模擬量控制在變頻調(diào)速的應(yīng)用

能源員

模擬量控制在變頻調(diào)速的應(yīng)用
1、引言

近年來可編程序控制器(PLC)以及變頻調(diào)速技術(shù)日益發(fā)展，性能價(jià)格比日益提高，并在機(jī)械、冶金、制造、化工、紡織等領(lǐng)域得以普及和應(yīng)用。為滿足溫度、速度、流量等工藝變量的控制要求，常常要對(duì)這些模擬量進(jìn)行控制，PLC模擬量控制模塊的使用也日益廣泛。

: ]7 [1 I, v/ h: a4 B+ B) i通常情況下，變頻器的速度調(diào)節(jié)可采用鍵盤調(diào)節(jié)或電位器調(diào)節(jié)方式，但是，在速度要求根據(jù)工藝而變化時(shí)，僅利用上述兩種方式則不能滿足生產(chǎn)控制要求，因此，我們須利用PLC靈活編程及控制的功能，實(shí)現(xiàn)速度因工藝而變化，從而保證產(chǎn)品的合格率。
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- s. |: v8 }/ }5 N6 R, \3 F* V2、變頻器簡(jiǎn)介
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交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速M(fèi)公式為：

式中:f—頻率;

p—極對(duì)數(shù);

s—轉(zhuǎn)差率(0～3%或0～6%)。

# l5 p; Y  x( d  r! ?/ I由轉(zhuǎn)速公式可見，改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)電源頻率，可以改變旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)的同步轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)速的目的。額定頻率稱為基頻，變頻調(diào)速時(shí)，可以從基頻向上調(diào)(恒功率調(diào)速)，也可以從基頻向下調(diào)(恒轉(zhuǎn)距調(diào)速)。因此變頻調(diào)速方式，比改變極對(duì)數(shù)p和轉(zhuǎn)差率s兩個(gè)參數(shù)簡(jiǎn)單得多。同時(shí)還具有很好的性價(jià)比、操作方便、機(jī)械特性較硬、靜差率小、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好、調(diào)速范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，因此變頻調(diào)速方式擁有廣闊的發(fā)展前景。

5 X  {2 x5 ~5 `% T7 l6 B3、PLC模擬量控制在變頻調(diào)速的應(yīng)用
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PLC包括許多的特殊功能模塊，而模擬量模塊則是其中的一種。它包括數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。例如數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊可將一定的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的模擬量(電壓或電流)輸出，這種轉(zhuǎn)換具有較高的精度。
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# {% m$ k  `* h+ d# m* g( k( y3 E在設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)或?qū)σ粋€(gè)已有的設(shè)備進(jìn)行改造時(shí)，常常會(huì)需要對(duì)電機(jī)的速度進(jìn)行控制，利用PLC的模擬量控制模塊的輸出來對(duì)變頻器實(shí)現(xiàn)速度控制則是一個(gè)經(jīng)濟(jì)而又簡(jiǎn)便的方法。
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下面以三菱FX2N系列PLC為例進(jìn)行說明。同時(shí)選擇FX2N-2DA模擬量模塊作為對(duì)變頻器進(jìn)行速度控制的控制信號(hào)輸出。如圖1所示，控制系統(tǒng)采用具有兩路模擬量輸出的模塊對(duì)兩個(gè)變頻器進(jìn)行速度控制。

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圖2為變頻器的控制及動(dòng)力部分，這里的變頻器采用三菱S540型，PLC的模擬量速度控制信號(hào)由變頻器的端子2、5輸入。
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. p; y& t7 r4 l3.1系統(tǒng)中PLC模擬量控制變頻調(diào)速需要解決的主要問題

（1）模擬量模塊輸出信號(hào)的選擇
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; [6 V3 K! e# D! I% C通過對(duì)模擬量模塊連接端子的選擇，可以得到兩種信號(hào)，0~10V或0~5V電壓信號(hào)以及4~20mA電流信號(hào)。這里我們選擇0~5V的電壓信號(hào)進(jìn)行控制。
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% Z4 ?7 d' e$ j3 U' ]（2）模擬量模塊的增益及偏置調(diào)節(jié)
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# z0 S# u+ q" E% h模塊的增益可設(shè)定為任意值。然而，如果要得到最大12位的分辨率可使用0~4000。如圖3，我們采用0~4000的數(shù)字量對(duì)應(yīng)0~5V的電壓輸出。當(dāng)然，我們可對(duì)模塊進(jìn)行偏置調(diào)節(jié)，例如數(shù)字量0~4000對(duì)應(yīng)4~20mA時(shí)。

