基于PLC的交流變頻調速系統設計方案

引言

可編程邏輯控制器(PLC)以其編程簡(jiǎn)單方便、控制穩定可靠、功能強大等優(yōu)點(diǎn)通常作為控制器廣泛應用于現代工業(yè)控制領(lǐng)域。觸摸屏作為人機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外部按鈕開(kāi)關(guān)的連線(xiàn)復雜程度，同時(shí)也提高了運行維護的方便性。隨著(zhù)工業(yè)現場(chǎng)對控制設備小型化、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速系統的應用前景將非常廣闊。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)現兩臺三相異步電機的交流變頻調速實(shí)驗系統設計。實(shí)際運行結果表明，該系統運行穩定可靠，控制性能良好。

1 控制系統要求

本套系統要求能夠實(shí)現兩臺三相異步電動(dòng)機的如下?tīng)顟B(tài)的控制：正轉;反轉;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)現上述功能，兩種開(kāi)關(guān)量輸入方式互為冗余備用，以提高控制系統的可靠性。另外，對于各種開(kāi)關(guān)量狀態(tài)及硬件不正常狀態(tài)需要指示燈顯示。

2 控制系統硬件設計

交流變頻調速系統的硬件結構如圖1所示。

控制系統硬件結構主要包括：可編程控制模塊、控制指令輸入模塊、D/A轉換模塊、變頻器調節模塊。

2.1 模塊功能

2.1.1 可編程控制模塊

該模塊是整個(gè)控制系統控制的核心處理器，是觸摸屏指令和按鈕開(kāi)關(guān)指令的執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)現相應的輸出操作。這里指令輸入可由觸摸屏按鍵實(shí)現，也可以由外部開(kāi)關(guān)按鈕實(shí)現，兩種指令輸入方式互為備用。為避免由按鈕開(kāi)關(guān)指令實(shí)現眾多指令會(huì )導致接線(xiàn)復雜情況出現，可以對重要的開(kāi)關(guān)量實(shí)現冗余備用，非重要開(kāi)關(guān)量?jì)H由觸摸屏按鍵實(shí)現。

2.1.3 D/A模塊

D/A是將PLC輸出的數字量轉換成模擬電壓量以實(shí)現變頻調速的目的。此系統采用的FX2N-2DA模塊，該模塊有兩路模擬量輸出以實(shí)現對兩臺變頻器的控制。

2.1.4 變頻器調節模塊

變頻器可根據PLC加載在其輸入控制端子的指令執行相應的調節，能夠執行三相異步電動(dòng)機的各種工作狀態(tài)。

2.2 模塊通信

PC機通過(guò)專(zhuān)用電纜與PLC模塊和觸摸屏模塊進(jìn)行通信連接，編制調試程序完畢可以直接下載到觸摸屏和PLC各自程序存儲器。PLC模塊與觸摸屏之間由專(zhuān)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行相應的操作。另外，外部按鈕指令直接加載在PLC輸入端以實(shí)現相應的指令操作。PLC與D/A模塊由擴展電纜連接，將PLC輸出數字量轉換成對應的兩路電壓信號加載到變頻器輸入端子以實(shí)現調速控制。

3 控制系統軟件設計

3.1 PLC程序設計

3.1.1 輸入、輸出地址分配

根據控制系統要求，確定開(kāi)關(guān)量輸入、輸出數量并對PLC分別地址分配。

X00～X04、X10～X14分別分配給電動(dòng)機1、2的開(kāi)關(guān)量輸入端子(包括正轉、反轉、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1、2的開(kāi)關(guān)量輸出指示(包括正轉、反轉、點(diǎn)動(dòng)、停止)和觸摸屏故障指示。

Y20～Y22、Y30～Y32分別連接兩臺變頻器的E1、E2和28控制端子。其中，E1端子功能為高電平時(shí)激活固定給定轉速;E2端子控制旋轉方向;28端子控制電機啟動(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(xiě)入地址(包括正轉、反轉、點(diǎn)動(dòng)、加速、減速、停止)。

此外，寄存器D1、D2分別為存儲兩臺電機的D/A待轉換數值，寄存器M8000監視PLC運行狀態(tài)。