变频器和PLC组合控制系统在传送带多种速度控制中的应用

变频器和PLC组合控制系统在传送带多种速度控制中的应用【摘要】基于流水线传送皮带在传送物料时有多种速度变化要求，本文设计了变频器和PLC两者组合对传送带进行多种速度控制的系统，通过对电动机特性和变频器系统及PLC系统进行硬件及软件的研究、分析和设计，以及对RS-485通讯详细的分析，给出一套完整的解决方案，实现对一台电动机的起动、停止、变速等多种速度要求。

【关键词】变频器；PLC；多种速度控制0 绪论传送带在日常生产中是很常用的一种电力输送工具，一般要求在检测到有物料时能迅速启动运行，当物料运到相应设备口时能准确停止，对物料进行处理，其间传送带要根据加工要求以各种速度运行或快速返回，最后可靠停车。

传统电机在变速时会有明显冲撞，因为它不能完成各种速度之间的无级变化。

当传感器检测到信号时电机启动或停止时往往有滞后现象，使物料不能按照指定位置启、停，给生产带来难以避免的误差。

PLC控制系统适用于各种普通的电动机，是以应用为中心、计算机技术为基础、辅助特定设备高质量的完成电动机对各种速度的要求。

而变频器可以很容易改变电动机的速度，且具有精度高、稳定性好、可靠性高、存储容量大、灵活性好等特点。

将变频器和PLC两者运用RS-485通讯使其相结合，可以充分发挥两者的忧点，具有良好的可扩展性和可维护性。

若把PLC程序中所需要的多种速度输出到变频器，然后通过变频器的参数变换实现迅速、可靠的对电动机多种速度控制，则可以解决传统电动机的速度单一和不能准确可靠启动、停止等问题和不足。

而在变频器和PLC之间运用RS-485通讯可以很容易和方便把两者相连接起来，而且RS-485还具有抗干扰能力强、传输速率高、传输距离远且造价低廉。

变频器和PLC之间的组合，变频器在该系统中所起的作用就是对笼型异步电动机进行无级调速。

PLC在该系统中所起的作用是对系统进行自动控制。

只要计算出PLC所需要多种速度大小、时间的要求和变频器的频率控制相结合就可以完成，如启动速度和时间，低速、高速、刹车时间等。

1 系统的硬件开发1.1 变频器的选择变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。

我们现在使用的变频器主要采用交一直一交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。

变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。

整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为工GBT三相桥式逆变器，且输出为P波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。

变频器选型时要确定以下几点：1.1.1 采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等。

1.1.2 变频器的负载类型；如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。

1.1.3 变频器与负载的匹配问题。

1）电压匹配；变频器的额定电压与负载的额定电压相符2）电流匹配；普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流相符。

对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。

3）转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。

1.1.4 在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。

因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。

1.1.5 变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地祸合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样情况下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。

1.1.6 对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器的降容，变频器容量要放大一挡。

1.2 变频器参数设置1.2.1 初始化操作PLC通过RS-48_5总线与FR540变频器进行通信时，必须设定变频器的参数，设定参数前，将变频器进行初始化操作。

变频器参数设定完成后，请将变频器断电。

1.2.2 变频器站号规定与计算机（PLC）通信的站号，在H00-HF1之间设定。

1.2.3 指令代码有计算机（PLC）发给变频器，指明程序工作（例如，运行、监视）状态。

因此，通过响应的指令代码，变频器可工作在运行和监视等状态。

1.2.4 数据表示与变频器传输的数据，例如，频率和参数等。

依照指令代码，确认数据的定义和设定范围。

1.2.5 等待时间规定为变频器从收到PLC来的数据到传输应答数据之间的等待时间。

根据计算机的响应时间在0-150ms之间来设定等待时间，最小设定单位为l 0ms。

若设定值为1，则等待时间为l 0ms；如设定值为2，则等待时间为20ms。

1.2.6 总和校验总和校验代码是指被校验的ASC II码数据的总和，即为二进制数的位数。

一个字节最低为8位，表示两个ASC II码，以十六进制形式表示。

1.3 PLC的选择在选择PLC时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC 和设计相应的控制系统。

1.3.1 输入输出（I/O）点数的估算I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%-20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。

