變頻器02調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍很廣，如軋鋼機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、造紙機(jī)等，不同的控制對象有其具體的控制要求；對于動(dòng)態(tài)、靜態(tài)指標(biāo)要求比較高的控制系統(tǒng)，在變頻調(diào)速設(shè)計(jì)時(shí)要求經(jīng)常利用速度反饋、電流反饋、電壓反饋、張力反饋、位置反饋等，通過利用反饋組成一個(gè)控制策略優(yōu)良的自調(diào)系統(tǒng)來改善系統(tǒng)的性能。對于動(dòng)態(tài)、靜態(tài)指標(biāo)要求不高的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)，在變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中也有電流反饋、位置反饋等。但是這些反饋一般都是開關(guān)量的，因此這些開關(guān)量通常用于變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的保護(hù)。 在變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中，如果外環(huán)是轉(zhuǎn)速環(huán)，目前已經(jīng)具有較為成熟的控制方案。例如變頻器采用矢量控制，其轉(zhuǎn)速環(huán)的結(jié)構(gòu)和直流調(diào)速系

2、統(tǒng)是一樣的，可以建立與直流調(diào)速系統(tǒng)一樣的數(shù)學(xué)模型，而且控制系統(tǒng)并不復(fù)雜，采用PID控制就能夠取得較滿意的效果。但是如果外環(huán)不是轉(zhuǎn)速環(huán)，例如外環(huán)是位置環(huán)或張力環(huán)等，尤其是變頻器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，控制對象具有多變量、變參數(shù)、非線性、強(qiáng)耦合等特點(diǎn)，使得線性PID調(diào)節(jié)器常常不能勝任， 不能使系統(tǒng)在各種工況下都保持設(shè)計(jì)時(shí)的性能指標(biāo)，也就是說系統(tǒng)的穩(wěn)定魯棒性（系統(tǒng)在某種擾動(dòng)下保持穩(wěn)定的能力）和品質(zhì)魯棒性（系統(tǒng)保持某一品質(zhì)指標(biāo)的能力）不是很理想。為了解決常規(guī)PID調(diào)節(jié)器的不足，人們開始把智能控制引入到變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中。智能控制可以不需要精確的數(shù)學(xué)模型，仿照人的智能，根據(jù)系統(tǒng)誤差及其變化率來決定控制器的輸出，并自動(dòng)

3、調(diào)整控制器。在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中引入智能控制方法，可以克服電氣傳動(dòng)對象的多變量、變參數(shù)、非線性等不利因素，以提高系統(tǒng)的魯棒性。 影響變頻調(diào)速控制系統(tǒng)性能的因素 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)性能是否優(yōu)良，一般與下述因素有關(guān)： （1）同樣是一個(gè)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，所選擇的通用變頻器型號不同，變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的性能優(yōu)良程度也不一定相同。即使選擇相同的變頻器型號，變頻器的參數(shù)設(shè)置不同，其性能優(yōu)良程度也不會相同。 （2）同樣是一個(gè)閉環(huán)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，所放置的反饋元件位置不同，系統(tǒng)的性能優(yōu)良程度相差十分明顯。即使反饋元件的放置位置相同，反饋元件的型號、質(zhì)量不同，由抑制定理可知，其性能優(yōu)良程度也不會相同。所以，反饋信號的真實(shí)程

4、度及質(zhì)量決定著一個(gè)閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)的成敗。 （3）調(diào)節(jié)器的控制算法、參數(shù)設(shè)置不同，變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的性能優(yōu)良程度相差比較大。如果調(diào)節(jié)器的控制算法選擇不合適、參數(shù)設(shè)置不恰當(dāng)，閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)有時(shí)還不如一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)的性能好。因此，設(shè)計(jì)選擇一套控制算法合理、簡單、可靠、調(diào)試方便和控制精度高的調(diào)節(jié)器是用戶必須特別注意的問題。（4）兩個(gè)完全一樣的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，如果安裝環(huán)境不同，可能效果會完全不同。特別是輸出電纜布置不合理，不但影響變頻調(diào)速控制系統(tǒng)性能，還會損壞開關(guān)管和驅(qū)動(dòng)電路。 除變頻器優(yōu)良程度影響系統(tǒng)的性能外，電動(dòng)機(jī)固有特性的硬度、安裝質(zhì)量也嚴(yán)重影響變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)的性能。 異步電動(dòng)機(jī)的選擇

