PLC在變頻調速控制中的方法研究.doc

PLC在變頻調速控制中的方法研究摘要：由PLC控制的變頻調速在現(xiàn)代工業(yè)各個領域的應用越來越為廣泛。為了使技校的學生能夠更深入的了解和把握由PLC實現(xiàn)的變頻調速方法，文章以三菱FX系列PLC和三菱FR-A540變頻器為例來詳細地、系統(tǒng)的研究了由PLC控制如何實現(xiàn)單臺乃至多臺電動機變頻調速。并且對每種方法硬件連接、PLC 編程方法上以實例方式進行了詳細的介紹。分析各種方法在編程、調速精度乃至應用廣泛性等方面的優(yōu)勢和不足之處，并做出了具體的歸納總結。關鍵詞：三菱FX系列PLC 三菱FR-A540變頻器 控制 方法 研究引言：隨著電力電子技術和自動控制技術的日益發(fā)展，電動機的調速已經從繼電器控制時代發(fā)展到今天的由變頻器控制調速。且在工業(yè)各個領域中得到了極為廣泛的應用。在現(xiàn)在的在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，最為常見的是由PLC控制變頻器實現(xiàn)電動機的調速控制。該方法主要通過程序來控制了電動機的變頻調速，從而實現(xiàn)了自動控制。目前，本校已經引進了幾十套PLC，變頻器，觸摸屏設備，并且開設了PLC，電動機調速等相關課程。PLC采用怎樣的控制方式來實現(xiàn)電動機的變頻調速？是不是PLC控制的電動機變頻調速方法只有一種？是不是一臺PLC只能實現(xiàn)單臺電動機的變頻調速？在程序上又是如何實現(xiàn)電動機的調速控制？在學習這些課程的時候很多同學難免會存在很多疑問。本文就來詮釋上述問題。通過常用的PLC在變頻調速中的三種方法進行詳盡闡述，希望對學生在變頻調速的學習方面能有一定的幫助。為他們在將來的更進一步深入學習該領域的更深層的內容打下基礎。一、 PLC輸出的開關量控制的變頻調速實現(xiàn)方法：PLC的輸出點、COM點直接與變頻器的STF(正轉啟動)、STR(反轉啟動)、RH(高速)、RM(中速)、RL(低速)、REX、輸入端SG等端口分別相連接。PLC通過程序即可以控制變頻器的啟動、停止； 也可以控制變頻器高速、中速、低速端子的不同組合實現(xiàn)多段速度運行?，F(xiàn)在以一程序實例來介紹plc通過輸出的開關量控制的變頻調速。傳動系統(tǒng)從原點啟動，中速40HZ行駛30S，開始高速50HZ行駛，當碰撞到行程開關SQ1時，開始低速20HZ爬行，低速爬行到終點碰撞到SQ2停車。停頓2s。反向以高速50HZ行駛，高速行駛到碰撞行程開關SQ3處開始低速20HZ爬行。到達原點碰撞SQ4停車，停頓2s后重新開始往返。試編寫程序。硬件連接如附錄圖1所示輸入輸出觸點分配輸入點及用途輸出點X0 啟動按鈕Y0 工作臺前進X1 行程開關SQ1Y1 工作臺后退X2 行程開關SQ2Y2 高速X3 行程開關SQ3Y3 中速X4 行程開關SQ4Y4 低速變頻器參數設置操作模式Pr.79=1（外部模式）基本參數：Pr.7=2s(加速時間)；Pr.8=3s(減速時間)；Pr.9=電動機的額定電流x100%（根據所用電動機的額定電流大小設定）各段速度設置：Pr.4=40HZ(中速段), Pr.5=50HZ（高速段）, Pr.6=20HZ（低速段）程序設計本實例是通過步進順控指令編程來控制PLC的輸出即變頻器的多段速的輸入信號。通過PLC的輸出觸點Y2、Y3、Y4得電與否（開或關）來控制電動機的變頻調速，實例中通過Y2、Y3、Y4的分時得電來實現(xiàn)了電動機的三段調速。當然由Y2、Y3、Y4的不同組合可以實現(xiàn)電動機7段調速。若要實現(xiàn)電動機的多段調速即增加若干輸出來控制，并相應的設置變頻器的相關參數。但是由于變頻器的的只有輸入端子RH,RL ,RM ,REX進行多種運行速度轉換，所以最多能實現(xiàn)15段調速，即有極調速。不能實現(xiàn)電動機的無級調速。調速精度不高。若要求電動機有20多種乃至更多種速度，該方法很難實現(xiàn)。PLC的輸出開關量不僅能實現(xiàn)單臺電動機的變頻調速，而且能實現(xiàn)多臺電動機的變頻調速。硬件連接如附錄圖2所示。由于編程方法每臺基本相同，這里不在贅述。