基於歐姆龍PLC 的臺達變頻器控制

2020-12-03 電子產品世界

0 引言

　　變頻調速技術近年來發展很快，應用於各行業在節約電能的同時可以減少排放、降低能耗，因此理解並掌握變頻器的控制，具有十分重要的現實意義。變頻器的控制可以採用PLC、單片機等作為控制核心，由於PLC 具備可靠性高、編程簡單、維護方便等突出優點，越來越多的工業控制場合選用PLC和變頻器用於電機的調速控制。

　　基於PLC的變頻器的控制包括模擬方式控制和串口通信方式控制，其中，串口通信包括有協議通信和無協議通信，有協議通信如文獻[1]所述，幾乎不用編程，正確連接後就能實現串口通信。本文著重介紹了基於歐姆龍CP1H 系列PLC 的臺達VFD 系列變頻器的模擬方式控制和無協議通信方式控制。

1 VFD系列變頻器與CP1H系列PLC簡介

　　VFD系列變頻器是臺達電子集團驅動類自動化產品之一，具有節能效果好、供電範圍寬、控制精度高等特點，可任意設定V/f 曲線，廣泛應用於恆壓供水、空調、風機、鍋爐、水處理、城市建設等自動化控制領域。

　　CP1H 系列PLC 是歐姆龍公司推出的一款小型PLC，性能與西門子S7-200 相當，包括CP1HX標準型、CP1H-XA模擬量內置型和CP1H-Y 高速定位型三種型號，適用於紡織、印刷、包裝、橡塑及醫療等行業的機械設備控制。該機型外形小巧、速度極快、功能強大，具備1 個USB 口、2 個RS232C或RS485 可選的串行通信口，可實現上位連結、無協議通信、NT 連結、串行網關功能、串行PLC連結等功能。

2 模擬量控制方式

　　2.1 模擬量控制方式的變頻調速系統組成

　　系統組成框圖如圖1所示，包括PLC、變頻器、電機以及測速反饋裝置四個組成部分，PLC 和變頻器之間以模擬控制方式（電壓）連接，該電壓由變頻器內部的V/f 變換單元將電壓的變化量轉變為頻率的變化量，電機的正轉和反轉以兩個輸出點來進行控制，電機的轉速由測速裝置轉變為電壓信號反饋至PLC，再通過軟體實現轉速的閉環控制。

　　2.2 CP1H-XA40DT-D的設置與調試

　　歐姆龍PLC CP1H-XA40DT-D 內置4 點電壓/電流輸入、2 點電壓/電流輸出，解析度可設為1/6000 和1/12 000，輸入、輸出分別可選擇：0~5 V、1~5 V、0~10 V、-10~10 V、0~20 mA 和1~20 mA等6 種方式，內存CIO200~203為輸入模擬量對應的A/D轉換結果，CIO210~211對應D/A 輸出的數字量結果。

　　PLC 的模擬量調試主要涉及系統DIP 開關狀態設置、輸入和輸出模擬量形式以及範圍選擇、模擬量採集結果的處理等環節，調試時可先調開環系統，然後根據測速裝置反饋電壓和轉速的關係，通過軟體判斷調節模擬量單元的輸出信號大小，實現閉環調速系統。

　　2.3 VFD變頻器的設置與調試

　　變頻器的調試相對簡單，須注意的是：將參數Pr.-00 設置為「d0001」，Pr.-01 設置為「d0001」或「d0002」，線路連接如圖1 所示，PLC 的正反相控制端輸出分別和REV 與FWD 相連，PLC 的COM端和變頻器的DCM端相連。模擬控制方式的連線可參照文獻[3]的注意事項，錯誤的連接可能會損壞PLC的輸出埠。

3 無協議通信控制方式

　　眾多的變頻器品牌，由於技術和市場的原因，通信協議五花八門，兼容性很差，針對這種現狀，無協議通信得到了很好的應用。所謂無協議通信，即是自由協議方式，協議的格式由用戶自己定義，用戶根據具體變頻器的協議格式組織數據，實現與變頻器的通信。

　　參照文獻[2] 提出的方案，我們設計了基於RS485 的無協議通信控制方式，系統框圖如圖2所示，PLC 的串口連接端子也可以使用「RDB+」和「RDA-」兩個埠，變頻器輸出三相相位差120毅的交流電壓至三相異步電機定子繞組。

　　3.1 RS485通信模式

　　歐姆龍CP1H 系列PLC 設有RS485 的串行通信口，可採用平衡驅動器和差分接收器的組合，結合其抗共模幹擾能力強，抗噪聲幹擾性能優越的特性，可以實現有協議通信和無協議通信。

　　臺達VFD-A 交流馬達驅動器內建RS485 串聯通信界面，串聯通信連接埠標註SG+、SG-，其中，「SG+」表示信號正相端，「SG-」表示信號負相端。使用RS485 串聯通信接口時，每臺VFD-A 必須預先在Pr.78 指定其通信地址，PLC 便根據預定地址實施控制。當將參數「A」設為「02H」時，PLC可同時對多個變頻器實施控制。

　　3.2 臺達VFD-A變頻器參數設置與通信格式

　　3.2.1 參數的設定

　　相關的參數涉及Pr.-00、Pr.-01、Pr.-78，其中，Pr.-00 指定主頻率輸入來源，Pr.-01 設定運轉信號來源，Pr.-78 選取了串口通信的波特率，對應的設定值分別為：d002、d003、d002，即主頻率與運轉信號由RS485 串聯通信接口控制，且令面板STOP鍵有效，波特率設定為4 800 bit/s。


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