基于PLC控制的变频器在KDH-169DA现代电工实训考核装置中的应用

盛柳青2

(1.安徽汽车职业技术学院，安徽 合肥 230601；2.安徽汽车工业技师学院机电工程系，安徽 合肥 230601)

0 引言

结合生产实际和职业岗位的技能要求，KDH-169DA现代电工实训考核装置适合高等职业学校开展职业能力教学与实训。该实训装置的控制过程主要由PLC、变频器、三相交流异步电机等完成，其中PLC是实训装置的核心部分。KDH-169DA现代电工实训考核装置综合应用了多种技术知识，如机械技术(机械传动、机械连接等)、电气运行与控制、PLC控制、触摸屏技术和变频器技术等。利用该装置可以创设工作情景，帮助学生形成较强的职业能力。

1 PLC控制技术

可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则进行设计。PLC硬件由CPU、存储器、基本输入/输出接口电路、外设接口、编程装置和电源等组成。PLC软件及程序中主要对变频器进行自动控制，对程序的执行过程是通过CPU的循环扫描，并用周期性集中采样、集中输出的方式来完成。PLC控制技术在KDH-169DA现代电工实训考核装置中的应用，可以实现对变频调速系统的自动控制，不仅有效提高三相异步电动机控制的效率，而且有效改善三相异步电动机调速的精度。

2 以PLC控制为基础的变频调速系统构成

以PLC时间控制为原则，通过变频器端子控制电动机多段速运行，变频器端子按不同方式组合，可选择不同的输出频率，实现对三相异步电动机的多段速控制。正确设置变频器输出的输出频率、额定电压、额定电流、额定功率、额定转速、电动机的加减速时间设置等。

PLC控制系统在实现控制变频器的过程中，可以通过发送启动、停止、正反转信号以及频率值来实现控制过程。电动机的启动、停止和正反转信号可由PLC的数字输出端口传送至变频器的数字输入端子，然后变频器对电动机进行启动、停止、正反转和调速控制。

3 科学合理地选择PLC及变频器

为了使KDH-169DA现代电工实训考核装置能够有效、合理地运行，需要根据实际选择合适的PLC和变频器。不同型号PLC系统内的模块、输入/输出口、电池及容量等差异会直接影响该装置系统运行的整体状态。另外，变频器的选择对于变频调速系统的稳定性和精确性也至关重要。

3.1 S7-1200PLC

S7-1200PLC涵盖了S7-200 SMART PLC的原有功能并且增加了许多新功能，可以满足更广泛领域的应用。S7-200 PLC系统采用TIA Portal 工程组态软件进行组态和编程。TIA Portal分为2部分(STEP 7与WinCC)，实现了过程的可视化，使用TIA Portal软件可以在同一个工程组态软件中组态S7-1200PLC和SIMATIC HMI精简系列面板，实现统一编程、统一配置硬件和网络、统一管理项目数据对已组态系统的测试、试运行和维护等，而且所有项目数据均存储在一个公共的项目文件中，修改后的应用程序数据会在整个项目内自动更新。TIA Portal 软件最基本的应用是利用S7-1200 PLC通过用户程序来控制机器，并使用HMI设备操作和监视过程。

3.2 G120变频器

G120变频器是一种经济、节能、易于操作的变频器。它功能广泛，特别适用于泵、风机和压缩机的控制。作为一个模块化的变频器系统，G120由控制单元、功率模块和操作面板及盲板组成。通过控制单元，G120可与本地控制器以及监视设备进行通信。G120变频器系统包括PM240型功率模块、CU240B-2型控制单元和基本操作面板BOP-2。

4 基于PLC控制的变频器在装置中的应用

4.1 G120变频器基本操作过程

4.1.1 BOP-2面板基本情况

BOP-2面板用于显示参数的序号、数值以及报警和故障信息，不能存储信息，面板菜单功能描述如表1所示。

表1 菜单功能描述

4.1.2 BOP-2参数修改

修改参数是在PARAMS菜单和SETUP菜单中进行的。首先选择参数号。当显示的参数号闪烁时，按向上键和向下键选择所需要的参数号，按确认键进入参数，显示当前参数值，然后修改参数值。当显示的参数值闪烁时，按向上键和向下键调整参数值，按确认键保存参数值。

