變頻器與PLC共同控制電機(jī)

1、變頻器與PLC共同控制電機(jī) 變頻器與PLC共同控制電機(jī) 【摘 要】由于現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的控制中對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和設(shè)備的控制的靈活性，要求越來越高，而變頻器和PLC在這兩個(gè)方面有著突出的優(yōu)點(diǎn)，本文就是論述如何用變頻器、PLC控制設(shè)計(jì)的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。 【關(guān)鍵詞】PLC；變頻器；電機(jī)；調(diào)速 一、 變頻器 通用變頻器的工作原理 1.通用變頻器的根本工作原理 在各種異步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中，目前效率最高、性能最好的系統(tǒng)是變壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。異步電動(dòng)機(jī)的變壓變頻控制系統(tǒng)一般簡(jiǎn)稱為變頻器。由于通用變頻器使用方便、可靠性高，所以它成為現(xiàn)代自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要組成元件之一。 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制特性 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，磁通

2、太弱，鐵芯沒有充分利用，是一種浪費(fèi)；假設(shè)磁通太強(qiáng)，會(huì)使鐵芯飽和，過大的勵(lì)磁電流會(huì)使繞組過熱，甚至燒壞電機(jī)。只要控制好Eg和f1，就可以到達(dá)控制m的目的。為此考慮基頻以下和基頻以上兩種情況。 基頻以下調(diào)速 保持m恒定，當(dāng)頻率f1由額定頻率f1n向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低Eg，使Eg/ f1=常數(shù)當(dāng)電動(dòng)勢(shì)較高時(shí)，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，認(rèn)為定子相電壓U1Eg，那么使U1/ f1=常數(shù)亦可保持m恒定。此稱為恒壓比控制方式。 基頻以上調(diào)速 在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率可以從f1N往上增高，但電壓U1卻不能增加的比額定電壓U1n更高，最多只能U1=U1n。也就是說，基頻以上調(diào)速時(shí)，電壓U1是恒定的。由式

3、可知，這將使磁通m與頻率f1成反比降低。把基頻以下和基頻以上兩種情況合起來，可得到異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制特性。如果電動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，那么電動(dòng)機(jī)都能在溫升允許條件下長(zhǎng)期運(yùn)行，這時(shí)轉(zhuǎn)矩根本上隨磁通變化，因此，在基頻以下屬“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速性質(zhì)，而在基頻以上，根本上屬“恒功率調(diào)速性質(zhì)。 以上分析說明，必須同時(shí)改變電源的電壓和頻率，才能滿足變頻調(diào)速的要求。 現(xiàn)有的交流供電電源都是恒壓頻的，要獲得頻率和電壓都可調(diào)節(jié)的電源，必須通過變頻裝置，這樣的裝置稱為變壓變頻裝置。 2.變頻器的根本結(jié)構(gòu) 變頻器的根本外形結(jié)構(gòu) 變頻器是把電壓，頻率固定的交流電變換成電壓，頻率分別可調(diào)的交流電的交換器。變頻調(diào)速

4、器與外界的聯(lián)系根本上分三局部： 變頻器根據(jù)功率的大小，從外形分為書本型結(jié)構(gòu)和裝柜型結(jié)構(gòu)兩大類。 變頻器的類別 從結(jié)構(gòu)上看，變頻器可分為交一交變頻器和交一直一交變頻器兩類。無論是交一直一交變頻還是交一交變壓頻，從變頻電源的性質(zhì)上看，又可分為電壓源型變頻器和電流源型變頻器兩大類。對(duì)于交一直一交變壓頻裝置，電壓源型變頻器和電流源型變頻器的主要區(qū)別在于中間直流環(huán)節(jié)采用什么樣的濾波器。 變頻器的額定值和頻率指標(biāo) 輸入側(cè)的額定值 輸入側(cè)的額定值主要是電壓和相數(shù)。 輸出側(cè)的額定值 出電壓UN由于變頻器在變頻的同時(shí)也要變壓，所以輸出電壓的額定值是指輸出電壓中的最大值。 頻率指標(biāo) a.頻率范圍，既變頻器能夠輸出

5、的最高頻率fmax和最低頻率fmin。各種變頻器規(guī)定的頻率范圍不盡一致。 b.頻率精度，指變頻器輸出頻率的準(zhǔn)確程度，在變頻器使用說明書中規(guī)定的條件下，由變頻器的實(shí)際輸出頻率與設(shè)定頻率之間的最大誤差與最高工作頻率之比的百分?jǐn)?shù)來表示。 c.頻率分辨率，指輸出頻率的最小改變量，即每相鄰兩擋頻率之間的最小差值。一般分模擬設(shè)定分辨率和數(shù)字設(shè)定分辨率兩種。 變頻器的主電路 主電路由三局部組成 整流電路 中間直流電路 逆變器 二、 可編程序控制器 本章所論述的是可編程序控制器的根本構(gòu)成、工作原理、指令系統(tǒng)、編程方法、編程器的使用、采用可編程控制器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)及實(shí)際應(yīng)用等。 可編程序控制器的根本

