摘要：介紹以歐姆龍PLC作為主站，通過(guò)RS-485總線(xiàn)與14臺(tái)歐姆龍3G3MZ系列變頻器串行通訊，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)變頻器調(diào)速監(jiān)控系統(tǒng)。詳細(xì)描述風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的驅(qū)動(dòng)機(jī)理，系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，PLC與變頻器之間的通訊實(shí)現(xiàn)方法，闡明了該網(wǎng)絡(luò)控制調(diào)速系統(tǒng)與一般模擬量控制調(diào)速系統(tǒng)相比的優(yōu)越性．給出了系統(tǒng)框圖以及PLC 系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)用證明其抗干擾性好，可靠性高，實(shí)用性好。 關(guān)鍵詞：PLC；RS-485；變頻調(diào)速；模擬量 中圖分類(lèi)號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A Abstract: Recommend regarding Omron PLC as the main website, pass RS-485 bus and 14 3G3MZ series serial news reports of frequency converter of Taiwan Omron, and realize the frequency converter of the ventilator adjusts the monitoring system of the speed. Describe the frequency conversion of the air blower adjusts the drive mechanism of the speed, the systematic hardware forms in detail, PLC and communication implementation method of frequency converter, expound network this control, transfer speed to be systematic to control, transfer superiority that speed compares systematically with general analog quantity. Provide the systematic block diagram and PLC system software implementation method. It proves its anti-interference is good, dependability is high, practicability is good that practical. Key words: PLC，RS-485，Variable Voltage Variable Frequency，Analog 0 引言 風(fēng)機(jī)設(shè)備在工業(yè)控制中應(yīng)用廣泛。傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)控制是全速運(yùn)轉(zhuǎn)，即不論生產(chǎn)工藝的需求大小，風(fēng)機(jī)都提供出固定數(shù)值的風(fēng)量，而生產(chǎn)工藝往往需要對(duì)風(fēng)速、風(fēng)量進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。最常用的方法則是通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)或擋板開(kāi)度的大小來(lái)調(diào)整受控對(duì)象，這樣，就使得相當(dāng)多的能量以風(fēng)門(mén)、擋板的截流損失消耗掉了。 隨著交流調(diào)速技術(shù)的不斷改善，變頻技術(shù)的不斷發(fā)展，利用變頻器進(jìn)行調(diào)速越來(lái)越廣泛。普通電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速后，在其拖動(dòng)負(fù)載無(wú)須任何改動(dòng)的情況下，即可以按照生產(chǎn)工藝要求調(diào)整轉(zhuǎn)速輸出。因此風(fēng)機(jī)設(shè)備完全可以用變頻器驅(qū)動(dòng)的方案取代風(fēng)門(mén)、擋板控制方案，從而降低電機(jī)功耗，達(dá)到系統(tǒng)高效運(yùn)行的目的。 1 風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)機(jī)理[1] 眾所周知，用變頻器輸出頻率可調(diào)的交流電壓作為風(fēng)機(jī)的電源電壓，可以方便地改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。從風(fēng)機(jī)負(fù)載特性可看出，風(fēng)機(jī)的機(jī)械特性具有二次方律特征，即轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比例變化。在低速時(shí)由于流體的流速低，所以負(fù)載的轉(zhuǎn)矩很小，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，流速加快，負(fù)載轉(zhuǎn)矩和功率 分別為二次方律負(fù)載的轉(zhuǎn)矩常數(shù)和功率常數(shù)。 因此，當(dāng)被控對(duì)象所需風(fēng)量減小時(shí)，采用變頻器降低風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 ，會(huì)使電動(dòng)機(jī)的功耗大大降低。 