5、方法 電動(dòng)機(jī)的選擇包括電動(dòng)機(jī)類型、型式、額定轉(zhuǎn)速和額定功率的選擇，其中主要的是電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇。通常，選擇電動(dòng)機(jī)的步驟如圖所示1電動(dòng)機(jī)類型的選擇 電動(dòng)機(jī)類型選擇的基本原則是：在滿足工作機(jī)械對于拖動(dòng)系統(tǒng)要求的前提下，所選電動(dòng)機(jī)應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉。因此，在選用電動(dòng)機(jī)種類時(shí)，若工作機(jī)械對拖動(dòng)系統(tǒng)無過高要求，應(yīng)優(yōu)先考慮選用交流電動(dòng)機(jī)。 2電壓等級及轉(zhuǎn)速的選擇 交流電動(dòng)機(jī)電壓等級的選擇應(yīng)考慮運(yùn)行場所供電電網(wǎng)的電壓等級。中等功率以下的交流電動(dòng)機(jī)額定電壓一般為380V，大功率交流電動(dòng)機(jī)的額定電壓多為3kV或6kV。 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇是否恰當(dāng)，關(guān)系到電動(dòng)機(jī)的價(jià)格和運(yùn)行效率，

6、甚至關(guān)系到生產(chǎn)機(jī)械的生產(chǎn)率。對于經(jīng)常工作于起動(dòng)、制動(dòng)狀態(tài)下的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)考慮額定轉(zhuǎn)速對起動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間和起動(dòng)、制動(dòng)過程中能量損耗的影響?？梢宰C明，從縮短起動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間和減小起動(dòng)、制動(dòng)過程中能量損耗的角度考慮，應(yīng)選用GD2與額定轉(zhuǎn)速nN乘積最小的電動(dòng)機(jī)。 3電動(dòng)機(jī)類型的選擇（1）開啟式。開啟式電動(dòng)機(jī)的定子兩側(cè)和端蓋上開有很大的通風(fēng)口，具有良好的散熱條件，但灰塵、水滴和鐵屑容易侵入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，影響電動(dòng)機(jī)的正常工作，它適用于干燥、清潔的工作環(huán)境。（2）防護(hù)式。防護(hù)式電動(dòng)機(jī)的通風(fēng)口在機(jī)殼下部，通風(fēng)條件較好，且可以防止水滴、鐵屑等雜物從垂直方向小于45角落入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，但不能防止塵土和潮氣侵入，僅適用于比較

7、干燥、灰塵不多且無腐蝕性及爆炸性氣體的場所。（3）封閉式。封閉式電動(dòng)機(jī)采用全封閉結(jié)構(gòu)，又分為自冷式、強(qiáng)迫通風(fēng)式和密閉式三種，前兩種類型的電動(dòng)機(jī)適用于多塵土、潮濕和有腐蝕性氣體的場所，如紡織廠、碾米廠、水泥廠等。密閉式電動(dòng)機(jī)則適用于在液體中工作的機(jī)械，如電動(dòng)潛水泵、深井泵等。 （4）防爆式。防爆式電動(dòng)機(jī)是在封閉式電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上制成的隔爆型，適用于有易燃、易爆氣體的場所，如油庫、煤氣站及礦井等。4電動(dòng)機(jī)容量的選擇 選擇電動(dòng)機(jī)容量時(shí)應(yīng)考慮如下幾點(diǎn)：電動(dòng)機(jī)容量、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須大于負(fù)載所需要的功率和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；電源電壓下降10%15%的情況下，轉(zhuǎn)矩仍能滿足起動(dòng)或運(yùn)行中的需要；從電動(dòng)機(jī)溫升角度考慮，為了不降低電