6、結(jié)構(gòu)與工作原理 1.PLC的根本結(jié)構(gòu) 傳統(tǒng)的繼電接觸控制系統(tǒng)通常由輸入設(shè)備、控制線路和輸出設(shè)備三大局部組成。顯然這是一種由許多“硬的元器件連接起來組成的控制系統(tǒng)。PLC及其控制系統(tǒng)是從繼電接觸系統(tǒng)和計(jì)算器控制系統(tǒng)開展而來的，因此PLC與這兩種控制系統(tǒng)有許多相同或相似之處，PLC的輸入輸出部份與繼電接觸控制系統(tǒng)的大致相同，PLC的控制局部用微處理器和存儲(chǔ)器取代了繼電器控制線路，其控制作用是通過用戶軟件來實(shí)現(xiàn)的。 2.PLC的工作原理 PLC的等效電路 PLC的等效電路它主要由輸入局部、輸出局部和內(nèi)部控制電路組成。 輸入局部的作用是收集被控設(shè)備的信息或操作指令。輸入接線方式分為兩種：一種是分隔式輸

7、入接線方式，既每一個(gè)輸入回路只有兩個(gè)接線端口，其中一個(gè)為輸入端公共端口COM，各個(gè)輸入點(diǎn)之間是相互隔離的；另一種是匯點(diǎn)接線方式，即所有輸入端只有一個(gè)公共點(diǎn)，也可以是幾個(gè)輸入端共用一個(gè)輸入公共點(diǎn)。 輸出局部的作用是驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載；輸出也有兩種接線方式：一是分隔式，即每個(gè)輸出回路彼此獨(dú)立，用戶提供工作電源，顯然分隔式接線方式輸出回路之間相互關(guān)聯(lián)與影響很??；二是匯點(diǎn)式，即所有輸出端點(diǎn)或幾個(gè)端點(diǎn)共用一個(gè)用戶提供的交流或直流電源。外部負(fù)載驅(qū)動(dòng)電源的一端接到輸出公共端子上。 內(nèi)部控制電路的作用是對(duì)從輸入局部得到的信息進(jìn)行運(yùn)算、處理，并判斷哪些功能應(yīng)輸出。圖中T450為定時(shí)器，M100為輔助繼電器，PLC內(nèi)部

8、還有計(jì)數(shù)器C等。PLC內(nèi)部有許多“軟繼電器或繼電器“軟觸點(diǎn)和“軟接線，這些都是用編程軟件來實(shí)現(xiàn)的。 PLC的工作過程 PLC的工作過程一般可分為三個(gè)主要階段：輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段 PLC采用循環(huán)掃描工作方式。PLC工作的主要特點(diǎn)是輸入信號(hào)集中批處理，執(zhí)行過程集中批處理和輸出控制也集中批處理。PLC的這種“串行工作方式，可以防止繼電接觸控制中觸點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)和時(shí)序失配的問題。這是PLC可靠性高的原因之一，但是又導(dǎo)致輸出對(duì)輸入在時(shí)間上的滯后，這是PLC的缺點(diǎn)之一。 3.PLC的常用編程語(yǔ)言 PLC是以程序的形式進(jìn)行工作的，所以必須把控制要求變換成PLC能接受并執(zhí)行的程序，編制程序應(yīng)用編

9、程語(yǔ)言。PLC常用的編程語(yǔ)言有以下幾種：梯形圖語(yǔ)言、助記符語(yǔ)言、邏輯功能圖語(yǔ)言和某些高級(jí)語(yǔ)言，但目前使用最多最普遍的是梯形圖語(yǔ)言及助記符語(yǔ)言。 梯形圖是一種圖形語(yǔ)言，它沿用著繼電器的觸點(diǎn)、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和圖形符號(hào)，增加了一些繼電接觸控制中沒有的符號(hào)，因此梯形圖與繼電接觸控制圖的形式及符號(hào)有許多相同或相仿的地方。梯形圖按自上而下，從左到右的順序排列，最左邊的豎線稱為起始母線也叫左母線，然后按一定的控制要求和規(guī)那么連接各個(gè)觸點(diǎn)，最后以繼電器線圈結(jié)束，稱為一邏輯行或叫一“梯級(jí)，一般在最右邊還加上一豎線，這一豎線稱為右母線。通常一個(gè)梯形圖中有假設(shè)干邏輯行，形似梯子，梯形圖由此而得名。梯形圖比擬形象

