6AV2124-0UC02-0AX1

6AV2124-0UC02-0AX1

1、引言 

在国产高压变频器的设计中，为了提高高压变频器内部控制的灵活性以及在现场应用的可扩展性，通常在高压变频器中内置PLC。自从20世纪70年代台PLC诞生以来，PLC的应用越来越广泛、功能越来越完善，除了具有强大的逻辑控制功能外还具其他扩展功能:A/D和D/A转换、PID闭环回路控制、高速记数、通信联网、中断控制及特殊功能函数运算等功能，并可以通过上位机进行显示、报警、记录、人机对话，使其控制水平大大提高。 

本文以广州智光电机有限公司为攀钢集团成都钢铁有限公司污水处理厂设计生产的国产高压变频器ZINVERT-H800/B10为例，介绍了三菱PLC在高压变频器控制系统中的运用。 

2、广州智光电机高压变频器简介 

广州智光电机有限公司推出的新一代ZINVERT系列智能高压变频调速系统为直接高－高型变频调速系统，通过直接调节接入高压电机定子绕组的电源频率和电压来实现电动机转速的调节从而达到节能的目的。它是集大功率电力电子控制技术、微电子技术、高速光纤通信技术、自动化控制技术和高电压技术等多学科为一体的产品。该产品采用主流双DSP控制系统和大规模集成电路设计，通过的数字移相技术和波形控制技术实现了高压电机的灵活调节和能耗控制。 

3、PLC在国产高压变频器中的设计使用 

3.1 PLC主要逻辑控制 

（1）用户要求高压变频器在出现故障停机时能快速自动切换到工频旁路运行，笔者给高压变频器专门配置了可以实现自动旁路功能的旁路柜，如图1所示，K1～K4为手动操作闸，J1～J3为高压真空接触器。在变频器发生故障时，旁路柜可以在几秒内完成从变频到工频的转换;而变频器在工频运行时，通过1个按钮就可以实现变频器从工频到变频的转换。这样的控制要求增加了变频器整机控制逻辑的复杂性。

 
图1 自动旁路柜

自动旁路柜控制逻辑简要介绍如下： 

变频调速系统退出变频转工频运行有两种方式，一种是自动方式，一种是手动方式，选择自动方式时，当变频器发生停机故障时变频器自动从变频转工频;选择手动方式时则需人工操作。 

变频调速系统退出工频转变频运行也有两种方式，一种是自动方式，一种是手动方式，选择自动方式时，只需在控制柜上按一个按钮，变频器就自动完成从工频转变频;选择手动方式时则需人工操作. 

（2）PLC控制系统原理图 

PLC主机选用输入输出点数48点，型号为FX2N-48MR，PLC作为系统逻辑量控制的控制，在自动旁路柜的逻辑关系控制中起着至关重要的作用。PLC控制系统原理图如图2所示。

 
图2 PLC控制系统原理图

旁路柜的逻辑控制要求比较复杂，采用PLC控制，接线简单，提高了性;旁路柜的逻辑改也变得很简单，只需修改PLC梯形图程序就可以了，很方便满足用户现场的控制要求。 

（3）PLC功能指令实现高压变频器PID闭环控制 

用户现场对变频器闭环控制提出的要求是:变频器能够根据用户系统用水量的变化，自动调整变频泵的转速，实现管网恒压供水;同时还可以在液晶屏上设定压力目标值。 

针对用户的要求，PLC另外配置了模拟特殊模块FX2N-4AD和FX2N-2DA。FX2N-4AD为模拟输入模块，有四个输入通道，大分辨力12位，模拟值输入范围为-10V～10V或者4～20mA;FX2N-2DA为模拟输出模块，有2个输出通道，大分辨力12位，模拟值输出值范围为-10V到10V或者4到20 mA。这样通过读取指令（FROM）和写入指令（TO），以及PLC带有的PID闭环控制功能指令（如图3所示），就可以实现对用户现场的管网水压进行PID闭环控制。

