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        FX3u-3A-ADP 模擬量模塊的變頻控制研究

        2022-09-15 11:36:30
        無線互聯(lián)科技 2022年14期
        關(guān)鍵詞:模擬量寄存器端子

        張 犇

        (江蘇省南京工程高等職業(yè)學(xué)校,江蘇 南京 211135)

        1 控制系統(tǒng)設(shè)計

        本系統(tǒng)由觸摸屏MCGS、計算機、三菱FX3u可編程控制器(PLC)、FX3u-3A-ADP模擬量轉(zhuǎn)換模塊、FRE800變頻器和電動機這幾部分組成,控制系統(tǒng)如圖1所示。

        圖1 控制系統(tǒng)

        觸摸屏MCGS是操作面板,其界面應(yīng)根據(jù)任務(wù)需要設(shè)計,通過RS-485連接線與PLC相連,也是系統(tǒng)的輸入端;梯形圖編寫、觸摸屏的設(shè)計都需要使用計算機,通過RS-232通信線連接PLC,實現(xiàn)程序的下載與仿真;PLC作為系統(tǒng)的控制中心,與工業(yè)其他設(shè)備聯(lián)成一個整體,實現(xiàn)工業(yè)自動化控制;PLC在進行模擬量控制時,需要使用FX3u-3A-ADP模擬量轉(zhuǎn)換模塊,進行A/D、D/A數(shù)據(jù)交換;變頻器的軟啟動使啟動電流從0開始變化,實現(xiàn)了電機的無級調(diào)速;同時,最大值不超過額定電流,減輕了對負載的沖擊[1-3]。

        系統(tǒng)采用的是三菱FX3u-48MT可編程控制器和FX3u-3A-ADP模擬量轉(zhuǎn)換模塊。其中,三菱FX3u-48MT可編程控制器具有以下幾個特點:(1)該PLC屬于晶體管輸出類型,只能驅(qū)動直流負載,一般用于頻率較高的輸出,如溫度PID的控制;(2)I/O端口共48個,滿足任務(wù)需要;(3)FX3u加裝CNV-BD功能拓展板后,最多可以連接4臺模擬量特殊適配器。

        FX3U-3A-ADP模擬量轉(zhuǎn)換模塊具有2個模擬量輸入通道、1個模擬量輸出通道,主要性能指標如表1所示。

        表1 主要性能指標

        2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

        2.1 硬件接線

        PLC控制變頻器在硬件裝配上需要通過FX3U-3A-ADP模擬量轉(zhuǎn)換模塊與變頻器相連接。不同類型模擬量輸入信號的硬件連接有區(qū)別。

        采用電壓輸入信號控制時,PLC輸出端分別接變頻器的STF/STR控制電動機的旋轉(zhuǎn)方向;接變頻器的RL/RM/RH控制電動機的旋轉(zhuǎn)速度。FX3U-3A-ADP模擬量轉(zhuǎn)換模塊的V0、COM與變頻器端子2(電壓頻率設(shè)定)、5(頻率設(shè)定公共端)相連,提供0~10 V標準電壓信號來控制變頻器的頻率,系統(tǒng)外部接線如圖2所示。

        圖2 系統(tǒng)外部接線

        采用電流輸入信號控制時,PLC輸出端不需連接變頻器,電機的正反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速設(shè)定可通過變頻器參數(shù)的設(shè)定實現(xiàn)。FX3U-3A-ADP模擬量轉(zhuǎn)換模塊的I0、COM與變頻器端子4(電流頻率設(shè)定)、5(頻率設(shè)定公共端)相連,提供4~20 mA標準電流信號來控制變頻器的頻率。

        在讀取變頻器當前運行頻率時,只需將變頻器端子AM(模擬電壓輸出)、5(頻率設(shè)定公共端)與模擬量模塊的V1+、COM1相連接。

        2.2 變頻器FR-E800參數(shù)設(shè)置

        FR-E800變頻器在使用前需要先進行恢復(fù)出廠設(shè)置,然后再根據(jù)任務(wù)要求設(shè)置對應(yīng)的參數(shù),進行控制。

