PLC與變頻器組成的交流速度—位置控制系統(tǒng)設(shè)計

史豐榮　徐海峰

摘要：變頻器采用松下VF0小型變頻器。在實際生產(chǎn)中，有些場合要求設(shè)備與變頻器加、減速時間匹配嚴(yán)格，應(yīng)用PLC和變頻器之間的信號配合和軟件設(shè)計可滿足此要求，而且通過PLC實現(xiàn)了邏輯控制和時間參數(shù)的精確調(diào)整，簡化了原有的線路。

關(guān)鍵詞： PLC 變頻器；速度控制；位置控制

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）09-2110-02

本文所要介紹的速度-位置控制系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、交流電機(jī)、旋轉(zhuǎn)編碼器組成。可實現(xiàn)交流電動機(jī)的加、減速控制及工作臺的定位控制，主要針對PLC與變頻器接口的硬件設(shè)計，以實現(xiàn)PLC對變頻器的驅(qū)動。軟件系統(tǒng)采用松下FP∑型PLC，它與FP1相比具有體積小，軟件豐富等特點，因此，應(yīng)用于此系統(tǒng)中更容易實現(xiàn)管理的集中化和監(jiān)控的智能化。

1 PWM變頻調(diào)速方式方法及反饋系統(tǒng)的設(shè)計[1]

PWM變頻調(diào)速方法和調(diào)速方式：整個系統(tǒng)的變頻調(diào)速部分，用松下FPΣ、VF0小型變頻器和旋轉(zhuǎn)編碼器組成高速計數(shù)單元。變頻器通編程控制電動機(jī)，變頻電機(jī)按理想曲線運(yùn)行，而電機(jī)何時啟動換速以及電機(jī)的轉(zhuǎn)向是由PLC根據(jù)要求做出決定，發(fā)出控制信號給變頻器，變頻器按理想速度曲線控制電機(jī)運(yùn)行。

傳統(tǒng)變頻器控制頻率一般采用模擬信號控制，這樣控制系統(tǒng)需要D/A轉(zhuǎn)換而增加成本，VF0變頻器保留原有的模擬控制還增加PWM信號進(jìn)行控制。PLC的輸出端可以直接控制變頻器的啟動、停止、多段運(yùn)行等，它可以將變頻器的運(yùn)行狀況從PLC輸送上位計算機(jī)，以便對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中控制。此系統(tǒng)中PLC的PWM信號輸出端子直接接于變頻器的端子8、9、3組成回路。

如下圖1所示：

PWM信號與頻率指令值之間的關(guān)系：

頻率指令值（HZ）=[ON時間PWM周期×最大輸出頻率（HZ）]

2 PLC與變頻器接口設(shè)計

當(dāng)利用變頻器構(gòu)成自動控制系統(tǒng)進(jìn)行控制時，許多情況是采用和PLC等上位機(jī)相配合使用。PLC可提供控制信號（如速度）和指令通斷信號[2]（啟動、停止、反向）。

2.1 PLC輸出接口形式

為了滿足各種類型負(fù)載的要求、PLC輸出接口一般有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出三種形式。因繼電器輸出開關(guān)頻率只能達(dá)到1k， 晶閘管輸出脈沖直流，關(guān)閉不了.本系統(tǒng)中PLC輸出的是PWM信號，所以只能采用晶體管輸出形式。

2.2 變頻器內(nèi)部電路

由變頻器內(nèi)部電路知，應(yīng)在控制端連接無電壓接點信號或開路式集電極信號，因為施加電壓會導(dǎo)致故障。這是由晶體管本身的電壓、電流容量決定的。

2.3 PLC與變頻器的內(nèi)部接線設(shè)計

PLC晶體管輸出又分NPN和PNP型，根據(jù)變頻器內(nèi)部電路需要采用低電平有效的NPN 型[3]，當(dāng)PLC內(nèi)部電路的光耦合器VL導(dǎo)通時，晶體管V的集電極輸出低電平，則變頻器內(nèi)部電路的發(fā)光二極管導(dǎo)通，發(fā)出一個脈沖信號.

2.4 變頻器用開路式集電極輸出驅(qū)動感應(yīng)負(fù)荷時，一定要連接吸收二極管

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計和運(yùn)行結(jié)果分析

本系統(tǒng)的主要控制功能都是由PLC來實現(xiàn)的。

3.1 軟件設(shè)計

自動回零：無論工作臺處于什么位置，當(dāng)按下回零按鈕后，自動回到起始點。

實現(xiàn)加減速控制：工作臺從起始點到終點的運(yùn)動過程中，要實現(xiàn)啟動、加速、勻速、減速后準(zhǔn)確停止。

自動往返控制：工作臺到達(dá)終點后，停3S，自動回到起始點再停3S，再向終點運(yùn)動，如此循環(huán)。

急停；當(dāng)按下急停按鈕后，工作臺立即停止。

3.2 運(yùn)行結(jié)果分析

①速度的控制

對速度的控制是通過對輸出頻率的控制來體現(xiàn)的[4]。

當(dāng)設(shè)定變頻器的輸出頻率為75HZ時[4]：

②位置控制

工作臺的位移量： S =2πr*N/n （mm），由此可見，只要高速計數(shù)器的脈沖數(shù)輸出準(zhǔn)確，則位移的精度就會達(dá)到要求[5]。正轉(zhuǎn)時，要求達(dá)到2000個脈沖時停止，實際上停止時，高速計數(shù)器的脈沖個數(shù)為2003。反轉(zhuǎn)時，要求達(dá)到100個脈沖時停止，實際上停止時，高速計數(shù)器的脈沖個數(shù)為97。

實驗結(jié)果證明：速度和位置控制技術(shù)指標(biāo)達(dá)到要求，能迅速準(zhǔn)確地實現(xiàn)加、減速和定位控制。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張淼.變頻器的應(yīng)用與維護(hù)[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2001.

[2] 張燕賓.變頻器調(diào)速應(yīng)用實踐[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[3] 郁漢琪.電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].南京：東南大學(xué)出版社，2003.

[4] 呂汀，石紅梅.變頻器的原理與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003

[5] 陳隆昌，閻治安，劉新正.控制電機(jī)[M]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2000.