8、動(dòng)機(jī)的壽命，溫升必須在絕緣所限制的范圍以內(nèi)；如果電動(dòng)機(jī)每次在最低頻率時(shí)連續(xù)工作的時(shí)間不長，則可留用原有電動(dòng)機(jī)，反之如果在最低頻率時(shí)連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間較長，則電動(dòng)機(jī)的容量應(yīng)提高一擋。 如果變頻器具有矢量控制功能，若有條件，最好選擇2p4的電機(jī)，因?yàn)槎鄶?shù)矢量控制變頻器是以2p4的電機(jī)作為模型進(jìn)行設(shè)計(jì)的。 電動(dòng)機(jī)工作頻率的范圍應(yīng)包含負(fù)載對調(diào)速范圍的要求。由于某些通用變頻器低速運(yùn)行特性不理想，所以最低頻率越高越好。 使用變頻器傳動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的幾個(gè)問題 （1）低速時(shí)的散熱能力。 標(biāo)準(zhǔn)籠型異步電動(dòng)機(jī)的散熱能力，是按額定轉(zhuǎn)速且冷卻風(fēng)扇與電動(dòng)機(jī)同軸的條件下考慮冷卻風(fēng)量的。當(dāng)使用變頻器之后，在電機(jī)運(yùn)行速度降低的情況下

9、冷卻風(fēng)量將自動(dòng)變小，散熱能力隨之變差。由于電動(dòng)機(jī)的溫升與冷卻風(fēng)量之間成反比，所以在額定速度以下連續(xù)運(yùn)行時(shí)，可采用設(shè)置恒速冷卻風(fēng)扇的辦法改善低速運(yùn)行條件下電動(dòng)機(jī)的散熱能力。 （2）額定頻率運(yùn)行時(shí)有溫升提高。 由于變額器的三相輸出電壓波形是SPWM波形，因此不可避免地在異步電動(dòng)機(jī)的定子電流中含有高次諧波，高次諧波增加了電動(dòng)機(jī)的損耗，使電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)都變差。高次諧波損耗基本與負(fù)載大小無關(guān)，所以電動(dòng)機(jī)溫升將會比變頻調(diào)速改造前有所提高。變頻器高次諧波分量越少，電動(dòng)機(jī)的溫升也就越小。這也是檢驗(yàn)變頻器性能是否優(yōu)良的重要標(biāo)志之一。 大量的實(shí)踐表明，電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下（即電動(dòng)機(jī)的電壓、頻率、輸出功率

10、均為額定值），用變頻器供電與用工頻電網(wǎng)供電相比較，電動(dòng)機(jī)電流增加10%，而溫升增加20%左右。選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)考慮這種情況，適當(dāng)留有裕量，以防止溫升過高，影響電動(dòng)機(jī)使用壽命。（3）電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)噪聲增大。這是SPWM變頻器的載波頻率與電機(jī)鐵心的固有振蕩頻率發(fā)生諧振引起的電機(jī)鐵心振動(dòng)而發(fā)出的噪聲。解決方法是重新設(shè)定載波頻率。 負(fù)載功率的計(jì)算實(shí)例 吊車、提升機(jī)等負(fù)荷作垂直移動(dòng)時(shí)，所拖動(dòng)負(fù)載即為重力負(fù)載，如圖所示 重力負(fù)載 310WvP機(jī)械設(shè)備所需的功率為：式中，W為額定載荷重力加吊鉤重力再加鋼繩重力之和（N）；v為提升速度（m/s）；為機(jī)械效率 （kW）0.75條件下所需提升功率和不同的提升力、

11、提升速度之間的關(guān)系曲線。由該曲線可以查得，當(dāng)v0.1m/s，W9800N時(shí)，所需電動(dòng)機(jī)的容量為1.5kW。 0.75時(shí)提升所需的功率 2摩擦負(fù)載吊車的平移機(jī)械、軌道上移動(dòng)的水平臺車等搬送機(jī)械，其負(fù)載與重力負(fù)載的不同之處在于負(fù)載的運(yùn)動(dòng)方向不同 摩擦負(fù)載 （水平運(yùn)動(dòng)） 310WvP（kW） 式中，W為負(fù)載重力（N）；v為負(fù)載移動(dòng)速度（m/s）；為摩擦系數(shù)；為機(jī)械效率。 摩擦負(fù)載（斜面運(yùn)動(dòng)） 在這種情況下，所需的功率為：WvP（sincos）10-3（kW） 選定電機(jī)的注意事項(xiàng) （1）速度控制上限。普通異步電動(dòng)機(jī)的速度上限就是額定頻率所對應(yīng)的額定速度。一般不要將額定頻率為50Hz的電動(dòng)機(jī)超頻運(yùn)行，否

