上海華電電力發(fā)展有限公司望亭發(fā)電分公司 顧燕奇

電氣傳動過程是將電動機視為控制對象，基于電子設備支持運行。目前可選擇的電機類型分成直流與交流兩類，在工業(yè)領域中后者更受青睞。在計算機控制方法愈發(fā)成熟中，調(diào)速控制系統(tǒng)也隨之出現(xiàn)，如串級調(diào)速與變頻調(diào)速等。串級調(diào)速系統(tǒng)是指在轉(zhuǎn)子回路里連接諸多電阻實現(xiàn)調(diào)速，但變頻調(diào)速的類型更為多樣化、響應速度快。

1 PLC 變頻器三段速的控制編程技巧

1.1 系統(tǒng)控制要求

在按下開啟按鈕后，PLC 控制變頻裝置驅(qū)動電機，按照10Hz 的頻率進行正轉(zhuǎn)運行。保持10s 的低速運轉(zhuǎn)后變頻器調(diào)整成30Hz，維持該速度運行10s后將頻率提高至50Hz，持續(xù)該狀態(tài)10s 后重新回到10Hz 的運行頻率。不斷循環(huán)變頻，直到停止作業(yè)[1]。以三菱的FX3G 系列的PLC 為例，對應配備A700的變頻裝置。對于I/O 地址，輸入量M0和開啟按鈕SB0相連接對應，M1則和停止按鈕SB1對應。在系統(tǒng)輸入中的對應關系是：正轉(zhuǎn)情況下，輸出控制量用Y2表示，低速運行為Y4，高速運行是Y6。

1.2 系統(tǒng)軟件設計

程序1的基礎編程方向，在按下開啟按鈕M0后，相應的Y2與Y4會立即設為1。在運行10s 之后，三種速度狀態(tài)開始循環(huán)運轉(zhuǎn)，直到按下關閉停止鍵M1，而后包括Y2、Y4等在內(nèi)都恢復到0的狀態(tài)。順利借助前一種速度狀態(tài)線圈，會及立即啟動連帶的定時裝置，在達到設定時間后會通過此驅(qū)動下一順位的線圈。這為最基礎的運行思路。

程序2是基于程序1的基礎功能，增加電動機運行安全性的考量，線圈之間互鎖，以正常分析溫度的視角入手，在每個線圈對應輸出編程語句上，添加其余線圈對應的常閉觸點互鎖。此思路在理論層面上無阻礙問題，但實際所得程序并不方便實際應用，生成程序僅能完成一步動作，在到了設定實踐后，互鎖已經(jīng)是斷開的情形，因而無法繼續(xù)開展循環(huán)動作。主要問題來源于互鎖觸點方面。程序3是為克服程序2上的漏洞，只用調(diào)整指令，把定時裝置的指令適當提前，移動至控制點線圈以前，由此得到的掃描情況正常，符合控制標準。

總結(jié)出的編程技巧為：使用定時裝置中需把握好作用域，設置在線圈前、觸電后。在設置好時間點后，PLC 進行計時，在達到設定時間的同時PLC會基于程序控制啟動后續(xù)的動作。程序4在完成一輪循環(huán)后，以程序2的情況來看，借助最后的定時裝置上升，啟動下一次循環(huán)，根據(jù)應用經(jīng)驗來說，該種形式能夠達成，但并不屬于推薦的一種?；诖?，調(diào)整成運用線圈下降動作，開啟循環(huán)，生成的循環(huán)邏輯更加準確。也就是采用上一種運行速度結(jié)束條件，設定成下一種的啟動條件，規(guī)避邏輯混亂[2]。

根據(jù)上述分析看編寫的程序似乎無所挑剔，但實際上可選擇的編程技巧較多，還牽涉到較為高級指令，能讓系統(tǒng)更為明確、邏輯性更強。由此可演化出程序5借助傳送MOV 指令達到控制的目的，如編程語句MOV K68 K2Y0代表從Y00位開始的8位單元地址中，輸送十進制數(shù)68(01000100)。通過簡單明確的指令便能獲得相應的功能。另外，借助比較指令進行定時轉(zhuǎn)換也能支持程序編輯。將時間看成軸，基于三段的10s 運行時間達到循環(huán)運轉(zhuǎn)的控制效果。該處要強調(diào)的是：定時裝置線圈指令必須處于前一步執(zhí)行，位于作用域上方，反之不能正常響應[3]。

總之PLC 編程技巧較多，在面對相同功能訴求時也能利用多個方式達成。此外基本可以認為，相對高級的響應指令更容易被實現(xiàn)，后期控制應用中漏洞出現(xiàn)率也較低，內(nèi)在邏輯性更為明顯。

