基于PLC控制的變頻器在KDH-169DA現(xiàn)代電工實(shí)訓(xùn)考核裝置中的應(yīng)用

盛柳青2

(1.安徽汽車職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230601；2.安徽汽車工業(yè)技師學(xué)院機(jī)電工程系，安徽 合肥 230601)

0 引言

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際和職業(yè)崗位的技能要求，KDH-169DA現(xiàn)代電工實(shí)訓(xùn)考核裝置適合高等職業(yè)學(xué)校開展職業(yè)能力教學(xué)與實(shí)訓(xùn)。該實(shí)訓(xùn)裝置的控制過程主要由PLC、變頻器、三相交流異步電機(jī)等完成，其中PLC是實(shí)訓(xùn)裝置的核心部分。KDH-169DA現(xiàn)代電工實(shí)訓(xùn)考核裝置綜合應(yīng)用了多種技術(shù)知識(shí)，如機(jī)械技術(shù)(機(jī)械傳動(dòng)、機(jī)械連接等)、電氣運(yùn)行與控制、PLC控制、觸摸屏技術(shù)和變頻器技術(shù)等。利用該裝置可以創(chuàng)設(shè)工作情景，幫助學(xué)生形成較強(qiáng)的職業(yè)能力。

1 PLC控制技術(shù)

可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)和執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)外圍設(shè)備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。PLC硬件由CPU、存儲(chǔ)器、基本輸入/輸出接口電路、外設(shè)接口、編程裝置和電源等組成。PLC軟件及程序中主要對(duì)變頻器進(jìn)行自動(dòng)控制，對(duì)程序的執(zhí)行過程是通過CPU的循環(huán)掃描，并用周期性集中采樣、集中輸出的方式來完成。PLC控制技術(shù)在KDH-169DA現(xiàn)代電工實(shí)訓(xùn)考核裝置中的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)的自動(dòng)控制，不僅有效提高三相異步電動(dòng)機(jī)控制的效率，而且有效改善三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的精度。

2 以PLC控制為基礎(chǔ)的變頻調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成

以PLC時(shí)間控制為原則，通過變頻器端子控制電動(dòng)機(jī)多段速運(yùn)行，變頻器端子按不同方式組合，可選擇不同的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的多段速控制。正確設(shè)置變頻器輸出的輸出頻率、額定電壓、額定電流、額定功率、額定轉(zhuǎn)速、電動(dòng)機(jī)的加減速時(shí)間設(shè)置等。

PLC控制系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)控制變頻器的過程中，可以通過發(fā)送啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)信號(hào)以及頻率值來實(shí)現(xiàn)控制過程。電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止和正反轉(zhuǎn)信號(hào)可由PLC的數(shù)字輸出端口傳送至變頻器的數(shù)字輸入端子，然后變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制。

3 科學(xué)合理地選擇PLC及變頻器

為了使KDH-169DA現(xiàn)代電工實(shí)訓(xùn)考核裝置能夠有效、合理地運(yùn)行，需要根據(jù)實(shí)際選擇合適的PLC和變頻器。不同型號(hào)PLC系統(tǒng)內(nèi)的模塊、輸入/輸出口、電池及容量等差異會(huì)直接影響該裝置系統(tǒng)運(yùn)行的整體狀態(tài)。另外，變頻器的選擇對(duì)于變頻調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性也至關(guān)重要。

3.1 S7-1200PLC

S7-1200PLC涵蓋了S7-200 SMART PLC的原有功能并且增加了許多新功能，可以滿足更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用。S7-200 PLC系統(tǒng)采用TIA Portal 工程組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)和編程。TIA Portal分為2部分(STEP 7與WinCC)，實(shí)現(xiàn)了過程的可視化，使用TIA Portal軟件可以在同一個(gè)工程組態(tài)軟件中組態(tài)S7-1200PLC和SIMATIC HMI精簡(jiǎn)系列面板，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一編程、統(tǒng)一配置硬件和網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)一管理項(xiàng)目數(shù)據(jù)對(duì)已組態(tài)系統(tǒng)的測(cè)試、試運(yùn)行和維護(hù)等，而且所有項(xiàng)目數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在一個(gè)公共的項(xiàng)目文件中，修改后的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)會(huì)在整個(gè)項(xiàng)目?jī)?nèi)自動(dòng)更新。TIA Portal 軟件最基本的應(yīng)用是利用S7-1200 PLC通過用戶程序來控制機(jī)器，并使用HMI設(shè)備操作和監(jiān)視過程。

3.2 G120變頻器

G120變頻器是一種經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、易于操作的變頻器。它功能廣泛，特別適用于泵、風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)的控制。作為一個(gè)模塊化的變頻器系統(tǒng)，G120由控制單元、功率模塊和操作面板及盲板組成。通過控制單元，G120可與本地控制器以及監(jiān)視設(shè)備進(jìn)行通信。G120變頻器系統(tǒng)包括PM240型功率模塊、CU240B-2型控制單元和基本操作面板BOP-2。

4 基于PLC控制的變頻器在裝置中的應(yīng)用

4.1 G120變頻器基本操作過程

4.1.1 BOP-2面板基本情況

BOP-2面板用于顯示參數(shù)的序號(hào)、數(shù)值以及報(bào)警和故障信息，不能存儲(chǔ)信息，面板菜單功能描述如表1所示。

表1 菜單功能描述

4.1.2 BOP-2參數(shù)修改

修改參數(shù)是在PARAMS菜單和SETUP菜單中進(jìn)行的。首先選擇參數(shù)號(hào)。當(dāng)顯示的參數(shù)號(hào)閃爍時(shí)，按向上鍵和向下鍵選擇所需要的參數(shù)號(hào)，按確認(rèn)鍵進(jìn)入?yún)?shù)，顯示當(dāng)前參數(shù)值，然后修改參數(shù)值。當(dāng)顯示的參數(shù)值閃爍時(shí)，按向上鍵和向下鍵調(diào)整參數(shù)值，按確認(rèn)鍵保存參數(shù)值。

