PLC与变频器组成的交流速度—位置控制系统设计

史丰荣　徐海峰

摘要：变频器采用松下VF0小型变频器。在实际生产中，有些场合要求设备与变频器加、减速时间匹配严格，应用PLC和变频器之间的信号配合和软件设计可满足此要求，而且通过PLC实现了逻辑控制和时间参数的精确调整，简化了原有的线路。

关键词： PLC 变频器；速度控制；位置控制

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）09-2110-02

本文所要介绍的速度-位置控制系统主要由PLC、变频器、交流电机、旋转编码器组成。可实现交流电动机的加、减速控制及工作台的定位控制，主要针对PLC与变频器接口的硬件设计，以实现PLC对变频器的驱动。软件系统采用松下FP∑型PLC，它与FP1相比具有体积小，软件丰富等特点，因此，应用于此系统中更容易实现管理的集中化和监控的智能化。

1 PWM变频调速方式方法及反馈系统的设计[1]

PWM变频调速方法和调速方式：整个系统的变频调速部分，用松下FPΣ、VF0小型变频器和旋转编码器组成高速计数单元。变频器通编程控制电动机，变频电机按理想曲线运行，而电机何时启动换速以及电机的转向是由PLC根据要求做出决定，发出控制信号给变频器，变频器按理想速度曲线控制电机运行。

传统变频器控制频率一般采用模拟信号控制，这样控制系统需要D/A转换而增加成本，VF0变频器保留原有的模拟控制还增加PWM信号进行控制。PLC的输出端可以直接控制变频器的启动、停止、多段运行等，它可以将变频器的运行状况从PLC输送上位计算机，以便对生产过程进行集中控制。此系统中PLC的PWM信号输出端子直接接于变频器的端子8、9、3组成回路。

如下图1所示：

PWM信号与频率指令值之间的关系：

频率指令值（HZ）=[ON时间PWM周期×最大输出频率（HZ）]

2 PLC与变频器接口设计

当利用变频器构成自动控制系统进行控制时，许多情况是采用和PLC等上位机相配合使用。PLC可提供控制信号（如速度）和指令通断信号[2]（启动、停止、反向）。

2.1 PLC输出接口形式

为了满足各种类型负载的要求、PLC输出接口一般有继电器输出、晶闸管输出和晶体管输出三种形式。因继电器输出开关频率只能达到1k， 晶闸管输出脉冲直流，关闭不了.本系统中PLC输出的是PWM信号，所以只能采用晶体管输出形式。

2.2 变频器内部电路

由变频器内部电路知，应在控制端连接无电压接点信号或开路式集电极信号，因为施加电压会导致故障。这是由晶体管本身的电压、电流容量决定的。

2.3 PLC与变频器的内部接线设计

PLC晶体管输出又分NPN和PNP型，根据变频器内部电路需要采用低电平有效的NPN 型[3]，当PLC内部电路的光耦合器VL导通时，晶体管V的集电极输出低电平，则变频器内部电路的发光二极管导通，发出一个脉冲信号.

2.4 变频器用开路式集电极输出驱动感应负荷时，一定要连接吸收二极管

3 系统软件设计和运行结果分析

本系统的主要控制功能都是由PLC来实现的。

3.1 软件设计

自动回零：无论工作台处于什么位置，当按下回零按钮后，自动回到起始点。

实现加减速控制：工作台从起始点到终点的运动过程中，要实现启动、加速、匀速、减速后准确停止。

自动往返控制：工作台到达终点后，停3S，自动回到起始点再停3S，再向终点运动，如此循环。

急停；当按下急停按钮后，工作台立即停止。

3.2 运行结果分析

①速度的控制

对速度的控制是通过对输出频率的控制来体现的[4]。

当设定变频器的输出频率为75HZ时[4]：

②位置控制

工作台的位移量： S =2πr*N/n （mm），由此可见，只要高速计数器的脉冲数输出准确，则位移的精度就会达到要求[5]。正转时，要求达到2000个脉冲时停止，实际上停止时，高速计数器的脉冲个数为2003。反转时，要求达到100个脉冲时停止，实际上停止时，高速计数器的脉冲个数为97。

实验结果证明：速度和位置控制技术指标达到要求，能迅速准确地实现加、减速和定位控制。

参考文献：

[1] 张淼.变频器的应用与维护[M].广州：华南理工大学出版社，2001.

[2] 张燕宾.变频器调速应用实践[M].北京：机械工业出版社，2000.

[3] 郁汉琪.电气控制与可编程序控制器应用技术[M].南京：东南大学出版社，2003.

[4] 吕汀，石红梅.变频器的原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2003

[5] 陈隆昌，阎治安，刘新正.控制电机[M]. 西安：西安电子科技大学出版社，2000.