基于可编程序控制器对变频调速系统的控制研究

杨晓辉

（辽宁省鞍山技师学院，辽宁鞍山，114001）

0 引言

可编程控制器在工业自动化领域逐渐被推广与应用，以丰富的模块功能以及安全可靠性得到用户的一致认可。变频调速系统是近些年来发展起来的新型变频调速装置，调速精度较高、速度较快，在使用与维护方面都比较便捷，智能化程度较高，在科学研究与生产实践领域中占有极为重要的地位，由于调速控制系统的工艺过程比较复杂，所以要求具有先进的控制技术。在工业控制系统中，现场总线技术凭借其开放性与可操作性的特点使计算机在自动化领域的应用更加便捷。一般情况下可编程控制器与变频调控系统会混合使用，最终实现调速目的。

1 可编程控制器的主要特点

■1.1 功能齐全

可编程控制器基本功能包括：开关量的输入输出控制、模拟量的输入输出控制，可以提供内部延时继电器、锁存继电器、计时器、计数器等，可以进行中断控制、程序跳转。另外，可编程序控制器扩展功能包括：网络通信、数据传送、PID闭环回路控制、排序查表功能等。

■1.2 抗干扰性强

可编程序控制器可靠性比较高，开关动作均由无触点半导体电路完成，PLC会采取滤波与屏蔽，通过光电隔离进行输入与输出，PLC具有故障自行诊断功能。

■1.3 编程简单

PLC采用面向控制过程，编程大多采用与继电器电路原理图相似的梯形图编程方式，针对不同的现场信号会有相应的输入与输出模块与工业设备部件进行直接连接，通过数据总线与微处理器模块进行连接，满足电气技术人员的读图习惯，能够给人清晰直观的感觉，既形象又方便。

■1.4 维修维护便捷

可编程控制器维护与维修比较便捷，由于PLC存在自我诊断功能，内部状态、同新状态等一旦出现异常均会显示，通过对这些状态的分析来快速找到产生故障的原因，并且及时处理。

2 调速系统原理

在调速控制系统中，通过电源开关盒对PLC通以工作电压，通过接线端子盒来控制PLC的输入端控制程序按照目标执行，运用PLC的输出继电器来控制变频器，完成调节电机旋转速度的目的，电机属于执行机构，通过对电机转速的观察可以逐渐对系统及程序进行完善。调速原理如图1所示。

图1 调速系统工作原理

3 可编程序控制器对变频调控系统的控制分析

■3.1 变频调速系统的选择

为了确保传动系统能够正常运行，对变频器的选择事关重要，必须明确变频器的使用目的，结合生产机械的类型以及控制精度，在了解变频器驱动负载特性以后，来正确选择变频控制系统，所选用的变频调速系统既要满足工艺要求，又要有合理的经济指标。本文所探讨变频调速系统以日本山肯公司MF–15K型变频器为例，分析日本三菱公司FX2N–32MR型可编程序控制器对该变频器的控制。FX2N–32MR控制器具有速度高、功能强的特点，能够满足大多设备的控制需求。MF–15K型变频器属于脉宽调制型变频器，具有转矩补偿功能，输出频率可以高达400HZ，输出电压高达380V，工作电流30A，具有28中电压/频率图形可选。FX2N–32MR控制器只要对变频调控系统的正转、反转、2速、3速、点动等开关量进行控制便能够实现对变频器的控制。

■3.2 闭环调速系统的构成

测速发电机会将转速信号传递到PLC A/D模块，经过PLC运算之后，给出相应的频率控制信号，经过D/A模块到变频器两个模拟量频率来对输入端口进行控制，最终实现闭环控制。如果速度检测状装置采用光电旋转编码器，则发出的脉冲信号会通过电平转换，然后送到PLC高速计数输入端，经过PLC运算之后，转送到变频器的频率控制输入端口，最终实现闭环控制，确保运行速度的精确、平稳。

■3.3 变频器的参数设定

在变频器运行之前，需要对相关的功能指令码通过操作面板进行设定，作为基本工作参数。

首先需要对变频转速进行设定，控制2速、3速和点动端能够得到8种不同的转速，1–8速的频率通过功能码CD029–CD036进行设定，如表1所示。

■3.4 加减速时间的设定

第2、第3加减速时间选择端AD2/AD3与正反转控制端FR/RR进行配合，对四种加速时间与减速时间进行选择。1–4号加速时间用CD019–CD022进行设定，1–4号减速时间用CD023–CD026进行设定，加减速基准频率用CD018进行设定。假设加减速基准频率CD018=50HZ，1号加速时间CD019=5秒，那么加速度为10HZ/S。如表2所示。

表2 加速时间设定

■3.5 可编程序控制器梯形图程序设计

假设某电动机运行在2、3、5、7速的频率分别为10、15、25、35Hz，1、2、4号加减速时间分别为20s、10S、5S。可编程序控制器梯形图控制程序如图2所示。

当t=0时，按下正转动按钮X3，点击会以7速开始启动，0–2S，2–4s分别以第 1、第 4 加减速时间加速，4–20s使用第2加减速实践，t=8s时改为5速，t=20s时按下反转按钮，反转启动，20–24s使用第4加减速时间，t=23s事发出停止信号。

4 结束语

传统的工业加工设备大多采用双速电机、离合器高低档配合或齿轮变速来实现调速，这种方式既不经济，而且调速效果也不理想。随着我国电力电子技术与控制技术的快速发展，变频调速已经在工业领域得到广发应用，变频器是在确保电机原有性能的情况下，通过改变频率与电压的方式，实现对电机转速的调节，变频调速已经被公认为比较理想的调速方式之一，能够满足提高生产率、改善产品品质、提高自动化程度、改善生活环境等根本要求。PLC作为可替代继电器的新型控制装置，常用于设备的电机正反转、加减速以及快速制动控制，实现远程调速。只有调速系统具有良好的稳定性，才能满足工业自动化的基本要求。

图2 PLC梯形图控制程序