基于PLC控制電動機變頻調速系統的設計

唐雯雯+唐焱

【摘 要】本文以實際案例為例，介紹三菱FX2N系列PLC、三菱變頻器FR-E740在電動機變頻調速的應用，從控制功能、硬件設計、程序編制等方面進行詳細闡述。

【關鍵詞】電動機 PLC 變頻調速

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）10C-0191-02

變頻調速廣泛應用于工業、食品、化工、紡織業、機床等各種機械設備領域，特別是在風機、泵類等負載節能效果良好，可以實現對電動機的軟啟動、連續調速控制，同時對一些特殊工藝的場合，提高生產產品的合格率。PLC因其具有可靠性高、抗干擾能力強、適應性強、應用靈活、系統設計簡單、維護方便等特點，是一種具備計算機功能的工業控制設備。本文介紹的以PLC為控制器，結合變頻器構成的三相異步電動機調速系統，可實現多段速度的設定和連續可調。

一、系統控制功能要求

某生產設備加工某種工件時，需要經過三道加工工序，在不同的加工工序時電動機的頻率要求不同。假定加工工件已自動加裝，不需考慮加工工件無料狀態，按下啟動按鈕SB1，設備啟動，進入第一道工序，電動機以10HZ頻率正轉運行，對工件加工3S，接著進入第二道工序，電動機以25HZ頻率正轉運行，對工件加工4S，接著進入第三道工序，電動機以35HZ頻率正轉運行，對工件加工5S，加工結束自動進入到第一道加工工序重復運行。按下停止按鈕SB2，設備在完成當天工件的加工才停止工作。

二、系統硬件設備設計

本文選用三菱FX2N-48MR型號的PLC，該PLC有24個輸入、24個輸出，采用繼電器的輸出方式。選用三菱FR-E740-0.75K-CNT型號的變頻器，額定參數為：額定電壓400V，功率范圍：0.4-15KW，額定輸出電流2.6A，可通過操作面板控制，也可通過外部端子控制，最多可以實現15段速度控制。通過對多功能端子的控制來選定變頻器對應參數值，由于本系統只要求對電動機實現10HZ、25HZ、35HZ的調速，在PLC輸出個數充裕的情況下，采用變頻器RL、RM、RH一一對應相應的頻率。

正常情況下，當RH段為ON時，按照P4設定的參數運行，當RM段為ON時，按照P5設定的參數運行，當RL段為ON時，按照P6設定的參數運行，三段速度設定存在優先級別，若同時選定2段速度以上則優先低速信號的設定頻率。

三、分析系統控制功能

（一）確定系統的PLC輸入/輸出個數

1.確定系統的PLC輸入個數。本系統有啟動按鈕SB1、停止按鈕SB2，共需要2個輸入端子。

2.確定系統的PLC輸出個數。本系統要求電動機以3種速度進行正轉，共需要4個輸出端子。

（二）對系統PLC輸入/輸出進行地址分配

（三）繪制電氣控制原理圖

由系統控制功能可知，PLC控制原理圖包括變頻器和PLC的控制原理圖，根據系統PLC輸入/輸出進行地址分配表，繪制出本系統的電氣控制原理圖，如圖1所示。

（四）設置變頻器參數

根據系統要求以三段速度正轉運行，變頻器需要設定10HZ、25HZ、35HZ的頻率，因此確定變頻器所需要設定的參數。

在設置變頻器參數時，可以先將控制開關處于斷開位置，接通變頻器電源，將變頻器參數回復出廠設置，再依次按照表2所列出的采納數進行設置，最后恢復到頻率監控模式，操作各控制開關，并檢查參數設置是否正確。

四、根據系統控制要求編制程序

（一）分析控制要求，畫出工作流程圖

在分析工作過程中，要求的控制過程都是按時間順序依次進行，并且完成一次工作流程自動停止。根據控制要求繪制工作流程圖，如圖2所示。

（二）編寫PLC控制程序

根據系統控制功能的特點，選擇步進指令實現順序控制要求。工作過程由時間控制這一特點來編程，先編寫啟動/停止控制程序，再編寫定時控制程序，最后根據工作過程要求編寫控制輸出的程序。

1.PLC控制程序如圖3：

2.電動機變頻調速控制程序如圖4、圖5、圖6、圖7：

在完成系統功能時，采用了步進指令STL（步進開始指令）和RET（步進結束指令）來完成順序控制及變頻調速的任務，相比PLC的梯形圖來說，只考慮當前狀態的輸出，編程顯得更直觀、簡單、有效，便于初學者掌握電動機變頻調速的硬件設計和程序設計，同時通過對多功能端子RH、RM、RL的組合，可完成變頻器的7段速度控制。

本文以三菱FX2N-48MR為控制器，利用三菱FR-E740型號變頻器所配備的多功能端子，完成電動機三段速度平滑切換，相比用模擬信號控制電動機變頻調速系統設計更為簡單易懂，具有很高的可靠性和實用性，且能夠滿足精度較高的轉速控制要求。

【參考文獻】

[1]陸春元，李素蘋.基于PLC控制的三相異步電動機變頻調速系統設計[J].通用機械，2012（6）

【作者簡介】唐雯雯（1982— ），桂林電子科技大學機電工程學院在讀工程碩士，研究方向：機電一體化；唐 焱，桂林電子科技大學機電工程學院高級工程師，副教授，研究方向：專業技術，企業管理。

（責編 丁 夢）endprint