2 PLC 變頻器三段速控制的設計實現(xiàn)

2.1 硬件線路設計

硬件選型：運用PLC 以及變頻裝置保持三項交流異步的電動機進行三段速工作，同時借助組態(tài)軟件達到人機交互的效果。具體選擇的硬件和型號如下：導線ASTVR0.5xl 若干、變頻器ASTVRV20 1臺、PLC S7-200 SMART 1臺、繼電器Sr20 1臺、觸屏700 IE V3 1臺、三相交流的電動機WDJ26 1臺、計算機Thinkpad P15S 1臺。

硬件接線：接入宏Cn003能讓電動機獲取三個固定轉(zhuǎn)速，通過錄入設定數(shù)字量，繼電裝置負責輸入，基于設定的線路連接設計，使用導線連接，得到圖1接線圖。在實際接線期間需注重下述問題：在全部線路都接完后應進行全面復查，避免由于接線有誤損壞變頻裝置，特別是主電源的部分嚴禁出現(xiàn)斷路的問題；變頻裝置接線端子處不可使用過大的力氣處理插拔導線，避免形成機械損傷；在保障接線無問題后才能開始送電。后期送電及停電期間應強調(diào)安全問題，尤其在按下停止鍵后，要保證控制面板上的所有指示燈都熄滅后才能開啟裝置的蓋板；錄入設置變頻裝置的參數(shù)時需先把程序上的所有參數(shù)值歸零，而后依次輸入設定參數(shù)值[4]。

圖1 接線圖

2.2 軟件編程設計

編寫PLC 程序時需按照電動機運行需要設置輸出變量，進行地址配置。具體分配情況如表1所示。基于表中所示的地址分配情況與控制需要，編寫PLC 程序。

表1 I/O 地址配置表

2.3 變頻裝置參數(shù)

在三段速運行條件下，處于外部操作以及PU/外部并行的狀態(tài)中，和PLC 進行聯(lián)動控制，更具便利性。此處使用西門子的變頻裝置V20，對其的調(diào)試過程如下：

硬件送電。接上導線使變頻裝置通電;設置硬件參數(shù)。將P0010與P0970分別調(diào)整至30和21，點擊確認后變電裝置進行復位。等待10s 左右后設備會處于出廠設置狀態(tài)。此外電動機相應的參數(shù)設計包括：P0003出廠值是1、設置值為1，確保控制系統(tǒng)用戶的訪問級是標準級；90010出廠值是、設置值為1，以實現(xiàn)高速調(diào)試；P0100出廠值是0、設置值為0，電動機功率單位是kW，頻率設置成50Hz；P0304出廠值是230、設置值為380，表示電動機的額定電壓，單位是V；P0305出廠值是1.5、設置值為0.65，表示電動機的額定電流，單位是A；P0307出廠值是0.75、設置值為0.20，代表電動機的額定功率，單位是kW；P0310出廠值是50、設置值為50，對應電動機的額定頻率，單位為Hz；P0311出廠值是0、設置值為1300，表示電動機的額定轉(zhuǎn)速，單位是r/min。

在完成上述參數(shù)輸入后需選定連接宏，點擊M鍵確定連接宏Cn003。全部參數(shù)設定后把P0010調(diào)節(jié)到0，讓變裝置形成準備狀態(tài)，支持常規(guī)使用需要。點擊切入到操作菜單頁面，完成硬件上設備調(diào)試[5]。

2.4 控制畫面組態(tài)

進入到WinCC fexible 組態(tài)軟件程序主頁面上，打開一側(cè)的操作導航欄，點擊“項目”選項選中“畫面”，添加所需的操作頁面，進入到新畫面操作頁面。而后在組態(tài)軟件程序的主頁面上提供的工具欄挑選適宜的線與文本域、I/O 域、按鍵等項目，放在創(chuàng)建畫面的空白區(qū)域，并能增設文本域。點擊文本域，彈出相關的屬性視圖對話框便可進行文本編寫。采取相同的操作方式增添其他的操作所需對象，完成控制頁面的編輯。在此組態(tài)畫面上應設置按鍵與開關，進入“事件”頁面，根據(jù)按鍵不同執(zhí)行動作設置響應函數(shù)。按鍵在被點擊后增設函數(shù)SetBit 負責復位動作。此外，需基于函數(shù)增添所需控制操作對應的軟元件，如在點擊按下中置位M0.0，在“釋放”中需復位到M0.0，讓畫面按鍵呈現(xiàn)出點動效果。

在SMART LINE IE V3觸摸屏上，在送電過程中屏幕中輸出硬件設備啟動中的畫面，具體呈現(xiàn)出三個按鍵：Transfer 負責在下載任務文件資料時把HMI 裝置調(diào)整成“傳送”的狀態(tài)；Start 可啟動操作畫面上所列任務項目；Control Pannel 點擊后畫面能直接跳轉(zhuǎn)到控制面板。借助以太網(wǎng)把組態(tài)任務項目直接下載到操作頁面上，選擇“傳送”指令，自動把項目資料傳送給指定的地址[6]。

