三菱PLC多方式控制变频器

PLC 在变频调速控制中的方法研究在变频调速控制中的方法研究 摘要 由摘要 由 PLCPLC 控制的变频调速在现代工业各个领域的应用越来越为广泛 为了使技校的学控制的变频调速在现代工业各个领域的应用越来越为广泛 为了使技校的学 生能够更深入的了解和把握由生能够更深入的了解和把握由 PLCPLC 实现的变频调速方法 文章以三菱实现的变频调速方法 文章以三菱 FXFX 系列系列 PLCPLC 和三菱和三菱 FR A540FR A540 变频器为例来详细地 系统的研究了由变频器为例来详细地 系统的研究了由 PLCPLC 控制如何实现单台乃至多台电动机变控制如何实现单台乃至多台电动机变 频调速 并且对每种方法硬件连接 频调速 并且对每种方法硬件连接 PLCPLC 编程方法上以实例方式进行了详细的介绍 分析编程方法上以实例方式进行了详细的介绍 分析 各种方法在编程 调速精度乃至应用广泛性等方面的优势和不足之处 并做出了具体的归各种方法在编程 调速精度乃至应用广泛性等方面的优势和不足之处 并做出了具体的归 纳总结 纳总结 关键词 三菱关键词 三菱 FXFX 系列系列 PLCPLC 三菱三菱 FR A540FR A540 变频器变频器 控制控制 方法方法 研究研究 引言 引言 随着电力电子技术和自动控制技术的日益发展 电动机的调速已经从继电器控制时代随着电力电子技术和自动控制技术的日益发展 电动机的调速已经从继电器控制时代 发展到今天的由变频器控制调速 且在工业各个领域中得到了极为广泛的应用 在现在的发展到今天的由变频器控制调速 且在工业各个领域中得到了极为广泛的应用 在现在的 在工业自动化控制系统中 最为常见的是由在工业自动化控制系统中 最为常见的是由 PLCPLC 控制变频器实现电动机的调速控制 该方控制变频器实现电动机的调速控制 该方 法主要通过程序来控制了电动机的变频调速 从而实现了自动控制 目前 本校已经引进法主要通过程序来控制了电动机的变频调速 从而实现了自动控制 目前 本校已经引进 了几十套了几十套 PLCPLC 变频器 触摸屏设备 并且开设了 变频器 触摸屏设备 并且开设了 PLCPLC 电动机调速等相关课程 电动机调速等相关课程 PLCPLC 采用采用 怎样的控制方式来实现电动机的变频调速 是不是怎样的控制方式来实现电动机的变频调速 是不是 PLCPLC 控制的电动机变频调速方法只有一控制的电动机变频调速方法只有一 种 是不是一台种 是不是一台 PLCPLC 只能实现单台电动机的变频调速 在程序上又是如何实现电动机的调只能实现单台电动机的变频调速 在程序上又是如何实现电动机的调 速控制 在学习这些课程的时候很多同学难免会存在很多疑问 本文就来诠释上述问题 速控制 在学习这些课程的时候很多同学难免会存在很多疑问 本文就来诠释上述问题 通过常用的通过常用的 PLCPLC 在变频调速中的三种方法进行详尽阐述 希望对学生在变频调速的学习方在变频调速中的三种方法进行详尽阐述 希望对学生在变频调速的学习方 面能有一定的帮助 为他们在将来的更进一步深入学习该领域的更深层的内容打下基础 面能有一定的帮助 为他们在将来的更进一步深入学习该领域的更深层的内容打下基础 一 一 PLCPLC 输出的开关量控制的变频调速输出的开关量控制的变频调速 实现方法 实现方法 PLCPLC 的输出点 的输出点 COMCOM 点直接与变频器的点直接与变频器的 STF STF 正转启动正转启动 STR STR 反转启动反转启动 RH RH 高速高速 RM RM 中速中速 RL RL 低速低速 REXREX 输入端 输入端 SGSG 