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* ?0 Y) a& K& s# h+ E$ S（3）模擬量模塊與PLC的通訊
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對(duì)于與FX2N系列PLC的連接編程主要包括不同通道數(shù)模轉(zhuǎn)換的執(zhí)行控制，數(shù)字控制量寫入FX2N-2DA等等。而最重要的則是對(duì)緩沖存儲(chǔ)器(BFM)的設(shè)置。通過對(duì)該模塊的認(rèn)識(shí)，BFM的定義如附表。
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附表BFM的定義

從附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(jù)實(shí)際需要給予BFM中的#16和#17賦予合適的值。其中：

9 V: \+ X) n+ P; K#16為輸出數(shù)據(jù)當(dāng)前值。

#17:b0:1改變成0時(shí)，通道2的D/A轉(zhuǎn)換開始。

& _8 k6 ?# w' V! m  u! h: A  ^$ lb1:1改變成0時(shí)，通道1的D/A轉(zhuǎn)換開始
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（4）控制系統(tǒng)編程
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對(duì)于上例控制系統(tǒng)的編寫程序如圖4所示。

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在程序中：

" @6 o" J' c- f- O. T7 C1 |1)當(dāng)M67、M68常閉觸點(diǎn)以及Y002常開觸點(diǎn)閉合時(shí)，通道1數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換開始執(zhí)行;當(dāng)M62、M557常閉觸點(diǎn)以及Y003常開觸點(diǎn)閉合時(shí)，通道2數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換開始執(zhí)行。
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% w& K3 X, C- T* @2 h  Z0 ?2)通道1

' C2 q* D9 b/ @將保存第一個(gè)數(shù)字速度信號(hào)的D998賦予輔助繼電器(M400~M415);
. j% v  o6 r; v8 D( `
將數(shù)字速度信號(hào)的低8位(M400~M407)賦予BFM的16#;
3 C' [9 Q) a8 _1 N) Y
使BFM#17的b2=1;
7 [( \8 e+ ~% {2 A) w9 a; O
使BFM#17的b2由1→0，保持低8位數(shù)據(jù);
. G7 g. ]" x6 N8 S+ Z2 \. z" t% y
將數(shù)字速度信號(hào)的高4位賦予BFM的16#;

使BFM#17的b1=1;
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使BFM#17的b1由1→0，執(zhí)行通道1的速度信號(hào)D/A轉(zhuǎn)換。

3)通道2

# \; x# B. b% ~將保存第二個(gè)數(shù)字速度信號(hào)的D988賦予輔助繼電器(M300~M315);
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將數(shù)字速度信號(hào)的低8位(M300~M307)賦予BFM的16#;

  U- Y( W) g4 L- ^% |1 e& }使BFM#17的b2=1;

使BFM#17的b2由1→0，保持低8位數(shù)據(jù);

將數(shù)字速度信號(hào)的高4位賦予BFM的16#;
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" k  a3 ^' {2 Q- Q. t+ W/ y使BFM#17的b0=1;

" h" v" y0 L0 H5 C$ l$ I使BFM#17的b0由1→0，執(zhí)行通道2的速度信號(hào)D/A轉(zhuǎn)換。
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4)程序中的K0為該數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的位置地址，在本控制系統(tǒng)中只用了一塊模塊，因此為K0，假如由于工藝要求控制系統(tǒng)還要再增加一塊模塊，則新增模塊在編程時(shí)只要將K0改為K1即可。

4 L* g8 P, Y) ^7 D7 f（5）變頻器主要參數(shù)的設(shè)置
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1 D" _, C, i# R' E根據(jù)控制要求，設(shè)置變頻器的運(yùn)行模式為外部運(yùn)行模式，運(yùn)行頻率為外部運(yùn)行頻率設(shè)定方式，Pr.79=2;模擬頻率輸入電壓信號(hào)為0~5V，所以，Pr.73=0;其余參數(shù)根據(jù)電機(jī)功率、額定電壓、負(fù)載等情況進(jìn)行設(shè)定。
) [  D& M& t9 c0 ^
9 x( ~; B" `$ v& ^3.2注意事項(xiàng)

(1)FX2N-2DA采用電壓輸出時(shí)，應(yīng)將IOUT與COM短路;
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(2)速度控制信號(hào)應(yīng)選用屏蔽線，配線安裝時(shí)應(yīng)與動(dòng)力線分開。

1 |* x, b- |7 l7 x, @5 _4、結(jié)束語
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上述控制在實(shí)際使用過程中運(yùn)行良好，很好的將PLC易于編程與變頻器結(jié)合起來，當(dāng)然不同的可編程序控制器的編程和硬件配置方法也不同，比如羅克韋爾PLC在增加D/A模塊時(shí)，只要在編程環(huán)境下的硬件配置中添加該模塊即可?？傊?，充分利用PLC模擬量輸出功能可以控制變頻器從而控制設(shè)備的速度，滿足生產(chǎn)的需要。