕是否已打開,標有“頻率”的旋鈕是控制電機頻率以及速度的關鍵程序,標有“停止”功能的按鈕停止執行程序。

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          VI框圖由程序的兩個部分組成,程序的第一部分是允許用戶打開鼠籠式感應電機的正向或反向方向,程序的第二部分是通過改變旋鈕值來改變電機的頻率。圖3中,如果用戶已經打開了正向按鈕,信號將被傳送到處于寫入模式的“outputbit1”共享變量,即信號將被寫入PLC。一旦信號成功寫入PLC,PLC的輸出地址1.01的指示燈和LabVIEW前面板中的“正向”方向指示燈將點亮。反向時與該過程相同。

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          圖4中,紅色方框表示VI命名的公式節點,其中公式節點中使用的為C語言。 在用戶通過“頻率變量”旋鈕設置頻率值后,該值將被發送到公式節點,在此表示為“a”。

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          公式節點的輸出已分為x,y和z,其中數字為0或1.為了使共享變量可讀,有必要將數字轉換為布爾格式。當信號為布爾格式并發送到共享變量時,信息將被寫入PLC,PLC的輸出地址1.05,1.06,1.07的指示燈將根據所需的輸出點亮。表2描述了多步速參考1至3與頻率參考1至8之間的關系。

          表2 多步速度參考與頻率參考的關系

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          由于PLC與變頻驅動器以布爾格式進行通信,因此表2中頻率變化的概念至關重要,每個頻率參考值可以在變頻器的功能參數中設置。在本文中,每個頻率參考值的值已列在表3中。只要用戶根據任何條件設置輸入頻率,該數字將被轉換為布爾值,其中它將根據相關的多步速參考進行排列,然后,該布爾值將觸發變頻驅動,并根據表3所列的輸出條件確定鼠籠式感應電機的頻率和速度。例如,如果用戶將輸入設置為8 Hz,其中該值的輸入范圍在7到14之間。因此,多級速度給定值1的布爾數為1,其余為0。然后,該信號觸發變頻器傳送7Hz的頻率。

          表3 LabVIEW中輸入頻率的變化頻率參考條件

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          5 結束語
          總體而言,選擇LabVIEW作為人機界面的實現是一個正確的決定,因為它具有易于理解和使用各種類型的應用程序和功能。此外,這種方法更經濟,因為系統實現的目標僅通過使用的LabVIEW工具包的基本功能(共享變量和NI OPC服務器)來實現。歐姆龍CJ1系列PLC易于安裝和設置,硬件和軟件配置都可以輕松實現完成,它可以通過簡單地添加更多具有各種功能的單元(如以太網單元)來執行附加功能。


          標簽: 人機界面

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