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    传统的变较调速，虽然具有成本低、能耗低、控制简单和可靠性高等优点，但由于采用有级调速，且级差很大，使其应用领域受到很大的限制。矢量控制、直接转矩控制等方式的变频调速，具有很好的调速平滑性，能很好地克服变较调速的困难，但又存在成本高和可靠性差等缺点。

    本节采用S7-200 PLC来控制一台三相感应电动机，该电动机具有两个单独的绕组，对应不同的转速和旋转方向。本实例采用的方法适用于旋转方向可选的三相感应电动机的变较调速。

    一、感应电动机的动态变较调速

    1．调速原理

    感应电动机动态变较调速的原理是：把电动机绕组设计成具有两种工作较数2P1和2P2，让电动机交替地在这两种工作状态下*切换（例如，每秒切换10次），此时电动机的转速将不只是由电动机的工作较数2P1和2P2决定，而是由2P1和2P2，以及工作于这两种工作较数的时间t1和t2等4个因素共同决定。于是，在工作较数2P1和2P2确定之后，调节t1和t2即可改变电动机的转速。

    2．控制目标

    该实例用来控制一台具有两个单独绕组的三相感应电动机，该电动机可以按不同的方向以不同的转速旋转。当与各输入点相连的点动开关被按下时，电动机启动。不论电动机绕什么方向旋转，任何时候都可以改变电动机的转速，转速分为高低两挡。电动机需要5s时间来刹车停机之后，才可以朝相反方向启动。

    3．功能实现

    用下列4只与输入点相连的电动开关来启动电动机：I0.0-低速顺时针方向旋转开关；I0.1-高速顺时针方向旋转开关；I0.2-低速逆时针方向旋转开关；I0.3-高速逆时针方向旋转开关。

    与输入点I0.4相连的开关(OFF)用来关闭电动机，电动机电路断路器与输入点I0.5相连。当电动机过载时，电动机电路断路器触点断开，也会导致电动机停机。当电动机停机时，点亮与输出点Q0.4相连的信号灯。

    在程序扫描循环的起始处调用子程序SBR_0，该子程序的任务是检查输入信号。为了防止操作错误，首先要检查是否有两个或两个以上开关同时动作，然后再检查在换向时是否已**过了限制等待时间。当禁止电动机启动器工作时，互锁存储器位M1.0被置为1。互锁电路的作用是防止电动机误启动或朝错误方向启动。只有当所有的点动开关都没有动作，且**定时器溢出后，才解除互锁，即M1.0被置为逻辑“0”。

    同时满足下列条件时，电动机才能以某种操作方式启动：

    (1)停机开关没有动作；

    (2)防止电动机过载的电动机断路器没有打开；

    (3)电动机不是正在绕相反的方向旋转。

    若改变转速也必须满足上述要求，否则命令无效。这就**了两个电动机启动器不会同时启动。也就是说，每个方向的高速运转启动器和低速运转启动器不同时工作。例如，当与输入点I0.3相连的点动开关被按下，发出逆时针方向高速旋转命令时，负责锁着逆时针方向低速旋转的输出点I0.2被复位。只有当选择所期望的操作模式命令已发出，且互锁未生效时，才能锁定操作模式，即将相关的状态位Q0.0、Q0.1、Q0.2和Q0.3复位。

    该子程序输出的边沿信号检测用来在电动机关机时刻启动**等待定时器，以便使电动机有足够的刹车时间。

    退出子程序后，这些状态位的值被复制到输出点Q0.0～Q0.3，这些输出点控制电动机启动器。输出点Q0.4和Q0.5分别用来表示“停机”状态和“**等待”状态。

    二、双向变较调速感应电动机控制系统硬件设计

    1．输入/输出信号分析

    根据上述的双向变较调速感应电动机的调速原理和要实现的功能，可知该控制系统的输入信号有：启动电动机的4个旋转开关，即低速/高速顺时针方向旋转开关各1个，低速/高速逆时针方向旋转开关各1个；瞬时接触开关1个，电动机过载开关1个，共6路数字输入信号，需6个输入端子。