12、則，會引起帶負(fù)載能力下降、過電流，甚至機(jī)械性破壞。（2）中間速度。采用普通異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，要考慮在連續(xù)可調(diào)速度區(qū)段（中間速度）內(nèi)運(yùn)行時(shí)的機(jī)械共振問題。異步電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩頻率一旦與固有振動(dòng)頻率一致，則會發(fā)生共振，并產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲，最嚴(yán)重的情況下會引起軸系斷裂事故。 （3）速度控制的下限。采用普通異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，考慮到電動(dòng)機(jī)自身由于低速冷卻能力下降而確定的最低轉(zhuǎn)速與機(jī)械系統(tǒng)所允許的下限速度一起決定了最終的速度下限 , 對于風(fēng)機(jī)，需根據(jù)其共振臨界風(fēng)量確定最低轉(zhuǎn)速，當(dāng)用泵進(jìn)行流量控制時(shí)，因有凈揚(yáng)程，所以需要控制泵的速度下限，避免出現(xiàn)低于某一速度時(shí)不能送水而發(fā)生倒流現(xiàn)象。

13、2預(yù)防浪涌電壓的危害 由于通用變頻器的功率開關(guān)器件在工作時(shí)會產(chǎn)生浪涌電壓，當(dāng)通用變頻器驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，有時(shí)需要采取措施防止浪涌電壓對電動(dòng)機(jī)絕緣的破壞。浪涌電壓在通用變頻器中顯著，由于功率開關(guān)器件IGBT的開關(guān)速度快，電壓脈沖的上升沿陡度du/dt非常大，這種快速上升的電壓脈沖和較高的開關(guān)頻率會在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部形成軸承電流，從而會逐漸損壞軸承。若通用變頻器與電動(dòng)機(jī)之間的接線距離較長，通用變頻器的輸出電壓達(dá)到波峰值的時(shí)間比前行波達(dá)到電動(dòng)機(jī)端子的時(shí)間短，在電動(dòng)機(jī)端子部位，前行波相對于其反射波的波峰值為通用變頻器輸出波峰值的兩倍，如圖所示。浪涌電壓的前行與反射 防止沖擊電壓的措施 位 置沖擊電壓的處理具

14、 體 措 施尖峰值du/dt尖峰值du/dt變頻器側(cè)抑制抑制浪涌吸收器（電容）過壓鉗位浪涌保護(hù)器電動(dòng)機(jī)側(cè)提高耐壓能力提高耐陡能力強(qiáng)化相間及對地絕緣強(qiáng)化繞組間絕緣，平均分擔(dān)繞級間電壓用變頻器驅(qū)動(dòng)已有電動(dòng)機(jī)時(shí)采用強(qiáng)化絕緣或更換繞組其 他限制上升抑制使用電抗器使用濾波器（1）開環(huán)轉(zhuǎn)速控制。對于風(fēng)機(jī)、泵等平方減轉(zhuǎn)矩負(fù)載，不太要求快速響應(yīng)，常常采用開環(huán)控制。此時(shí)，對于變頻器來說，頻率給定為輸入信號，變頻器向電動(dòng)機(jī)輸出電壓Un和頻率fn。電動(dòng)機(jī)依轉(zhuǎn)矩特性根據(jù)電壓Un、頻率fn產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩Tn，與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相一致，在轉(zhuǎn)速nn下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)，影響轉(zhuǎn)速精度的因素主要有負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化、輸出頻率的精度以及電源電壓的變動(dòng)