通過前面的程序實例不難看出該方法的優(yōu)點是編程較為簡單易懂，且變頻器的響應速度快，抗干擾能力強。可以實現(xiàn)單臺及多臺電動機的調速。在較為簡單的變頻調速系統(tǒng)中，該方法較為簡單且比較容易編程。對于初學者來講是一種較為容易掌握的方法。但是因為它是采用開關量來實施控制的，在很多的不足之處：其調速曲線不是一條連續(xù)平滑的曲線，也無法實現(xiàn)精細的速度調節(jié)。若要實現(xiàn)多臺電動機的變頻調速，要求PLC輸入輸出點數較多，需采用輸入輸出點數較多的PLC。在工業(yè)大型生產線上應用具有一定的局限性。若在要求調速較為精細、精確的生產線上，采用該方法就得不到良好的調速效果，那么下面就介紹更為精確一點的調速方法。二、PLC通過外加擴展DA轉換模塊控制的變頻調速實現(xiàn)方法：本方法是通過PLC外接擴展數模轉換特殊功能模塊來實現(xiàn)的。可以通過FX系列PLC主機，配置FX1N-1DA-BD擴展模擬量輸出板或模擬量輸入輸出混合模塊FX0N-3A或FX2N-2DA或FX2N-4DA模塊等來實現(xiàn)。該種方法的實現(xiàn)主要是對特殊功能模塊的緩沖存儲器(BFM)設置編程?，F(xiàn)以FX2N型PLC擴展FX2N-2DA模塊實現(xiàn)單臺電動機正轉的變頻調速為例硬件連接圖如附錄圖3所示FX2N-2DA輸出模塊：其功能是把CPU的數字信號量，用于將12位的數字值轉換成2點模擬輸出（電壓輸出和電流輸出），以便控制現(xiàn)場設備。FX2N系列PLC的連接編程主要包括不同通道數模轉換的執(zhí)行控制，數字控制量寫入FX2N-2DA等。而最重要的則是對緩沖存儲器(BFM)的設置。BFM的定義如附錄表1所示從表中可以看出起作用的僅僅是BFM的#16、#17，而在程序中所需要做的則是根據實際需要給予BFM中的#16和#17賦予合適的值。其中：#16為輸出數據當前值。#17：b0：1改變成0時，通道2的D/A轉換開始。b1：1改變成0時，通道1的D/A轉換開始。程序實例：其中x0表示啟動按鈕，X1表示停止按鈕，x2為調速控制按鈕。該程序通過將D100中的數字量轉換成輸出模擬量（由于FX2N-2DA模塊的輸出特性從數字值0到4000變化，所以若4000相當與50HZ，則每80為1HZ。故本程序實例中的給D100賦值2400即為設置電動機的運行頻率為30HZ），從而實現(xiàn)電動機的正轉速度30HZ-50HZ范圍內進行連續(xù)速度調節(jié)。通過本實例可以看出該方法實現(xiàn)的調速曲線較為平滑；調速精度較高。結合上述程序實例可以清晰的看出該種方法優(yōu)點是：PLC程序編制簡單方便，調速曲線平滑連續(xù)、工作穩(wěn)定。且一臺PLC通過外加一個FX2N-2DA模塊可以實現(xiàn)兩臺電動機的變頻調速；若外加一個FX2N-4DA模塊可以實現(xiàn)四臺電動機的變頻調速。所以在工業(yè)控制中該方法要比第一種方法應用范圍更廣些。用于實現(xiàn)多臺電動機的變頻調速時較第一種方法編程更為簡單。該種方法實現(xiàn)多臺電動機變頻調速硬件連接如附錄圖4所示。不足之處：在大規(guī)模生產線中，控制電纜較長，尤其是DA模塊采用電壓信號輸出時，線路有較大的電壓降，影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。另外，從經濟角度考慮，如控制8臺變頻器，需要2塊FX2N-4DA模塊或4塊FX2N-2DA模塊，且該擴展模塊價格較貴，所以在需要控制多臺電動機的調速的大規(guī)模生產中，該方法耗資較為昂貴；而且對于大規(guī)模自動化生產線，一方面變頻器的數目較多，另一方面電機分布的距離不一致。采用D/A擴展模塊做同步運動控制容易受到模擬量信號的波動和因距離不一致而造成的模擬量信號衰減不一致的影響，使整個系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性降低。針對本方法存在的很大的不足，下面就介紹一種該系統(tǒng)成本低、信號傳輸距離遠、抗干擾性較強的調速方法。