基于可編程序控制器對變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制研究

楊曉輝

（遼寧省鞍山技師學(xué)院，遼寧鞍山，114001）

0 引言

可編程控制器在工業(yè)自動化領(lǐng)域逐漸被推廣與應(yīng)用，以豐富的模塊功能以及安全可靠性得到用戶的一致認(rèn)可。變頻調(diào)速系統(tǒng)是近些年來發(fā)展起來的新型變頻調(diào)速裝置，調(diào)速精度較高、速度較快，在使用與維護(hù)方面都比較便捷，智能化程度較高，在科學(xué)研究與生產(chǎn)實(shí)踐領(lǐng)域中占有極為重要的地位，由于調(diào)速控制系統(tǒng)的工藝過程比較復(fù)雜，所以要求具有先進(jìn)的控制技術(shù)。在工業(yè)控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場總線技術(shù)憑借其開放性與可操作性的特點(diǎn)使計(jì)算機(jī)在自動化領(lǐng)域的應(yīng)用更加便捷。一般情況下可編程控制器與變頻調(diào)控系統(tǒng)會混合使用，最終實(shí)現(xiàn)調(diào)速目的。

1 可編程控制器的主要特點(diǎn)

■1.1 功能齊全

可編程控制器基本功能包括：開關(guān)量的輸入輸出控制、模擬量的輸入輸出控制，可以提供內(nèi)部延時(shí)繼電器、鎖存繼電器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器等，可以進(jìn)行中斷控制、程序跳轉(zhuǎn)。另外，可編程序控制器擴(kuò)展功能包括：網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)傳送、PID閉環(huán)回路控制、排序查表功能等。

■1.2 抗干擾性強(qiáng)

可編程序控制器可靠性比較高，開關(guān)動作均由無觸點(diǎn)半導(dǎo)體電路完成，PLC會采取濾波與屏蔽，通過光電隔離進(jìn)行輸入與輸出，PLC具有故障自行診斷功能。

■1.3 編程簡單

PLC采用面向控制過程，編程大多采用與繼電器電路原理圖相似的梯形圖編程方式，針對不同的現(xiàn)場信號會有相應(yīng)的輸入與輸出模塊與工業(yè)設(shè)備部件進(jìn)行直接連接，通過數(shù)據(jù)總線與微處理器模塊進(jìn)行連接，滿足電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣，能夠給人清晰直觀的感覺，既形象又方便。

■1.4 維修維護(hù)便捷

可編程控制器維護(hù)與維修比較便捷，由于PLC存在自我診斷功能，內(nèi)部狀態(tài)、同新狀態(tài)等一旦出現(xiàn)異常均會顯示，通過對這些狀態(tài)的分析來快速找到產(chǎn)生故障的原因，并且及時(shí)處理。

2 調(diào)速系統(tǒng)原理

在調(diào)速控制系統(tǒng)中，通過電源開關(guān)盒對PLC通以工作電壓，通過接線端子盒來控制PLC的輸入端控制程序按照目標(biāo)執(zhí)行，運(yùn)用PLC的輸出繼電器來控制變頻器，完成調(diào)節(jié)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的目的，電機(jī)屬于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過對電機(jī)轉(zhuǎn)速的觀察可以逐漸對系統(tǒng)及程序進(jìn)行完善。調(diào)速原理如圖1所示。

圖1 調(diào)速系統(tǒng)工作原理

3 可編程序控制器對變頻調(diào)控系統(tǒng)的控制分析

■3.1 變頻調(diào)速系統(tǒng)的選擇

為了確保傳動系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，對變頻器的選擇事關(guān)重要，必須明確變頻器的使用目的，結(jié)合生產(chǎn)機(jī)械的類型以及控制精度，在了解變頻器驅(qū)動負(fù)載特性以后，來正確選擇變頻控制系統(tǒng)，所選用的變頻調(diào)速系統(tǒng)既要滿足工藝要求，又要有合理的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。本文所探討變頻調(diào)速系統(tǒng)以日本山肯公司MF–15K型變頻器為例，分析日本三菱公司FX2N–32MR型可編程序控制器對該變頻器的控制。FX2N–32MR控制器具有速度高、功能強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠滿足大多設(shè)備的控制需求。MF–15K型變頻器屬于脈寬調(diào)制型變頻器，具有轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能，輸出頻率可以高達(dá)400HZ，輸出電壓高達(dá)380V，工作電流30A，具有28中電壓/頻率圖形可選。FX2N–32MR控制器只要對變頻調(diào)控系統(tǒng)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、2速、3速、點(diǎn)動等開關(guān)量進(jìn)行控制便能夠?qū)崿F(xiàn)對變頻器的控制。

