基于歐姆龍PLC 的臺(tái)達(dá)變頻器控制

0 引言

　　變頻調(diào)速技術(shù)近年來(lái)發(fā)展很快，應(yīng)用于各行業(yè)在節(jié)約電能的同時(shí)可以減少排放、降低能耗，因此理解并掌握變頻器的控制，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。變頻器的控制可以采用PLC、單片機(jī)等作為控制核心，由于PLC 具備可靠性高、編程簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等突出優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多的工業(yè)控制場(chǎng)合選用PLC和變頻器用于電機(jī)的調(diào)速控制。

　　基于PLC的變頻器的控制包括模擬方式控制和串口通信方式控制，其中，串口通信包括有協(xié)議通信和無(wú)協(xié)議通信，有協(xié)議通信如文獻(xiàn)[1]所述，幾乎不用編程，正確連接后就能實(shí)現(xiàn)串口通信。本文著重介紹了基于歐姆龍CP1H 系列PLC 的臺(tái)達(dá)VFD 系列變頻器的模擬方式控制和無(wú)協(xié)議通信方式控制。

1 VFD系列變頻器與CP1H系列PLC簡(jiǎn)介

　　VFD系列變頻器是臺(tái)達(dá)電子集團(tuán)驅(qū)動(dòng)類自動(dòng)化產(chǎn)品之一，具有節(jié)能效果好、供電范圍寬、控制精度高等特點(diǎn)，可任意設(shè)定V/f 曲線，廣泛應(yīng)用于恒壓供水、空調(diào)、風(fēng)機(jī)、鍋爐、水處理、城市建設(shè)等自動(dòng)化控制領(lǐng)域。

　　CP1H 系列PLC 是歐姆龍公司推出的一款小型PLC，性能與西門(mén)子S7-200 相當(dāng)，包括CP1HX標(biāo)準(zhǔn)型、CP1H-XA模擬量?jī)?nèi)置型和CP1H-Y 高速定位型三種型號(hào)，適用于紡織、印刷、包裝、橡塑及醫(yī)療等行業(yè)的機(jī)械設(shè)備控制。該機(jī)型外形小巧、速度極快、功能強(qiáng)大，具備1 個(gè)USB 口、2 個(gè)RS232C或RS485 可選的串行通信口，可實(shí)現(xiàn)上位鏈接、無(wú)協(xié)議通信、NT 鏈接、串行網(wǎng)關(guān)功能、串行PLC鏈接等功能。

2 模擬量控制方式

　　2.1 模擬量控制方式的變頻調(diào)速系統(tǒng)組成

　　系統(tǒng)組成框圖如圖1所示，包括PLC、變頻器、電機(jī)以及測(cè)速反饋裝置四個(gè)組成部分，PLC 和變頻器之間以模擬控制方式（電壓）連接，該電壓由變頻器內(nèi)部的V/f 變換單元將電壓的變化量轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率的變化量，電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)以兩個(gè)輸出點(diǎn)來(lái)進(jìn)行控制，電機(jī)的轉(zhuǎn)速由測(cè)速裝置轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)反饋至PLC，再通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。

　　2.2 CP1H-XA40DT-D的設(shè)置與調(diào)試

　　歐姆龍PLC CP1H-XA40DT-D 內(nèi)置4 點(diǎn)電壓/電流輸入、2 點(diǎn)電壓/電流輸出，分辨率可設(shè)為1/6000 和1/12 000，輸入、輸出分別可選擇：0~5 V、1~5 V、0~10 V、-10~10 V、0~20 mA 和1~20 mA等6 種方式，內(nèi)存CIO200~203為輸入模擬量對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，CIO210~211對(duì)應(yīng)D/A 輸出的數(shù)字量結(jié)果。

　　PLC 的模擬量調(diào)試主要涉及系統(tǒng)DIP 開(kāi)關(guān)狀態(tài)設(shè)置、輸入和輸出模擬量形式以及范圍選擇、模擬量采集結(jié)果的處理等環(huán)節(jié)，調(diào)試時(shí)可先調(diào)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，然后根據(jù)測(cè)速裝置反饋電壓和轉(zhuǎn)速的關(guān)系，通過(guò)軟件判斷調(diào)節(jié)模擬量單元的輸出信號(hào)大小，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。

　　2.3 VFD變頻器的設(shè)置與調(diào)試

　　變頻器的調(diào)試相對(duì)簡(jiǎn)單，須注意的是：將參數(shù)Pr.-00 設(shè)置為“d0001”，Pr.-01 設(shè)置為“d0001”或“d0002”，線路連接如圖1 所示，PLC 的正反相控制端輸出分別和REV 與FWD 相連，PLC 的COM端和變頻器的DCM端相連。模擬控制方式的連線可參照文獻(xiàn)[3]的注意事項(xiàng)，錯(cuò)誤的連接可能會(huì)損壞PLC的輸出端口。

3 無(wú)協(xié)議通信控制方式

　　眾多的變頻器品牌，由于技術(shù)和市場(chǎng)的原因，通信協(xié)議五花八門(mén)，兼容性很差，針對(duì)這種現(xiàn)狀，無(wú)協(xié)議通信得到了很好的應(yīng)用。所謂無(wú)協(xié)議通信，即是自由協(xié)議方式，協(xié)議的格式由用戶自己定義，用戶根據(jù)具體變頻器的協(xié)議格式組織數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與變頻器的通信。

　　參照文獻(xiàn)[2] 提出的方案，我們?cè)O(shè)計(jì)了基于RS485 的無(wú)協(xié)議通信控制方式，系統(tǒng)框圖如圖2所示，PLC 的串口連接端子也可以使用“RDB+”和“RDA-”兩個(gè)端口，變頻器輸出三相相位差120毅的交流電壓至三相異步電機(jī)定子繞組。

　　3.1 RS485通信模式

　　歐姆龍CP1H 系列PLC 設(shè)有RS485 的串行通信口，可采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，結(jié)合其抗共模干擾能力強(qiáng)，抗噪聲干擾性能優(yōu)越的特性，可以實(shí)現(xiàn)有協(xié)議通信和無(wú)協(xié)議通信。

　　臺(tái)達(dá)VFD-A 交流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)建RS485 串聯(lián)通信界面，串聯(lián)通信連接端口標(biāo)注SG+、SG-，其中，“SG+”表示信號(hào)正相端，“SG-”表示信號(hào)負(fù)相端。使用RS485 串聯(lián)通信接口時(shí)，每臺(tái)VFD-A 必須預(yù)先在Pr.78 指定其通信地址，PLC 便根據(jù)預(yù)定地址實(shí)施控制。當(dāng)將參數(shù)“A”設(shè)為“02H”時(shí)，PLC可同時(shí)對(duì)多個(gè)變頻器實(shí)施控制。

　　3.2 臺(tái)達(dá)VFD-A變頻器參數(shù)設(shè)置與通信格式

　　3.2.1 參數(shù)的設(shè)定

　　相關(guān)的參數(shù)涉及Pr.-00、Pr.-01、Pr.-78，其中，Pr.-00 指定主頻率輸入來(lái)源，Pr.-01 設(shè)定運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)來(lái)源，Pr.-78 選取了串口通信的波特率，對(duì)應(yīng)的設(shè)定值分別為：d002、d003、d002，即主頻率與運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)由RS485 串聯(lián)通信接口控制，且令面板STOP鍵有效，波特率設(shè)定為4 800 bit/s。