        2.2.1 電壓模擬量輸入

        當采用電壓模擬量輸入時,Pr.73的選擇對應(yīng)不同的電壓范圍,電壓模擬量輸入時參數(shù)設(shè)定如表2所示。

        表2 電壓模擬量輸入時參數(shù)設(shè)定

        Pr.73若選擇0時,PLC內(nèi)部十進制數(shù)字量(0~4 000)對應(yīng)模擬量模塊0~10 V電壓,也對應(yīng)變頻器控制頻率0~50 Hz;數(shù)字量K2000與電壓模擬量的轉(zhuǎn)換程序,如圖3所示。

        圖3 數(shù)字量K2000與電壓模擬量的轉(zhuǎn)換程序

        依據(jù)上述數(shù)字量輸入與電壓模擬量輸出關(guān)系的轉(zhuǎn)換公式,當K=2 000時輸入PLC,對應(yīng)模擬量電壓可得5 V,變頻器可得25 Hz的運行頻率。

        2.2.2 電流模擬量輸入

        當采用電流模擬量輸入時,先將變頻器參數(shù)Pr.267設(shè)定為0,選擇輸入模式為電流信號,同時啟用端子4(電流頻率設(shè)定),將AU信號設(shè)為ON,即將對應(yīng)接線端子的參數(shù)(Pr.178~Pr.182)中1個設(shè)為4;在使用AU端子時,端子2(電壓頻率設(shè)定)的功能自動失效,電流模擬量輸入時參數(shù)設(shè)定如表3所示。

        工程教育的發(fā)展必須以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向才能具有持久的生命力,產(chǎn)教融合這一育人模式能夠有效將產(chǎn)業(yè)發(fā)展與人才培養(yǎng)相結(jié)合,是未來高等教育發(fā)展的重要支撐。在建設(shè)新工科的大背景下,產(chǎn)教融合面臨著新的挑戰(zhàn),主要是來自產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級對學(xué)科專業(yè)布局的挑戰(zhàn)、高校與企業(yè)融合度急需加深的挑戰(zhàn)以及政府行業(yè)協(xié)會等第三方加強協(xié)調(diào)指導(dǎo)的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)也是促使產(chǎn)教融合深入發(fā)展的機遇,因此,應(yīng)當迎難而上,抓住機會,構(gòu)建新時期的產(chǎn)教融合育人新模式。

        表3 電流模擬量輸入時參數(shù)設(shè)定

        2.2.3 運行方式可逆控制

        電機的可逆控制通過機械接線和變頻器參數(shù)設(shè)置實現(xiàn)。

        (1)通過接線實現(xiàn)電動正反轉(zhuǎn)的切換,如Y0接正轉(zhuǎn)STF,Y1接反轉(zhuǎn)STR,電機方向設(shè)定程序,如圖4所示。

        圖4 電機方向設(shè)定程序

        當M0觸發(fā)時,Y0啟動,電動機實現(xiàn)正轉(zhuǎn)。

        當M1觸發(fā)時,Y1啟動,電動機實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。

        (2)以電流模擬量輸入信號為例,通過變頻器參數(shù)設(shè)定進行運行方向的變化。

        首先將變頻器上I/U轉(zhuǎn)換開關(guān)置于I檔,選擇電流輸入信號;然后接線將RL與SD短接,通電運行;最后按照表4對變頻器的相應(yīng)參數(shù)進行設(shè)置。

        表4 電機運行可逆控制的參數(shù)設(shè)定

        在設(shè)定C6(Pr.904)時,將PLC中K值2 000對應(yīng)電流12 mA,再將PLC置于run記錄中點信號,即可實現(xiàn)4~12 mA為電動機正轉(zhuǎn),12~20 mA為電動機反轉(zhuǎn)。

        3 PLC對變頻器的控制

        圖5 特殊軟元件的分配

        3.1 特殊輔助繼電器的使用

        輸入或輸出模式中電流/電壓的切換,可以通過將各個FX3u-3A-ADP的特殊輔助繼電器設(shè)置為ON/OFF狀態(tài)進行設(shè)定,如表5所示。

        表5 特殊輔助繼電器的設(shè)定

        若設(shè)定第2臺FX3u-3A-ADP的第2輸入通道為電流輸入,如圖6所示。

        圖6 電流輸入

        若設(shè)定第1臺FX3u-3A-ADP的輸出通道為電壓輸出,如圖7所示。

        圖7 電壓輸出

        3.2 特殊數(shù)據(jù)寄存器的使用

        對電機運行頻率的設(shè)定時,首先在觸摸屏上輸入需要的運行頻率,給它對接一個數(shù)據(jù)寄存器D0,傳輸?shù)絇LC中,再通過一系列的算術(shù)運算后,轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的K值,傳送到第一臺FX3u-3A-ADP的特殊數(shù)據(jù)寄存器D8262中,再由D/A轉(zhuǎn)換成直流電壓或電流來控制電動機的運行頻率。電機運行頻率的設(shè)定程序如圖8所示。