如修改P700[0]的参数步骤为：按向上键和向下键，将光标移动到PARAMS菜单。按确认键进入PARAMS菜单。按向上键和向下键选择EXPERT和FILTER功能。按确认键进入EXPERT FILTER功能，面板显示不断闪烁参数号，按向上键和向下键选择所需的参数P700。按确认键，将焦点移动到参数下标“[00]”，“[00]”不断闪烁，按向上键和向下键可以选择不同的下标，本例选择下标为“[00]”。按确认键，将焦点移动到参数值，参数值不断闪烁，按向上键和向下键调整参数值。按确认键保存参数值，返回到步骤的状态。

4.2 PLC控制的变频器多段速控制过程

4.2.1 硬件接线

根据控制要求，完成PLC控制变频器多段速控制系统的接线。

I/O地址分配:本设备PLC采用的是S7-1200 CPU 1215C DC/DC/RLY，接口I/O分配表如表2所示。

表2 I/O接口分配表

4.2.2 变频器参数设置

1)指令源和设定值源。通过预定义接口宏可以定义变频器用什么信号控制启动，由什么信号来控制输出频率。在预定义接口宏不能完全符合要求时，必须根据需要调整指令源和设定值源。指令源是指变频器收到控制指令的接口。在设置参数P0015时，变频器会自动对指令源进行定义。本任务需要设置指令源启动信号P0840=r722.0，表示将数字量输入端DI0(5号端子)定义为启动信号。设定值源是指变频器收到设定值的接口，在设置参数P0015时，变频器会自动对设定值源进行定义。本任务需要设置设定值源P1070=1 024，表示将固定转速作为主设定值。

2)数字量输入功能。CU240B-2提供了4个数字量输入端，必要时也可以将模拟量AI作为数字量输入端使用。DI所对应的状态位如表3所示。设置P0840=r722.0，表示将数字输入DI0(5号端子)定义为启动信号。

表3 DI所对应的状态表

3)多段速功能。多段速功能，也称作固定转速，就是设置在P1000=3的条件下，用数字量端子选择固定设定值的组合，实现电动机多段速运行。本任务通过DI2和DI3选择2个固定转速，DI0为启动信号，多段调速控制参数设置如表4所示。设置上述参数后，将DI0和DI2置为高电平，变频器输出400 r/min，电动机正转；将DI0和DI3置为高电平，变频器输出800 r/min，电动机正转；将DI1和DI3置为高电平，变频器输出800 r/min，电动机反转。

表4 多段调速控制参数设置

4.3 编制PLC程序过程

PLC控制技术在KDH-169DA型现代电工实训考核装置中应用时，必须准确编制PLC程序。打开TIA Portal软件，最左边的区域包括设备与网络(硬件组态部分)、PLC编程、运动控制技术、可视化(HMI)、在线诊断等几个部分。首先新建项目，根据现有PLC型号增加CPU类型，具体型号可以查看PLC本身信息。在左侧找到程序块，点击主程序里面打开程序编辑页面。程序软件右侧为指令选择，编写PLC程序。程序编写完，编译无错后点击下载，选择PC电脑自带接口，点击开始搜索，等待搜索结果，在线状态信息会显示连接到的PLC信息，然后点击下载程序，下载程序后启动模块。

5 结语

PLC控制的变频器在KDH-169DA型现代电工实训考核装置中的应用非常广泛，在应用过程中，要进行正确的硬件接线和保证可靠的通信。根据实训任务的不同要求，合理设置变频器及控制的有关参数。除此之外，还应根据控制要求对PLC进行编程，才能实现自动化控制，否则难以实现任务的要求，并影响变频器的相关控制。