15、等。（a）開環(huán)控制系統(tǒng)；（b）轉(zhuǎn)矩特性 （2）閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制 造紙、泵類機(jī)械、機(jī)床等要求速度精度高的場合，需要裝設(shè)傳感器，以便檢測出電動(dòng)機(jī)速度。在這些傳感器中，光電編碼器、分解器等能檢測出機(jī)械位置，可用于直線或旋轉(zhuǎn)位置的高精度控制。 圖所示為PLG（由脈沖頻率測量速度的傳感器）和變頻器等組成的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)。圖中的虛線路徑表示通用變頻器的開環(huán)控制；調(diào)節(jié)器用來修正速度誤差，f/U變換構(gòu)成反饋，可獲得良好的控制效果 閉環(huán)速度控制系統(tǒng) 在轉(zhuǎn)速控制范圍內(nèi)如果存在著能引起大的扭轉(zhuǎn)諧振的轉(zhuǎn)速或其他危險(xiǎn)轉(zhuǎn)速，就必須避免在這些轉(zhuǎn)速下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。前面所謂的扭轉(zhuǎn)諧振，是指電機(jī)轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)分量與機(jī)械系統(tǒng)（含負(fù)載和電機(jī)）

16、的固有頻率一致時(shí)，電機(jī)進(jìn)入諧振狀態(tài)將超過額定轉(zhuǎn)矩的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力加在機(jī)械系統(tǒng)上的現(xiàn)象。機(jī)械系統(tǒng)有時(shí)在速度控制范圍內(nèi)存在大的扭轉(zhuǎn)諧振。所謂危險(xiǎn)速度，是指旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)軸彎曲的固有頻率與旋轉(zhuǎn)頻率一致時(shí)的轉(zhuǎn)速。通常，危險(xiǎn)速度大于電動(dòng)機(jī)的額定速度。但對于大容量的24極電機(jī)，危險(xiǎn)速度有時(shí)小于額定速度。 變頻調(diào)速流量控制 （1）單臺水泵控制系統(tǒng)。圖中的流量給定可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，反饋環(huán)節(jié)是流量計(jì)及流量-電量傳感轉(zhuǎn)換器，調(diào)節(jié)器將實(shí)現(xiàn)該量信號與給定流量信號進(jìn)行動(dòng)態(tài)比較，再決定變頻器的頻率指令，控制流量恒定或按要求改變。 （2）采用程序調(diào)節(jié)器的多臺水泵控制系統(tǒng) 高精度控制的實(shí)現(xiàn)方法 對于一般的變頻器，要求精度多為0.5%。

17、這一數(shù)值，對于開環(huán)控制的機(jī)型為頻率精度，對于閉環(huán)控制的機(jī)型則為速度精度。對于同步電機(jī)，只要頻率高就可以實(shí)現(xiàn)高精度的速度控制；而對于異步電動(dòng)機(jī)，由于存在轉(zhuǎn)差，要獲得高精度的速度則必須采用閉環(huán)控制。圖所示為可實(shí)現(xiàn)高精度控制的速度閉環(huán)系統(tǒng)原理圖。 為了保證系統(tǒng)的高速度精度，應(yīng)充分考慮抑制變頻器的下述幾種誤差：速度給定誤差、速度反饋誤差、速度控制器誤差以及定常偏差。 第四種定常偏差是因負(fù)載轉(zhuǎn)矩等外界干擾的變化在速度上引起的誤差，此種誤差在速度調(diào)節(jié)器的低頻增益低時(shí)產(chǎn)生。通常，速度調(diào)節(jié)器含有積分電路，能確保高的低頻增益，所以這種偏差較易克服。 前面已經(jīng)講過，造紙機(jī)要求長時(shí)間保持高控制精度。用以前的模擬控制

18、變頻器，采用PLG和低漂移的控制回路，可以得到0.05%的高精度。要完全排除溫度漂移等周圍環(huán)境的影響，必須采用全數(shù)字控制變頻器。變頻調(diào)速網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 1變頻器-計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的連接方式以艾默生EV2000變頻器為例，變頻器-計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)按照通信方式的類型劃分主要有以下幾種方式。（1）變頻器RS-232接口與計(jì)算機(jī)的連接，如圖所示。變頻器與計(jì)算機(jī)的連接方式一 （2）變頻器RS-485接口與計(jì)算機(jī)的連接 （3）變頻器通過MODEM與計(jì)算機(jī)的連接 變頻器-PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（1）開關(guān)指令信號的輸入。變頻器的輸入信號包括對運(yùn)行/停止、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)等運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行操作的開關(guān)型指令信號。變頻器通常利

