基于PLC的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

引言

可編程邏輯控制器(PLC)以其編程簡(jiǎn)單方便、控制穩(wěn)定可靠、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)通常作為控制器廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域。觸摸屏作為人機(jī)交互界面在一定程度上減少PLC的外部I/O點(diǎn)的使用以及減輕系統(tǒng)外部按鈕開關(guān)的連線復(fù)雜程度，同時(shí)也提高了運(yùn)行維護(hù)的方便性。隨著工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)控制設(shè)備小型化、易操作化、智能化的要求的不斷提高，基于PLC和觸摸屏的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用前景將非常廣闊。本文采用三菱PLC(Fx2N-64MR)、海泰克觸摸屏(PWS6AOOT)、倫茨變頻器和外部按鈕實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)三相異步電機(jī)的交流變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，控制性能良好。

1 控制系統(tǒng)要求

本套系統(tǒng)要求能夠?qū)崿F(xiàn)兩臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)的如下狀態(tài)的控制：正轉(zhuǎn);反轉(zhuǎn);停止;點(diǎn)動(dòng);加速;減速。要求可以由觸摸屏或外部按鈕實(shí)現(xiàn)上述功能，兩種開關(guān)量輸入方式互為冗余備用，以提高控制系統(tǒng)的可靠性。另外，對(duì)于各種開關(guān)量狀態(tài)及硬件不正常狀態(tài)需要指示燈顯示。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要包括：可編程控制模塊、控制指令輸入模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、變頻器調(diào)節(jié)模塊。

2.1 模塊功能

2.1.1 可編程控制模塊

該模塊是整個(gè)控制系統(tǒng)控制的核心處理器，是觸摸屏指令和按鈕開關(guān)指令的執(zhí)行中樞和變頻器指令觸發(fā)元件。

2.1.2 控制指令輸入模塊

該模塊就是給PLC加載控制指令以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的輸出操作。這里指令輸入可由觸摸屏按鍵實(shí)現(xiàn)，也可以由外部開關(guān)按鈕實(shí)現(xiàn)，兩種指令輸入方式互為備用。為避免由按鈕開關(guān)指令實(shí)現(xiàn)眾多指令會(huì)導(dǎo)致接線復(fù)雜情況出現(xiàn)，可以對(duì)重要的開關(guān)量實(shí)現(xiàn)冗余備用，非重要開關(guān)量?jī)H由觸摸屏按鍵實(shí)現(xiàn)。

2.1.3 D/A模塊

D/A是將PLC輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓量以實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的目的。此系統(tǒng)采用的FX2N-2DA模塊，該模塊有兩路模擬量輸出以實(shí)現(xiàn)對(duì)兩臺(tái)變頻器的控制。

2.1.4 變頻器調(diào)節(jié)模塊

變頻器可根據(jù)PLC加載在其輸入控制端子的指令執(zhí)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，能夠執(zhí)行三相異步電動(dòng)機(jī)的各種工作狀態(tài)。

2.2 模塊通信

PC機(jī)通過專用電纜與PLC模塊和觸摸屏模塊進(jìn)行通信連接，編制調(diào)試程序完畢可以直接下載到觸摸屏和PLC各自程序存儲(chǔ)器。PLC模塊與觸摸屏之間由專用電纜連接，觸摸屏按鍵指令可以由通信電纜加載到控制程序以執(zhí)行相應(yīng)的操作。另外，外部按鈕指令直接加載在PLC輸入端以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的指令操作。PLC與D/A模塊由擴(kuò)展電纜連接，將PLC輸出數(shù)字量轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的兩路電壓信號(hào)加載到變頻器輸入端子以實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 PLC程序設(shè)計(jì)

3.1.1 輸入、輸出地址分配

根據(jù)控制系統(tǒng)要求，確定開關(guān)量輸入、輸出數(shù)量并對(duì)PLC分別地址分配。

X00～X04、X10～X14分別分配給電動(dòng)機(jī)1、2的開關(guān)量輸入端子(包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)、停止)和變頻器故障輸入端子。

Y00～Y04、Y10～Y14分別分配給電動(dòng)機(jī)1、2的開關(guān)量輸出指示(包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)、停止)和觸摸屏故障指示。

Y20～Y22、Y30～Y32分別連接兩臺(tái)變頻器的E1、E2和28控制端子。其中，E1端子功能為高電平時(shí)激活固定給定轉(zhuǎn)速;E2端子控制旋轉(zhuǎn)方向;28端子控制電機(jī)啟動(dòng)和停止。

M00～M05、M10～X15分別分配給觸摸屏的1、2按鍵指令的PLC寫入地址(包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)、加速、減速、停止)。

此外，寄存器D1、D2分別為存儲(chǔ)兩臺(tái)電機(jī)的D/A待轉(zhuǎn)換數(shù)值，寄存器M8000監(jiān)視PLC運(yùn)行狀態(tài)。