上海華電電力發(fā)展有限公司望亭發(fā)電分公司 顧燕奇

電氣傳動(dòng)過(guò)程是將電動(dòng)機(jī)視為控制對(duì)象，基于電子設(shè)備支持運(yùn)行。目前可選擇的電機(jī)類型分成直流與交流兩類，在工業(yè)領(lǐng)域中后者更受青睞。在計(jì)算機(jī)控制方法愈發(fā)成熟中，調(diào)速控制系統(tǒng)也隨之出現(xiàn)，如串級(jí)調(diào)速與變頻調(diào)速等。串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是指在轉(zhuǎn)子回路里連接諸多電阻實(shí)現(xiàn)調(diào)速，但變頻調(diào)速的類型更為多樣化、響應(yīng)速度快。

1 PLC 變頻器三段速的控制編程技巧

1.1 系統(tǒng)控制要求

在按下開(kāi)啟按鈕后，PLC 控制變頻裝置驅(qū)動(dòng)電機(jī)，按照10Hz 的頻率進(jìn)行正轉(zhuǎn)運(yùn)行。保持10s 的低速運(yùn)轉(zhuǎn)后變頻器調(diào)整成30Hz，維持該速度運(yùn)行10s后將頻率提高至50Hz，持續(xù)該狀態(tài)10s 后重新回到10Hz 的運(yùn)行頻率。不斷循環(huán)變頻，直到停止作業(yè)[1]。以三菱的FX3G 系列的PLC 為例，對(duì)應(yīng)配備A700的變頻裝置。對(duì)于I/O 地址，輸入量M0和開(kāi)啟按鈕SB0相連接對(duì)應(yīng)，M1則和停止按鈕SB1對(duì)應(yīng)。在系統(tǒng)輸入中的對(duì)應(yīng)關(guān)系是：正轉(zhuǎn)情況下，輸出控制量用Y2表示，低速運(yùn)行為Y4，高速運(yùn)行是Y6。

1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

程序1的基礎(chǔ)編程方向，在按下開(kāi)啟按鈕M0后，相應(yīng)的Y2與Y4會(huì)立即設(shè)為1。在運(yùn)行10s 之后，三種速度狀態(tài)開(kāi)始循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，直到按下關(guān)閉停止鍵M1，而后包括Y2、Y4等在內(nèi)都恢復(fù)到0的狀態(tài)。順利借助前一種速度狀態(tài)線圈，會(huì)及立即啟動(dòng)連帶的定時(shí)裝置，在達(dá)到設(shè)定時(shí)間后會(huì)通過(guò)此驅(qū)動(dòng)下一順位的線圈。這為最基礎(chǔ)的運(yùn)行思路。

程序2是基于程序1的基礎(chǔ)功能，增加電動(dòng)機(jī)運(yùn)行安全性的考量，線圈之間互鎖，以正常分析溫度的視角入手，在每個(gè)線圈對(duì)應(yīng)輸出編程語(yǔ)句上，添加其余線圈對(duì)應(yīng)的常閉觸點(diǎn)互鎖。此思路在理論層面上無(wú)阻礙問(wèn)題，但實(shí)際所得程序并不方便實(shí)際應(yīng)用，生成程序僅能完成一步動(dòng)作，在到了設(shè)定實(shí)踐后，互鎖已經(jīng)是斷開(kāi)的情形，因而無(wú)法繼續(xù)開(kāi)展循環(huán)動(dòng)作。主要問(wèn)題來(lái)源于互鎖觸點(diǎn)方面。程序3是為克服程序2上的漏洞，只用調(diào)整指令，把定時(shí)裝置的指令適當(dāng)提前，移動(dòng)至控制點(diǎn)線圈以前，由此得到的掃描情況正常，符合控制標(biāo)準(zhǔn)。