        圖8 電機運行頻率的設(shè)定程序

        當?shù)谝慌_FX3u-3A-ADP通道1為輸出直流電壓,技術(shù)人員需要讀取某個電壓下的電動機頻率。

        首先在觸摸屏上設(shè)定一個輸出框顯示頻率,對接一個數(shù)據(jù)寄存器D0;程序中先將M8262設(shè)置為OFF狀態(tài),設(shè)定為電壓輸出;再將通道1特殊寄存器D8260中數(shù)據(jù)傳送到D2,經(jīng)過除法算術(shù)運算后傳送到D0中,這時觸摸屏上就可以顯示出變頻器運行頻率。電機運行頻率的讀取程序,如圖9所示。

        圖9 電機運行頻率的讀取程序

        4 案例分析

        任務(wù)要求:轉(zhuǎn)換開關(guān)置于左位時進入5段速調(diào)試,5段速依次為:10 Hz,20 Hz,30 Hz,40 Hz,50 Hz。電機以10 Hz速度開始轉(zhuǎn)動,隨后每隔2 s速度提升一級,實現(xiàn)5段速循環(huán)運行;要求電機的加減速時間為0.5 s。

        轉(zhuǎn)換開關(guān)置于右位時,選擇無級變速調(diào)試,電機按圖10的V(Hz)—T變化曲線運行,考慮到誤差,允許實際曲線有一定的滯后和偏差。

        圖10 無極調(diào)速速度曲線

        4.1 參數(shù)設(shè)置

        在硬件裝配連接正確的基礎(chǔ)上,按照下表對變頻器進行參數(shù)設(shè)置,如表6所示。

        表6 參數(shù)設(shè)置

        4.2 梯形圖設(shè)計

        根據(jù)任務(wù)控制要求,可確定PLC需要3個輸入點,1個輸出點,其I/O通道地址分配,如表7所示。

        表7 I/O端口分配表

        根據(jù)I/O通道地址分配表及任務(wù)控制要求分析,電機可實現(xiàn)5級指定段速調(diào)試、無極變速調(diào)試兩種調(diào)試方法。

        5級指定段速調(diào)試程序:首先確認模擬量模塊輸出類型為電壓輸出,將特殊繼電器M8262設(shè)置為OFF狀態(tài);轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1-1置于左位時,傳輸脈沖指令MOVP將k800(對應(yīng)電壓2 V,頻率10 Hz)傳送到D0,D0中的數(shù)值傳輸?shù)紻8262(輸出通道的寄存器),時間繼電器T10每隔2 s做一次加法運算(D0=D0+800),每次增加10 Hz,直到D0中數(shù)據(jù)大于4 000(即大于50 Hz)時,對D0進行復(fù)位為0,開始下一個循環(huán)。5級指定段速調(diào)試程序如圖11所示。

        圖11 5級指定段速調(diào)試程序

        無極變速調(diào)試:轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1-2置于右位時,當技術(shù)人員改變輸入電壓0~10 V時,通道1的特殊寄存器D8260中數(shù)值將會隨之在0~4 000間變化,并將數(shù)值傳送到D8262(輸出通道寄存器),從而實現(xiàn)V(Hz)-T曲線變化,再通過除法運算轉(zhuǎn)換為電機轉(zhuǎn)動頻率保存至D2中。無級變速調(diào)試程序如圖12所示。

        圖12 無級變速調(diào)試程序

        5 結(jié)語

        PLC基于FX3u-3A-ADP模擬量轉(zhuǎn)換模塊對變頻器FR-E800的控制,由有級調(diào)速到無極調(diào)速,控制的精度越來越高,數(shù)模間的轉(zhuǎn)換更加便捷,在生產(chǎn)實踐中模擬量模塊對變頻器控制的應(yīng)用也將更加廣泛。

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