模擬量控制在變頻調速的應用

能源員

模擬量控制在變頻調速的應用
1、引言

. p- T& I# g& y7 S6 k. G6 r近年來可編程序控制器(PLC)以及變頻調速技術日益發展，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。

6 \! O* Z3 p% R' e% V. c# B7 J, ]# ^通常情況下，變頻器的速度調節可采用鍵盤調節或電位器調節方式，但是，在速度要求根據工藝而變化時，僅利用上述兩種方式則不能滿足生產控制要求，因此，我們須利用PLC靈活編程及控制的功能，實現速度因工藝而變化，從而保證產品的合格率。

6 L  s' f9 [; z* f4 w2、變頻器簡介
' r4 S3 N) {8 N# y4 i
8 u3 u2 k" b) V; b交流電動機的轉速M公式為：
: ~" E6 v# O/ t4 n( x2 Z& B# V
. y8 ^$ b* [8 o2 ?5 T

# N) w- u" G0 v( R; ?式中:f—頻率;
: x+ `/ N5 o! E; A- H! \
$ G$ {1 G9 E1 V! y( e4 Z# W( ip—極對數;
- k6 O! c2 h7 k* V) Z% g7 X
s—轉差率(0～3%或0～6%)。
6 y$ T& `! M# }0 S9 O9 [
由轉速公式可見，改變三相異步電動機電源頻率，可以改變旋轉磁通勢的同步轉速，達到調速的目的。額定頻率稱為基頻，變頻調速時，可以從基頻向上調(恒功率調速)，也可以從基頻向下調(恒轉距調速)。因此變頻調速方式，比改變極對數p和轉差率s兩個參數簡單得多。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、轉速穩定性好、調速范圍廣等優點，因此變頻調速方式擁有廣闊的發展前景。
  y) Q# y, u/ `+ c/ l4 Y; L
- E3 {6 C1 W! }, B8 J! x3、PLC模擬量控制在變頻調速的應用
0 ?0 i# r' a; C% }' j; q4 F
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。它包括數模轉換模塊和模數轉換模塊。例如數模轉換模塊可將一定的數字量轉換成對應的模擬量(電壓或電流)輸出，這種轉換具有較高的精度。

! F7 y9 ^4 t% s在設計一個控制系統或對一個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速度控制則是一個經濟而又簡便的方法。
8 e8 Y; f" |/ I: J6 w+ ~
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。
. x* ]% R  M4 n8 K; F7 Z( h+ B
$ Q9 n; I( L9 Z, r- L

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。

: z4 `* Z+ |+ g8 q  W

0 W. s8 j& v7 I" Y7 P4 C3.1系統中PLC模擬量控制變頻調速需要解決的主要問題

（1）模擬量模塊輸出信號的選擇

* U( ]) j3 u2 _0 e7 D: U" n8 B- H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。

（2）模擬量模塊的增益及偏置調節
( Y* X! d: ]8 c0 Z# Z/ X. @. J/ 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的數字量對應0~5V的電壓輸出。當然，我們可對模塊進行偏置調節，例如數字量0~4000對應4~20mA時。
. L: {7 C. {# g0 M# c5 U6 t" t
0 l6 x1 X' r7 W3 P. j$ E# v

（3）模擬量模塊與PLC的通訊
" y' O  A" X+ `0 B7 Z
對于與FX2N系列PLC的連接編程主要包括不同通道數模轉換的執行控制，數字控制量寫入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。

附表BFM的定義

) i, l( |+ Y. E! B! _

/ O/ }( A4 v, }- s8 V7 c& V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實際需要給予BFM中的#16和#17賦予合適的值。其中：

6 [! m. ?; E  X& y#16為輸出數據當前值。
0 ^! M6 p: E- Y  I4 _' H
# R0 q6 {  _! w/ H% G#17:b0:1改變成0時，通道2的D/A轉換開始。

8 e0 T7 Y9 O. }3 a4 _b1:1改變成0時，通道1的D/A轉換開始
& A) \2 q7 l/ W2 b5 |# d
（4）控制系統編程

* \  o$ f# R( l) H/ r對于上例控制系統的編寫程序如圖4所示。

# D0 U; _; x( f6 A, c. b

在程序中：
* X9 b* ~! o, p. O3 `1 @, |2 z) l  S& Z, y
: X# X; t/ ]' F- J4 j( a1)當M67、M68常閉觸點以及Y002常開觸點閉合時，通道1數字到模擬的轉換開始執行;當M62、M557常閉觸點以及Y003常開觸點閉合時，通道2數字到模擬的轉換開始執行。

2)通道1
  X* _0 G/ d* v& O9 w4 [
* \6 K) M- r4 f將保存第一個數字速度信號的D998賦予輔助繼電器(M400~M415);

" T+ t) |- J* w: H1 f. c* g+ e將數字速度信號的低8位(M400~M407)賦予BFM的16#;

  r6 z5 i/ Q/ w" u# m& |0 q使BFM#17的b2=1;
4 M: F; `$ F+ A9 M3 n$ u
" I4 j% l+ o+ T0 u: [0 d( Y使BFM#17的b2由1→0，保持低8位數據;

+ l  t2 \- W1 ]4 V8 l將數字速度信號的高4位賦予BFM的16#;
' g3 N0 ?* y! ?# @6 A
使BFM#17的b1=1;

使BFM#17的b1由1→0，執行通道1的速度信號D/A轉換。

2 z) a9 R; a* j0 P0 x5 ^& r6 h4 s' G3)通道2

將保存第二個數字速度信號的D988賦予輔助繼電器(M300~M315);
9 K* y/ M4 w9 y
將數字速度信號的低8位(M300~M307)賦予BFM的16#;
) J) R7 c) s8 q, u! z
: Q- N/ u6 n, ~1 n) Z& i使BFM#17的b2=1;
* o& F" s: a, ~, e9 B; N
" v( L7 r0 q: o* ~使BFM#17的b2由1→0，保持低8位數據;
1 V# u! {+ i1 L1 f( c, [. o4 v
; S1 Y( J; W% B; O1 m4 m將數字速度信號的高4位賦予BFM的16#;
* }. D, [2 K& \3 ]: `  N
使BFM#17的b0=1;
: H2 J7 d0 |0 D3 Z
使BFM#17的b0由1→0，執行通道2的速度信號D/A轉換。
* E- l; N) T! R; Q! t( m& ?
0 A2 _' k. O+ h; y4)程序中的K0為該數模轉換模塊的位置地址，在本控制系統中只用了一塊模塊，因此為K0，假如由于工藝要求控制系統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。
/ x! l$ v; U8 g
7 ^* ?/ x* ~/ e0 z  c* I: u（5）變頻器主要參數的設置

8 P' F. }4 w$ P6 U8 Y根據控制要求，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;其余參數根據電機功率、額定電壓、負載等情況進行設定。

3.2注意事項

(1)FX2N-2DA采用電壓輸出時，應將IOUT與COM短路;
! \* {1 |% }: m+ ?
: P2 ^- `& _. a, U( E0 [; H(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。
: R" @) Y- z! v/ T/ h! H: \
4、結束語

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，滿足生產的需要。