基于可編程序控制器對變頻調速系統的控制研究

楊曉輝

（遼寧省鞍山技師學院，遼寧鞍山，114001）

0 引言

可編程控制器在工業自動化領域逐漸被推廣與應用，以豐富的模塊功能以及安全可靠性得到用戶的一致認可。變頻調速系統是近些年來發展起來的新型變頻調速裝置，調速精度較高、速度較快，在使用與維護方面都比較便捷，智能化程度較高，在科學研究與生產實踐領域中占有極為重要的地位，由于調速控制系統的工藝過程比較復雜，所以要求具有先進的控制技術。在工業控制系統中，現場總線技術憑借其開放性與可操作性的特點使計算機在自動化領域的應用更加便捷。一般情況下可編程控制器與變頻調控系統會混合使用，最終實現調速目的。

1 可編程控制器的主要特點

■1.1 功能齊全

可編程控制器基本功能包括：開關量的輸入輸出控制、模擬量的輸入輸出控制，可以提供內部延時繼電器、鎖存繼電器、計時器、計數器等，可以進行中斷控制、程序跳轉。另外，可編程序控制器擴展功能包括：網絡通信、數據傳送、PID閉環回路控制、排序查表功能等。

■1.2 抗干擾性強

可編程序控制器可靠性比較高，開關動作均由無觸點半導體電路完成，PLC會采取濾波與屏蔽，通過光電隔離進行輸入與輸出，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，針對不同的現場信號會有相應的輸入與輸出模塊與工業設備部件進行直接連接，通過數據總線與微處理器模塊進行連接，滿足電氣技術人員的讀圖習慣，能夠給人清晰直觀的感覺，既形象又方便。

■1.4 維修維護便捷

可編程控制器維護與維修比較便捷，由于PLC存在自我診斷功能，內部狀態、同新狀態等一旦出現異常均會顯示，通過對這些狀態的分析來快速找到產生故障的原因，并且及時處理。

2 調速系統原理

在調速控制系統中，通過電源開關盒對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執行，運用PLC的輸出繼電器來控制變頻器，完成調節電機旋轉速度的目的，電機屬于執行機構，通過對電機轉速的觀察可以逐漸對系統及程序進行完善。調速原理如圖1所示。

圖1 調速系統工作原理

3 可編程序控制器對變頻調控系統的控制分析

■3.1 變頻調速系統的選擇

為了確保傳動系統能夠正常運行，對變頻器的選擇事關重要，必須明確變頻器的使用目的，結合生產機械的類型以及控制精度，在了解變頻器驅動負載特性以后，來正確選擇變頻控制系統，所選用的變頻調速系統既要滿足工藝要求，又要有合理的經濟指標。本文所探討變頻調速系統以日本山肯公司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、功能強的特點，能夠滿足大多設備的控制需求。MF–15K型變頻器屬于脈寬調制型變頻器，具有轉矩補償功能，輸出頻率可以高達400HZ，輸出電壓高達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控系統的正轉、反轉、2速、3速、點動等開關量進行控制便能夠實現對變頻器的控制。

■3.2 閉環調速系統的構成

測速發電機會將轉速信號傳遞到PLC A/D模塊，經過PLC運算之后，給出相應的頻率控制信號，經過D/A模塊到變頻器兩個模擬量頻率來對輸入端口進行控制，最終實現閉環控制。如果速度檢測狀裝置采用光電旋轉編碼器，則發出的脈沖信號會通過電平轉換，然后送到PLC高速計數輸入端，經過PLC運算之后，轉送到變頻器的頻率控制輸入端口，最終實現閉環控制，確保運行速度的精確、平穩。

■3.3 變頻器的參數設定

在變頻器運行之前，需要對相關的功能指令碼通過操作面板進行設定，作為基本工作參數。

首先需要對變頻轉速進行設定，控制2速、3速和點動端能夠得到8種不同的轉速，1–8速的頻率通過功能碼CD029–CD036進行設定，如表1所示。

■3.4 加減速時間的設定

第2、第3加減速時間選擇端AD2/AD3與正反轉控制端FR/RR進行配合，對四種加速時間與減速時間進行選擇。1–4號加速時間用CD019–CD022進行設定，1–4號減速時間用CD023–CD026進行設定，加減速基準頻率用CD018進行設定。假設加減速基準頻率CD018=50HZ，1號加速時間CD019=5秒，那么加速度為10HZ/S。如表2所示。

表2 加速時間設定

■3.5 可編程序控制器梯形圖程序設計

假設某電動機運行在2、3、5、7速的頻率分別為10、15、25、35Hz，1、2、4號加減速時間分別為20s、10S、5S。可編程序控制器梯形圖控制程序如圖2所示。

當t=0時，按下正轉動按鈕X3，點擊會以7速開始啟動，0–2S，2–4s分別以第 1、第 4 加減速時間加速，4–20s使用第2加減速實踐，t=8s時改為5速，t=20s時按下反轉按鈕，反轉啟動，20–24s使用第4加減速時間，t=23s事發出停止信號。

4 結束語

傳統的工業加工設備大多采用雙速電機、離合器高低檔配合或齒輪變速來實現調速，這種方式既不經濟，而且調速效果也不理想。隨著我國電力電子技術與控制技術的快速發展，變頻調速已經在工業領域得到廣發應用，變頻器是在確保電機原有性能的情況下，通過改變頻率與電壓的方式，實現對電機轉速的調節，變頻調速已經被公認為比較理想的調速方式之一，能夠滿足提高生產率、改善產品品質、提高自動化程度、改善生活環境等根本要求。PLC作為可替代繼電器的新型控制裝置，常用于設備的電機正反轉、加減速以及快速制動控制，實現遠程調速。只有調速系統具有良好的穩定性，才能滿足工業自動化的基本要求。

圖2 PLC梯形圖控制程序