变频电机驱动皮带运输系统研究

易 铭，黄远民，杨 曼

（佛山职业技术学院机电工程学院，广东佛山 528137）

变频技术现在越来越多被应用在各行各业，变频调速往往作为动力系统运用在需要精确速度控制上［1］，而皮带运输系统就是运用之一。某系统中的皮带运输系统，由于要配合主系统工件检测、装配和储藏的工作任务，需要精确速度控制而采用变频调速控制。本文对该系统硬件和软件进行研究，并通过变频器的参数设置实现其功能。

1 系统功能

皮带运输控制系统如图1所示。由图1可知，该系统由主动轴组件、皮带、从动轴组件传送带支架等组成，主动轴由变频器电机驱动，是一个基于PLC技术、变频技术的皮带运输系统。

图1 皮带运输系统示意

皮带运输系统的主要功能如下所述。

（1）按下启动按钮SB2后，如果入料口有料（工件），则皮带左行。运行t s后，工件被送到储料盒里。若皮带上无工件，则皮带自动停止。系统启动后，绿灯HL2亮。

（2）按下停止按钮SB3，皮带送完当前工件后自动停。红灯HL3亮。

（3）皮带运行时间t由数字开关设定，不能低于2 s。

2 系统硬件设计

2.1 变频器（VVVF）选择

FR-E700系列变频器是三菱FR-E500系列变频器的升级产品，是一种小型、高性能通用变频器，此处选用三菱FR-E720S-0.4K-CHT型变频器，E720变频器控制电路的接线如图2所示［2］。

图2 E720变频器控制电路的接线

图2中各组成如下所述。

（1）开关量输入信号。开关量输入信号有7个，STF正转启动，ON时正转，OFF时停止。STR反转启动，OF时反转，OFF时停止。STF和STR同时ON时，为停止指令。

（2）频率设定。RH为高速频率设定（默认50 Hz），RM为中速频率设定（默认30 Hz），RL为低速频率设定（默认10 Hz）［3］。通过RH、RM和RL信号的组合可以进行4～7段速度的频率设定。

（3）模拟量输入信号。模拟量输入信号有2组，10接点用于电位器的电源，5接点是模拟公共端。2、5接点用于频率设定（电压），如果输入DC0～5 V，在5 V时为最大输出频率，输入输出成正比。4、5接点用于频率设定（电流），如果输入DC4～20 mA，在20 mA时为最大输出频率，输入输出成正比。4、5接点用于电压输入时，请将电压/电流输入切换开关切换至“V”位置。

（4）开关量输出信号。开关量输出信号有3个，A、B、C是变频器异常信号（继电器输出），异常时，A-C间接通，B-C间断开。RUN是变频器正在运行信号（集电极开路输出），变频器输出频率大于等于启动频率时为低电平，停止或直流制动时为高电平。FU是频率检测信号（集电极开路输出），输出频率大于等于任意设定的检测频率时为低电平，未达到时为高电平。

（5）FR-E720变频器的运行模式。FR-E720变频器的运行模式有3种：PU运行模式、外部运行模式、组合运行模式，均是通过操作面板或通讯的命令代码来进行运行模式的切换。本系统采用组合运行模式。

变频器运行模式如表1所示。1）Pr.79=0，外部/PU运行模式，通过键可以进行切换。2）Pr.79=1，固定为PU运行模式。3）Pr.79=2，固定为外部运行模式，可以在外部/网络运行模式间切换。4）Pr.79=3，外部/PU组合运行模式1，频率指令用操作面板设定或外部多段速设定，启动指令由外部信号输入。5）Pr.79=4，PU/外部组合运行模式2，频率指令由外部信号输入（2、4模拟量输入端子、多段速选择等），启动指令通过操作面板的键来输入。

表1 变频器运行模式

2.2 PLC选择

（1）输入信号。根据对控制系统工作任务分析，输入信号共7个，分别为：启动按钮和停止按钮共2个，料口有料现场检测光纤式光电开关信号1个，数字开关BCD输入端4个。

（2）输出信号。输出信号共8个，分别为：指示类信号有运行指示HL2和停止指示HL3，计2个；皮带电机由变频器驱动，需要正转启动信号1个，中速频率设定信号1个；数字开关片选信号4个。本项目选择 FX3U-48MT/ES-A 型 PLC［2］。

2.3 I/O接线原理

由于PLC为晶体管集电极开路输出，电流从其端口流入，故VVVF的电流应从端口流出（SINK）。使用内部电源，端子SD是VVVF输入信号的公共端子（负端），变频器应设置为漏型逻辑，硬件系统的设计如图3所示。

3 变频器参数设置

由于皮带运输系统加减速调节，需要设定变频器的上下限频率、多段速设定、加减速时间设定、运行模式选择等［3］。驱动皮带的电机型号为80YS25GY30，其参数如下：PN=25 W，UN=380 V，IN=0.13 A、fN=50 Hz，nN=1 300 r/min。根据电机铭牌上的参数正确设置变频器输出的额定功率、额定频率、额定电压、额定电流、额定转速以及电动机的加减速时间等参数，如表2所示。

图3 I/O接线原理

表2 变频器参数设定

4 软件设计

（1）现场信号。指令信号、传感器信号等现场的信号通过PLC的输入继电器输入，CPU处理程序的结果由输出继电器控制外部负载的运动情况，因此要进行I/O分配［4］。根据对控制系统工作任务分析，输入信号共7个，分别为：启动按钮和停止按钮共2个；料口有料现场检测光纤式光电开关信号1个；数字开关BCD输入端4个。

（2）输出信号。输出信号共8个，分别为：指示类信号有运行指示HL2和停止指示HL3，计2个；皮带电机由变频器驱动，需要正转启动信号1个；中速频率设定信号1个；数字开关片选信号4个。其具体分配如表3所示。

（3）DSW指令。用DSW指令处理从连接在X20～X23端口上的BCD码数字开关SW-1、SW-2、SW-4、SW-8中，用Y14～Y17依次选择个、十、百、千位并且读入各位数字，还原为4位数据后以二进制的形式存入数据寄存器D1中；用触点型指令解决设定值（不小于2 s）存放到数据寄存器中［5］；皮带上工件的移动状态用移位指令SFTL或SFTR记录在K2M60中。

表3 I/O分配表

5 小结

变频调速作为动力系统是根据电机转速与对应工作电源输入频率成正比而调速的，现已在工业机器人、自动化设备、电动汽车等领域广泛应用，也在控制算法、复杂的观测等任务中得到很好的运用，因此其传动性能也达到前所未有的高度。在实际运用时，要根据实际情况设置好变频器的上下限频率、基准频率、中速频率，控制器要有较强的PWM生成能力。