總結(jié)出的編程技巧為：使用定時(shí)裝置中需把握好作用域，設(shè)置在線圈前、觸電后。在設(shè)置好時(shí)間點(diǎn)后，PLC 進(jìn)行計(jì)時(shí)，在達(dá)到設(shè)定時(shí)間的同時(shí)PLC會(huì)基于程序控制啟動(dòng)后續(xù)的動(dòng)作。程序4在完成一輪循環(huán)后，以程序2的情況來(lái)看，借助最后的定時(shí)裝置上升，啟動(dòng)下一次循環(huán)，根據(jù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，該種形式能夠達(dá)成，但并不屬于推薦的一種。基于此，調(diào)整成運(yùn)用線圈下降動(dòng)作，開(kāi)啟循環(huán)，生成的循環(huán)邏輯更加準(zhǔn)確。也就是采用上一種運(yùn)行速度結(jié)束條件，設(shè)定成下一種的啟動(dòng)條件，規(guī)避邏輯混亂[2]。

根據(jù)上述分析看編寫(xiě)的程序似乎無(wú)所挑剔，但實(shí)際上可選擇的編程技巧較多，還牽涉到較為高級(jí)指令，能讓系統(tǒng)更為明確、邏輯性更強(qiáng)。由此可演化出程序5借助傳送MOV 指令達(dá)到控制的目的，如編程語(yǔ)句MOV K68 K2Y0代表從Y00位開(kāi)始的8位單元地址中，輸送十進(jìn)制數(shù)68(01000100)。通過(guò)簡(jiǎn)單明確的指令便能獲得相應(yīng)的功能。另外，借助比較指令進(jìn)行定時(shí)轉(zhuǎn)換也能支持程序編輯。將時(shí)間看成軸，基于三段的10s 運(yùn)行時(shí)間達(dá)到循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)的控制效果。該處要強(qiáng)調(diào)的是：定時(shí)裝置線圈指令必須處于前一步執(zhí)行，位于作用域上方，反之不能正常響應(yīng)[3]。

總之PLC 編程技巧較多，在面對(duì)相同功能訴求時(shí)也能利用多個(gè)方式達(dá)成。此外基本可以認(rèn)為，相對(duì)高級(jí)的響應(yīng)指令更容易被實(shí)現(xiàn)，后期控制應(yīng)用中漏洞出現(xiàn)率也較低，內(nèi)在邏輯性更為明顯。

2 PLC 變頻器三段速控制的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

2.1 硬件線路設(shè)計(jì)

硬件選型：運(yùn)用PLC 以及變頻裝置保持三項(xiàng)交流異步的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行三段速工作，同時(shí)借助組態(tài)軟件達(dá)到人機(jī)交互的效果。具體選擇的硬件和型號(hào)如下：導(dǎo)線ASTVR0.5xl 若干、變頻器ASTVRV20 1臺(tái)、PLC S7-200 SMART 1臺(tái)、繼電器Sr20 1臺(tái)、觸屏700 IE V3 1臺(tái)、三相交流的電動(dòng)機(jī)WDJ26 1臺(tái)、計(jì)算機(jī)Thinkpad P15S 1臺(tái)。

硬件接線：接入宏Cn003能讓電動(dòng)機(jī)獲取三個(gè)固定轉(zhuǎn)速，通過(guò)錄入設(shè)定數(shù)字量，繼電裝置負(fù)責(zé)輸入，基于設(shè)定的線路連接設(shè)計(jì)，使用導(dǎo)線連接，得到圖1接線圖。在實(shí)際接線期間需注重下述問(wèn)題：在全部線路都接完后應(yīng)進(jìn)行全面復(fù)查，避免由于接線有誤損壞變頻裝置，特別是主電源的部分嚴(yán)禁出現(xiàn)斷路的問(wèn)題；變頻裝置接線端子處不可使用過(guò)大的力氣處理插拔導(dǎo)線，避免形成機(jī)械損傷；在保障接線無(wú)問(wèn)題后才能開(kāi)始送電。后期送電及停電期間應(yīng)強(qiáng)調(diào)安全問(wèn)題，尤其在按下停止鍵后，要保證控制面板上的所有指示燈都熄滅后才能開(kāi)啟裝置的蓋板；錄入設(shè)置變頻裝置的參數(shù)時(shí)需先把程序上的所有參數(shù)值歸零，而后依次輸入設(shè)定參數(shù)值[4]。

