PLC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，性能價格比日益提高，并在機械、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。
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。
2、變頻器簡介
交流電動機的轉(zhuǎn)速n公式為：

式中: f—頻率;
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。
3、PLC模擬量控制在變頻調(diào)速的應(yīng)用
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(yīng)的模擬量(電壓或電流)輸出，這種轉(zhuǎn)換具有較高的精度。
在設(shè)計一個控制系統(tǒng)或?qū)σ粋€已有的設(shè)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。
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。

圖1 對變頻器進行速度控制的信號輸出
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。

圖2 變頻器的控制及動力部分接線圖
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
（1）模擬量模塊輸出信號的選擇
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(diào)節(jié)
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)字量對應(yīng)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(yīng)4~20mA時。

圖3 模塊的增益設(shè)定
（3）模擬量模塊與PLC的通訊
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(shè)置。通過對該模塊的認識，BFM的定義如附表。
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)實際需要給予BFM中的#16和#17賦予合適的值。其中：
#16為輸出數(shù)據(jù)當前值。
#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。
（4）控制系統(tǒng)編程
對于上例控制系統(tǒng)的編寫程序如圖4所示。

圖4 控制系統(tǒng)編程
在程序中：
1) 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
將保存第一個數(shù)字速度信號的D998賦予輔助繼電器(M400~M415);
將數(shù)字速度信號的低8位(M400~M407)賦予BFM的16#;
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#;
使BFM#17的b1=1;
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
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#;
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#;
使BFM#17的b0=1;
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(shè)置
根據(jù)控制要求，設(shè)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(shè)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(shè)定。
3.2 注意事項
(1) FX2N-2DA采用電壓輸出時，應(yīng)將IOUT與COM短路;
(2) 速度控制信號應(yīng)選用屏蔽線，配線安裝時應(yīng)與動力線分開。
4、結(jié)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(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(shè)備的速度，滿足生產(chǎn)的需要。