3 PLC 變頻器三段速控制的實現(xiàn)案例

基于西門子PLC 控制變頻器形成三段速電路。涉及到的原件及對應包括：VFD，三菱變頻；PLC為西門子PLC200；斷路器，QF1總斷路器、QF2負責回路部分；QF3負責PLC 斷路器；kM，交流接觸器；M，三相異步的電機。此外，設置量最多的是按鈕，SB1是變頻裝置的送電按鈕，外觀是綠色；SB2是變頻裝置的停電按鈕，為紅色；SB3為變頻裝置的運行輸出，為綠色；SB4負責變頻裝置的停止輸出控制，為紅色；SB5是多段速1，為綠色；SB6是多段速2，為綠色；SB7對應多段速3，同樣是綠色[7]。

3.1 參數(shù)設定

Pr.77是指禁止編寫的選項，相應參數(shù)值是1，在系統(tǒng)停止期間能進行編寫。ALLC 可清除所有參數(shù)，設定值是1，能把硬件參數(shù)全部調(diào)節(jié)到初始值狀態(tài)。Pr.79來確定操作模式，設定值是3，初始外部和面板PU 聯(lián)動運行。Pr.178的功能為支持正轉(zhuǎn)運行STF，設定值是60，可把端子STF 設定成正轉(zhuǎn)運行的一種指令。Pr.184為端子設置選擇AU，參數(shù)值是4，把AU 端子設定成輸入行為有無效的選項，僅有處于ON 狀態(tài)下才表示有效。數(shù)字錄入的公共端SD，支持STF、STOP 等諸多控制數(shù)字量的輸入。模擬量的公共端設置硬件頻率信號的端子，在ON 情況下才是有效輸入。Pr.267的功能是選定端子的頻率輸入方式，參數(shù)值是2，支持在對應端子中，輸入0～10V 的信號。Pr.195可選定不同端子的對應功能，設定值是99。在端子出現(xiàn)異常的情況下可應用常開點A1、C1[8]。

3.2 原理分析

3.2.1 變頻合閘

首先，閉上總開關，空開QF1，PLC 控制電源QF3和變頻裝置的輸入接觸裝置，控制電源QF2?？刂蒲b置PLC 把電壓信號與電流信號設置為中間變量，前者設定區(qū)間是0～10V；后者為4～20mA；中間變量則在0～32000中；其次，變頻器送電，按相應的合閘按鍵SB1閉合I0.0，輸出繼電裝置Q0.0完成得電的過程。PLC 外接點Q0.0和1L 接點連接，主交流的接觸裝置KM 線圈的點，相應的接觸點閉合，使得變頻裝置獲得運行電源。而且觸點會關閉自鎖，維持線圈的長時間吸合；最后基于參數(shù)表在全部歸零后設置變頻參數(shù)。

3.2.2 變頻運行

按變頻裝置的運行按鍵SB3，使得I0.2閉合，由此讓輸出繼電裝置Q4.0獲得電量。PLC 外接點Q4.0和2L 連接，同時變頻端子STF 和SD 端子處于閉合狀態(tài)。Q4.0常開點在此時會隨之閉合自鎖，繼而完成三段速運行實現(xiàn)的準備工作[9]。

3.2.3 三段速運行

其一，按下SB5使得I0.4閉合，根據(jù)指令上升沿觸發(fā)，同時完成輸出動作。繼電器M0.0與M0.1、M0.2復位一次，按照對應頻率進行輸出復位，與此同時M0.0得電。把頻率 賦值到PLC 模擬量進行輸出，相應電壓值是2V，加在對應的外接端子上。此時變頻器以10Hz 的狀態(tài)運行;其二，按下SB6I0.5閉合，輸出及繼電器等均和上一種狀態(tài)相同。但此時得電的是M0.1。把頻率 賦值到模擬輸出量。該階段變頻器處于20Hz 的運行狀態(tài)中;其三，按下SB7使得I0.6閉合，輸出復位后M2.0繼電器獲得電源，把頻率3賦值到模擬輸出量，變頻器的運行頻率是40Hz。上述的頻率值可根據(jù)控制需求進行設定，也無固定的次序。

按下SB4，發(fā)出停止的指令后，I0.3繼電器Q0.1會隨之失電，外接端子STF 和SD 直接切斷聯(lián)系。根據(jù)設定的減速時間，頻率歸零后電動機便會停止運行，同時控制面板上的指示燈全部熄滅，輸出0.00Hz。另外，在變頻裝置的運行期間直接按下SB2，系統(tǒng)不會給出任何響應，僅有在確定停止斷電后再執(zhí)行SB2按鍵的指令，會讓相應的繼電器失電、輸出點斷開等[10]。

基于本文分析討論內(nèi)容，進一步說明采用上述操作手段實現(xiàn)，進入到PLC 頁面下載應用程序。而后進行編譯及啟動運轉(zhuǎn)程序，配備觸屏方便人機交互，并能動態(tài)了解三段速與電動機工作的狀態(tài)。