2 硬件設(shè)計(jì) （1）PLC選型及I/O地址分配 為滿(mǎn)足風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性和良好的控制精度與穩(wěn)定性，我們選擇歐姆龍CP1H系列40點(diǎn)晶體管輸出PLC，外部擴(kuò)展一個(gè)40點(diǎn)繼電器輸出的CPM1A-40EDR模塊為基本單元。 系統(tǒng)根據(jù)各樓層中排毒柜的狀態(tài)對(duì)各變頻器進(jìn)行控制，排毒柜共37個(gè)，手動(dòng)/自動(dòng)開(kāi)關(guān)一個(gè)共38個(gè)輸入點(diǎn)。輸出控制14臺(tái)變頻器的狀態(tài)顯示、報(bào)警信號(hào)（晶體管輸出）及變頻器啟/停（繼電器輸出）。 （2）變頻器選型 選用歐姆龍3G3MZ系列變頻器。SYSDRIVE 3G3MZ系列是一種搭載矢量控制的高性能變頻器。由于搭載了電機(jī)的自動(dòng)調(diào)整功能，因此能比V/f 控制更簡(jiǎn)單地運(yùn)用矢量控制實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的控制。并且標(biāo)準(zhǔn)搭載RS485 ，另外，通過(guò)增加選件可以對(duì)應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)，還能提供與PLC 連接的系統(tǒng)構(gòu)筑所需要的更進(jìn)一步的控制。變頻器單體中的單相200VAC 型和3 相400VAC 型內(nèi)置了對(duì)應(yīng)CE 規(guī)格的噪音濾波器，現(xiàn)有機(jī)型搭載可拆卸操作器，PID 控制、節(jié)能控制等豐富功能。 （3）觸摸屏選型 歐姆龍NT5Z系列觸摸屏為整個(gè)系統(tǒng)的操作設(shè)置顯示單元。在觸摸屏上可通過(guò)不同畫(huà)面將PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)、輸入輸出狀態(tài)、變頻器的各參數(shù)及狀態(tài)、報(bào)警信息等顯示出來(lái)，實(shí)時(shí)監(jiān)控全機(jī)的工作狀態(tài)，除了顯示功能外，還可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況，通過(guò)觸摸屏設(shè)置和修改PLC內(nèi)部的一些需要用戶(hù)設(shè)定的參數(shù)。通過(guò)人機(jī)界面可直接觀察到變頻器的工作狀態(tài)，對(duì)變頻器進(jìn)控制系統(tǒng)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。其系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。 [align=center] 圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 Fig.1 Systematic structure chart[/align] 3 軟件設(shè)計(jì) 3.1 手動(dòng)、自動(dòng)運(yùn)行模式 （1） 手動(dòng)運(yùn)行 當(dāng)系統(tǒng)上電，控制面板上的雙向開(kāi)關(guān)打到手動(dòng)方式，系統(tǒng)處于手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。手動(dòng)運(yùn)行畫(huà)面如圖2所示。系統(tǒng)處在手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，不論變頻器是否運(yùn)行，通過(guò)頻率輸入框輸入變頻器的頻率值，頻率值即寫(xiě)入變頻器。可寫(xiě)范圍0～50HZ。按下啟停按鍵控制變頻器的啟停。注意：系統(tǒng)處在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，手動(dòng)畫(huà)面的“啟?！焙皖l率輸入無(wú)效。 手動(dòng)運(yùn)行方式主要供檢修及變頻器故障時(shí)用，正常情況下系統(tǒng)工作在自動(dòng)模式。 [align=center] 圖2 手動(dòng)運(yùn)行畫(huà)面 Fig.2 Automatic operation picture[/align] （2）自動(dòng)運(yùn)行 當(dāng)系統(tǒng)上電，控制面板上的雙向開(kāi)關(guān)打到手動(dòng)方式，系統(tǒng)處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)用戶(hù)打開(kāi)的排毒柜的數(shù)量計(jì)算變頻器的赫茲數(shù)，在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際情況，通過(guò)設(shè)置啟動(dòng)頻率調(diào)整變頻器的運(yùn)行頻率，設(shè)置啟動(dòng)頻率不影響自動(dòng)運(yùn)行的正常運(yùn)行。自動(dòng)運(yùn)行畫(huà)面，如圖3所示。 [align=center] 圖3 自動(dòng)運(yùn)行畫(huà)面 Fig.3 Automatic operation picture[/align] 系統(tǒng)處在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，各變頻器的頻率由系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算，說(shuō)明： ① 7P1、7P2、7P3、6P1、6P2、5P1、5P2、5P3、5P4的頻率由輸入的排毒柜狀態(tài)自動(dòng)計(jì)算。 ② 9P1的頻率由輸入5P2、5P3、6P1、7P1、7P2的排毒柜狀態(tài)計(jì)算。 ③ 9P2的頻率由輸入5P1、5P4、6P2、7P3的排毒柜狀態(tài)計(jì)算。 ④ 7X1的頻率由輸入7P1、7P2、7P3的排毒柜狀態(tài)計(jì)算。 ⑤ 6X1的頻率由輸入6P1、6P2的排毒柜狀態(tài)計(jì)算。 ⑥ 5X1的頻率由輸入5P1、5P2、5P3、5P4的排毒柜狀態(tài)計(jì)算。 3.2 PLC與變頻器通信[7] （1）通信連接 CP1H側(cè)使用CP1W-CIF11，CP1W-CIF11開(kāi)關(guān)設(shè)定: ① 1=ON（終端電阻）; ② 2,3=ON（RS485方式）; ③ 5=ON（不要echo back數(shù)據(jù)）; ④ 6=ON（RS485方式）。 （2）變頻器基本參數(shù)設(shè)置[6]： ①“n0.02”禁止選擇變更參數(shù)：設(shè)定為“9” ，最高頻率50HZ時(shí)的初始化。 ②“n2.00”頻率指令選擇：設(shè)定為“4” ，RS485通信發(fā)出的頻率指令有效。 ③“n2.01”運(yùn)轉(zhuǎn)指令選擇：設(shè)定為“1” ，控制回路端子操作的STOP鍵也有效。 ④“n2.05”接通電源/切換運(yùn)轉(zhuǎn)指令后的運(yùn)轉(zhuǎn)選擇：設(shè)定為“2” ，接通電源后有效/切換運(yùn)轉(zhuǎn)指令后有效。 ⑤“n9.00”RS485通信從站地址：設(shè)定從站地址。 ⑥“n9.02”RS485通信錯(cuò)誤檢出時(shí)的動(dòng)作：設(shè)定為“0” ，顯示警告繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 （3）CP1H程序設(shè)定[7] 為了使用方便，歐姆龍推出了支持3G3MZ、3G3RV、3G3MZ這幾款變頻器通信的功能塊，適用于歐姆龍的CS1/CJ1（CPU需V3.0及以上）系列的通信板和通信單元（需支持串口網(wǎng)關(guān)功能的版本）以及CP1H的內(nèi)置通信口，端口協(xié)議選為Serial-Gateway。功能塊使用如下表1。 [align=center]表1 功能塊使用表 Tab.1 Function block the use of table [/align] 必須使用Refresh功能塊，所有的其他功能塊都是以該功能塊為基礎(chǔ)進(jìn)行通訊的具體參數(shù)設(shè)定如下。 CP1H設(shè)定Uint selection設(shè)定為＃CCCC，對(duì)于SCB設(shè)定為＃BBBB，對(duì)于SCU設(shè)定從&0-&15 對(duì)于Scan list No設(shè)定如下：Bit0對(duì)應(yīng)廣播，Bit1對(duì)應(yīng)01站，Bit2對(duì)應(yīng)02站，如果同時(shí)連接01和02站，那么設(shè)定00000006，在通訊過(guò)程中不能修改該參數(shù)，否則導(dǎo)致不可預(yù)測(cè)結(jié)果。 其中I/F Area ID，讀寫(xiě)變頻器的參數(shù)2個(gè)字 和Message Area ID 命令發(fā)送響應(yīng)狀態(tài)，但是當(dāng)調(diào)用其他功能塊時(shí)需要設(shè)定相同的區(qū)域和地址。Refresh功能塊如圖4所示。 [align=center] 圖4 Refresh功能塊 Fig.4 Refresh Automatic operation picture [/align] 4 結(jié)束語(yǔ) 本套方案中，完全通過(guò)PLC的485總線(xiàn)控制多臺(tái)變頻器。可在線(xiàn)對(duì)各個(gè)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行監(jiān)控與設(shè)置，同時(shí)由于變頻器和PLC安裝于相隔較遠(yuǎn)的地方，也減少了變頻器對(duì)PLC的干擾。該系統(tǒng)具有硬件簡(jiǎn)單、可靠性高、抗干擾性強(qiáng)、實(shí)用性好等優(yōu)點(diǎn)。 參考文獻(xiàn) [1] 史增芳，姜巖蕾，黃宗建.基于變頻技術(shù)的風(fēng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)[J].工礦自動(dòng)化，2007.1：97-99 [2] 李彬,符永逸. 多變頻器的總線(xiàn)控制[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006.8：18-20 [3] 鐘肇新.《可編程控制其原理及應(yīng)用》[M]. 華南理工大學(xué)出版社，2004 [4] 劉震.PLC在三相交流畀步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)運(yùn)中的應(yīng)用[J].工礦自動(dòng)化，2005.10（5）：69-70 [5] 吳偉，鄔冠華，喻金科.基于RS-485的PLC與多臺(tái)變頻器通信的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用.自動(dòng)化儀表，2005，26（9）：55-57 [6] 歐姆龍3G3MZ的操作手冊(cè) [7] OMRON CP1H編程手冊(cè) 第一作者 周紅麗，女，1982年生，現(xiàn)為青島理工大學(xué)計(jì)算機(jī)工程學(xué)院在讀碩士研究生，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)控制與檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 聯(lián)系方式：山東青島四方區(qū)撫順路11號(hào)青島理工大學(xué)284信箱 聯(lián)系作者：周紅麗 地址：山東青島四方區(qū)撫順路11號(hào)青島理工大學(xué)284信箱 郵編：266033 E-mail:zhl19820126@126.com 電話(huà)：0532-85071298