 
图3 带有的PID闭环控制功能指令的PLC 程序

其具体编程过程是这样:PLC读取指令（FROM）读取用户水压反馈值，把反馈值用移动指令（MOV）存入PID指令中的D12数据地址里; 把用户的水压设定值用移动指令（MOV）存入PID指令中的D10数据地址里;D200～D222保存PID的运行参数;D14为PID指令的运算值输出，通过PLC的写入指令（TO）把PID闭环运算结果D14写入模拟输出模块，再通过模拟输出模块转换成-10V～10V或者4～20mA的模拟信号送入高压变频器控制器进行频率设定。 

在进行PID运行参数设置时，P、I、D的参数设定尤其重要，其设定的好坏直接关系到管网水压控制的好坏。P表示比例增益，设定范围为0～99(%)，比例调节设定大，系统出现偏差时，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例增益，会造成系统不稳定;I表示积分时间，设定范围为0～32767(*100ms)，积分时间越小，积分作用就越强，反之I越大则积分作用弱;D表示微分时间，设定范围为0～32767(*10ms)，微分调节有前的控制作用，合适的微分时间能改善系统的动态性能。 

攀钢污水处理厂供水管网比较庞大，管网水压对水泵转速的变化响应比较缓慢， 因此PID的计算速度不能过快，即比例调节不能过快，否则如果管网水压突然变化大时，变频器的调节容易形成较长时间的振荡。根据这一情况，如图3所示，可以在PLC控制程序中加入PID间隔计算时间（T0）以及PID运算死区（M0），这样就可以把PID的计算速度调节至与管网水压变化速度相一致，避免管网水压震荡。 

（4）PLC功能指令实现PLC与变频器上位机通信 

为了使变频器上位机能对PLC进行显示、报警及记录，PLC还配置了通信模块FX2N-232BD，实现与变频器上位机的串口通信，通信编程指令如图4所示。

 
图4 通信编程指令

PLC RS232串口通信可使用无协议（RS指令）或协议与上位机进行通信，本例中使用无协议与上位机进行通信，如图四所示:D8120用于设定PLC通信格式，D50表示发送起始地址，K60表示发送字节数量，D150表示接收起始地址，K20表示接收字节数量。 

4、结束语 

高压变频器自动旁路柜采用PLC进行旁路逻辑控制，通过在攀钢污水处理厂运行的智光高压变频器模拟故障说明，高压变频器自动旁路柜在从变频转工频，工频转变频的相互切换非常方便，能在10s以内完成，大大提高了水泵运行的性。现场PID闭环控制效果非常理想，水压波动非常小，波动在过0.1kg时，变频器能调节转速，把水压控制在设定范围内，调节转速时不会产生任何振荡。同时通过PLC与高压变频器控制器的串口RS-232通信，在高压变频器液晶屏上能监视系统管网水压及PLC各种状态量。(end)

