基于PLC控制电动机变频调速系统的设计

唐雯雯+唐焱

【摘 要】本文以实际案例为例，介绍三菱FX2N系列PLC、三菱变频器FR-E740在电动机变频调速的应用，从控制功能、硬件设计、程序编制等方面进行详细阐述。

【关键词】电动机 PLC 变频调速

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2017）10C-0191-02

变频调速广泛应用于工业、食品、化工、纺织业、机床等各种机械设备领域，特别是在风机、泵类等负载节能效果良好，可以实现对电动机的软启动、连续调速控制，同时对一些特殊工艺的场合，提高生产产品的合格率。PLC因其具有可靠性高、抗干扰能力强、适应性强、应用灵活、系统设计简单、维护方便等特点，是一种具备计算机功能的工业控制设备。本文介绍的以PLC为控制器，结合变频器构成的三相异步电动机调速系统，可实现多段速度的设定和连续可调。

一、系统控制功能要求

某生产设备加工某种工件时，需要经过三道加工工序，在不同的加工工序时电动机的频率要求不同。假定加工工件已自动加装，不需考虑加工工件无料状态，按下启动按钮SB1，设备启动，进入第一道工序，电动机以10HZ频率正转运行，对工件加工3S，接着进入第二道工序，电动机以25HZ频率正转运行，对工件加工4S，接着进入第三道工序，电动机以35HZ频率正转运行，对工件加工5S，加工结束自动进入到第一道加工工序重复运行。按下停止按钮SB2，设备在完成当天工件的加工才停止工作。

二、系统硬件设备设计

本文选用三菱FX2N-48MR型号的PLC，该PLC有24个输入、24个输出，采用继电器的输出方式。选用三菱FR-E740-0.75K-CNT型号的变频器，额定参数为：额定电压400V，功率范围：0.4-15KW，额定输出电流2.6A，可通过操作面板控制，也可通过外部端子控制，最多可以实现15段速度控制。通过对多功能端子的控制来选定变频器对应参数值，由于本系统只要求对电动机实现10HZ、25HZ、35HZ的调速，在PLC输出个数充裕的情況下，采用变频器RL、RM、RH一一对应相应的频率。

正常情况下，当RH段为ON时，按照P4设定的参数运行，当RM段为ON时，按照P5设定的参数运行，当RL段为ON时，按照P6设定的参数运行，三段速度设定存在优先级别，若同时选定2段速度以上则优先低速信号的设定频率。

三、分析系统控制功能

（一）确定系统的PLC输入/输出个数

1.确定系统的PLC输入个数。本系统有启动按钮SB1、停止按钮SB2，共需要2个输入端子。

2.确定系统的PLC输出个数。本系统要求电动机以3种速度进行正转，共需要4个输出端子。

（二）对系统PLC输入/输出进行地址分配

（三）绘制电气控制原理图

由系统控制功能可知，PLC控制原理图包括变频器和PLC的控制原理图，根据系统PLC输入/输出进行地址分配表，绘制出本系统的电气控制原理图，如图1所示。

（四）设置变频器参数

根据系统要求以三段速度正转运行，变频器需要设定10HZ、25HZ、35HZ的频率，因此确定变频器所需要设定的参数。

在设置变频器参数时，可以先将控制开关处于断开位置，接通变频器电源，将变频器参数回复出厂设置，再依次按照表2所列出的采纳数进行设置，最后恢复到频率监控模式，操作各控制开关，并检查参数设置是否正确。

四、根据系统控制要求编制程序

（一）分析控制要求，画出工作流程图

在分析工作过程中，要求的控制过程都是按时间顺序依次进行，并且完成一次工作流程自动停止。根据控制要求绘制工作流程图，如图2所示。

（二）编写PLC控制程序

根据系统控制功能的特点，选择步进指令实现顺序控制要求。工作过程由时间控制这一特点来编程，先编写启动/停止控制程序，再编写定时控制程序，最后根据工作过程要求编写控制输出的程序。

1.PLC控制程序如图3：

2.电动机变频调速控制程序如图4、图5、图6、图7：

在完成系统功能时，采用了步进指令STL（步进开始指令）和RET（步进结束指令）来完成顺序控制及变频调速的任务，相比PLC的梯形图来说，只考虑当前状态的输出，编程显得更直观、简单、有效，便于初学者掌握电动机变频调速的硬件设计和程序设计，同时通过对多功能端子RH、RM、RL的组合，可完成变频器的7段速度控制。

本文以三菱FX2N-48MR为控制器，利用三菱FR-E740型号变频器所配备的多功能端子，完成电动机三段速度平滑切换，相比用模拟信号控制电动机变频调速系统设计更为简单易懂，具有很高的可靠性和实用性，且能够满足精度较高的转速控制要求。

【参考文献】

[1]陆春元，李素苹.基于PLC控制的三相异步电动机变频调速系统设计[J].通用机械，2012（6）

【作者简介】唐雯雯（1982— ），桂林电子科技大学机电工程学院在读工程硕士，研究方向：机电一体化；唐 焱，桂林电子科技大学机电工程学院高级工程师，副教授，研究方向：专业技术，企业管理。

（责编 丁 梦）endprint