三菱變頻器E500系列通信板改造

周 璐 陳達(dá)權(quán)

(廣州市華南橡膠輪胎有限公司，廣東 廣州 511400)

天津賽象二步法成型機(jī)與北京敬業(yè)二步法成型機(jī)是2006年起逐步安裝并投入使用的。隨著設(shè)備使用年限的增長，其中三菱變頻器E500系列的變頻通訊板卻已逐漸老化，頻頻出現(xiàn)故障，而通訊板單價(jià)較高且現(xiàn)已停產(chǎn)。在沒有備件可購買的情況下，其故障處理十分棘手，造成大量的故障停機(jī)時(shí)間和因故障停機(jī)產(chǎn)生的廢料。所以，在維護(hù)成本高和高故障停機(jī)率的驅(qū)使下，必須盡快對變頻器通信模板進(jìn)行改造。

1 原E500系列變頻器控制方式分析

現(xiàn)場的E500系列變頻器的控制方式是PU通信控制模式，對其進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸就是基于CC-Link網(wǎng)絡(luò)。具體來說就是CPU經(jīng)由CC-Link網(wǎng)絡(luò)通過一塊通信板實(shí)現(xiàn)了對E500系列變頻器的控制，從而實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)進(jìn)行控制。

三菱變頻器E500通訊板的功能主要是實(shí)現(xiàn)變頻器和PLC-CPU的信息交互。而因其現(xiàn)場E500通訊板使用時(shí)間較長，經(jīng)常出現(xiàn)故障。主要故障就是通信板上的電源轉(zhuǎn)換模塊經(jīng)常損壞，而此轉(zhuǎn)換模塊為日本生產(chǎn)且已停產(chǎn)。市場上這種電子元件很難找到。基于以上問題，必須要對現(xiàn)場變頻器的控制方式進(jìn)行更改，才能實(shí)現(xiàn)取消通信板的控制。

原有系統(tǒng)可在人機(jī)界面輸入需要控制的速度的數(shù)值，該值可根據(jù)實(shí)際需要隨時(shí)進(jìn)行更改。該值存放在PLC的數(shù)據(jù)寄存器里，經(jīng)CC-Link專用電纜傳輸至三菱變頻器E500通訊板進(jìn)行數(shù)字/數(shù)據(jù)通訊，即可方便快捷地實(shí)現(xiàn)了多種類分時(shí)段變速控制變頻器輸出頻率。

2 確定變頻器新控制方式

由人機(jī)界面和速度控制程序方面來看，現(xiàn)場外圍設(shè)備的速度數(shù)據(jù)較多且在程序中涉及范圍較廣。如果單純性的改為變頻器外部控制多段速度運(yùn)行，顯然改造工作是比較繁瑣而且工作量也是比較大的。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，最后確定用變頻器電位端子對變頻器進(jìn)行模擬量電壓控制，即變頻器外部操作模式。

這樣的控制方式，可通過調(diào)整變頻器端子“2”和“5”之間的電壓來控制變頻器的頻率(注:在“2”和“5”端子之間加上0V至5V或0V至10V的電壓可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)電壓值的大小進(jìn)行調(diào)速)。所以只要控制好“2”和“5”之間的電壓，再加上正反轉(zhuǎn)外部控制信號就能實(shí)現(xiàn)與CC-Link控制一樣的效果。

選擇好控制方式后，考慮人機(jī)界面?zhèn)鬏數(shù)絇LC內(nèi)部速度為數(shù)字量，而變頻器端子“2”和“5”之間需要的是模擬量。所以需要一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊Q68DAVN，將PLC中的速度數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量傳輸給變頻器。PLC還需通過QY10輸出模塊觸點(diǎn)將正反轉(zhuǎn)信號傳輸給變頻器。

綜合以上要求，需要對機(jī)臺變頻器數(shù)量及機(jī)臺現(xiàn)有的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊閑置通道數(shù)量和閑置的輸出點(diǎn)數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下:變頻器8個(gè)，模擬量閑置通道2個(gè)，QY10閑置輸出點(diǎn)16個(gè)。

根據(jù)變頻器控制方式要求，改造所需通道8個(gè)，改造所需輸出點(diǎn)16個(gè)。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況統(tǒng)計(jì)的數(shù)字，所以只需在原有的系統(tǒng)上新增加一塊Q68DAVN模塊，即可實(shí)現(xiàn)變頻器新控制方式的建立。

3 建立變頻器新控制方式

3.1 組態(tài)模塊

根據(jù)控制方式要求，確定好 QY10模塊輸出點(diǎn)數(shù)、Q68DAVN模塊通道數(shù)后，要將輸出點(diǎn)、通道與程序里的新設(shè)定的數(shù)據(jù)寄存器及控制目標(biāo)一一對應(yīng)起來，并做好記錄，方便外圍接線和內(nèi)部程序編寫的工作。八個(gè)通道分別對應(yīng)八個(gè)變頻器，每個(gè)通道對應(yīng)2個(gè)輸出點(diǎn)(Y40-Y4E)和一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器。

組態(tài)Q68DAVN數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊:把PLC打到停止?fàn)顟B(tài)，然后將Q68DAVN模塊安裝入PLC基板的模塊插槽里，此時(shí)PLC出現(xiàn)報(bào)錯(cuò)，不能使用網(wǎng)線進(jìn)行聯(lián)機(jī)，所以電腦與PLC實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)需要通過USB數(shù)據(jù)線。通過USB數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)后，進(jìn)入PLC參數(shù)設(shè)定欄。在參數(shù)設(shè)定欄里選擇選擇PLC參數(shù)。在出現(xiàn)的PLC參數(shù)設(shè)置頁面對PLC的各參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。將模塊屬性設(shè)定為“智能”，并依次設(shè)定模塊點(diǎn)數(shù)、模塊開關(guān)量起始位。設(shè)定完基礎(chǔ)參數(shù)，還要對智能模塊的開關(guān)設(shè)置進(jìn)行設(shè)置。開關(guān)1和開關(guān)2，代表0～8這8個(gè)通道輸入的信號是何種信號，將開關(guān)1和開關(guān)2均設(shè)為3333，即表示8個(gè)通道輸出的信號為0至5V的模擬量信號。PLC各種參數(shù)設(shè)定后，實(shí)現(xiàn)了新模塊的組態(tài)。