长期以来，PLC始终活跃于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常的控制应用。其主要原因在于，它能够为自动化控制应用提供和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化应用的需求。  随着PC及因特网时代的到来，工业PC或PC-based控制器由于可以融入到网络时代的信息系统中，具有网络系统的基本特性，即具有、格、系统开放、丰富的人才基础等优势，因此PC-based控制器一经出现就具有很强的生命力，发展为迅猛。有观点说，PC-based控制器将取代传统PLC，当然解决性及编程问题。近几年来，这些问题已基本得到解决，PC-based控制器从外观到性也都开始可以与PLC相近。在编程方面，由于IEC61131-3编程语言标准的推出和广泛采用，为PC-based控制器的高速发展铺平了道路。这样，PC-based控制器不仅具有PC的优势，也具有传统PLC的优势。它可无缝地融合到网络时代的信息系统中。  在自动控制领域，PLC技术和PC-based技术是当前比较具有代表性的控制技术，两者的技术起源和发展有较大的差异。  PLC(ProgrammableLogicController)产生于上世纪70年代初。早的PLC是以替换继电器系统的角色出现，其主要实现的功能仅仅是逻辑简单的顺序控制功能。PLC一经出现，就以其高性、小体积和直观的编程模式而显示出强大的生命力，成为自动控制领域的“”。  PC-based是一种基于PC技术的控制系统。早的PC-based控制系统是以工控机为，通过扩展带PCI接口的板卡组成。PC-based借助于IT技术的发展，在运算、存储、组网和软件开放性方面具有优势。  PLC和PC-based两者在技术特点上存在明显区别。PLC具有体积小、功耗低、抗干扰能力强；具有很高的性，其平均无故障率时间间隔（MTBF）可达50万、甚至100万个小时；具有简单直观的编程模式(如梯形图)；具有内部实时时钟。而PC-based具有大运算能力；具有开放标准的系统平台和PCI接口；精美且的显示技术；丰富的组网能力。但系统的性略差，如性能较好的IPC的平均无故障时间间隔约5万小时。此外，PC-based虽然具有很强的CPU，但其多任务操作系统是非实时的，所以程序的循环周期反而没有的PLC快。  PLC适合于设备控制，而PC-based多地用于设备运行状态的监视。相对于PC-based而言，PLC具有配置灵活、体积小、适应恶劣环境、抗干扰性强、性高等优点，但在软件功能及系统开放性等方面比PC-based稍差。当然，随着计算机技术和控制技术的不断发展，PLC和PC-based都在吸收对方的优点，以适应多的应用现场。例如，PLC在包装设备中的应用远远多于PC-based在包装设备中的应用。  随着PC-BASED的工业计算机（简称工业PC，与普通的计算机相比，它具有防尘、防振、抗电磁、耐高低温等优点）的发展，以工业PC、I/O及监控装置、控制网络组成的PC-BASED的自动化系统逐渐成为工业自动化的另一种实现方式。PC-BASED自动化系统源于PC，可融入到网络时代的信息系统中，具有、格、系统开放、丰富的人才和应用基础等优势。 (end)

组成，它可以包含一个嵌入式控制器也可以没有。由于基于PAC的系统考虑到了用于I/O的相同控制器的使用，所以也就不需要添加额外的嵌入式控制器来实现HMI的图像显示。 

*容易的开发环境 

虽然传统的梯形逻辑编程非常适合于数字I/O的编程，然而对于处理模拟I/O、运动或视觉这种编程方式则十分麻烦。PAC可以用通用的语言编写控制程序，为您提供了很大的灵活性，这些通用语言包括C，C++，VisuaI Basic，LabVIEW甚至是传统的梯形逻辑。 

4、从上看出PAC与PLC功能之差异，其PAC可执行较多的任务： 

*实时的振动分析、图像处理．运动控制和CAN； 
*执行自动调节的PID控制，或可调增益的PID控制．模糊逻辑； 
*使用内置Web服务器、FTP服务器和e-mail功能进行通讯。 

5、结束语 

PAC是新一代PLC，其优势可概括PAC有五大特点： 

*多种功能，在一个平台上至少有两个逻辑，运动，PID控制，驱动和处理功能； 
*单一的多规程功能开发平台，采用通用的标记和单个数据库来访问所有的参数和功能； 
*软件工具允许通过多台机器或处理单元处理流程来进行设计，可以结合IEC 61131—3，用户手册和数据管理； 
*开放的模块化结构，反映了从工厂机器布置到加工车间中单元操作的工业应用； 
*采用实际标准的网络接口、语言等，如TOP／IP，OPC，XML和SQL查询。 