10、直觀，容易掌握，用得很多，堪稱用戶第一編程語(yǔ)言。 4.編程器的結(jié)構(gòu)類型與功能用途 功能用途 編程器是PLC的重要外圍設(shè)備，也可看作是PLC的一個(gè)智能模塊，是每種必備的部件。它的主要功能用途在于：編輯與輸入用戶程序，調(diào)試與修改用戶程序，監(jiān)控程序的運(yùn)行等。F1系列PC屬于小型低檔機(jī)，為整體式結(jié)構(gòu)，包括根本單元、擴(kuò)展單元、特殊單元三種。每個(gè)PC控制系統(tǒng)必須有一臺(tái)主機(jī)，假設(shè)要增加輸入輸出點(diǎn)數(shù)，應(yīng)連接擴(kuò)展單元。假設(shè)要增加控制單元功能，那么可連接特殊單元，如高速計(jì)數(shù)單元、模擬單元。 F1系列PC的芯片為8039單片機(jī)芯片，執(zhí)行速度平均為12微秒/步。程序容量為1000步。輸出方式為：晶體管輸出、晶閘管輸出

11、、繼電器輸出，共三種。 F1系列PC除了可用F1-20PE簡(jiǎn)易編程器外，還可用GP-20P-E和GP-80F2A-E圖形編程器和IBM機(jī)及其兼容機(jī)進(jìn)行編程，并可以外接錄音機(jī)、打印機(jī)和磁盤驅(qū)動(dòng)器。 編程器可分為三類 手持式編程器又稱簡(jiǎn)易編程器。 帶有顯示屏的編程器，又稱圖形編程器. 用通用計(jì)算機(jī)作為編程器。 5.編程器的編程工作方式 不同類型的PLC都配有相應(yīng)的編程器，下面以F、F1、F2系列PLC中使用的簡(jiǎn)易編程器F1-20P為例，表達(dá)其編程和監(jiān)控工作方式。 PLC根本單元有運(yùn)行和停止兩種模式。編程時(shí)根本單元置于停止模式；而系統(tǒng)處于工作運(yùn)行或?qū)Τ绦驁?zhí)行情況監(jiān)視時(shí)，根本單元應(yīng)置于運(yùn)行模式。有的P

12、LC，不把其公共端子COM和運(yùn)行端子RUN連接起來，就是停止模式，即相當(dāng)于把根本單元置于STOP位置。編程時(shí)，必須使主機(jī)處于停止模式，同時(shí)把編程器置于“PROGRAM編程位置。在進(jìn)入編程工作方式下，可進(jìn)行以下操作。 去除用戶程序存儲(chǔ)器內(nèi)容 其操作為：依順序按鍵，CLEARSTEP步序號(hào)OSTEP最終步序地址 DEL。 最終步序地址，不同PLC有些不同，比方F-20M為477，F(xiàn)-40M為889，F(xiàn)1系列PLC為999，按上述操作后，STEP顯示為000。再按CLEAR INSTR鍵，那么INSTR顯示為NOP，DATA顯示為000。說明已去除用戶程序存儲(chǔ)器內(nèi)容。假設(shè)按錯(cuò)最終步序號(hào)，那么不能清零

13、。 寫入程序 操作為：依順序按鍵，CLEARSTEP第一個(gè)步序號(hào)INSTR指令鍵 器件號(hào)或常數(shù)值 WRITE。如果從000步序開始寫入程序，那么可省去 第2和第3步、按寫入鍵WRITE，步序自動(dòng)加1，不需再按加步鍵STEP。每鍵完一條指令程序，必須按寫入鍵 WRITE，就像按普通微機(jī)回車鍵一樣，才能把程序輸入存儲(chǔ)器。接著用相同的步驟方法依次寫入各條指令程序。 從上面寫入程序步驟和顯示可見，每次按寫入鍵WRITE，STEP顯示步序號(hào)自動(dòng)加1后，指令顯示INSTR為NOP，數(shù)據(jù)顯示DATA為000，這表示上一條指令程序已寫入可寫入下一條指令程序。 讀出程序 讀出程序可從000步開始，也可從任意步開

14、始。其操作為：CLEAR STEP 步序號(hào) INSTP STEP或 STEP。 如果從000步開始，那么可省略第2和第3步。按STEP鍵，步序號(hào)加1，顯示下一條指令程序。按STEP鍵，步序號(hào)減1，讀出上一條指令程序，如果連續(xù)屢次按STEP或STEP鍵，步序號(hào)超出用戶步序號(hào)范圍時(shí)，那么INSTR顯示為NOP，DATA顯示為000，假設(shè)屢次按STEP鍵，使步序號(hào)顯示為0，再按鍵時(shí)，那么STEP顯示PLC的最大地址數(shù)，例如F1-30MR顯示為999。 搜索程序 在未給出步序號(hào)時(shí)要找出某一條給定的指令，指令可按下面步驟進(jìn)行操作：CLEAR 指令符號(hào)器件號(hào)碼 SEARCH，即可顯示要尋找的指令步號(hào)再按S

