來源：微計算機信息 作者：文小玲 柳學敏

摘要：本文介紹了PLC和變頻器在汽車傳動軸防塵罩高低溫控制系統中的成功應用，介紹了系統控制方案和軟硬件結構的設計思想。提出了一種易于在PLC中實現的適用于被控對象為二階慣性環節溫度預測控制系統，實際運行表明該算法優于常規的PID算法。本系統功能強，性能好，精度高。

關鍵詞：傳動軸防塵罩、PLC控制、變頻調速、預測控制

0前言
可編程控制器（PLC）由于其運算速度高、指令豐富、功能強大、可靠性高、抗干擾性強而廣泛應用于各種工業控制部分［1］，在智能現場控制系統中，選用PLC作為控制器是十分有效的。本文以汽車傳動軸防塵罩的檢測為背景，著重討論一種基于PLC控制的模擬汽車傳動軸防塵罩實際運行環境的高低溫試驗箱控制系統的研制。

汽車傳動軸防塵罩的作用是防止灰塵、雜質等進入前輪傳動軸的連接處，同時也防止高溫潤滑油從中溢出。根據有關規定，本系統要求防塵罩在2500轉/分下保持其優秀的斷裂延展特性，在－60～150℃下，能通過1～6千萬次循環試驗。在此情況下，我們受委托對汽車傳動軸防塵罩高低溫試驗箱進行改造，以工控機為人機接口，采用PLC程序控制系統。

1 系統功能分析
傳動軸防塵罩溫度試驗的基本要求是：在規定的溫度下，以一定的轉速運行一定的時間。交替設定溫度、轉速及時間（最多為4組）循環一定次數構成一個測試階段。測試過程最多可設4個階段，每個測試階段的循環次數由測試員現場設定。實驗中主要控制量有試驗箱內溫度（-60～150℃）、傳動軸轉速（0～1500rpm）、固定角及滑動角角度、測試時間（1～60000分）及階段循環次數。測試過程要求調整固定角及滑動角的角度、啟動溫度控制系統使溫度逐步達到設定值、使傳動軸在設定的轉速下運行規定的時間。現場設定不同的條件交替測試，循環一定周期。

根據測試要求，系統應具有手動，自動操作功能。手動操作時，操作人員可以直接控制電機、壓縮機、加熱器等設備的啟停，進行設備維修，調試和試驗等；自動操作時，測試裝置自動完成整個測試過程。另外，控制系統還應具有完善的保護功能以保護人員及設備安全。任何時候都可以強行停止測試。若測試過程因故障原因終止，需要記錄故障原因及測試進展狀況。

2 控制系統的設計與實現
2.1 控制系統硬件結構設計
本系統人機界面部分采用臺灣研華公司生產的奔騰機，軟件部分采用Delphi編程，在系統中協調控制，打印輸出，過程值顯示，控制核心部件為OMROM的可編程控制器，它負責各控制系統所需要的各種邏輯控制和運算。被控對象有變頻調速系統和溫度系統。變頻調速由日本安川公司生產的變頻器驅動傳動軸電機，使傳動軸保持一定的轉速。溫度控制系統是一個典型的閉環控制系統，溫度測量元件為鉑電阻，由PLC控制電加熱器及壓縮機，實現加熱或制冷。加熱系統由三個電加熱管組成，制冷系統由兩級壓縮機組成，其通斷由PLC控制。

為實現檢測控制要求，本系統采用日本立石(OMRON)公司CPM2A-40CDR-A的PLC作為主控單元。其輸入點數為24點，輸出點數為16點。該PLC具有體積小，重量輕，運行可靠，保護方便等特點。系統除了基本的開關量的輸入/輸出外，還配有模擬量的輸入/輸出擴展單元。模擬量輸入單元用于接收Pt100熱電阻溫度信號，模擬量輸出單元控制變頻器輸出頻率，實時檢測全部模擬信號，進行工程量轉換，并與設定的上下值比較，開關量單元用于控制電機的啟停，故障的報警等。 PLC的I/O分配和功能如圖1所示。

2.2變頻器控制系統
本系統的傳動軸轉速由變頻器控制。控制部分主要由PLC、變頻器、光電接近開關組成。傳動軸旋轉部分采用日本SANKEN公司IF－7.5K變頻器驅動變頻電機。采用轉速閉環矢量控制，調速范圍0～2500r/min,調速精度<0.02%。PLC通過模擬量輸出單元將0～6000的數字量信號轉換成4～20mA電流信號給變頻器作為頻率輸出設定。傳動軸實際轉速反饋信號由PG光電接近開關檢測輸出，其輸出脈沖經PLC計算作為電機的速度負反饋信號。

根據生產工藝對系統運行時穩態精度及跟隨能力的要求，變頻器內部的PID調節器設定為比例積分調節方式，由PLC的速度給定值與由脈沖編碼器檢測的現場速度反饋值比較后，得到速度偏差，經比例積分控制器處理后，輸出的二次電流信號作為頻率輸出，送矢量控制系統，控制電機運行。恒功率的分界點以及它們的頻率范圍內的P.I值，由現場負荷調試確定，已