19、用繼電器接點(diǎn)或具有繼電器接點(diǎn)開關(guān)特性的元器件（如晶體管）與PLC相連，得到運(yùn)行狀態(tài)或者獲取運(yùn)行指令，如圖所示在使用繼電器接點(diǎn)時(shí)，常常因?yàn)榻佑|不良而帶來誤動(dòng)作；使用晶體管進(jìn)行連接時(shí)，則需考慮晶體管本身的電壓、電流容量等因素，從而保證系統(tǒng)的可靠性。 開關(guān)信號的連接 在設(shè)計(jì)變頻器的輸入信號電路時(shí)還應(yīng)該注意，當(dāng)輸入信號電路連接不當(dāng)時(shí)，有時(shí)也會造成變頻器的誤動(dòng)作。例如，當(dāng)輸入信號電路采用繼電器等感性負(fù)載時(shí)，繼電器開閉產(chǎn)生的浪涌電流帶來的噪聲有可能引起變頻器的誤動(dòng)作，應(yīng)盡量避免。圖給出了相應(yīng)的連接方法。變頻器輸入信號的連接 當(dāng)輸入開關(guān)信號進(jìn)入變頻器時(shí)，有時(shí)會發(fā)生外部電源和變頻器控制電源（DC24V）之間的

20、串?dāng)_。正確的連接是利用PLC電源，將外部晶體管的集電極經(jīng)過二極管接到PLC， 數(shù)字輸入多采用變頻器面板上的鍵盤操作和串行接口來給定；模擬輸入則通過接線端子由外部給定，通常通過010V/5V的電壓信號或0（4）20mA的電流信號輸入。由于接口電路因輸入信號而異，因此必須根據(jù)變頻器的輸入阻抗選擇PLC的輸出模塊。 當(dāng)變頻器和PLC的電壓信號范圍不同時(shí)，如變頻器的輸入信號為010V，而PLC的輸出電壓信號范圍為05V時(shí)，或PLC一側(cè)的輸出信號電壓范圍為010V，而變頻器的輸入電壓信號范圍為05V時(shí)，由于變頻器和晶體管的允許電壓、電流等因素的限制，需用串聯(lián)的方式接入限流電阻及分壓方式，以保證進(jìn)行開閉時(shí)

21、不超過PLC和變頻器相應(yīng)的容量。此外，在連線時(shí)還應(yīng)注意將布線分開，保證主電路一側(cè)的噪聲不傳到控制電路中。 通常，變頻器也通過接線端子向外部輸出相應(yīng)的監(jiān)測模擬信號。電信號的范圍通常為010V/5V及0/420mA。無論是哪種情況都應(yīng)注意：PLC一側(cè)輸入阻抗的大小要保證電路中電壓和電流不超過電路的允許值，以保證系統(tǒng)的可靠性和減少誤差。將變頻器與PLC相連接組成變頻PLC控制系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：（1）對PLC本身應(yīng)按規(guī)定的接線標(biāo)準(zhǔn)和接地條件進(jìn)行接地，而且應(yīng)注意避免和變頻器使用共同的接地線，且在接地時(shí)使二者盡可能分開，這一點(diǎn)一定要特別注意。（2）當(dāng)電源條件不太好時(shí)，應(yīng)在PLC的電源模塊及輸入/輸出