三、PLC通過RS485通訊實現(xiàn)變頻調速本方法是PLC主機上裝RS-485BD通訊適配器與變頻器的485PU口相連接（具體連接方式見附錄圖6所示），通過PLC和變頻器之間的RS485半雙工串行通訊來實現(xiàn)電動機的變頻調速。PLC和變頻器之間的RS-485協(xié)議PLC和變頻器之間進行通訊，通訊規(guī)格必須在變頻器的初始化中設定，如果沒有進行設定或有一個錯誤的設定，數據將不能進行通訊。且每次參數設定后，需復位變頻器。確保參數的設定生效。設定好參數后按如下協(xié)議進行數據通訊該過程分5個階段：1、計算機發(fā)出通訊請求；2、變頻器處理等待；3、變頻器作出應答；4、計算機處理等待；5、計算機作出應答。根據不同的通訊要求完成相應的過程，如寫變頻器啟、?？刂泼顣r則只需完成1-3三個過程；監(jiān)視變頻器運行頻率時則需完成1-5五個過程。不論是寫數據還是讀數據，均有PLC發(fā)出請求，變頻器只是被動接受請求并作出應答。每個階段的數據格式均有差別。現(xiàn)只列出較為常用的三種格式：要實現(xiàn)PLC對變頻器的通訊控制，必須對PLC進行編程;通過程序實現(xiàn)PLC對變頻器的各種運行控制和數據的采集。PLC程序首先應完成FX2N-485BD通訊適配器的初始化、控制命令字的組合、代碼轉換和變頻器應答數據的處理工作。PLC通過RS-485通訊控制變頻器可以完成一臺乃至多臺變頻器的啟動、停止、頻率設定。硬件連接附錄圖5所示。由于每臺變頻器的通訊編程方法基本相似，唯一的不同之處就是變頻器的站號設置不同?，F(xiàn)在就以PLC通過RS-485通訊控制#0變頻器運行程序為例：變頻器參數設定：Pr.79=1（操作模式）, Pr.1=50(上限頻率)，Pr.3=50(基底頻率)，Pr.19=380（基底電壓），Pr.77=2（參數寫入禁止；表示即使運行時也可寫入參數），Pr.117=0（變頻器站號），Pr.118=192(通訊速度)，Pr.119=0（停止位一位），Pr.120=2（偶校驗）Pr.121=9999(通訊重試次數)，Pr.122=9999（通訊檢查時間間隔），Pr.123=9999（等待時間設置），Pr.124=0（無CR，無LF），以上程序運行時PLC通過RS-485通訊程序正轉啟動并且變頻運行。其中X0為電動機正轉以額定速度（頻率）運行控制按鈕，X1為電動機變頻調速控制按鈕，實現(xiàn)電動機的頻率調節(jié)。若要對#1站的電動機進行調速控制，只要將H30和H31分別傳送給D11,D12，并將變頻器參數Pr.117設置為1即可.依此類推。對于不同站號的電動機的變頻調速編程方法基本相同。控制指令如下表所示。 操作指令指令代碼數據內容正轉HFAH02反轉HFAH04停止HFAH00頻率寫入HEDH0000-H2EE0頻率輸出H6FH0000-H2EE0注意所有指令代碼和數據均以ASCII碼(十六進制)發(fā)送和接收。十六進制數轉換成ASCI碼時，H0-H9轉換成ASCI碼時加H30，例H3轉換成ASCI碼即H3+H30=H33，而A-F轉換成ASCI碼時加H31。例HA轉換成ASCI碼即HA+H31=H41.依次類推。使用RS-485通訊控制，僅通過一條通訊電纜連接，就可以完成多臺變頻器的啟動、停止、頻率設定;并且很容易實現(xiàn)多電機之間的同步運行。該系統(tǒng)優(yōu)點：硬件簡單、可控制32臺變頻器。可以實現(xiàn)無級變速，速度變換平滑，速度控制精確，適應能力好。該系統(tǒng)成本低、信號傳輸距離遠、抗干擾性強。但是也存在一定的不足之處：比如編程工作量較大，響應有延時。且必須在掌握通訊協(xié)議及相關的參數的基礎上才能順利完成編程。對于技校初學者來講該方法掌握比較困難。結束語：本文較為詳盡地介紹了應用三菱FX系列PLC控制單臺及多臺電動機變頻調速的三種常用的方法，并綜合的評述各種方法的優(yōu)點及在生產應用中的不足之處。深入了解這些控制的方法，有助于學生對PLC控制的交流變頻調速控制系統(tǒng)有了更深層次的把握。同時對學生的變頻調速系統(tǒng)的設計能力也有很大的幫助。掌握這幾種調速方法的各自的優(yōu)點和不足之處，對設計者的工作能夠帶來一定的幫助；從而能進一步提高了設計工作的科學性、先進性和經濟性。學生可以根據所需設計