基于西門子S7-1200PLC、G120變頻器、HMI實現(xiàn)電動機變頻調速

基于西門子S7-1200PLC、G120變頻器、HMI實現(xiàn)電動機變頻調速摘要：本文以西門子S7-1200，USS，G120，HM為核心，建立了多個感應電機的控制系統(tǒng)，從而達到控制系統(tǒng)的目的?？刂葡到y(tǒng)具有造價低，線纜數(shù)目少，多個電機可以同時單獨控制，電機運行狀態(tài)可以被實時地顯示，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和靈活性都有很大的提高.關鍵詞：西門子；S7-1200PLC、G120；變頻器；HMI一、探討家用電機的變頻器（一）家用電器用電機的種類和速度調節(jié)在家用電器中使用的電動機主要有單相異步電動機，三相異步電動機，無劇同步電動機和直流電動機，尤其是單相異步電動機最為常見。單相感應電機有分相型、分相型和蓋極型三種類型，尤其分相型是最常用的一種。這種電機可以分成單相電容運行型，單相電容起動型，單相電容起動型，單相電容雙電型。在家用電器中，通常采用的是調壓調速，盡管這種調速方法簡單，成本低，但是其調速范圍較小，穩(wěn)定性較差，轉矩特性較差，無法達到應用的要求。家用電器中的電力機器，若使用變頻調速方式，調速范圍大，穩(wěn)定性好，轉矩特性好，并有節(jié)能效果。（二）變頻調速技術在家用電器中的應用1、單相供電家用電器通常使用的是單相AC供電，若要實現(xiàn)變頻，那么在變頻器的主電路中，必須使用單相橋的方式來實現(xiàn)整流。與三相橋整流的變頻調速裝置相比，其直流輸出有較大的波動，因此在設計中要注意電容濾波、電感平波動等方面的影響。2、一種單相感應式電容分相型電機采用電容器分離型單相感應電機的變頻調速系統(tǒng)，有如下幾個問題要解決。(1)電容會發(fā)生改變。工作電容器的容量是按照5赫茲的交流電流來計算的。因為電容器的電容星是與電源頻率相關的，所以，變頻器的高頻載波將改變電容器的電容，使得主、副繞組中的相位差小于90，電機就不能產生環(huán)形的旋轉磁場，從而導致工作性能下降。(2)對電容進行抗高頻率工作的性能。電容器的抗高頻能力通常只有幾百赫茲，而變頻器的高頻載波一般為3-~5KRHz，所以，高頻載波會對電容器造成危害，使電容器發(fā)熱。又或者是爆炸。(3)換流器中電容的作用。因為電容對電力供應有一定的吸放能，所以它會阻塞變頻器的“死區(qū)”，導致上橋和下橋的短路，變頻器的保護動作，從而導致變頻器的故障，嚴重的還會導致變頻器的故障。3、家用電器電機與變頻調速裝置的配套及改進在家電電機中應用變頻調速時，要注意的是，要充分利用變頻調速的優(yōu)點，同時要最大限度地發(fā)揮電機的工作特性，所以，在應用以下電機時，要注意它們之間的協(xié)調。（1）容性分相型單相感應電機與變頻調速裝置的匹配一種具有離心式開關的單相感應電機。首先，在此基礎上，將變頻調速裝置改為單相輸入單相輸出，使變頻調速裝置和電機的工作特性得以充分利用。應當著重指出的是，在變頻器和電動機之間連接電感L，其目標是盡量過濾出變頻器的高頻載波，只留下變頻基波，并解決高頻載波對電容器的危害，對輔繞組電流的移相角和電容器對變頻器的影響；此外，還可以適當?shù)販p小高頻載波的頻率，從而達到更好的效果。電容器C的容量必須是固定的，能夠承受較高的頻率和較高的電壓。（2）三相感應電機與變頻調速裝置的匹配由于三相感應電機的工作特性優(yōu)于單相感應電機，故將其設計為單相輸入，三相輸出。很明顯。這樣的組合可以充分發(fā)揮變頻調速和電機的優(yōu)良特性。需要說明的是，該轉換裝置的輸出為三相220伏的轉換電壓，必須與220伏的三相電機連接。如果電機采用的是一臺380V的Y型電機，那么需要改變Y型連接方式，使其變?yōu)椤餍瓦B接方式。