22、模塊的電源線上接入噪聲濾波器和降低噪聲用的變壓器等。另外，若有必要，在變頻器一側(cè)也應(yīng)采取相應(yīng)的措施。（3）當(dāng)把變頻器和PLC安裝于同一操作柜中時(shí)，應(yīng)盡可能使與變頻器有關(guān)的電線和與PLC有關(guān)的電線分開。（4）通過使用屏蔽線和雙絞線達(dá)到抗噪聲干擾的目的。變頻器現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，就是通過現(xiàn)場總線控制、監(jiān)控變頻器的。在該系統(tǒng)中，通常使用專用的現(xiàn)場總線適配器，如圖所示。一般適配器是比較容易拆裝的模塊，能很方便地安裝在變頻器的內(nèi)部。變頻器與PROFIBUS總線組成的控制系統(tǒng) 根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備到控制器的連接方式，現(xiàn)場總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常采用以下三種方式：線形、樹形和環(huán)形。PROFIBUS采用的是線形結(jié)構(gòu)，用一根總

23、干線從控制器連接到受控對象，總線電纜從主干電纜分支到現(xiàn)場設(shè)備處，控制器掃描所有I/O站上的輸入，必要時(shí)還可發(fā)送信息到輸出通道，實(shí)現(xiàn)多主式和對等式通信。1）SIMATIC S7主站：作為DP主站，CPU位于控制中心。本系統(tǒng)選用CPU412-2DP模塊化PLC，它集成了PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線接口裝置，具有強(qiáng)大的處理能力（具有0.3ms處理1024語句的速度）。PLC程序在上位機(jī)STEP 7中編制完成后下載到CPU412并存儲，CPU可自動(dòng)運(yùn)行該程序，根據(jù)程序內(nèi)容讀取總線上的所有I/O模塊的狀態(tài)字，控制相應(yīng)設(shè)備。 2）從站（Slave A、B）：從站A中選用SIEMENS公司MM420系列交

24、流變頻器，6ES400-1PB00為與之配套的通信模塊。SIMOREG K 6RA24為SIEMENS直流變流器，CB24為與之配套的通信處理器。當(dāng)S7-300或S7-400作PROFIBUS-DP網(wǎng)的主站時(shí)，可分別帶這樣的從站（SLAVE）32個(gè)，如加中繼器，最多可達(dá)127個(gè)。這種交直流傳動(dòng)產(chǎn)品可對電機(jī)進(jìn)行開、閉環(huán)控制，通過通信模塊將從DP網(wǎng)中接受的數(shù)據(jù)存入雙向RAM中，雙向RAM中的每一個(gè)字都被編址，在變頻（流）器端的雙向RAM可通過被編址參數(shù)排序，向變頻（流）器寫入控制字、設(shè)置值或讀出實(shí)際值，診斷信息等參數(shù)。從站C中ET200M為分布式I/O，IM153為與之配套的PROFIBUS通信模

25、塊。 （3）變頻器從站的建立及參數(shù)的設(shè)置。 根據(jù)圖7-56所示結(jié)構(gòu)，首先在上位機(jī)（IPC）中選擇STEP 7 V5.2編程軟件和MM420變頻器GSD文件，在STEP7編程軟件中組建Profibus-DP網(wǎng)PROFIBUS（1），并定義CPU412-2DP為主站：DP Master System（1）。然后導(dǎo)入MM420系列變頻器GSD文件，此操作使STEP7能識別MM系列變頻器并聲明數(shù)據(jù)格式。此時(shí)，上位機(jī)的界面如圖所示。導(dǎo)入GSD文件時(shí)的界面 導(dǎo)入變頻器GSD文件后，在從站選項(xiàng)中自動(dòng)添加了MM4XX系列變頻器選項(xiàng)，此時(shí)再將變頻器從站添加到DP Master System（1）上，通過DP模塊6ES6400-1PB00上的撥碼開關(guān)定義變頻器的DP地址為：4號站。上位機(jī)上出現(xiàn)的畫面如圖所示 系統(tǒng)自動(dòng)分配通信數(shù)據(jù)地址為：512-515，也就是PIW512和PIW514 PQW512和PQW514在PLC程序中就可以直接引用以上地址對變頻器進(jìn)行操作以及監(jiān)視。 變頻器在PROFIBUS總線中具體的數(shù)據(jù)格式如下所列。 （1）控制字（16位），見表 控制字及其功能位功 能位功 能位00ON（斜坡上升）/OFF（斜坡下降）位08正向點(diǎn)動(dòng)位01OFF2：按慣性自由停車位09反向點(diǎn)動(dòng)位02OFF3：