三菱PLC如何用模拟量来控制变频器?

一、案例任务控制要求描述

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。它主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。

控制要求：PLC以模拟量方式控制变频器增速/减速往复运行。按下启动按钮，变频器从25Hz开始启动正转运行，然后运行频率逐渐增大。当运行10S之后时，运行频率再重新变为25Hz开始反转运行，然后运行频率逐渐增大。当运行10S之后时，运行频率再重新变为25Hz开始正转运行，以此循环往复工作。按下停止按钮，变频器停止运行。

所需硬件：PLC（FX5U-32MT/ES），三菱变频器（FR-E800）。如图1-1所示。



图1-1

二、相关基础知识

任务中的案例基于三菱FX5U系列PLC的应用案例，在学习本案例前请先自评下是否具备以下基础，若对相关的基础知识不熟悉，请根据下方提供的连接进行预先学习课程。




知识准备：
01基本设置（见图2-1）



图2-1模拟量输入基本设置

（1）D/A转换允许/禁止设置:设置了D/A转换允许才会有模拟量的输出。

（2）D/A输出允许/禁止设置：设置允许输出数字输出值，设置禁止输出偏置值（HOLD设定值）。

02应用设置（见图2-2）



图2-2应用设置

（1）报警输出功能：当数字输出值不在报警输出值的范围内，报警输出标志为ON；

（2）比例缩放设置：对要输出的数字值进行换算如图2-3所示。



图2-3比例缩放设置

比例缩放值的计算方法：输出范围中使用出厂设置。



（3）移位功能：对数字输入值整体移位。

（4）模拟输出HOLD/CLEAR设置：CLEAR：清除数据为0；上次值（保持）；设置值。（将D/A转换允许/禁止设置设置为禁止时有效）。

三、任务的实施
本案例会从电气元件选型—IO地址分配—硬件接线-软件参数设置-程序设计这五个方面进行讲解。

01电气元件选型
根据任务控制的描述，在本例中需要一个PLC、一个变频器和一台电动机。如下表3-1所示。

名称	型号	数量	备注
三菱PLC	FX5U-32MT/ES	1	自带模拟量输入输出
三菱变频器	FR-E800	1	启动与停止使用
电动机		1	执行机构

表3-1BOM表

02I/O地址分配
根据任务控制的描述，在本例中需要使用到2个输入点2个输出点，I/O分配表如下表3-2所示。

输入点	注释	输出点	注释
X0	启动按钮	Y0	正转
X1	停止按钮	Y1	反转

表3-2I/O地址分配表

03硬件接线图
FX5U本体PLC可兼容源性和漏型的输入，当S/S跟24V短接时，输入即为漏型输入如图3-1所示；当S/S跟0V短接时，输入即为源性型输入。在本案例中需要用到两个按钮，一个是启动按钮接在X0上面，一个是停止按钮接在X1上面。由于变频器的正反转的控制是触点控制，所以直接把PLC上的COM0接到变频器输入公共端SD，Y0接变频器上的正转端子STF，Y1接变频器上的反转端子STR。



图3-1PLC与变频器之间的接线

由于变频器模拟量给定频率有两个通道，在此我们使用“2”通道，所以PLC左上方的模拟量的输出V+接到变频器2号端子上，V-接到变频器5号端子上。

04软件参数设置
（1）模拟量输出基本设置：将D/A转换允许/禁止设置改为允许，将D/A输出允许/禁止设置改为允许。如图3-2所示。



图3-2模拟量输入基本设置

（2）变频器的运行模式设置：设置参数之前，先把“ALLC”置为“1”，恢复出厂值。运行方法总共有4种，在本次案例中选择运行方式启动指令是外部（STF、STR信号）即端子信号给定，频率指令是模拟量电压输入。如图3-3所示。



图3-3变频器的运行模式设置

（3）变频器模拟量设置：在三菱FR-E800中有两个通道的模拟量输入，电压电流可以通过隐藏在变频器机壳中的切换开关进行切换。出厂默认情况下，开关2是电压信号，开关4是电流信号。在本案例中，使用开关2选用电压信号。由于PLC模拟量输出的范围是0~10V，所以需要把Pr.73的设置值改写为0。如果想要更改其他模拟量输入的电压或电流信号可以参考图3-4所示的参数。



图3-4变频器模拟量设置

05程序设计
在写程序之前，要先计算出数字量输出值。现在是以0~10V模拟量（即0~4000）控制三菱E800变频器，由于模拟量会受到干扰影响，对应的曲线图如图3-5所示。



图3-5模拟量曲线

已知0对应的是Hz，4000对应的是50Hz，通过下列二元一次方程：



求解：a=0.0125，b=0

所以要输出50Hz，就要4000；输出25Hz，就要2000；

程序设计如图3-6所示：







图3-6程序设计

首先用万能起保停的程序完成启动和停止的功能，顺便当模拟量数字值还没有到达4000时，利用INC自加一指令让SD6180逐渐增加。

正转程序的处理：在运行模式中，在没有定时器T1接通下，定时器T0启动并定时10S，与此同时，在没有反转信号的情况下，输出正转信号；

反转程序的处理：在定时器T0定时完成的情况下，启动定时器T1并定时10S，与此同时输出反转信号；

无论是正转输出还是反转输出，只要输出接通的一瞬间就让数字值赋值为2000，即以25Hz启动运行。