圖1 接線圖

2.2 軟件編程設(shè)計(jì)

編寫(xiě)PLC 程序時(shí)需按照電動(dòng)機(jī)運(yùn)行需要設(shè)置輸出變量，進(jìn)行地址配置。具體分配情況如表1所示?；诒碇兴镜牡刂贩峙淝闆r與控制需要，編寫(xiě)PLC 程序。

表1 I/O 地址配置表

2.3 變頻裝置參數(shù)

在三段速運(yùn)行條件下，處于外部操作以及PU/外部并行的狀態(tài)中，和PLC 進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，更具便利性。此處使用西門(mén)子的變頻裝置V20，對(duì)其的調(diào)試過(guò)程如下：

硬件送電。接上導(dǎo)線使變頻裝置通電;設(shè)置硬件參數(shù)。將P0010與P0970分別調(diào)整至30和21，點(diǎn)擊確認(rèn)后變電裝置進(jìn)行復(fù)位。等待10s 左右后設(shè)備會(huì)處于出廠設(shè)置狀態(tài)。此外電動(dòng)機(jī)相應(yīng)的參數(shù)設(shè)計(jì)包括：P0003出廠值是1、設(shè)置值為1，確保控制系統(tǒng)用戶的訪問(wèn)級(jí)是標(biāo)準(zhǔn)級(jí)；90010出廠值是、設(shè)置值為1，以實(shí)現(xiàn)高速調(diào)試；P0100出廠值是0、設(shè)置值為0，電動(dòng)機(jī)功率單位是kW，頻率設(shè)置成50Hz；P0304出廠值是230、設(shè)置值為380，表示電動(dòng)機(jī)的額定電壓，單位是V；P0305出廠值是1.5、設(shè)置值為0.65，表示電動(dòng)機(jī)的額定電流，單位是A；P0307出廠值是0.75、設(shè)置值為0.20，代表電動(dòng)機(jī)的額定功率，單位是kW；P0310出廠值是50、設(shè)置值為50，對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)的額定頻率，單位為Hz；P0311出廠值是0、設(shè)置值為1300，表示電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，單位是r/min。

在完成上述參數(shù)輸入后需選定連接宏，點(diǎn)擊M鍵確定連接宏Cn003。全部參數(shù)設(shè)定后把P0010調(diào)節(jié)到0，讓變裝置形成準(zhǔn)備狀態(tài)，支持常規(guī)使用需要。點(diǎn)擊切入到操作菜單頁(yè)面，完成硬件上設(shè)備調(diào)試[5]。

2.4 控制畫(huà)面組態(tài)

進(jìn)入到WinCC fexible 組態(tài)軟件程序主頁(yè)面上，打開(kāi)一側(cè)的操作導(dǎo)航欄，點(diǎn)擊“項(xiàng)目”選項(xiàng)選中“畫(huà)面”，添加所需的操作頁(yè)面，進(jìn)入到新畫(huà)面操作頁(yè)面。而后在組態(tài)軟件程序的主頁(yè)面上提供的工具欄挑選適宜的線與文本域、I/O 域、按鍵等項(xiàng)目，放在創(chuàng)建畫(huà)面的空白區(qū)域，并能增設(shè)文本域。點(diǎn)擊文本域，彈出相關(guān)的屬性視圖對(duì)話框便可進(jìn)行文本編寫(xiě)。采取相同的操作方式增添其他的操作所需對(duì)象，完成控制頁(yè)面的編輯。在此組態(tài)畫(huà)面上應(yīng)設(shè)置按鍵與開(kāi)關(guān)，進(jìn)入“事件”頁(yè)面，根據(jù)按鍵不同執(zhí)行動(dòng)作設(shè)置響應(yīng)函數(shù)。按鍵在被點(diǎn)擊后增設(shè)函數(shù)SetBit 負(fù)責(zé)復(fù)位動(dòng)作。此外，需基于函數(shù)增添所需控制操作對(duì)應(yīng)的軟元件，如在點(diǎn)擊按下中置位M0.0，在“釋放”中需復(fù)位到M0.0，讓畫(huà)面按鍵呈現(xiàn)出點(diǎn)動(dòng)效果。

