模擬量控制在變頻調(diào)速的應用

能源員

模擬量控制在變頻調(diào)速的應用
1、引言

近年來可編程序控制器(PLC)以及變頻調(diào)速技術日益發(fā)展，性能價格比日益提高，并在機械、冶金、制造、化工、紡織等領域得以普及和應用。為滿足溫度、速度、流量等工藝變量的控制要求，常常要對這些模擬量進行控制，PLC模擬量控制模塊的使用也日益廣泛。
$ z9 [2 P3 ]3 r: _' {, F
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，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，實現(xiàn)速度因工藝而變化，從而保證產(chǎn)品的合格率。
, f6 j, d' z% s8 Z+ j
4 z$ a: w) }( q! d7 [* Z2、變頻器簡介
$ u6 W9 N% {4 c; e8 K; Y' |
交流電動機的轉(zhuǎn)速M公式為：
/ P3 [/ ?. L( X% |

( U) l3 s  r5 X; d  Q' j, Y式中:f—頻率;
% g9 @. x$ K) L& ?% Z
7 V, T+ m7 Y: u1 @, K( |p—極對數(shù);

s—轉(zhuǎn)差率(0～3%或0～6%)。

由轉(zhuǎn)速公式可見，改變?nèi)喈惒诫妱訖C電源頻率，可以改變旋轉(zhuǎn)磁通勢的同步轉(zhuǎn)速，達到調(diào)速的目的。額定頻率稱為基頻，變頻調(diào)速時，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，比改變極對數(shù)p和轉(zhuǎn)差率s兩個參數(shù)簡單得多。同時還具有很好的性價比、操作方便、機械特性較硬、靜差率小、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好、調(diào)速范圍廣等優(yōu)點，因此變頻調(diào)速方式擁有廣闊的發(fā)展前景。
, Z. q' ~4 B# Z% a- ]
3、PLC模擬量控制在變頻調(diào)速的應用
# [* C. {" C  v! X8 O
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)換成對應的模擬量(電壓或電流)輸出，這種轉(zhuǎn)換具有較高的精度。
! ]8 \  x9 W2 o7 {
在設計一個控制系統(tǒng)或?qū)σ粋€已有的設備進行改造時，常常會需要對電機的速度進行控制，利用PLC的模擬量控制模塊的輸出來對變頻器實現(xiàn)速度控制則是一個經(jīng)濟而又簡便的方法。

8 w4 i6 ?$ J" m4 P5 s! I下面以三菱FX2N系列PLC為例進行說明。同時選擇FX2N-2DA模擬量模塊作為對變頻器進行速度控制的控制信號輸出。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兩個變頻器進行速度控制。
9 ^7 F) z) i1 @' H, |5 }: B

圖2為變頻器的控制及動力部分，這里的變頻器采用三菱S540型，PLC的模擬量速度控制信號由變頻器的端子2、5輸入。


. Y! A4 N0 Y! ]6 M( I2 u( D" L
3.1系統(tǒng)中PLC模擬量控制變頻調(diào)速需要解決的主要問題

; C5 |$ a% y( P- E6 s! [（1）模擬量模塊輸出信號的選擇
9 M# y9 C8 d# b+ f. K
通過對模擬量模塊連接端子的選擇，可以得到兩種信號，0~10V或0~5V電壓信號以及4~20mA電流信號。這里我們選擇0~5V的電壓信號進行控制。
( o$ n4 b0 w/ ^3 x5 z* ?
（2）模擬量模塊的增益及偏置調(diào)節(jié)

# w7 b  x' \9 C0 N模塊的增益可設定為任意值。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)字量對應0~5V的電壓輸出。當然，我們可對模塊進行偏置調(diào)節(jié)，例如數(shù)字量0~4000對應4~20mA時。
( J8 H3 h+ I) z

( P% s2 \1 S3 I4 f（3）模擬量模塊與PLC的通訊

4 k* Z3 I' B% B( Z0 T8 k, m對于與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。而最重要的則是對緩沖存儲器(BFM)的設置。通過對該模塊的認識，BFM的定義如附表。
3 s9 R* b& F" M" _
) [" A% |4 q; t附表BFM的定義

