王玉娟

摘 要：在我國經(jīng)濟飛速發(fā)展的大背景下，國內(nèi)變頻器的應(yīng)用也隨之逐漸擴大規(guī)模。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將電壓和頻率固定不變的工頻交流電源變化成電壓和頻率可變的交流電源，供給交流電動機實現(xiàn)軟起動、變頻調(diào)速等功能的電能變換控制裝置。我們將設(shè)計探究基于PLC的變頻器多段速控制，通過總體方案設(shè)計來確定系統(tǒng)的功能要求，選擇軟硬件，制定工作方案;然后進行硬件設(shè)計，完成輸入輸出分配以及接線端子的連接;最后通過變頻器的參數(shù)設(shè)定和PLC的程序設(shè)計來完成此次多段速控制系統(tǒng)的操作。

關(guān)鍵詞：PLC;變頻器;電機調(diào)速;方法

引言

計算機技術(shù)的發(fā)展使得自動化這一概念越來越多應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，也使得很多復(fù)雜且對精確性較高的工作由原有的人工操作轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣踊到y(tǒng)操作，這不僅給有關(guān)人員減輕了工作負(fù)擔(dān)，也使得這些工作完成的效率與可靠性均得到了保障。在這些實現(xiàn)自動化功能的元件中，可編程類控制元件占據(jù)重要地位，利用程序完成對系統(tǒng)的控制也逐漸在很多工業(yè)領(lǐng)域得以應(yīng)用，這其中最為常見的可編程類控制元件就是PLC。

1? PLC系統(tǒng)的特點

1.1體積小、節(jié)約能耗、安裝簡單方便

在單個的小型PLC中，具有大量的編程元件，這些分布的原件都可以被用戶加以利用，每個元件的的控制功能也不盡相同，所以在用戶使用的時候可以根據(jù)自己的需要進行安裝，用起來節(jié)能效果也十分滿意，同時它也能夠適應(yīng)高速的生產(chǎn)速度，定位精度高，操作的誤差也小，質(zhì)量可以得到保證。

1.2程序編制相對簡單

PLC系統(tǒng)的編程是采用接線的形式來實現(xiàn)的，而且由于PLC系統(tǒng)會編輯相對應(yīng)的梯形圖程序，因此PLC系統(tǒng)一般會采用提醒語言的來做到相互對應(yīng)。除此之外，為了方便管理，PLC會采用順序控制法來進行設(shè)計，這種設(shè)計方式規(guī)律極為明顯，可以被容易地掌握。

1.3操作靈活方便

PLC系統(tǒng)具有自動以及手動模式，滿足不同情況下的需要，同時在操作的時候還可以下達啟動和暫停的命令，方便應(yīng)對突發(fā)狀況。除此之外它還具有先進的計數(shù)清零的功能，對于調(diào)整氣缸下壓的時間十分方便。最后，在實際的操作使用時，它具有自動進行送料固定的優(yōu)勢，操作過程中不需要人動手，在一定程度上有利于保護用戶的人身安全，提高操作效率。

2? PLC與變頻器實現(xiàn)變頻調(diào)速

2.1八段速控制

八段速控制就是在變頻器中設(shè)定八個頻率，通過PLC的八個控制按鈕輸入分別控制一種頻率輸出，即實現(xiàn)一個按鈕控制一種電動機的轉(zhuǎn)速。具體實現(xiàn)過程如下：編寫PLC梯形圖程序使輸出端子Q0.0～Q0.2的輸出狀態(tài)組合成八種狀態(tài)，即000～111。每一種狀態(tài)用一個控制開關(guān)控制，這樣共有八個控制開關(guān)控制PLC的Q0.0～Q0.2輸出的八種狀態(tài)。將PLC的三個輸出端子與變頻器的控制電路端子7～9依次相連。通過對變頻器P09、P32～P38參數(shù)的設(shè)定確定出各個狀態(tài)輸出頻率的大小，這樣就實現(xiàn)了每一個控制開關(guān)控制變頻器的一種輸出頻率，將變頻器與電動機連接起來，通過對八個控制開關(guān)的通斷控制就實現(xiàn)了PLC對電動機的八段速控制。

2.2無極調(diào)速控制

本控制方案采用PWM技術(shù)對電動機進行控制，實現(xiàn)的功能是結(jié)合組態(tài)軟件實現(xiàn)在上位機組態(tài)界面上輸入一個頻率來控制電動機按這一頻率運行。具體實現(xiàn)過程如下，通過軟件編程使PLC輸出一路PWM脈沖，連接于變頻器的控制電路端子的9號端子。改變PWM脈沖的占空比即可改變變頻器的輸出頻率，這樣我們就可以在組態(tài)軟件中通過設(shè)定PWM脈沖的占空比來確定電動機的轉(zhuǎn)速。