由于PAC能为您增加所需的PC功能以用于控制，实时分析或连接企业数据库，而且同时保持了PLC的性。如果您不只是需要集成数字I/O和运动控制，或者需要快的计算机处理能力的话，PAC可能是非常好的选择。为此，当今的工程师除了PLC控制外，其PAC不失为是一种选择，它正自动化领域。而PAC概念将在当今和未来的工厂自动化中发挥重要的作用。

引言 

工业自动生产线应用非常普遍，一般生产线的长度是有限的，为把物料从一条生产线搬运到另一条生产线上，常常采用输送线升降机，以提高生产效率。本文以FX-ON系列可编程控制器为例，介绍PLC在输送线升降机中的应用，这种FX-ON系列PLC机以其优的性能价格比受到用户的关注，在改造旧设备、生产线以及替代进口产品方面，了很好的经济效益。特别是配上嵌入式全中文MCGS组态软件，可构成下位机监控系统，运行于WinCE嵌入式实时操作系统，内置流程图功能，有庞大的标准工业器件设备图形库，支持各类型PLC等硬件设备，可以完成复杂逻辑控制，并可根据实际工况灵活组态。经生产实践表明，该输送线升降机设计思路正确，运行，能达到实际生产应用的要求。 

1、升降机结构图与工作原理 

该单元由升降梯与立体仓库二部分组成，升降梯由升降台和链条提升部分组成，由步进电机做驱动电源，由光栅尺对升降梯上升或下降的高度进行准确的定位。 

图1所示为传送线升降机结构图，工作原理如下：① 工件由传送线送至一楼升降梯机内；② 工件送达二楼后，升降梯上的传感器检测到工件进入时，升降梯上的传送电机停止工作，工件由动力辊道接出，再送入二楼辊道至二楼传送线，后进入仓库；③ 仓库的传感器检测到工件进入后，传送电机停，同时升降梯开始下降，回到初始位置，等待下一个工件；④整个系统以PLC为主要控制元件，设有手动／自动两种控制方式。

 
图1 升降机结构图

2、PLC选择及软、硬件设计 

（1） 采用24V直流电源，型号选FXon－40MR，输入为24点继电器接点，输出为16点，外部输入电源在机内，内存程序循环扫描控制，处理速度平均为5UμS/bit，程序容量950kbyt。 

（2） 在外围设备方面，采用便携式编程器FX-10P/20P或采用RS232通信或RS485通信方式，与上位机连接，外部输入设备有行程开关，按钮和电磁阀等。 

（3） 编制程序时，要使用外部输入相应的端子设备号：外部输入接点闭合，操作指示灯亮，输出断开，操作指示灯灭。 

（4） 时间定时器当前值设为0，定时器的点数为246，预置值0.1～3276.7s或0.01～327.67s，选用T0，T1等时间继电器。 

3、电气控制系统设计 

（1） 根据检测单元的检测情况，若检测到的工件为合格产品，则运行至此站，升降梯上的传感器检测到工件，升降梯上的传送电机停，通过步进电机驱动使步进电机转动，经齿轮齿条使升降梯带动工件上升。 

（2） 根据的检测结果，使用计数器，若为金属销钉且为个工件则升降梯上升至二层时停止，启动升降梯和二层上的传送电机，将工件送入，二层传感器检测到工件进行延时2s后，此层传送电机停。步进电机反方向转动，升降梯下降到初始位置，准备运送下一个工件。 

（3） 根据计数器，若为金属且为二个工件。升降梯仍重复上面的动作，将工件送入二层。 

（4） 根据计数器，若为金属且为三个工件，（在程序中认为每层可装两个工件）升降梯则带工件自动进入三层。以后依次装入工件。 

（5） 若为尼龙销钉且为个工件，则升降梯带动工件先垂直上升至二层，然后启动水平电机带动升降梯水平动作，当碰到水平的内限位开关时停止水平动作，启动升降梯和二层上的传送电机，将工件送入，二层传感器检测到工件进行延时2s后，此层传送电机停。水平电机反方向转动，回到外层碰到外限位停，然后启动步进电机使其反方向转动，升降梯下降时碰到底层限位停，回到初始位置，准备运送下一个工件。 