等端口分别相连接 等端口分别相连接 PLCPLC 通过程序即可通过程序即可 以控制变频器的启动 停止 以控制变频器的启动 停止 也可以控制变频器高速 中速 低速端子的不同组合实现多也可以控制变频器高速 中速 低速端子的不同组合实现多 段速度运行 段速度运行 现在以一程序实例来介绍现在以一程序实例来介绍 plcplc 通过输出的开关量控制的变频调速 通过输出的开关量控制的变频调速 传动系统从原点启动 中速传动系统从原点启动 中速 40HZ40HZ 行驶行驶 30S30S 开始高速 开始高速 50HZ50HZ 行驶 当碰撞到行程开关行驶 当碰撞到行程开关 SQ1SQ1 时 开始低速时 开始低速 20HZ20HZ 爬行 低速爬行到终点碰撞到爬行 低速爬行到终点碰撞到 SQ2SQ2 停车 停顿停车 停顿 2s2s 反向以高速 反向以高速 50HZ50HZ 行驶 高速行驶到碰撞行程开关行驶 高速行驶到碰撞行程开关 SQ3SQ3 处开始低速处开始低速 20HZ20HZ 爬行 到达原点碰撞爬行 到达原点碰撞 SQ4SQ4 停车 停车 停顿停顿 2s2s 后重新开始往返 试编写程序 后重新开始往返 试编写程序 硬件连接如附录图硬件连接如附录图 1 1 所示所示 输入输出触点分配输入输出触点分配 输入点及用途输出点 X0 启动按钮Y0 工作台前进 X1 行程开关 SQ1Y1 工作台后退 X2 行程开关 SQ2 Y2 高速 X3 行程开关 SQ3 Y3 中速 X4 行程开关 SQ4 Y4 低速 变频器参数设置 操作模式变频器参数设置 操作模式 Pr 79 1Pr 79 1 外部模式 基本参数 外部模式 基本参数 Pr 7 2s Pr 7 2s 加速时间加速时间 Pr 8 3s Pr 8 3s 减速时间减速时间 Pr 9 Pr 9 电动机的额定电流电动机的额定电流 x100 x100 根据所用电动机的额定电流大小设 根据所用电动机的额定电流大小设 定 定 各段速度设置 各段速度设置 Pr 4 40HZ Pr 4 40HZ 中速段中速段 Pr 5 50HZPr 5 50HZ 高速段 高速段 Pr 6 20HZPr 6 20HZ 低速段 低速段 程序设计 程序设计 本实例是通过步进顺控指令编程来控制本实例是通过步进顺控指令编程来控制 PLCPLC 的输出即变频器的多段速的输入信号 通的输出即变频器的多段速的输入信号 通 过过 PLCPLC 的输出触点的输出触点 Y2Y2 Y3Y3 Y4Y4 得电与否 开或关 来控制电动机的变频调速 实例中通过得电与否 开或关 来控制电动机的变频调速 实例中通过 Y2Y2 Y3Y3 Y4Y4 的分时得电来实现了电动机的三段调速 当然由的分时得电来实现了电动机的三段调速 当然由 Y2Y2 Y3Y3 Y4Y4 的不同组合可以的不同组合可以 实现电动机实现电动机 7 7 段调速 若要实现电动机的多段调速即增加若干输出来控制 并相应的设置段调速 若要实现电动机的多段调速即增加若干输出来控制 并相应的设置 变频器的相关参数 但是由于变频器的的只有输入端子变频器的相关参数 但是由于变频器的的只有输入端子 RH RLRH RL RM RM REX REX 进行多种运行速度进行多种运行速度 转换 所以最多能实现转换 所以最多能实现 1515 段调速 即有极调速 不能实现电动机的无级调速 调速精度不段调速 即有极调速 不能实现电动机的无级调速 调速精度不 高 若要求电动机有高 若要求电动机有 2020 多种乃至更多种速度 该方法很难实现 多种乃至更多种速度 该方法很难实现 PLCPLC 的输出开关量不仅能实现单台电动机的变频调速 