基于PLC控制的变频器网络控制系统的研究

曹薇

摘要：网络控制系统（NetwokedControl System，NCS）最早出现在Walsh的论著中，其中的网络是一个广泛的范畴，包括工业以太网、现场总线、无线通信网络甚至是因特网。变频器具有显著的节能作用，在交流电动机的控制系统中发挥着越来越重要的作用，是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。变频器作为工业应用中极其重要且快速发展的现场级工业设备，研究其网络通信和控制，对于现场多台和多类设备联网监控具有重要的现实意义。

关键词：PLC 变频器 网络控制系统

中图分类号：TP571 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）05-0023-01

1 基于PLC控制的变频器网络控制系统的概述

作为传统继电器的替代产品，可编程逻辑控制器是一种数学运算与操作的控制装置，非常适合在恶劣环境下运行。变频器和PLC的组在工业自动化控制系统中得到了广泛地应用，并由此产生类型多变的PLC变频器网络控制系统。

PLC控制变频器调速的方式多样且复杂，但归纳起来主要有如下三种类型：（1）利用PLC和变频器通信控制网络的功能，在基于RS-485通信接口的基础上，自动化设计者可以对变频器进行控制，然后通过PLC编程来实现运行信号和速度指令的发送，此种调速方式适合于多台变频器控制的情况；（2）操作人员通过在变频器控制面板或端子设置不同的运行参数，由电位器调节给定来设定变频器的运行频率，或者运行参数由PLC设定的控制来完成，然后通过D/A转换模块输出模拟信号来对变频器的速度进行控制：（3）其他网络协议控制方式，此种方式的成本比较高。

2 由欧姆龙PLC和变频器组成的控制系统

吊车广泛应用于我国的各行各业，为了实现“控制简便、节能、精准定位、灵活调速和高可靠性”等要求且适应国家提出的节能降耗，新型吊车基本采用触摸屏协助操作并显示、PLC控制、变频器执行的控制方法。本文将使用欧姆龙CJ系列PLC，来设计基于OMRON

PLC的新型动臂吊车控制系统。

（1）系统的构成。基于OMRON PLC的新型动臂吊车控制系统的构成为：采用欧姆龙CJ系列PLC完成系统逻辑控制部分，负责处理各种信号的逻辑关系；显示和控制的终端设备选用欧姆龙的NS系列，它将对各被控设备的运行状态进行显示；选用欧姆龙通用变频器3G3RV-B4450-ZV，以实现平稳操作和精确控制；PG卡选择PG-B2，光电编码器选用增量式600P/r、放大输出、A相B相C相原点信号、轴径中空型的编码器；在变频器直流环节并联制动单元和制动电阻，且选择铭牌为50Hz、70A、37KW、380V、1470r/min的三相异步电机。

（2）PLC的控制方法。输入信号包括外部制动信号的输入、频率模拟量的输入、设备报警信号、变频器的运行信号和手柄模拟量的输入等；控制对象包括零伺服信号、频率模拟量、变频器的运行信号和外部制动开关信号等；串口通信为与欧姆龙NS触摸屏进行数据通讯。

（3）变频器的设置。基于OMRON PLC的新型动臂吊车控制系统选用欧姆龙通用变频器3G3RV-B4450-ZV，以实现平稳操作和精确控制。在系统的设计过程中需要特别注意的是，3G3RV-B4450-ZV是通用变频器，而应用在新型动臂吊车控制系统中必须满足安全可靠、调速灵活、高效率和定位准确等要求，因此相较于专用型变频器，欧姆龙通用变频器3G3RV-B4450-ZV的参数设置要复杂得多。

曳引电动机的转速控制是闭环的，由旋转编码器来实现曳引电动机转速的检测，因此必须保证电动机和旋转编码器连接时的可靠性和同心度（确保旋转编码器可以和电动机同轴旋转），从而确保所检测电动机转速的准确度。对于变频器的其它常用参数，既可以自学实现，也可以根据电机铭牌参数和电网电压来直接输入，而基于OMRON PLC的新型动臂吊车控制系统采用的是自学方式，具体方法为：在设置完变频器的相应参数后，使变频器对所驱动的电动机进行自学习，将曳引机制动轮与电动机轴脱离，让电动机处于空载状态，然后启动电动机来确保变频器识别和存储电动机的相关参数，从而确保电动机处于最佳控制状态下。

3 由西门子PLC和变频器组成的控制系统

西门子PLC适用于各行各业及各种场合中的检测、监测及控制的自动化，其最大特点是论在独立运行中或相连成网络皆能实现复杂的控制功能。本文将使用西门子PLC，来设计基于西门子PLC的牵伸卷绕机系统。

（1）系统配置。根据设计要求，综合机器的先进性和成本因素，系统采用如下配置：人机对话界面采用带RS-485通讯口的西门子TP27触摸显示屏；调速装置选用分辨率为0.01HZ的MMV型西门子变频器，可使电机的转速精确达到0.3r/min，牵伸倍数和卷绕张力的误差控制在0.02%以内；控制核心用西门子S7-216CPU型PLC及EM232模拟输出模块，由于CPU216具有2组通讯口，因此PLC与触摸屏、变频器三者之间采用网络通讯可简化硬件结构，节约成本。 （2）软件编程。系统采用网络通讯模式，故选用CPU216作上位机，10台变频器作下位机，将10台变频器分别设置为站址3～13（PLC站址为2，TP27站址为1），使PLC和变频器之间建立上、下位机关系。CPU216的一组通讯口以USS协议与变频器进行点对点通讯，另一通讯口与触摸显示屏进行点对点通讯。在实际操作时，由触摸屏键入的工艺参数进入PLC进行工艺运算，PLC将计算结果按站址传输给各台变频器和EM232模拟模块，EM232将PLC输入的数据转换成三角波模拟电流，输入给槽筒变频器，从而产生防叠丝干扰频率。 （3）使用变频器时应注意的问题。模拟电流是输入给槽筒变频器的模拟量输入口1的，因此必须结合实际运行情况，设定变频器的参数P021～P024；变频器对输入的电机技术参数要求非常严格，在电机运行前，必须正确设定电机的技术参数，且应进行自动测定（P088=1），

否则会导致电机运行不稳定，甚至损坏元器件。

4 结语

PLC在工业自动化控制系统中，最为常见的是变频器和PLC的组合应用，并产生了多种多样的PLC控制变频器的方法，构成了不同类型的变频PLC控制系统。本文主要分析并设计了由变频器与西门子PLC、变频器与欧姆龙PLC组成的控制系统，以此来拓宽变频器的应用场合，丰富网络控制模型。

参考文献

[1]孙业国.网络控制系统研究进展[J].科技导报，2010，28（2）.

[2]徐家明.基于USS协议的PLC与变频器的通信设计与研究[D].武汉科技大学，2008.

[3]严俊高，陈浩.PLC之串行通信及使用实例[J].机床电气，2012（1）.