（6） 若为尼龙销钉且为二个工件则重复上一步。 

（7） 若为尼龙销钉且为三个工件，则重复上面步骤，升降梯带动工件先垂直上升至二层，然后水平移动，碰到内层限位时，水平电机停，此时升降梯带动工件继续上升至三层，将工件送入后，启动水平电机，升降梯进行反方向的水平动作，碰到外限位时，水平电机停，步进电机继续工作，带动升降梯下降至初始位置。以后工件依次装入。 

（10） 用外围设备——便携式编程器FX-10P/20P或电脑的PLC软件将其梯形图程序用可写的形式将指令写入，输入后PLC就按设计思路准确地完成各种操作。利用编程器或电脑的三菱PLC软件还可以完成每一条程序的读出，搜索所需要的输入/输出记号或指令，并可以检查写入的程序中有无语法错误，正确无误且用强制输出可以测试运行。 

4、监控系统设计 

MCGS组态软件可根据司机情况增加、裁减相应的内容，可以组态出动画窗口、曲线、报表等，并可以设置用户权限、级别。其结构有主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成，如图3所示。

 
图3 MCGS组态软件结构图

全中文工控软件MCGS是一套基于bbbbbbs平台，快速构成上位机监控系统的组态软件，可运行于Microsoft bbbbbbs 95\98\ME\NT\2000等操作系统，有庞大的标准的工业器件、设备、图形库，支持各类型PLC可编程器等硬件设备，其软件使用简单，操作方便。共设计了5个界面，分别是：主界面、流程监控、故障报警、报表输出、操作规程。设计中对于I/O的配置选用串行口配置，选择串行口COM1，则弹出设置配置向导，选择PLC设备系列。 

设计中动画连接命令语言为IF-ELSE-THEN。通过设置脚本程序可以形成一个按时间循环运行方式的过程。另外运用组态软件进行动画调试运行，会排除现场中很多问题，可对PLC的梯形图程序进行检测，大大缩短了现场调试周期，使设备运行性大大增加。 

5、系统特点 

智能化 

监控系统对智能化的要求越来越高，而此系统采用了嵌入式PC104。实时控制性指标很好。智能化程度很高，PC104模块主要特点是采用低功耗嵌入式CPU，集成度高，功能很强，由于它的实时影响能力，可在时间内把生产信息的各种数据，指标准确无误的反映上来，通过MCGS软件以报表，图形的形式显示出来，因此可视化程度非常高。特的硬件“”能对系统运行情况进行监视，发生异常情况，及时采取应急措施。 

性 

工业监控系统在性方面要求很高，计算机控制系统在发生故障和处于死机状态时对企业的性，生产方面带来严重的影响。性主要指控制系统本身要连续稳定运行，一旦系统生产故障是要其状态的能力。系统采用PC/104标准模块，具有好的抗震性，能够在各种复杂、恶劣的环境正常运行；存储器采用Flash电子盘，不带硬盘，避免了硬盘的旋转机械故障；其操作系统bbbbbbs CE内核具有内存管理功能，可以检查出应用程序造成的系统异常，能很好的抑制由于应用方面的错误而直接破坏系统的危险性，因而比一般监控系统具有较高的性。在通讯上，由通讯口（RS232C或RS422/485）读写PLC的内部数据。将输入、输出信号读出并送到TPC150L内存，根据TPD150L参数设置，通讯程序采用的协议为： 

传输速率 1200 PPS 
起始位数 1bit 
数据长度 8bits 
偶柱校 1bit 
停止位数 2bits 

通讯口读写PLC的内部数据的接口程序（略）。 

6、结束 

采用嵌入式MCGS组态软件及其平台，作为良好的上位机人机界面，进行系统

http://zhangqueena.b2b168.com