在SMART LINE IE V3觸摸屏上，在送電過(guò)程中屏幕中輸出硬件設(shè)備啟動(dòng)中的畫(huà)面，具體呈現(xiàn)出三個(gè)按鍵：Transfer 負(fù)責(zé)在下載任務(wù)文件資料時(shí)把HMI 裝置調(diào)整成“傳送”的狀態(tài)；Start 可啟動(dòng)操作畫(huà)面上所列任務(wù)項(xiàng)目；Control Pannel 點(diǎn)擊后畫(huà)面能直接跳轉(zhuǎn)到控制面板。借助以太網(wǎng)把組態(tài)任務(wù)項(xiàng)目直接下載到操作頁(yè)面上，選擇“傳送”指令，自動(dòng)把項(xiàng)目資料傳送給指定的地址[6]。

3 PLC 變頻器三段速控制的實(shí)現(xiàn)案例

基于西門(mén)子PLC 控制變頻器形成三段速電路。涉及到的原件及對(duì)應(yīng)包括：VFD，三菱變頻；PLC為西門(mén)子PLC200；斷路器，QF1總斷路器、QF2負(fù)責(zé)回路部分；QF3負(fù)責(zé)PLC 斷路器；kM，交流接觸器；M，三相異步的電機(jī)。此外，設(shè)置量最多的是按鈕，SB1是變頻裝置的送電按鈕，外觀是綠色；SB2是變頻裝置的停電按鈕，為紅色；SB3為變頻裝置的運(yùn)行輸出，為綠色；SB4負(fù)責(zé)變頻裝置的停止輸出控制，為紅色；SB5是多段速1，為綠色；SB6是多段速2，為綠色；SB7對(duì)應(yīng)多段速3，同樣是綠色[7]。

3.1 參數(shù)設(shè)定

Pr.77是指禁止編寫(xiě)的選項(xiàng)，相應(yīng)參數(shù)值是1，在系統(tǒng)停止期間能進(jìn)行編寫(xiě)。ALLC 可清除所有參數(shù)，設(shè)定值是1，能把硬件參數(shù)全部調(diào)節(jié)到初始值狀態(tài)。Pr.79來(lái)確定操作模式，設(shè)定值是3，初始外部和面板PU 聯(lián)動(dòng)運(yùn)行。Pr.178的功能為支持正轉(zhuǎn)運(yùn)行STF，設(shè)定值是60，可把端子STF 設(shè)定成正轉(zhuǎn)運(yùn)行的一種指令。Pr.184為端子設(shè)置選擇AU，參數(shù)值是4，把AU 端子設(shè)定成輸入行為有無(wú)效的選項(xiàng)，僅有處于ON 狀態(tài)下才表示有效。數(shù)字錄入的公共端SD，支持STF、STOP 等諸多控制數(shù)字量的輸入。模擬量的公共端設(shè)置硬件頻率信號(hào)的端子，在ON 情況下才是有效輸入。Pr.267的功能是選定端子的頻率輸入方式，參數(shù)值是2，支持在對(duì)應(yīng)端子中，輸入0～10V 的信號(hào)。Pr.195可選定不同端子的對(duì)應(yīng)功能，設(shè)定值是99。在端子出現(xiàn)異常的情況下可應(yīng)用常開(kāi)點(diǎn)A1、C1[8]。