■3.2 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成

測速發(fā)電機(jī)會將轉(zhuǎn)速信號傳遞到PLC A/D模塊，經(jīng)過PLC運(yùn)算之后，給出相應(yīng)的頻率控制信號，經(jīng)過D/A模塊到變頻器兩個(gè)模擬量頻率來對輸入端口進(jìn)行控制，最終實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。如果速度檢測狀裝置采用光電旋轉(zhuǎn)編碼器，則發(fā)出的脈沖信號會通過電平轉(zhuǎn)換，然后送到PLC高速計(jì)數(shù)輸入端，經(jīng)過PLC運(yùn)算之后，轉(zhuǎn)送到變頻器的頻率控制輸入端口，最終實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，確保運(yùn)行速度的精確、平穩(wěn)。

■3.3 變頻器的參數(shù)設(shè)定

在變頻器運(yùn)行之前，需要對相關(guān)的功能指令碼通過操作面板進(jìn)行設(shè)定，作為基本工作參數(shù)。

首先需要對變頻轉(zhuǎn)速進(jìn)行設(shè)定，控制2速、3速和點(diǎn)動端能夠得到8種不同的轉(zhuǎn)速，1–8速的頻率通過功能碼CD029–CD036進(jìn)行設(shè)定，如表1所示。

■3.4 加減速時(shí)間的設(shè)定

第2、第3加減速時(shí)間選擇端AD2/AD3與正反轉(zhuǎn)控制端FR/RR進(jìn)行配合，對四種加速時(shí)間與減速時(shí)間進(jìn)行選擇。1–4號加速時(shí)間用CD019–CD022進(jìn)行設(shè)定，1–4號減速時(shí)間用CD023–CD026進(jìn)行設(shè)定，加減速基準(zhǔn)頻率用CD018進(jìn)行設(shè)定。假設(shè)加減速基準(zhǔn)頻率CD018=50HZ，1號加速時(shí)間CD019=5秒，那么加速度為10HZ/S。如表2所示。

表2 加速時(shí)間設(shè)定

■3.5 可編程序控制器梯形圖程序設(shè)計(jì)

假設(shè)某電動機(jī)運(yùn)行在2、3、5、7速的頻率分別為10、15、25、35Hz，1、2、4號加減速時(shí)間分別為20s、10S、5S?？删幊绦蚩刂破魈菪螆D控制程序如圖2所示。

當(dāng)t=0時(shí)，按下正轉(zhuǎn)動按鈕X3，點(diǎn)擊會以7速開始啟動，0–2S，2–4s分別以第 1、第 4 加減速時(shí)間加速，4–20s使用第2加減速實(shí)踐，t=8s時(shí)改為5速，t=20s時(shí)按下反轉(zhuǎn)按鈕，反轉(zhuǎn)啟動，20–24s使用第4加減速時(shí)間，t=23s事發(fā)出停止信號。

4 結(jié)束語

傳統(tǒng)的工業(yè)加工設(shè)備大多采用雙速電機(jī)、離合器高低檔配合或齒輪變速來實(shí)現(xiàn)調(diào)速，這種方式既不經(jīng)濟(jì)，而且調(diào)速效果也不理想。隨著我國電力電子技術(shù)與控制技術(shù)的快速發(fā)展，變頻調(diào)速已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域得到廣發(fā)應(yīng)用，變頻器是在確保電機(jī)原有性能的情況下，通過改變頻率與電壓的方式，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，變頻調(diào)速已經(jīng)被公認(rèn)為比較理想的調(diào)速方式之一，能夠滿足提高生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品品質(zhì)、提高自動化程度、改善生活環(huán)境等根本要求。PLC作為可替代繼電器的新型控制裝置，常用于設(shè)備的電機(jī)正反轉(zhuǎn)、加減速以及快速制動控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)速。只有調(diào)速系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性，才能滿足工業(yè)自動化的基本要求。

圖2 PLC梯形圖控制程序