PLC實現(xiàn)變頻調(diào)速器多電機控制

[摘要] 本文介紹了一種PLC與變頻調(diào)速器構成的多分支通訊網(wǎng)絡，闡明了該網(wǎng)絡控制調(diào)速系統(tǒng)與一般模擬量控制調(diào)速系統(tǒng)相比的優(yōu)越性，給出了系統(tǒng)框圖及PLC程序。
[關鍵詞] PLC 變頻調(diào)速器 多電機控制 網(wǎng)絡 通訊協(xié)議

一、引言

以變頻調(diào)速器為調(diào)速控制器的同步控制系統(tǒng)、比例控制系統(tǒng)和同速系統(tǒng)等已廣泛應用于冶金、機械、紡織、化工等行業(yè)。以比例控制系統(tǒng)為例，一般的系統(tǒng)構成如圖1 所示。

工作時操作人員通過控制機（可為PLC或工業(yè)PC）設定比例運行參數(shù)，然后控制機通過D/A轉換模件發(fā)出控制變頻調(diào)速器的速度指令使各個變頻調(diào)速器帶動電機按一定的速度比例運轉。此方案對電機數(shù)目不多，電機分布比較集中的應用系統(tǒng)較合適。但對于大規(guī)模生產(chǎn)自動線，一方面電機數(shù)目較多，另一方面電機分布距離較遠。采用此控制方案時由于速度指令信號在長距離傳輸中的衰減和外界的干擾，使整個系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性降低；同時大量D/A轉換模件使系統(tǒng)成本增加。為此我們提出了PLC與變頻調(diào)速器構成多分支通訊控制網(wǎng)絡。該系統(tǒng)成本較低、信號傳輸距離遠、抗干擾能力強，尤其適合遠距離，多電機控制。

二、系統(tǒng)硬件構成

系統(tǒng)硬件結構如圖2 所示，主要由下列組件構成；

1、FX0N—24MR為PLC基本單元，執(zhí)行系統(tǒng)及用戶軟件，是系統(tǒng)的核心。
2、FX0N—485ADP為FX0N系統(tǒng)PLC的通訊適配器，該模塊的主要作用是在計算機—PLC通訊系統(tǒng)中作為子站接受計算機發(fā)給PLC的信息或在多PLC構成n:n網(wǎng)絡時作為網(wǎng)絡適配器，一般只作為規(guī)定協(xié)議的收信單元使用。本文作者在分析其結構的基礎上，將其作為通訊主站使用，完成變頻調(diào)速器控制信號的發(fā)送。
3、FR—CU03為FR—A044系列比例調(diào)速器的計算機連接單元，符合RS—422/RS—485通訊規(guī)范，用于實現(xiàn)計算機與多臺變頻調(diào)速器的連網(wǎng)。通過該單元能夠在網(wǎng)絡上實現(xiàn)變頻調(diào)速器的運行控制（如啟動、停止、運行頻率設定）、參數(shù)設定和狀態(tài)監(jiān)控等功能，是變頻器的網(wǎng)絡接口。
4、FR—A044變頻調(diào)查器，實現(xiàn)電機調(diào)速。
在1:n（本文中為1:3）多分支通訊網(wǎng)絡中，每個變頻器為一個子站，每個子站均有一個站號，事先由參數(shù)設定單元設定。工作過程中，PLC通過FX0N—485ADP發(fā)有關命令信息后，各個子站均收到該信息，然后每個子站判斷該信息的站號地址是否與本站站號一致。若一致則處理該信息并返回應答信息；若不一致則放棄該信息的處理，這樣就保證了在網(wǎng)絡上同時只有一個子站與主站交換信息。

三、軟件設計

1、通訊協(xié)議
FR—CU03規(guī)定計算機與變頻器的通訊過程如圖3 所示，

該過程最多分5個階段。計算機發(fā)出通訊請求；變頻器處理等待；變頻器作出應答；計算機處理等待；計算機作出應答。根據(jù)不同的通訊要求完成相應的過程，如寫變頻器啟停控制命令時完成三個過程；監(jiān)視變頻器運行頻率時完成五個過程。不論是寫數(shù)據(jù)還是讀數(shù)據(jù)，均有計算機發(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(shù)據(jù)格式均有差別。圖4 分別為寫變頻器控制命令和變頻器運行頻率的數(shù)據(jù)格式

2、PLC編程
要實現(xiàn)對變頻器的控制，必須對PLC進行編程，通過程序實現(xiàn)PLC與變頻器信息交換的控制。PLC程序應完成FX0N—485ADP通訊適配器的初始化、控制命令字的組合、代碼轉換及變頻器應答信息的處理等工作。PLC梯形圖程序（部分程序）如圖5 所示。

程序中通訊發(fā)送緩沖區(qū)為D127~D149；接受緩沖區(qū)為D150~D160。電機1啟動、停止分別由X0的上升、下降沿控制；電機2啟動、停止分別由X1的上升、下降沿控制；電機3啟動、停止分別由X2的上升、下降沿控制。程序由系統(tǒng)起始脈沖M8002初始化FX0N—485ADP的通訊協(xié)議；然后進行啟動、停止信號的處理。以電機1啟動為例，X0的上升沿M50吸合，變頻器1的站號送入D130，運行命令字送入D135，ENQ、寫運行命令的控制字和等待時間等由編程器事先寫入D131、D132、D133；接著求校驗和并送入D136、D137；最后置M8122允許RS指令發(fā)送控制信息到。變頻器受到信號后立刻返回應答信息，此信息FX0N—485ADP收到后置M8132，PLC根據(jù)情況作出相應處理后結束程序。

四、結語

1、實際使用表明，該方案能夠實現(xiàn)PLC通過網(wǎng)絡對變頻調(diào)速器的運行控制、參數(shù)設定和運行狀態(tài)監(jiān)控。
2、該系統(tǒng)最多可控制變頻調(diào)速器32臺，最大距離500m。
3、控制多臺變頻器，成本明顯低于D/A控制方式。
4、隨著變頻器的增加，通訊延遲加大，系統(tǒng)響應速度低于D/A控制方式。