3.2 原理分析

3.2.1 變頻合閘

首先，閉上總開(kāi)關(guān)，空開(kāi)QF1，PLC 控制電源QF3和變頻裝置的輸入接觸裝置，控制電源QF2?？刂蒲b置PLC 把電壓信號(hào)與電流信號(hào)設(shè)置為中間變量，前者設(shè)定區(qū)間是0～10V；后者為4～20mA；中間變量則在0～32000中；其次，變頻器送電，按相應(yīng)的合閘按鍵SB1閉合I0.0，輸出繼電裝置Q0.0完成得電的過(guò)程。PLC 外接點(diǎn)Q0.0和1L 接點(diǎn)連接，主交流的接觸裝置KM 線圈的點(diǎn)，相應(yīng)的接觸點(diǎn)閉合，使得變頻裝置獲得運(yùn)行電源。而且觸點(diǎn)會(huì)關(guān)閉自鎖，維持線圈的長(zhǎng)時(shí)間吸合；最后基于參數(shù)表在全部歸零后設(shè)置變頻參數(shù)。

3.2.2 變頻運(yùn)行

按變頻裝置的運(yùn)行按鍵SB3，使得I0.2閉合，由此讓輸出繼電裝置Q4.0獲得電量。PLC 外接點(diǎn)Q4.0和2L 連接，同時(shí)變頻端子STF 和SD 端子處于閉合狀態(tài)。Q4.0常開(kāi)點(diǎn)在此時(shí)會(huì)隨之閉合自鎖，繼而完成三段速運(yùn)行實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)備工作[9]。

3.2.3 三段速運(yùn)行

其一，按下SB5使得I0.4閉合，根據(jù)指令上升沿觸發(fā)，同時(shí)完成輸出動(dòng)作。繼電器M0.0與M0.1、M0.2復(fù)位一次，按照對(duì)應(yīng)頻率進(jìn)行輸出復(fù)位，與此同時(shí)M0.0得電。把頻率 賦值到PLC 模擬量進(jìn)行輸出，相應(yīng)電壓值是2V，加在對(duì)應(yīng)的外接端子上。此時(shí)變頻器以10Hz 的狀態(tài)運(yùn)行;其二，按下SB6I0.5閉合，輸出及繼電器等均和上一種狀態(tài)相同。但此時(shí)得電的是M0.1。把頻率 賦值到模擬輸出量。該階段變頻器處于20Hz 的運(yùn)行狀態(tài)中;其三，按下SB7使得I0.6閉合，輸出復(fù)位后M2.0繼電器獲得電源，把頻率3賦值到模擬輸出量，變頻器的運(yùn)行頻率是40Hz。上述的頻率值可根據(jù)控制需求進(jìn)行設(shè)定，也無(wú)固定的次序。

按下SB4，發(fā)出停止的指令后，I0.3繼電器Q0.1會(huì)隨之失電，外接端子STF 和SD 直接切斷聯(lián)系。根據(jù)設(shè)定的減速時(shí)間，頻率歸零后電動(dòng)機(jī)便會(huì)停止運(yùn)行，同時(shí)控制面板上的指示燈全部熄滅，輸出0.00Hz。另外，在變頻裝置的運(yùn)行期間直接按下SB2，系統(tǒng)不會(huì)給出任何響應(yīng)，僅有在確定停止斷電后再執(zhí)行SB2按鍵的指令，會(huì)讓相應(yīng)的繼電器失電、輸出點(diǎn)斷開(kāi)等[10]。

基于本文分析討論內(nèi)容，進(jìn)一步說(shuō)明采用上述操作手段實(shí)現(xiàn)，進(jìn)入到PLC 頁(yè)面下載應(yīng)用程序。而后進(jìn)行編譯及啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)程序，配備觸屏方便人機(jī)交互，并能動(dòng)態(tài)了解三段速與電動(dòng)機(jī)工作的狀態(tài)。