如修改P700[0]的參數(shù)步驟為：按向上鍵和向下鍵，將光標(biāo)移動(dòng)到PARAMS菜單。按確認(rèn)鍵進(jìn)入PARAMS菜單。按向上鍵和向下鍵選擇EXPERT和FILTER功能。按確認(rèn)鍵進(jìn)入EXPERT FILTER功能，面板顯示不斷閃爍參數(shù)號(hào)，按向上鍵和向下鍵選擇所需的參數(shù)P700。按確認(rèn)鍵，將焦點(diǎn)移動(dòng)到參數(shù)下標(biāo)“[00]”，“[00]”不斷閃爍，按向上鍵和向下鍵可以選擇不同的下標(biāo)，本例選擇下標(biāo)為“[00]”。按確認(rèn)鍵，將焦點(diǎn)移動(dòng)到參數(shù)值，參數(shù)值不斷閃爍，按向上鍵和向下鍵調(diào)整參數(shù)值。按確認(rèn)鍵保存參數(shù)值，返回到步驟的狀態(tài)。

4.2 PLC控制的變頻器多段速控制過程

4.2.1 硬件接線

根據(jù)控制要求，完成PLC控制變頻器多段速控制系統(tǒng)的接線。

I/O地址分配:本設(shè)備PLC采用的是S7-1200 CPU 1215C DC/DC/RLY，接口I/O分配表如表2所示。

表2 I/O接口分配表

4.2.2 變頻器參數(shù)設(shè)置

1)指令源和設(shè)定值源。通過預(yù)定義接口宏可以定義變頻器用什么信號(hào)控制啟動(dòng)，由什么信號(hào)來控制輸出頻率。在預(yù)定義接口宏不能完全符合要求時(shí)，必須根據(jù)需要調(diào)整指令源和設(shè)定值源。指令源是指變頻器收到控制指令的接口。在設(shè)置參數(shù)P0015時(shí)，變頻器會(huì)自動(dòng)對(duì)指令源進(jìn)行定義。本任務(wù)需要設(shè)置指令源啟動(dòng)信號(hào)P0840=r722.0，表示將數(shù)字量輸入端DI0(5號(hào)端子)定義為啟動(dòng)信號(hào)。設(shè)定值源是指變頻器收到設(shè)定值的接口，在設(shè)置參數(shù)P0015時(shí)，變頻器會(huì)自動(dòng)對(duì)設(shè)定值源進(jìn)行定義。本任務(wù)需要設(shè)置設(shè)定值源P1070=1 024，表示將固定轉(zhuǎn)速作為主設(shè)定值。

2)數(shù)字量輸入功能。CU240B-2提供了4個(gè)數(shù)字量輸入端，必要時(shí)也可以將模擬量AI作為數(shù)字量輸入端使用。DI所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)位如表3所示。設(shè)置P0840=r722.0，表示將數(shù)字輸入DI0(5號(hào)端子)定義為啟動(dòng)信號(hào)。

表3 DI所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)表

3)多段速功能。多段速功能，也稱作固定轉(zhuǎn)速，就是設(shè)置在P1000=3的條件下，用數(shù)字量端子選擇固定設(shè)定值的組合，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)多段速運(yùn)行。本任務(wù)通過DI2和DI3選擇2個(gè)固定轉(zhuǎn)速，DI0為啟動(dòng)信號(hào)，多段調(diào)速控制參數(shù)設(shè)置如表4所示。設(shè)置上述參數(shù)后，將DI0和DI2置為高電平，變頻器輸出400 r/min，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；將DI0和DI3置為高電平，變頻器輸出800 r/min，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；將DI1和DI3置為高電平，變頻器輸出800 r/min，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。

表4 多段調(diào)速控制參數(shù)設(shè)置

4.3 編制PLC程序過程

PLC控制技術(shù)在KDH-169DA型現(xiàn)代電工實(shí)訓(xùn)考核裝置中應(yīng)用時(shí)，必須準(zhǔn)確編制PLC程序。打開TIA Portal軟件，最左邊的區(qū)域包括設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)(硬件組態(tài)部分)、PLC編程、運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、可視化(HMI)、在線診斷等幾個(gè)部分。首先新建項(xiàng)目，根據(jù)現(xiàn)有PLC型號(hào)增加CPU類型，具體型號(hào)可以查看PLC本身信息。在左側(cè)找到程序塊，點(diǎn)擊主程序里面打開程序編輯頁面。程序軟件右側(cè)為指令選擇，編寫PLC程序。程序編寫完，編譯無錯(cuò)后點(diǎn)擊下載，選擇PC電腦自帶接口，點(diǎn)擊開始搜索，等待搜索結(jié)果，在線狀態(tài)信息會(huì)顯示連接到的PLC信息，然后點(diǎn)擊下載程序，下載程序后啟動(dòng)模塊。

5 結(jié)語

PLC控制的變頻器在KDH-169DA型現(xiàn)代電工實(shí)訓(xùn)考核裝置中的應(yīng)用非常廣泛，在應(yīng)用過程中，要進(jìn)行正確的硬件接線和保證可靠的通信。根據(jù)實(shí)訓(xùn)任務(wù)的不同要求，合理設(shè)置變頻器及控制的有關(guān)參數(shù)。除此之外，還應(yīng)根據(jù)控制要求對(duì)PLC進(jìn)行編程，才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，否則難以實(shí)現(xiàn)任務(wù)的要求，并影響變頻器的相關(guān)控制。