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基于PLC的直流电机控制系统的设计武雪威刘刚（河北天择重型机械有限公司，河北邯郸056200）摘要：PLC由于简单易学和可靠性高等优点而被广泛应用。直流电机是一种常用的机电执行元件，其相应的驱动和控制电路对于整个控制系统起着非常重要的作用。采用PLC和驱动器实现对直流电机的控制，整个系统具有结构简单、可靠性高和实用性强等优点，具有较高的通用性和应用推广价值。关键词：直流电机；控制器；驱动器DesignofControlSystemforDirectMotorBasedonPLCWUXue-wei，LIGang，HUMei-hong，DUFeng-ming(HebeiShenfengHeavyMachineryCo.，Ltd.，Handan056200，China)Abstract：PLCsarewidelyusedbecauseoftheirsimplicityandhighreliability.Thedirectmotorisakindofconventionalelectromechanicexecutiveelements，andthecorrespondingdrivingandcontrolcircuitshaveveryimportanteffectsuponitscontrolsystemperformance.PLCandthedriverareusedtoimplementeddrivingandcontrolofthedirectmotor.Thewholesystemhassuchfeaturesassimplestructure，highreliability，lowcost，andgoodpractibility，etc.，andpossessesbetterversatilityandhighervaluesofapplicationandgeneralization.Keywords：directmotor；controller；driver1引言PLC作为目前应用最广泛的工业控制器，具有通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程简单易学和可靠性高等优点而应用于各行业的自动控制系统中。直流电机应用广泛，几乎遍及机电行业各个领域，是机电控制系统中常用的执行元件。比如，煤矿巷道中的电机车就是由直流电机牵引的。它具有优良的机械特性和调速特性，强大的过载能力，可实现频繁的起动、制动和反转，能满足各种不同的控制要求。但是，直流电机较交流电机结构复杂，制造成本高，维护工作量大，对控制器提出了极高的运行可靠性要求，以保证控制系统不受环境、强电及射线等干扰，因此把PLC作为控制系统的控制器比较合理。2控制系统简介直流电机的控制系统由三部分组成，即控制器、驱动器和直流电机。一般控制用直流电机都需要专用的驱动器来驱动，驱动器的作用是接收控制器的信号发出电机能接受电信号，它还包括各种必要的过流过载保护电路。因此，控制器输出的脉冲和方向信号是先输入进驱动器，再由驱动器来控制电机的速度和方向，其控制系统简图如图1。脉冲信号方向信号图1控制系统简图3驱动器的选择及其功能介绍控制系统的运行性能，除与电机自身的性能有关外，在很大程度上还取决于驱动器性能的优劣。因此，正确选择驱动器对于其控制系统也是非常重要的。直流电机驱动器选择国外某公司生产的LMD18200，LMD18200是专用于直流电动机驱动的H桥组件，同一芯片上集成有CMOS控制电路和DMOS功率器件，这种芯片瞬间驱动电流可达6A，正常工作电流可达3A，具有很强的驱动能力，而且此种芯片内部还具有过流保护的测量和温度过热检测。此电路具有驱动功率大，稳定性好，实现方便，安全可靠等优点，其内部结构原理图如图2。电流检测输入逻辑过热欠压过流检测方向3使能4PWM信号5过热检测9泵电容11输出12Vs6输出210泵电容211关断电流检测输出87地A1B1B2A2充电泵驱动图2LMD182000内部结构原理图主要输入输出引脚功能如下：3脚为方向输入端，该脚控制输出1与输出2（脚2、10）之间电流的方向，来控制电机旋转的方向；4脚为刹车输入端，将PWM信号输入端（脚控制器驱动器电动机5）置逻辑高电平时把该脚置逻辑高电平即可实现刹车；5脚为PWM波输入端，通过改变PWM的占空比就可调节电机的速度；2脚和10脚为电流输入输出端，连接直流电机的正负极。