而且能实现多台电动机的变频的输出开关量不仅能实现单台电动机的变频调速 而且能实现多台电动机的变频 调速 硬件连接如附录图调速 硬件连接如附录图 2 2 所示 由于编程方法每台基本相同 这里不在赘述 所示 由于编程方法每台基本相同 这里不在赘述 通过前面的程序实例不难看出该方法的优点是编程较为简单易懂 且变频器的响应速通过前面的程序实例不难看出该方法的优点是编程较为简单易懂 且变频器的响应速 度快 抗干扰能力强 可以实现单台及多台电动机的调速 在较为简单的变频调速系统中 度快 抗干扰能力强 可以实现单台及多台电动机的调速 在较为简单的变频调速系统中 该方法较为简单且比较容易编程 对于初学者来讲是一种较为容易掌握的方法 该方法较为简单且比较容易编程 对于初学者来讲是一种较为容易掌握的方法 但是因为它是采用开关量来实施控制的 在很多的不足之处 其调速曲线不是一条连但是因为它是采用开关量来实施控制的 在很多的不足之处 其调速曲线不是一条连 续平滑的曲线 也无法实现精细的速度调节 若要实现多台电动机的变频调速 要求续平滑的曲线 也无法实现精细的速度调节 若要实现多台电动机的变频调速 要求 PLCPLC 输入输出点数较多 需采用输入输出点数较多的输入输出点数较多 需采用输入输出点数较多的 PLCPLC 在工业大型生产线上应用具有一定 在工业大型生产线上应用具有一定 的局限性 的局限性 若在要求调速较为精细 精确的生产线上 采用该方法就得不到良好的调速效果 那若在要求调速较为精细 精确的生产线上 采用该方法就得不到良好的调速效果 那 么下面就介绍更为精确一点的调速方法 么下面就介绍更为精确一点的调速方法 二 二 PLCPLC 通过外加扩展通过外加扩展 DADA 转换模块控制的变频调速转换模块控制的变频调速 实现方法 本方法是通过实现方法 本方法是通过 PLCPLC 外接扩展数模转换特殊功能模块来实现的 可以通过外接扩展数模转换特殊功能模块来实现的 可以通过 FXFX 系列系列 PLCPLC 主机 配置主机 配置 FX1N 1DA BDFX1N 1DA BD 扩展模拟量输出板或模拟量输入输出混合模块扩展模拟量输出板或模拟量输入输出混合模块 FX0N 3AFX0N 3A 或或 FX2N 2DAFX2N 2DA 或或 FX2N 4DAFX2N 4DA 模块等来实现 该种方法的实现主要是对特殊功能模块的缓冲存模块等来实现 该种方法的实现主要是对特殊功能模块的缓冲存 储器储器 BFM BFM 设置编程 设置编程 现以现以 FX2NFX2N 型型 PLCPLC 扩展扩展 FX2N 2DAFX2N 2DA 模块实现单台电动机正转的变频调速为例模块实现单台电动机正转的变频调速为例 硬件连接图如附录图硬件连接图如附录图 3 3 所示所示 FX2N 2DAFX2N 2DA 输出模块 其功能是把输出模块 其功能是把 CPUCPU 的数字信号量 用于将的数字信号量 用于将 1212 位的数字值转换成位的数字值转换成 2 2 点模拟输出 电压输出和电流输出 以便控制现场设备 点模拟输出 电压输出和电流输出 以便控制现场设备 FX2NFX2N 系列系列 PLCPLC 的连接编程主要包括不同通道数模转换的执行控制 数字控制量写入的连接编程主要包括不同通道数模转换的执行控制 数字控制量写入 FX2N 2DAFX2N 2DA 等 而最重要的则是对缓冲存储器等 而最重要的则是对缓冲存储器 BFM BFM 的设置 的设置 BFMBFM 的定义如附录表的定义如附录表 1 1 所示所示 从表中可以看出起作用的仅仅是从表中可以看出起作用的仅仅是 BFMBFM 的的 16 16 17 17 