3.2 變頻器外部接線

組態(tài)模態(tài)正常工作后，要對變頻器外部控制進(jìn)行接線。從Q68DAVN數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊出來的線分別接至變頻器“2”和“5”電位調(diào)節(jié)控制端子;從QY10輸出模塊出來的線分別接至變頻器“STR”、“STF”正反轉(zhuǎn)控制端子。

接線過程中需要非常注意的是，接線至變頻公共端子SD或PC時(shí)，要區(qū)分好是漏型邏輯還是源型邏輯。為方便維護(hù)和與輸出點(diǎn)模塊共同公共端起見，我們在機(jī)臺上統(tǒng)一選擇漏型邏輯控制電路。

3.3 變頻器相關(guān)參數(shù)設(shè)定

變頻器改變操作模式后，必須對相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。1)將Pr.73設(shè)為“0”，使端子2的輸入電壓為DC0～5V。2)將Pr.77設(shè)為“2”，使運(yùn)行時(shí)也可以寫入相關(guān)參數(shù)。3)Pr.79該參數(shù)是用于選擇變頻器的操作模式，將其設(shè)為“2”，即選擇外部操作模式。

3.4 控制程序編寫

3.4.1 QY10模塊相關(guān)編程

原有的程序中，1#帶束導(dǎo)開Y1040輸出控制點(diǎn)是通過CC-Link網(wǎng)絡(luò)將信息傳輸給變頻器的通信板，從而實(shí)現(xiàn)了對變頻器的控制。該控制點(diǎn)為系統(tǒng)內(nèi)部的控制點(diǎn)，并不是輸出模塊的控制點(diǎn)，不能進(jìn)行外部接線。所以變頻器改為外部操作模式后，需要新增加外圍輸出點(diǎn)，通過輸出模塊的輸出信號對變頻器的正反轉(zhuǎn)進(jìn)行控制。新增加的外圍控制點(diǎn)Y40與原有的輸出端Y1040并聯(lián)起來即可。

3.4.2 Q68DAVN模塊相關(guān)編程

(1)新增加的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊需要初始化。如圖1。

圖1

(2)打開數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊各個(gè)通道，在此僅舉例說明2個(gè)通道的打開方法，其他通道一樣。如圖2。

圖2

(3)多段速度控制。原有控制系統(tǒng)的多段速控制已經(jīng)很成熟，為了減少程序改動量，提高工作效率，決定沿用原有的多段速控制程序，可直接將原有的數(shù)據(jù)寄存器里的數(shù)據(jù)賦值給新的存放速度的數(shù)據(jù)寄存器，來作為新的控制方式里面的速度控制數(shù)據(jù)。然后將新的數(shù)據(jù)寄存器的值寫入數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊相應(yīng)的通道。寫入后，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊就會自動的將數(shù)字量的速度轉(zhuǎn)換成模擬量信號傳輸給變頻器。寫入方法如圖3。

圖3

3.5 程序調(diào)試

硬件改造和軟件編程完成后，需要進(jìn)行通電調(diào)試，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。

通電后按程序里設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行試車。首先要測量Q68DAVN模塊的輸出電壓，然后通過此電壓計(jì)算出變頻器的設(shè)定工作頻率。將計(jì)算出的設(shè)定頻率與變頻器顯示的實(shí)際工作頻率進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)變頻器的實(shí)際工作頻率高于Q68DAVN的輸出電壓應(yīng)控制出的設(shè)定工作頻率。

按照計(jì)算結(jié)果，可能出現(xiàn)的情況是模塊輸出的電壓達(dá)到一定值后，變頻器的實(shí)際工作頻率將達(dá)到工頻上限。所以要在程序里對模塊的輸入范圍進(jìn)行設(shè)定，從而確保變頻器的正常工作。

通過對多次測量的輸出電壓值及變頻器上顯示的實(shí)際頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出電壓與頻率的輸出比為4/5的關(guān)系。例如當(dāng)輸出電壓為4.2v的時(shí)候，變頻器工作的頻率接近50HZ，并記錄好此刻程序里存放速度的寄存器里的數(shù)字值。

得出4/5這個(gè)關(guān)系后，只要將原有程序里的存放速度的數(shù)據(jù)寄存器里的數(shù)值進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，再賦值給新增加的存放速度的數(shù)據(jù)寄存器即可。所以對剛剛更改過的程序增加一段數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序即可。

4 結(jié)束語

通過三菱變頻器E500系列的控制方式的改變，改造已成功取代150塊通訊板，改造后無故障出現(xiàn)，100%遏制了因通信板問題而造成的停機(jī)率。并且改造下來的通信板可以作為備件，每年能節(jié)省備件費(fèi)用約5萬元，為公司做出貢獻(xiàn)。

(1)《三菱變頻調(diào)速器FR-E500使用手冊》，三菱電機(jī)自動化(上海)有限公司，2005版

(2)《Q系列數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊用戶手冊》，三菱電機(jī)自動化(上海)有限公司，1998版

(3)《變頻調(diào)速技術(shù)與應(yīng)用》，電子工業(yè)出版社，2004.12出版