二、監(jiān)視網的硬體結構監(jiān)測網絡的硬件主要有：西門子的HMI簡化面板（或智能面板，或移動面板），西門子的S7-1200系列PLCCPU1214C（或其他的S7-1200系列CPU),S-20系列通訊板CB1241（或通訊組件CM1241)，西門子的G120系列變頻器，三相交流感應電機，變頻器的個數(shù)與電機的個數(shù)一樣。通訊板CB1241插在S7-120的OCPU插槽上，通過RS485電纜與幾個G120相連，構成了USS通訊網絡12。S7-1200CPU與HM之間的網絡是用Ethernet網絡進行聯(lián)接的。根據(jù)實驗中監(jiān)測網絡的硬件線路顯示圖可以看出，3G120型變頻調速裝置的通訊布線與參數(shù)設定，在S7-1200的串行通訊中，可以選擇CM1241通訊模組或CB1241通訊板卡。CM1241一般與CPU連接在一個軌道上，并且具有一個9管腳的串聯(lián)接口。而CB1241通訊板則是直接嵌于CPU主板的插槽內。由于空間容量的限制，CB1241只提供了一個終端，而不是一個9管腳的串接口。在CB1241中具有一個端子電阻器，端子電阻器的導通和截止狀態(tài)可以由線路來實現(xiàn)。在要求端阻抗存取時，將T/RA與TA連接在一起；只需將T/RB短接至T/RB短接。在對G120變頻器進行參數(shù)設定之前，首先要按照G120操作說明書中的要求，選擇與G120匹配的電機，并將電機銘牌上的有關參數(shù)輸入到G120中，從而完成基礎調試。在此基礎上，針對不同的控制模式，選取相應的宏指令號，完成了USS通訊模式的設定與調整。三、可編程序控制器的編程（一）變頻器控制模塊的編制變頻調速FC塊主要用于進行頻率與速度百分比的轉換，為'Main[OB1]”（主程序塊）實現(xiàn)電動機的控制和HMl上電機的狀態(tài)顯示作準備。速度百分數(shù)是在主機模塊中輸入的USS_Driv_Control'命令的接口上使用的，同時在HMI界面上也要用到這個程序模塊，以反映電動機的實際工作頻率，顯示出了變頻器[FC1]的程序塊，（二）編制變頻調速主控程序模塊該主控程序模塊由三個主要模塊組成：（1）啟動和停止控制程序；(2)主站CB1241和從站之間的USS通訊；(3)對FC模塊進行調用?？梢允褂脤嶓w按鍵或在人機界面上點按啟動和停止操作。起動時，電動機的轉速不是0，可以根據(jù)轉速百分數(shù)來設定更低的轉速。馬達停止有三種型號：“1”，“2”，“3”?！癘FF1”是指在一個特定的坡道功能所設置的時間，它是由一個停機鍵或一個人機界面來完成的。USS通訊程式可以由「USS_驅動_控制」說明來執(zhí)行?！癠SS_Drive_Control”的指示在系統(tǒng)開始后會被自動地執(zhí)行。在該系統(tǒng)的輸入端，“OFF2"和CFF3”代表的是“自動停泊”和“緊急停泊”，"F_ACK"代表的是“故障確認”；“dire”是方向開關；'Drive'是連接到的頻率轉換器的地址；“PZD_LEN是指現(xiàn)場總線（Fieldbusbus）通信消息的處理數(shù)據(jù)區(qū)域的長度；“SPEED_SP”設置了一個百分百的速度。在該系統(tǒng)的輸出端，顯示了系統(tǒng)的實時運行情況。CB1241主從臺之間的通訊要求獨立的用戶界面通訊。應該指出，對于所有的USS通訊程式，其“DRIVE”的位址不能完全一樣，而且位址的位址從1到31。

結語應用西門子特有的USS總線技術，實現(xiàn)了對感應電機變頻器速度的實時監(jiān)測，使其具有方便、直觀、交互性好、布線簡單、便于遠程控制等優(yōu)點。將整個系統(tǒng)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)集度中在HM上進行顯示，可以隨時進行觀察，并自動進行記錄。此外，它的體積比較小，安裝容易，易于維護，而且成本也比較低。經過現(xiàn)場調試，證明該控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定，功能完備，具有很高的使用價值。參考文獻[1]馬俊強,葉建蘭,梁洸