15、EARCH 鍵，那么可顯示要尋找指令的第二個(gè)步序號(hào)，如有必要可一直操作至STEP 顯示PLC 最大地址數(shù)。顯示出尋找的指令步序號(hào)后，再按INSTR 鍵，那么可顯示尋找的指令程序。 上面這個(gè)操作過程不能直接用于尋找常數(shù)。需要尋找常數(shù)，假設(shè)已按上述操作過程，尋找出被被尋找指令步序號(hào)與尋找常數(shù)步序號(hào)相距很近?？捎肧TEP或STEP鍵很快找到。 刪除和插入程序 如果要在程序中刪除某條指令程序，那么應(yīng)按上面的方法找到所要求刪除的指令程序，然后按下鍵，該指令程序即被刪去，而該指令之后的步序號(hào)均自動(dòng)減1。假設(shè)要在程序中插入一條指令程序，那么先按上述方法找到與所要插入指令的相應(yīng)的下一條指令程序，然后鍵入要插入

16、的指令符號(hào)和器件號(hào)，接著按INS鍵，該條指令程序即被插入了。而該條指令程序后的步序號(hào)均自動(dòng)加1。 修改程序 需修改某條程序，用上面介紹的方法找出要修改的指令程序，再寫入新的指令程序，接著按下寫入鍵WRITE，那么舊程序被新程序所代替。 檢驗(yàn)程序 檢驗(yàn)語(yǔ)法 要檢驗(yàn)寫完的程序中有沒有語(yǔ)法錯(cuò)誤，操作如下：。用1代表語(yǔ)法檢驗(yàn)，語(yǔ)法錯(cuò)誤代碼為： 1-1 表示使用器件號(hào)不正確，或指令符號(hào)與器件號(hào)不匹配 1-2表示編程時(shí)漏掉定時(shí)器或計(jì)數(shù)器的設(shè)定值。 1-3表示設(shè)定值不正確，即超出規(guī)定的設(shè)定值范圍。 當(dāng)程序中存在有語(yǔ)法上的錯(cuò)誤時(shí)，按WRITE鍵后那么在DATA區(qū)顯示出錯(cuò)誤代碼，或閃動(dòng)顯示。語(yǔ)法沒有錯(cuò)誤時(shí)，那么

17、DATA無顯示。實(shí)際上，假設(shè)數(shù)據(jù)超出規(guī)定范圍，或不符合語(yǔ)法，那么在編程時(shí)要么寫不入，要么顯示閃動(dòng)，在監(jiān)控時(shí)，主機(jī)PROG-E指示燈閃動(dòng)。 檢驗(yàn)線路 其操作為CLEAR STEP 2 WRITESTEPINSTR。用2代表線路檢驗(yàn)，線路錯(cuò)誤代碼為： 2-1 為L(zhǎng)D或LDI在一邏輯行中使用達(dá)8次或超過8次。 2-2 為L(zhǎng)D/LDI和ANB/ORB使用不正確。MC 、MCR、 EJP 或END沒有連到母線上。線圈接左母線?；蛞贿壿嬓杏叶藳]有接線圈。 2-3 為步序梯形圖指令不符合規(guī)定。 校驗(yàn)求和 求和校驗(yàn)操作為：CLEAR STEP 3 WRITE。用校驗(yàn)求和。 檢查雙線圈 所謂雙線圈是指：在程序中同一個(gè)器件的線圈兩次或兩次以上使用OUT指令。使用雙線圈應(yīng)特別注意，不然較易出錯(cuò)。檢查雙線圈操作為：CLEAR STEP 4 WRITE。 三、 結(jié)束語(yǔ) 變頻器和PLC的使用已經(jīng)在各行業(yè)得到普及，由于其各有優(yōu)點(diǎn)，所以已取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，在工業(yè)控制中如果把變頻器和PLC組成開環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)，同時(shí)變頻器和PLC本身就具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，可以和計(jì)算機(jī)等設(shè)備進(jìn)行通信等、如果能有機(jī)的將變頻器和PLC的功能結(jié)合起來、將進(jìn)一步提高設(shè)備的自動(dòng)化水平，滿足不同行業(yè)的需求，其應(yīng)用前景是十分廣泛的，具有很高的性價(jià)比。 參考文獻(xiàn)： 【1】 曾毅等編.調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與維護(hù)