而在程序中所需要做的则是根据实 而在程序中所需要做的则是根据实 际需要给予际需要给予 BFMBFM 中的中的 16 16 和和 17 17 赋予合适的值 其中 赋予合适的值 其中 16 16 为输出数据当前值 为输出数据当前值 17 17 b0b0 1 1 改变成改变成 0 0 时 通道时 通道 2 2 的的 D AD A 转换开始 转换开始 b1b1 1 1 改变成改变成 0 0 时 通道时 通道 1 1 的的 D AD A 转换开始 转换开始 程序实例 程序实例 其中其中 x0 x0 表示启动按钮 表示启动按钮 X1X1 表示停止按钮 表示停止按钮 x2x2 为调速控制按钮 该程序通过将为调速控制按钮 该程序通过将 D100D100 中中 的数字量转换成输出模拟量 由于的数字量转换成输出模拟量 由于 FX2N 2DAFX2N 2DA 模块的输出特性从数字值模块的输出特性从数字值 0 0 到到 40004000 变化 所变化 所 以若以若 40004000 相当与相当与 50HZ50HZ 则每 则每 8080 为为 1HZ1HZ 故本程序实例中的给 故本程序实例中的给 D100D100 赋值赋值 24002400 即为设置电即为设置电 动机的运行频率为动机的运行频率为 30HZ30HZ 从而实现电动机的正转速度 从而实现电动机的正转速度 30HZ 50HZ30HZ 50HZ 范围内进行连续速度调范围内进行连续速度调 节 通过本实例可以看出该方法实现的调速曲线较为平滑 调速精度较高 节 通过本实例可以看出该方法实现的调速曲线较为平滑 调速精度较高 结合上述程序实例可以清晰的看出该种方法优点是 结合上述程序实例可以清晰的看出该种方法优点是 PLCPLC 程序编制简单方便 调速曲程序编制简单方便 调速曲 线平滑连续 工作稳定 且一台线平滑连续 工作稳定 且一台 PLCPLC 通过外加一个通过外加一个 FX2N 2DAFX2N 2DA 模块可以实现两台电动机的变模块可以实现两台电动机的变 频调速 若外加一个频调速 若外加一个 FX2N 4DAFX2N 4DA 模块可以实现四台电动机的变频调速 所以在工业控制中该模块可以实现四台电动机的变频调速 所以在工业控制中该 方法要比第一种方法应用范围更广些 方法要比第一种方法应用范围更广些 用于实现多台电动机的变频调速时较第一种方法编程更为简单 该种方法实现多台电用于实现多台电动机的变频调速时较第一种方法编程更为简单 该种方法实现多台电 动机变频调速硬件连接如附录图动机变频调速硬件连接如附录图 4 4 所示 所示 不足之处 在大规模生产线中 控制电缆较长 尤其是不足之处 在大规模生产线中 控制电缆较长 尤其是 DADA 模块采用电压信号输出时 模块采用电压信号输出时 线路有较大的电压降 影响了系统的稳定性和可靠性 另外 从经济角度考虑 如控制线路有较大的电压降 影响了系统的稳定性和可靠性 另外 从经济角度考虑 如控制 8 8 台变频器 需要台变频器 需要 2 2 块块 FX2N 4DAFX2N 4DA 模块或模块或 4 4 块块 FX2N 2DAFX2N 2DA 模块 且该扩展模块价格较贵 所以模块 且该扩展模块价格较贵 所以 在需要控制多台电动机的调速的大规模生产中 该方法耗资较为昂贵 而且对于大规模自在需要控制多台电动机的调速的大规模生产中 该方法耗资较为昂贵 而且对于大规模自 动化生产线 一方面变频动化生产线 一方面变频器器的数目较多 另一方面电机分布的距离不一致 采用的数目较多 另一方面电机分布的距离不一致 采用 D AD A 扩展扩展 