1、引言

近年來(lái)可編程序控制器(PLC)以及變頻調(diào)速技術(shù)日益發(fā)展，性能價(jià)格比日益提高，并在機(jī)械、冶金、制造、化工、紡織等領(lǐng)域得以普及和應(yīng)用。為滿足溫度、速度、流量等工藝變量的控制要求，常常要對(duì)這些模擬量進(jìn)行控制，PLC模擬量控制模塊的使用也日益廣泛。

通常情況下，變頻器的速度調(diào)節(jié)可采用鍵盤調(diào)節(jié)或電位器調(diào)節(jié)方式，但是，在速度要求根據(jù)工藝而變化時(shí)，僅利用上述兩種方式則不能滿足生產(chǎn)控制要求，因此，我們須利用PLC靈活編程及控制的功能，實(shí)現(xiàn)速度因工藝而變化，從而保證產(chǎn)品的合格率。

2、變頻器簡(jiǎn)介

交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n公式為：

式中:f—頻率;

p—極對(duì)數(shù);

s—轉(zhuǎn)差率(0～3%或0～6%)。

由轉(zhuǎn)速公式可見(jiàn)，改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)電源頻率，可以改變旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)的同步轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)速的目的。額定頻率稱為基頻，變頻調(diào)速時(shí)，可以從基頻向上調(diào)(恒功率調(diào)速)，也可以從基頻向下調(diào)(恒轉(zhuǎn)距調(diào)速)。因此變頻調(diào)速方式，比改變極對(duì)數(shù)p和轉(zhuǎn)差率s兩個(gè)參數(shù)簡(jiǎn)單得多。同時(shí)還具有很好的性價(jià)比、操作方便、機(jī)械特性較硬、靜差率小、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好、調(diào)速范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，因此變頻調(diào)速方式擁有廣闊的發(fā)展前景。

3、PLC模擬量控制在變頻調(diào)速的應(yīng)用

PLC包括許多的特殊功能模塊，而模擬量模塊則是其中的一種。它包括數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。例如數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊可將一定的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的模擬量(電壓或電流)輸出，這種轉(zhuǎn)換具有較高的精度。

在設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)或?qū)σ粋€(gè)已有的設(shè)備進(jìn)行改造時(shí)，常常會(huì)需要對(duì)電機(jī)的速度進(jìn)行控制，利用PLC的模擬量控制模塊的輸出來(lái)對(duì)變頻器實(shí)現(xiàn)速度控制則是一個(gè)經(jīng)濟(jì)而又簡(jiǎn)便的方法。

下面以三菱FX2N系列PLC為例進(jìn)行說(shuō)明。同時(shí)選擇FX2N-2DA模擬量模塊作為對(duì)變頻器進(jìn)行速度控制的控制信號(hào)輸出。如圖1所示，控制系統(tǒng)采用具有兩路模擬量輸出的模塊對(duì)兩個(gè)變頻器進(jìn)行速度控制。

圖2為變頻器的控制及動(dòng)力部分，這里的變頻器采用三菱S540型，PLC的模擬量速度控制信號(hào)由變頻器的端子2、5輸入。

3.1系統(tǒng)中PLC模擬量控制變頻調(diào)速需要解決的主要問(wèn)題

（1）模擬量模塊輸出信號(hào)的選擇

通過(guò)對(duì)模擬量模塊連接端子的選擇，可以得到兩種信號(hào)，0~10V或0~5V電壓信號(hào)以及4~20mA電流信號(hào)。這里我們選擇0~5V的電壓信號(hào)進(jìn)行控制。

（2）模擬量模塊的增益及偏置調(diào)節(jié)

模塊的增益可設(shè)定為任意值。然而，如果要得到最大12位的分辨率可使用0~4000。如圖3，我們采用0~4000的數(shù)字量對(duì)應(yīng)0~5V的電壓輸出。當(dāng)然，我們可對(duì)模塊進(jìn)行偏置調(diào)節(jié)，例如數(shù)字量0~4000對(duì)應(yīng)4~20mA時(shí)。