2 d( o, ~; A! [# H+ z& E; C

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)實際需要給予BFM中的#16和#17賦予合適的值。其中：
# c! \5 H) X& P* n: m
#16為輸出數(shù)據(jù)當前值。
# ^9 X+ o- I) H' Z' Q
8 Q/ l2 K: t7 _1 e#17:b0:1改變成0時，通道2的D/A轉(zhuǎn)換開始。

b1:1改變成0時，通道1的D/A轉(zhuǎn)換開始
( e$ q7 r1 ?/ O5 J8 H! R( {
0 a5 u7 ^. O) @+ M$ c) M（4）控制系統(tǒng)編程
6 |2 `. S7 I( R/ x
對于上例控制系統(tǒng)的編寫程序如圖4所示。

在程序中：

2 o, B# f: u" I1)當M67、M68常閉觸點以及Y002常開觸點閉合時，通道1數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換開始執(zhí)行;當M62、M557常閉觸點以及Y003常開觸點閉合時，通道2數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換開始執(zhí)行。

2)通道1
# z- S1 A; d  w/ l
. e' W4 m8 T. \& O# S" Y6 R* g將保存第一個數(shù)字速度信號的D998賦予輔助繼電器(M400~M415);

, R# O! d1 R& W: K" Y8 e7 U將數(shù)字速度信號的低8位(M400~M407)賦予BFM的16#;
# P* s! a0 a: d: @2 \  o$ m
" e/ T; R/ e5 Z3 K6 R: |" z使BFM#17的b2=1;

4 I& a- f6 C: {- T  b+ K$ d1 g5 H使BFM#17的b2由1→0，保持低8位數(shù)據(jù);
8 J  l2 ]8 ]" o7 a- S8 @* \
將數(shù)字速度信號的高4位賦予BFM的16#;
, ?; u" l& c; E1 \( h
3 P( ^- R+ t9 ]4 C) e* I7 b2 z1 T使BFM#17的b1=1;
$ |6 z* t* s, q# U) J( T+ ]! Z: R
使BFM#17的b1由1→0，執(zhí)行通道1的速度信號D/A轉(zhuǎn)換。

3)通道2
" K& P" |5 z6 T+ A8 s
將保存第二個數(shù)字速度信號的D988賦予輔助繼電器(M300~M315);

將數(shù)字速度信號的低8位(M300~M307)賦予BFM的16#;
+ V/ H) Y2 `) Q- m: G
4 k, o- o+ V6 @2 m  J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)字速度信號的高4位賦予BFM的16#;

! U. N$ R7 e3 f8 ~; r% Z+ M+ i使BFM#17的b0=1;

* C) Y& N+ l* A使BFM#17的b0由1→0，執(zhí)行通道2的速度信號D/A轉(zhuǎn)換。

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只要將K0改為K1即可。

（5）變頻器主要參數(shù)的設置

根據(jù)控制要求，設置變頻器的運行模式為外部運行模式，運行頻率為外部運行頻率設定方式，Pr.79=2;模擬頻率輸入電壓信號為0~5V，所以，Pr.73=0;其余參數(shù)根據(jù)電機功率、額定電壓、負載等情況進行設定。
* n" k/ Y/ ^# Z  [+ ?, Q9 N
3.2注意事項

(1)FX2N-2DA采用電壓輸出時，應將IOUT與COM短路;

(2)速度控制信號應選用屏蔽線，配線安裝時應與動力線分開。
9 }1 s  n8 L. s
4、結(jié)束語
) S9 W5 g. F" ]4 u$ t. ?
1 \" E* N& Y8 t. p+ O上述控制在實際使用過程中運行良好，很好的將PLC易于編程與變頻器結(jié)合起來，當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，只要在編程環(huán)境下的硬件配置中添加該模塊即可。總之，充分利用PLC模擬量輸出功能可以控制變頻器從而控制設備的速度，滿足生產(chǎn)的需要。