曹勝敏

（唐山學(xué)院 裝備制造系，河北 唐山063000）

0 引言

交流電動機(jī)變頻調(diào)速以其性能優(yōu)越、造價低廉被廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中［1］。變頻器的多段速控制功能可以在不增加設(shè)備的前提下實現(xiàn)啟動性能和節(jié)能效果的優(yōu)化。某制造廠大型制造車間的運(yùn)料車已經(jīng)采用PLC控制，其控制方式是料車在各工位之間往返運(yùn)料的速度都相同。但是由于車間面積大，各個工位之間距離較長，在相隔較遠(yuǎn)的兩個工位之間仍采用同一運(yùn)行速度，就使運(yùn)輸效率降低，從而導(dǎo)致生產(chǎn)效率的降低。多段速變頻器是在不同運(yùn)輸距離時采用不同的速度，這樣可以提高生產(chǎn)效率。

對變頻器多段速輸出的控制方法有：第一，用繼電器接觸器通過硬件邏輯實現(xiàn)，此方法造價低，但是接線復(fù)雜，故障點多，維修不便；第二，可用單片機(jī)通過編程實現(xiàn)，此方法造價低，擴(kuò)展能力強(qiáng)，但需要接口芯片多，抗干擾能力差；第三，用PLC通過編程實現(xiàn)，此方法編程簡單，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，適合工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用。本文即通過PLC控制變頻器實現(xiàn)多段速控制。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成示意圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)組成

該車間有10個工位，相鄰工位之間相距10m，每個工位都有車位檢測開關(guān)和呼車按鈕。在允許呼車的指示信號發(fā)出后，由主令控制單元發(fā)出呼車信號，由PLC判斷料車當(dāng)前所在位置后，確定料車運(yùn)行方向并發(fā)出指令，控制變頻器輸出相應(yīng)頻率，使電機(jī)以合適的轉(zhuǎn)速拖動料車向目標(biāo)工位行駛，車在行駛過程中，系統(tǒng)自動屏蔽其他呼車信號，到達(dá)目標(biāo)工位后，停車并等待取料，之后再響應(yīng)下一次呼車信號。

1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

主電路負(fù)載即為料車電動機(jī)，該電機(jī)為容量5kW、額定電壓380V、額定電流10A的三相交流異步電動機(jī)，故選變頻器的型號為三菱FR－E540－5.5K－CHT，額定容量9.1kW，適用于5.5kW及以下的電動機(jī)。

系統(tǒng)控制邏輯由PLC程序?qū)崿F(xiàn)，其輸入設(shè)備是系統(tǒng)各工位的呼車按鈕SB1－SB10、料車車位檢測開關(guān)SQ1－SQ10以及系統(tǒng)啟動、停止按鈕，共需22個輸入點；輸出設(shè)備是給電動機(jī)提供電源的接觸器KM1，KM2，料車左行指示燈，料車右行指示燈，呼車運(yùn)行指示燈，控制變頻器多段速的三個端子，變頻器啟動信號燈兩個，共10個輸出點。選西門子S7－200系列PLC的 CPU224AC／DC／RLY，本機(jī)擁有14DI／10DO，加一個數(shù)字量輸入模塊EM221和一個數(shù)字量輸出模塊EM222。

接觸器主觸點用于接通電動機(jī)主電路，電機(jī)額定電流為10A，可選CJ10－20型，線圈電壓220V的交流接觸器。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 變頻器參數(shù)設(shè)置

本系統(tǒng)為單站系統(tǒng)，變頻器通過速度端子RH，RM，RL的組合可輸出七種頻率，拖動電動機(jī)在七種轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。變頻器的RH，RM，RL端子與PLC的連接關(guān)系見表1，變頻器相關(guān)參數(shù)設(shè)置值見表2①三菱變頻調(diào)速器ER－E500使用手冊，三菱電機(jī)自動化（上海）有限公司：54－55。。

表1 變頻器與PLC連接端子對應(yīng)表

表2 變頻器參數(shù)設(shè)置表

2.2 PLC控制程序

程序可分為：系統(tǒng)啟停模塊、車位識別模塊、呼車位識別模塊、行駛中呼車屏蔽模塊、行駛方向識別模塊、車速選定模塊、停車取料模塊。其中，車位識別模塊將料車當(dāng)前所在位置信息存入內(nèi)存單元MB10；呼車位識別模塊將呼車信息存入內(nèi)存單元MB12；行駛方向識別模塊將呼車信號與料車所在位信號進(jìn)行比較，確定料車行駛方向；車速選定模塊判斷呼車工位與當(dāng)前車位的距離，當(dāng)兩者相距兩個以下工位時，用第七速即最低速行駛到目標(biāo)工位；當(dāng)兩者相距三個工位時，用第六速行駛到目標(biāo)工位；……；當(dāng)兩者相距六個工位時，用第二速；當(dāng)兩者相距八個和九個工位時，用第一速即最高速行駛到目標(biāo)工位。

利用STEP7－Micro／WIN V4.0軟件進(jìn)行程序的編制和調(diào)試［2］。程序框圖如圖2所示。

圖2 程序框圖

3 結(jié)論

在呼車工位與料車當(dāng)前位置相距較近時，行駛速度不宜太高。而呼車工位與料車當(dāng)前位置相距較遠(yuǎn)時，行駛速度不宜太低。本系統(tǒng)料車在每一次行駛中選用的是七種頻率之一，頻率選定依據(jù)是相隔工位的多少，而相隔九個工位的情況較少，因此將其與相隔八個工位的情況合并考慮。相鄰工位之間呼車時，運(yùn)行頻率為30Hz，轉(zhuǎn)速830r／min，需時8s。如果均按此速度運(yùn)行，則相距八工位時料車運(yùn)行時間為64s。若此時用50Hz運(yùn)行，電機(jī)轉(zhuǎn)速為1 480r／min，需時20s?？梢姡宪囘h(yuǎn)距離行駛時間縮短，提高了運(yùn)輸效率。交流電機(jī)變頻調(diào)速還可以利用PLC產(chǎn)生的PWM脈沖實現(xiàn)無級調(diào)速［3］，這也可以縮短啟動時間。本系統(tǒng)還有待改進(jìn)。

［1］ 趙俊生，樊文欣，張寶成，等.電機(jī)與電氣控制及PLC［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2009：91－120.

［2］ 龔仲華.S7－200／300／400PLC應(yīng)用技術(shù)－提高篇［M］.北京：人民郵電出版社，2008：43－75.

［3］ 李兵，姚明林，馮曰臻.永磁同步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)研究［J］.唐山學(xué)院學(xué)報，2014，27（3）：28－31.