（3）模擬量模塊與PLC的通訊

對(duì)于與FX2N系列PLC的連接編程主要包括不同通道數(shù)模轉(zhuǎn)換的執(zhí)行控制，數(shù)字控制量寫入FX2N-2DA等等。而最重要的則是對(duì)緩沖存儲(chǔ)器(BFM)的設(shè)置。通過(guò)對(duì)該模塊的認(rèn)識(shí)，BFM的定義如附表。

從附表中可以看出起作用的僅僅是BFM的#16、#17，而在程序中所需要做的則是根據(jù)實(shí)際需要給予BFM中的#16和#17賦予合適的值。其中：

#16為輸出數(shù)據(jù)當(dāng)前值。

#17:b0:1改變成0時(shí)，通道2的D/A轉(zhuǎn)換開(kāi)始。

b1:1改變成0時(shí)，通道1的D/A轉(zhuǎn)換開(kāi)始

（4）控制系統(tǒng)編程

對(duì)于上例控制系統(tǒng)的編寫程序如圖4所示。

在程序中：

1)當(dāng)M67、M68常閉觸點(diǎn)以及Y002常開(kāi)觸點(diǎn)閉合時(shí)，通道1數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換開(kāi)始執(zhí)行;當(dāng)M62、M557常閉觸點(diǎn)以及Y003常開(kāi)觸點(diǎn)閉合時(shí)，通道2數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換開(kāi)始執(zhí)行。

2)通道1

將保存第一個(gè)數(shù)字速度信號(hào)的D998賦予輔助繼電器(M400~M415);

將數(shù)字速度信號(hào)的低8位(M400~M407)賦予BFM的16#;

使BFM#17的b2=1;

使BFM#17的b2由1→0，保持低8位數(shù)據(jù);

將數(shù)字速度信號(hào)的高4位賦予BFM的16#;

使BFM#17的b1=1;

使BFM#17的b1由1→0，執(zhí)行通道1的速度信號(hào)D/A轉(zhuǎn)換。

3)通道2

將保存第二個(gè)數(shù)字速度信號(hào)的D988賦予輔助繼電器(M300~M315);

將數(shù)字速度信號(hào)的低8位(M300~M307)賦予BFM的16#;

使BFM#17的b2=1;

使BFM#17的b2由1→0，保持低8位數(shù)據(jù);

將數(shù)字速度信號(hào)的高4位賦予BFM的16#;

使BFM#17的b0=1;

使BFM#17的b0由1→0，執(zhí)行通道2的速度信號(hào)D/A轉(zhuǎn)換。

4)程序中的K0為該數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的位置地址，在本控制系統(tǒng)中只用了一塊模塊，因此為K0，假如由于工藝要求控制系統(tǒng)還要再增加一塊模塊，則新增模塊在編程時(shí)只要將K0改為K1即可。

（5）變頻器主要參數(shù)的設(shè)置

根據(jù)控制要求，設(shè)置變頻器的運(yùn)行模式為外部運(yùn)行模式，運(yùn)行頻率為外部運(yùn)行頻率設(shè)定方式，Pr.79=2;模擬頻率輸入電壓信號(hào)為0~5V，所以，Pr.73=0;其余參數(shù)根據(jù)電機(jī)功率、額定電壓、負(fù)載等情況進(jìn)行設(shè)定。

3.2注意事項(xiàng)

(1)FX2N-2DA采用電壓輸出時(shí)，應(yīng)將IOUT與COM短路;

(2)速度控制信號(hào)應(yīng)選用屏蔽線，配線安裝時(shí)應(yīng)與動(dòng)力線分開(kāi)。

4、結(jié)束語(yǔ)

上述控制在實(shí)際使用過(guò)程中運(yùn)行良好，很好的將PLC易于編程與變頻器結(jié)合起來(lái)，當(dāng)然不同的可編程序控制器的編程和硬件配置方法也不同，比如羅克韋爾PLC在增加D/A模塊時(shí)，只要在編程環(huán)境下的硬件配置中添加該模塊即可。總之，充分利用PLC模擬量輸出功能可以控制變頻器從而控制設(shè)備的速度，滿足生產(chǎn)的需要。