    输出信号：控制电动机低速（高速）顺时针方向旋转和低速（高速）逆时针方向旋转的4路输出信号，电动机停止运行指示灯以及反方向启动指示灯各1个，共6路数字输出信号，需6个输出端子。

    2．PLC输入/输出分配表和资源分配表

    根据前述对双向变较调速感应电动机的控制目标以及功能实现，可设计如表7-10所示的PLC的输入/输出分配表，以及表7 11所示的资源分配表。

    表7-10    PLC输入/输出分配表

  交流伺服电动机驱动是较新发展起来的新型伺服系统，也是当前机床进给驱动系统方面的一个新动向。交流伺服电动机克服了直流电动机中电动机电刷和整流子要经常维修、电动机尺寸较大和使用环境受限制等缺点，能在较宽的调速范围内产生理想的转矩，结构简单，运行可靠，在数控机床等进给驱动系统较为精密的运动控制中得到了广泛应用。

    一、交流伺服电动机工作原理

    图7-37所示是交流伺服电动机的原理图，图中f和c表示装在定子上的两个绕组，它们在空间相差90°电角度。绕组厂由定值交流电压励磁，称为励磁绕组，绕组c是由伺服放大器供电而进行控制的，称为控制绕组，转子为笼型。

交流伺服电动机的原理图

    图7-37   交流伺服电动机的原理图

    交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机相似，当它在系统中运行时，励磁绕组固定地接到交流电源上，当控制绕组上的控制电压为零时，气隙内磁场为脉振磁场，电动机无启动转矩，转子不转。若在两相绕组上加以幅值相等、相位差90°电角度的对称电压，则在电动机的气隙中产生圆形的旋转磁场。若两个电压的幅值不等或相位不为90°电角度，则产生的磁场将是一个椭圆形旋转磁场。总之，若有控制电压加在控制绕组上，且控制绕组内流过的电流和励磁绕组内的电流不同相，则在气隙内会建立一定大小的旋转磁场。加在控制绕组上的信号不同，产生的磁场椭圆度也不同，改变控制信号，就可以改变磁场的椭圆度，从而控制伺服电机的转速。

    由于交流伺服电动机在各类机电设备中一般作为执行元件，将交流电信号转换为机床转轴上的角位移或角速度，所以要求转子速度的快慢能够反映控制信号的相位，无控制信号时电动机不转动。特别是当交流伺服电机处于转动状态时，如果控制信号消失，电机立即停止转动。而普通的感应电动机转动起来以后，若控制信号消失，往往不能立即停止而要继续转动一段时间。

    二、交流伺服电动机运动控制系统硬件设计

    在本实例中，要求控制交流伺服电动机先低速正转，再高速反转，最后停车。其中，实现电动机的正转和反转以及转速控制需要通过电动机驱动器进行设计。PLC的作用就是对驱动器进行控制，开启或关闭这些功能，从而实现对交流电动机的控制。

    1．输入/输出信号分析

    交流伺服电动机运动控制系统硬件组成示意图如图7-38所示，根据此硬件组成示意图以及上述的控制要求，可知该运动控制系统的输入信号有：电动机的启动和停止按钮各1个，共2路输入信号，需2个输入端子。

交流伺服电动机运动控制系统硬件组成示意图

    图7-38    交流伺服电动机运动控制系统硬件组成示意图

    输出信号：驱动电动机运行的驱动器1个，控制电动机运行方向（正转或反转）的输出信号1个，共2路输出信号，需2个输出端子。

    2．PLC的输入/输出分配表

    根据图7-38所示的交流伺服电动机运动控制系统硬件组成，以及交流伺服电动机的运动控制系统的输入/输出信号分析，可设计如表7-8所示的PLC主机的输入/输出分配表。