LMD18200型直流电机专用驱动器的逻辑真值表见表1。表1逻辑真值表PWM方向刹车电流输出方向HHL流出1，流入2HLL流入1，流出2HHH流出1，流出2HLH流入1，流入2LMD18200提供双极性方式（也称反向锁定控制）和单极性方式（也称方向脉宽控制）两种工作方式。在双极性工作方式中，单个的PWM信号接入LMD18200的DIR端子，由PWM信号的占空比大小控制电机的转向和转速。在单极性这种工作方式中，PWM脉冲信号接在LMD18200的PWM端，而方向信号接在DIR端，PWM端脉冲信号的占空比决定电机转速，而DIR端的电平高低决定电机转向。如果控制器能提供PWM和DIR信号，则使驱动器工作在单极性方式，这样构成的系统为全数字式，避免了模拟电压的温漂和噪声干扰等不利影响。因此，自动控制系统中通常使用单极性工作方式。4直流电机的控制过程对电机的控制主要是对其旋转速度和旋转方向的控制，通过控制LMD18200的3脚的高低电平即可控制电机的正反转。下面主要介绍PWM（脉冲宽度调制）控制电机速度的过程。下面以西门子S7-200系列PLC来详细说明电机速度的控制过程。对于S7-200系列PLC来说，如果CPU模块上的输出类型为DC型（晶体管输出），那么在其Q0.0和Q0.1上可以产生高速脉冲串和脉冲宽度可调的波形，频率可以达到20kHz。PWM功能能提供连续、可变占空比脉冲输出，用户可以控制周期和脉冲宽度。每个PWM发生器有一个控制字节（8位）、一个16位无符号的周期值寄存器、一个16位无符号的脉冲宽度值寄存器和一个32位无符号脉冲计数值寄存器。这些值全部存储在特殊存储器中，一旦这些特殊存储器的位被置成所需操作，就可以通过执行脉冲输出指令（PLS）来调用这些操作。PLS指令使S7-200读取相应特殊寄存器中的位，并对相应的PWM发生器进行操作。占空比=t（脉冲宽度）/T（脉冲周期）=电机运行速度/电机最大速度上述公式中脉冲周期和电机最大速度是已知条件，通过调节调脉冲宽度就能得到相应的电机运行速度。当脉宽值等于周期值时，占空比为100%，即输出连续接通；当脉宽值为0，占空比为0%，即输出断开，因此电机的速度可以从0调到最大。5脉宽调制的程序设计程序设计包括两部分：（1）初始化程序：它是用来清空程序存储器，按照所要求的把现有的初始参数装入程序存储器，如脉冲周期、初始脉冲宽度和脉冲宽度是否可调，脉冲宽度初始化程序见图3：MOV-BENENO16#DBINOUTSMB77MOV-BENENO1000INOUTSMB78MOV-WENENOVW0INOUTSMW80PLSENENO0Q0.0MOV-BENENO16#DAINSMB77图3脉宽调制初始化程序框图（2）脉冲宽度调节程序：通过调节脉冲宽度来达到调速的目的，PWM调节脉冲宽度程序见图4：MOV-WENENOVW1INOUTSMB77PLSENENO0Q0.0图4脉冲宽度调节程序框图在PWM初始化程序中，把脉冲周期装入SMB78，把初始脉冲宽度装入SMB80。16#DA装入SMB77表示脉冲宽度可调，在脉宽调节程序中把所需脉冲宽度装入SMB77就能实现速度的调节。6结束语现在，直流电机的调速方法很多，同时随着电子技术的飞速发展，PLC的功能也越来越强，用小型的PLC就可以构成直流电机的控制系统，并且具有控制简单、运行稳定、开发周期短等优点，是一种切实可行的直流电机控制方案。参考文献：［1］刘刚.利用脉宽调制（PWM）实现电机速度的控制［J］.峰煤科技，2007（3）［2］林建伟.电机驱动用H桥组件LMD18200的应用［J］.国外电子原器件，1998（9）［3］柴瑞娟，等.西门子PLC编程技术及工程应用［M］.北京：机械工业出版社，2007［4］李国厚.步进电机驱动与控制系统的设计［J］.煤矿机械，2008（2）作者简介：武雪威（1981－），女，学士学位，助理工程师。2006年毕业于河北理工大学，机械设计制造及其自动化专业，现在河北神风重型机械有限公司从事冶金机械设计开发工作。