模块做同步运动控制容易受到模拟量信号的波动和因距离不一致而造成的模拟量信号衰减模块做同步运动控制容易受到模拟量信号的波动和因距离不一致而造成的模拟量信号衰减 不一致的影响 使整个系统的工作稳定性和可靠性降低 不一致的影响 使整个系统的工作稳定性和可靠性降低 针对本方法存在的很大的不足 下面就介绍一种该系统成本低 信号传输距离远 抗针对本方法存在的很大的不足 下面就介绍一种该系统成本低 信号传输距离远 抗 干扰性较强的调速方法 干扰性较强的调速方法 三 三 PLCPLC 通过通过 RS485RS485 通讯实现变频调速通讯实现变频调速 本方法是本方法是 PLCPLC 主机上装主机上装 RS 485BDRS 485BD 通讯适配器与变频器的通讯适配器与变频器的 485PU485PU 口相连接 具体连接方口相连接 具体连接方 式见附录图式见附录图 6 6 所示 通过所示 通过 PLCPLC 和变频器之间的和变频器之间的 RS485RS485 半双工串行通讯来实现电动机的变半双工串行通讯来实现电动机的变 频调速 频调速 PLCPLC 和变频器之间的和变频器之间的 RS 485RS 485 协议协议 PLCPLC 和变频器之间进行通讯 通讯规格必须在变频器的初始化中设定 如果没有进行和变频器之间进行通讯 通讯规格必须在变频器的初始化中设定 如果没有进行 设定或有一个错误的设定 数据将不能进行通讯 且每次参数设定后 需复位变频器 确设定或有一个错误的设定 数据将不能进行通讯 且每次参数设定后 需复位变频器 确 保参数的设定生效 设定好参数后按如下协议进行数据通讯保参数的设定生效 设定好参数后按如下协议进行数据通讯 该过程分该过程分 5 5 个阶段 个阶段 1 1 计算机发出通讯请求 计算机发出通讯请求 2 2 变频器处理等待 变频器处理等待 3 3 变频器作出应 变频器作出应 答 答 4 4 计算机处理等待 计算机处理等待 5 5 计算机作出应答 计算机作出应答 根据不同的通讯要求完成相应的过程 如写变频器启 停控制命令时则只需完成根据不同的通讯要求完成相应的过程 如写变频器启 停控制命令时则只需完成 1 31 3 三个过程 监视变频器运行频率时则需完成三个过程 监视变频器运行频率时则需完成 1 51 5 五个过程 不论是写数据还是读数据 均五个过程 不论是写数据还是读数据 均 有有 PLCPLC 发出请求 变频器只是被动接受请求并作出应答 每个阶段的数据格式均有差别 发出请求 变频器只是被动接受请求并作出应答 每个阶段的数据格式均有差别 现只列出较为常用的三种格式 现只列出较为常用的三种格式 要实现要实现 PLCPLC 对变频器的通讯控制 必须对对变频器的通讯控制 必须对 PLCPLC 进行编程进行编程 通过程序实现通过程序实现 PLCPLC 对变频器的对变频器的 各种运行控制和数据的采集 各种运行控制和数据的采集 PLCPLC 程序首先应完成程序首先应完成 FX2N 485BDFX2N 485BD 通讯适配器的初始化 控制通讯适配器的初始化 控制 命令字的组合 代码转换和变频器应答数据的处理工作 命令字的组合 代码转换和变频器应答数据的处理工作 PLCPLC 通过通过 RS 485RS 485 通讯控制变频器可以完成一台乃至多台变频器的启动 停止 频率设通讯控制变频器可以完成一台乃至多台变频器的启动 停止 频率设 定 硬件连接附录图定 硬件连接附录图 5 5 所示 由于每台变频器的通讯编程方法基本相似 唯一的不同之处所示 由于每台变频器的通讯编程方法基本相似 唯一的不同之处 就是变频器的站号设置不同 就是变频器的站号设置不同 现在就以现在就以 PLCPLC 通过通过 RS 485RS 485 