变频器多段速在长距离运料车控制中的应用

曹胜敏

（唐山学院 装备制造系，河北 唐山063000）

0 引言

交流电动机变频调速以其性能优越、造价低廉被广泛应用于各种控制系统中［1］。变频器的多段速控制功能可以在不增加设备的前提下实现启动性能和节能效果的优化。某制造厂大型制造车间的运料车已经采用PLC控制，其控制方式是料车在各工位之间往返运料的速度都相同。但是由于车间面积大，各个工位之间距离较长，在相隔较远的两个工位之间仍采用同一运行速度，就使运输效率降低，从而导致生产效率的降低。多段速变频器是在不同运输距离时采用不同的速度，这样可以提高生产效率。

对变频器多段速输出的控制方法有：第一，用继电器接触器通过硬件逻辑实现，此方法造价低，但是接线复杂，故障点多，维修不便；第二，可用单片机通过编程实现，此方法造价低，扩展能力强，但需要接口芯片多，抗干扰能力差；第三，用PLC通过编程实现，此方法编程简单，可靠性高，抗干扰能力强，适合工业现场应用。本文即通过PLC控制变频器实现多段速控制。

1 系统硬件设计

1.1 系统组成

系统组成示意图如图1。

图1 系统组成

该车间有10个工位，相邻工位之间相距10m，每个工位都有车位检测开关和呼车按钮。在允许呼车的指示信号发出后，由主令控制单元发出呼车信号，由PLC判断料车当前所在位置后，确定料车运行方向并发出指令，控制变频器输出相应频率，使电机以合适的转速拖动料车向目标工位行驶，车在行驶过程中，系统自动屏蔽其他呼车信号，到达目标工位后，停车并等待取料，之后再响应下一次呼车信号。

1.2 系统硬件设计

主电路负载即为料车电动机，该电机为容量5kW、额定电压380V、额定电流10A的三相交流异步电动机，故选变频器的型号为三菱FR－E540－5.5K－CHT，额定容量9.1kW，适用于5.5kW及以下的电动机。

系统控制逻辑由PLC程序实现，其输入设备是系统各工位的呼车按钮SB1－SB10、料车车位检测开关SQ1－SQ10以及系统启动、停止按钮，共需22个输入点；输出设备是给电动机提供电源的接触器KM1，KM2，料车左行指示灯，料车右行指示灯，呼车运行指示灯，控制变频器多段速的三个端子，变频器启动信号灯两个，共10个输出点。选西门子S7－200系列PLC的 CPU224AC／DC／RLY，本机拥有14DI／10DO，加一个数字量输入模块EM221和一个数字量输出模块EM222。

接触器主触点用于接通电动机主电路，电机额定电流为10A，可选CJ10－20型，线圈电压220V的交流接触器。

2 系统软件设计

2.1 变频器参数设置

本系统为单站系统，变频器通过速度端子RH，RM，RL的组合可输出七种频率，拖动电动机在七种转速下运行。变频器的RH，RM，RL端子与PLC的连接关系见表1，变频器相关参数设置值见表2①三菱变频调速器ER－E500使用手册，三菱电机自动化（上海）有限公司：54－55。。

表1 变频器与PLC连接端子对应表

表2 变频器参数设置表

2.2 PLC控制程序

程序可分为：系统启停模块、车位识别模块、呼车位识别模块、行驶中呼车屏蔽模块、行驶方向识别模块、车速选定模块、停车取料模块。其中，车位识别模块将料车当前所在位置信息存入内存单元MB10；呼车位识别模块将呼车信息存入内存单元MB12；行驶方向识别模块将呼车信号与料车所在位信号进行比较，确定料车行驶方向；车速选定模块判断呼车工位与当前车位的距离，当两者相距两个以下工位时，用第七速即最低速行驶到目标工位；当两者相距三个工位时，用第六速行驶到目标工位；……；当两者相距六个工位时，用第二速；当两者相距八个和九个工位时，用第一速即最高速行驶到目标工位。

利用STEP7－Micro／WIN V4.0软件进行程序的编制和调试［2］。程序框图如图2所示。

图2 程序框图

3 结论

在呼车工位与料车当前位置相距较近时，行驶速度不宜太高。而呼车工位与料车当前位置相距较远时，行驶速度不宜太低。本系统料车在每一次行驶中选用的是七种频率之一，频率选定依据是相隔工位的多少，而相隔九个工位的情况较少，因此将其与相隔八个工位的情况合并考虑。相邻工位之间呼车时，运行频率为30Hz，转速830r／min，需时8s。如果均按此速度运行，则相距八工位时料车运行时间为64s。若此时用50Hz运行，电机转速为1 480r／min，需时20s。可见，料车远距离行驶时间缩短，提高了运输效率。交流电机变频调速还可以利用PLC产生的PWM脉冲实现无级调速［3］，这也可以缩短启动时间。本系统还有待改进。

［1］ 赵俊生，樊文欣，张宝成，等.电机与电气控制及PLC［M］.北京：电子工业出版社，2009：91－120.

［2］ 龚仲华.S7－200／300／400PLC应用技术－提高篇［M］.北京：人民邮电出版社，2008：43－75.

［3］ 李兵，姚明林，冯曰臻.永磁同步电机调速控制系统研究［J］.唐山学院学报，2014，27（3）：28－31.