2.3采用光電編碼器的閉環(huán)控制

本方案采用增量式光電編碼器作為閉環(huán)控制的反饋輸入，具體實現(xiàn)過程：PLC控制電動機按同一速度運轉(zhuǎn)，用光電編碼器檢測電動機當(dāng)前轉(zhuǎn)一圈所產(chǎn)生的脈沖數(shù)，將它傳回給PLC。用PLC編程將脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成電動機的轉(zhuǎn)速，然后與電動機的預(yù)設(shè)值進行比較，若有偏差則通過PID算法將誤差消除，使電動機能按照預(yù)定的轉(zhuǎn)速進行運轉(zhuǎn)。

3基于PLC的變頻器電機調(diào)速的方法

3.1功能要求

本次系統(tǒng)的功能要求是這樣的：控制系統(tǒng)只有開關(guān)信號，由PLC和變頻器構(gòu)成開環(huán)系統(tǒng)，多段速對應(yīng)頻率由變頻器輸出，運行狀態(tài)轉(zhuǎn)換由PLC控制。根據(jù)這樣的功能要求，我們可以選擇GX-DEVELOPER-8.52編程軟件和GX-Simulator_6仿真軟件;并且需要可編程序控制器、電源、按鈕、變頻器和電動機等硬件。

3.2硬件設(shè)計

變頻器接線端子分為主電路端子和控制電路端子，主電路端子包括了交流電源輸入的R、S、T端子，以及變頻器輸出的U、V、W端子等等，分別用來連接工頻電源和三相異步電動機;控制電路端子包括了用于正轉(zhuǎn)起動和反轉(zhuǎn)起動的STF和STR端子，用于多段速選擇的RH、RM、RL端子以及輸出停止MRS端子復(fù)位RES端子公共端SD端子等等。這部分端子與PLC的輸出端進行聯(lián)接，達到控制的作用。例如：Y001接STF，Y002接STR，當(dāng)PLC程序運行使Y001主觸點閉合時，相當(dāng)于變頻器的STF端子外部開關(guān)閉合，變頻器驅(qū)動電動機正轉(zhuǎn)。同樣的如果需要接多段速，將PLC輸出的Y點與變頻器的控制端子進行聯(lián)接，PLC輸出的COM點與變頻器的SD端子進行聯(lián)接即可。

3.3程序設(shè)計

程序這一部分包括變頻器的參數(shù)設(shè)定和PLC的多段速控制程序。FR-E700系列變頻器可以用操作面板來設(shè)定參數(shù)，操作比較方便，對于多段速控制的參數(shù)值有：上限頻率Pr.1，下限頻率Pr.2，基底頻率Pr.3，加速時間Pr.7，減速時間Pr.8，操作模式選擇Pr.79，1速Pr.4，2速Pr.5，3速Pr.6等等。設(shè)置好參數(shù)以后就可以根據(jù)生產(chǎn)技術(shù)要求來編制PLC控制程序功能圖了。

3.4基于PLC系統(tǒng)以及變頻器實現(xiàn)速度的穩(wěn)定性的控制

如何有效保障PLC系統(tǒng)以及變頻器速度的穩(wěn)定性是目前急于解決的問題，針對這一現(xiàn)狀，就要積極探索找到合理的應(yīng)對措施。例如，再電機的調(diào)水過程中，啟動電機就可以讓水泵扇葉進行旋轉(zhuǎn)，并且大多數(shù)情況下，需要電機同時工作來完成工作目標(biāo)。以往大多數(shù)情況下都是利用直流電機來來調(diào)節(jié)和控制電機的運行速度，在電位機的控制下，會出現(xiàn)各種不同的反應(yīng)。因此調(diào)水程序中，經(jīng)常會發(fā)生速度變化大的現(xiàn)象，這樣對于程序的穩(wěn)定性是一個極大的威脅，速度比率會產(chǎn)生明顯的變化，失去原有的平衡，這樣帶來的后果可能會是水泵軸承的破壞，又或者是調(diào)水效果的不達標(biāo)。而且在運行期間，PLC程序一般會采用循環(huán)掃描的工作方式，我們在程序運行的時候，要不斷降低工作量以及存儲量，計算強度難以保持原有的水平，這樣在同步狀態(tài)下實現(xiàn)速度德爾穩(wěn)定性也會有一定的難度。因此PLC狀態(tài)下可以將模糊控制理論以及PID控制算法很好地結(jié)合起來，這樣就能夠有效地保障速度的穩(wěn)定性以及統(tǒng)一性。

結(jié)語

綜上所述，用PLC來控制變頻器的多段速是一個結(jié)合了軟件硬件的綜合性實操型工作，在此過程中涉及到了變頻器的端子基礎(chǔ)知識，變頻器與PLC的聯(lián)接方法，變頻器與工頻電源以及三相異步電動機的聯(lián)接方法，變頻器的操作面板基礎(chǔ)知識，變頻器的參數(shù)設(shè)置，PLC的編制控制程序功能圖等等系統(tǒng)性連貫內(nèi)容，由于PLC和變頻器的品牌型號不同也會帶來操作過程中很大的不同，只有大量的積累相關(guān)知識才能做到觸類旁通，得心應(yīng)手。

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