实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行调整。

1.3.2 存储器容量的估算存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。

设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。

为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。

存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10-15倍，加上模拟I/O 点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。

1.3.3 控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。

1）运算功能设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。

大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和尸旧运算等。

要显示数据时需要译码和编码等运算。

2）控制功能PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。

例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。

3）通信功能PLC系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于1 Mbps，通信负荷不大于60% PLC系统的通信网络主要形式有下列几种形式：1）PC为主站，多台同型号PLC为从站，组成简易PLC网络；2）1台PLC为主站，其他同型号PLC 为从站，构成主从式PLC网络；3）PLC网络通过特定网络接口连接到大型DCS 中作为DCS的子网；4）专用PLC网络（各厂商的专用PLC通信网络）。

为减轻CPU通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的（如点对点、现场总线、工业以太网）通信处理器。

4）I/O点数分配表1 I/O地址分配2 系统的软件开发2.1 RS-485通信软件的设计要实现PLC对变频器的通信控制，必须对PLC进行编程；通过程序实现PLC 对变频器的各种运行控制和数据的采集。

PLC程序首先应完成FX2N-485-BD通信适配器的初始化、控制命令字的组合、代码转换和变频器应答数据的处理工作。

利用初始化脉冲M 8002使传输带正转和反转复位，当物料箱在原点且按下启动按钮时开始启动系统使电动机和传输带安装要求运行。

整个过程有明显的动作过程，可以运用步进指令STL和指令复位的RET画出顺序功能图。

顺序功能图中的每一步对应一小段程序，每一步与其它步是完全隔开的。

根据要求将程序按一定的顺序组合在一起就可以完成控制任务。

如图1所示。

3 系统连接与实现3.1 系统的连接设备3.1.1 用三菱PLC专用数据线连接三菱PLC和电脑；3.1.2 连接三菱变频器和RS-485 ；3.1.3 用三菱变频器专用线连接三菱PLC和三菱变频器；3.1.4 连接三菱变频器和电动机；3.1.5 连接其它的电源部分和传动部分。

3.2 系统的实现3.2.1 操作步骤：对三菱变频器进行参数设置。

PLC和变频器之间进行通信，通信规格必须在变频器的初始化中设定，如果没有进行初始设定或有一个错误的设定，数据将不能进行传输。

Pr.122号参数一定要设成9999。

否则，当通信结束后且通信校验互锁时间到时，变频器会产生报警并且停止。

Pr.79号参数一定要设成1，即PU操作模式。

3.2.2 复位变频器确保参数的设定生效。

3.2.3 对三菱PLC进行设置，PLC通信格式D8120=H009F三菱FX系列PLC 在进行计算机链接（专用协议）和无协议通信（RS指令）时，均需对通信格式D8120进行设定，其中包含波特率、数据长度、奇偶校验、停止位和数据格式等。

在修改了D8120设置后，确保关掉PLC的电源，然后再打开。

3.2.4 电缆制作及PLC与变频器连接如图所示。

图2根据上述的系统总体分析和软件设计，建立变频器和PLC对传送带多种速度控制。

这包括变频器模块、PLC线等。

对上述元件进行布置、模块、编程器模块、RS-485、电动机、传送带、连接安装，对通信文件进行编辑、传输和调试，然后根据题目要求编制程序、传送程序到PLC进行运行调试，最终实现所设计的系统。

安装完所有硬件后，输入变频器和PLC之间的通信程序，设置变频器参数。

【参考文献】[1]韩安荣.通用变频器及其应用[M].机械工业出版社，2010.[2]佟纯厚.近代交流调速系统[M].北京冶金出版社，2008.[3]马小亮.大功率交-交变频调速及矢量控制技术[M].机械工业出版社，2005.[4]叔秀菊.单片机微机原理及应用[M].东南大学出版社，2009。