通讯控制通讯控制 0 0 变频器运行程序为例 变频器运行程序为例 变频器参数设定 变频器参数设定 Pr 79 1Pr 79 1 操作模式 操作模式 Pr 1 50 Pr 1 50 上限频率上限频率 Pr 3 50 Pr 3 50 基底频率基底频率 Pr 19 380Pr 19 380 基底 基底 电压 电压 Pr 77 2Pr 77 2 参数写入禁止 表示即使运行时也可写入参数 参数写入禁止 表示即使运行时也可写入参数 Pr 117 0Pr 117 0 变频器站 变频器站 号 号 Pr 118 192 Pr 118 192 通讯速度通讯速度 Pr 119 0Pr 119 0 停止位一位 停止位一位 Pr 120 2Pr 120 2 偶校验 偶校验 Pr 121 9999 Pr 121 9999 通讯重试次数通讯重试次数 Pr 122 9999Pr 122 9999 通讯检查时间间隔 通讯检查时间间隔 Pr 123 9999Pr 123 9999 等待时 等待时 间设置 间设置 Pr 124 0Pr 124 0 无 无 CRCR 无 无 LFLF 以上程序运行时以上程序运行时 PLCPLC 通过通过 RS 485RS 485 通讯程序正转启动并且变频运行 其中通讯程序正转启动并且变频运行 其中 X0X0 为电动机为电动机 正转以额定速度 频率 运行控制按钮 正转以额定速度 频率 运行控制按钮 X1X1 为电动机变频调速控制按钮 实现电动机的频为电动机变频调速控制按钮 实现电动机的频 率调节 率调节 若要对若要对 1 1 站的电动机进行调速控制 只要将站的电动机进行调速控制 只要将 H30H30 和和 H31H31 分别传送给分别传送给 D11 D12D11 D12 并将变 并将变 频器参数频器参数 Pr 117Pr 117 设置为设置为 1 1 即可即可 依此类推 对于不同站号的电动机的变频调速编程方法基依此类推 对于不同站号的电动机的变频调速编程方法基 本相同 本相同 控制指令如下表所示 控制指令如下表所示 操作指令指令代码数据内容 正转HFAH02 反转HFAH04 停止HFAH00 频率写入HEDH0000 H2EE0 频率输出H6FH0000 H2EE0 注意所有指令代码和数据均以注意所有指令代码和数据均以 ASCIIASCII 码码 十六进制十六进制 发送和接收 十六进制数转换成发送和接收 十六进制数转换成 ASCIASCI 码时 码时 H0 H9H0 H9 转换成转换成 ASCIASCI 码时加码时加 H30H30 例 例 H3H3 转换成转换成 ASCIASCI 码即码即 H3 H30 H33H3 H30 H33 而 而 A FA F 转转 换成换成 ASCIASCI 码时加码时加 H31H31 例 例 HAHA 转换成转换成 ASCIASCI 码即码即 HA H31 H41 HA H31 H41 依次类推 依次类推 使用使用 RS 485RS 485 通讯控制 仅通过一条通讯电缆连接 就可以完成多台变频器的启动 停通讯控制 仅通过一条通讯电缆连接 就可以完成多台变频器的启动 停 止 频率设定止 频率设定 并且很容易实现多电机之间的同步运行 该系统优点 硬件简单 可控制并且很容易实现多电机之间的同步运行 该系统优点 硬件简单 可控制 3232 台变频器 可以实现无级变速 速度变换平滑 速度控制精确 适应能力好 该系统成台变频器 可以实现无级变速 速度变换平滑 速度控制精确 适应能力好 该系统成 本低 信号传输距离远 抗干扰性强 但是也存在一定的不足之处 比如编程工作量较大 本低 信号传输距离远 抗干扰性强 但是也