PLC在国产高压大功率变频器中的运用

PLC在国产高压大功率变频器中地运用

1、引言

在国产高压变频器地设计中，为了提高高压变频器内部控制地灵活性以及在现场应用地可扩展性,通常在高压变频器中内置PLC.自从20世纪70年代第一台PLC诞生以来,PLC地应用越来越广泛、功能越来越完善,除了具有强大地逻辑控制功能外还具其他扩展功能：A/D和D/A转换、PID闭环回路控制、高速记数、通信联网、中断控制及特殊功能函数运算等功能，并可以通过上位机进行显示、报警、记录、人机对话，使其控制水平大大提高•

本文以广州智光电机有限公司为攀钢集团成都钢铁有限公司污水处理厂设计生产地国产高压变频器ZINVERT-H800/B10为例,介绍了三菱PLC在高压变频器控制系统中地运用•

2、广州智光电机高压变频器简介

广州智光电机有限公司推出地新一代高性能ZINVERT系列智能高压变

频调速系统为直接高-高型变频调速系统，通过直接调节接入高压电机定子绕组地电源频率和电压来实现电动机转速地调节从而达到节能地目地.它是集大功率

电力电子控制技术、微电子技术、高速光纤通信技术、自动化控制技术和高电压技术等多学科为一体地高新技术产品.该产品采用主流高性能专用双DSF控制系统和大规模集成电路设计，通过精确地数字移相技术和波形控制技术实现了高压电机地灵活调节和能耗控制.

3、P LC在国产高压变频器中地设计使用

3.1 PLC主要逻辑控制

<1）用户要求高压变频器在出现故障停机时能快速自动切换到工频旁路运行,笔者给高压变频器专门配置了可以实现自动旁路功能地旁路柜，如图1 所示,K1〜K4为手动操作刀闸J1〜J3为高压真空接触器.在变频器发生故障时, 旁路柜可以在几秒内完成从变频到工频地转换。而变频器在工频运行时，通过1 个按钮就可以实现变频器从工频到变频地转换.这样地控制要求增加了变频器整机控制逻辑地复杂性.

图1自动旁路柜

自动旁路柜控制逻辑简要介绍如下：

变频调速系统退出变频转工频运行有两种方式，一种是自动方式，一种是手动方式，选择自动方式时，当变频器发生停机故障时变频器自动从变频转工频。选择手动方式时则需人工操作.

变频调速系统退出工频转变频运行也有两种方式，一种是自动方式，一' 种是手动方式，选择自动方式时，只需在控制柜上按一个按钮，变频器就自动完成

从工频转变频。选择手动万式时则需人工操作•

<2)PLC 控制系统原理图

PLC 主机选用输入输出点数48点,型号为FX2N-48MR,PL 作为系统逻 辑量控

制地控制核心，在自动旁路柜地逻辑关系控制中起着至关重要地作用 .PLC 控制系统原理图如图2所示.b5E2RGbCAP

图2 PLC 控制 系

统原理图

旁路柜地逻辑控制要求比较复杂,采用PLC

控制,接线简单,提高了可靠 性。

旁路柜地逻辑更改也变得很简单，只需修改PLC 梯形图程序就可以了，很方 便满足用户现场地控制要求.

<3)PLC 功能指令实现高压变频器PID 闭环控制

用户现场对变频器闭环控制提出地要求是：变频器能够根据用户系统用 水

量地变化，自动调整变频泵地转速，实现管网恒压供水。同时还可以在液晶屏

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上设定压力目标值•

针对用户地要求，PLC另外配置了模拟特殊模块FX2N-4AD和FX2N-

2DA.FX2N-4A助模拟输入模块,有四个输入通道,最大分辨力12位,模拟值输入范围为-10V〜10V或者4〜20mA FX2N-2DA为模拟输出模块，有2个输出通道，最大分辨力12位,模拟值输出值范围为-10V到10V或者4到20 mA这样通过读取指令vFROM和写入指令＜TQ ,以及PLC带有地PID闭环控制功能指令＜如图3所示）,就可以实现对用户现场地管网水压进行PID闭环控制• plEanqFDPw

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图3带有地PID闭环控制功能指令地PLC程序其具体编程过程是这样:PLC读取指令vFRQM读取用户水压反馈值,把反馈值用移动指令vMQV存入PID指令中地D12数据地址里。把用户地水压

设定值用移动指令＜MQV存入PID指令中地D10数据地址里。D20（〜D222保存PID 地运行参数。D14为PID指令地运算值输出,通过PLC地写入指令＜TQ把PID闭环运算结果D14写入模拟输出模块，再通过模拟输出模块转换成-10V〜10V或者4〜20mA 地模拟信号送入高压变频器控制器进行频率设定.

在进行PID运行参数设置时,P、I、D地参数设定尤其重要,其设定地好坏直接关系到管网水压控制地好坏.P表示比例增益，设定范围为0〜99（%＞,比例调节设定大，系统出现偏差时，可以加快调节，减少误差，但是过大地比例增益，会造成系统不稳定。I表示积分时间,设定范围为0〜32767（*100ms＞,积分时间越小，积分作用就越强，反之I越大则积分作用弱。D表示微分时间，设定范围为0〜32767（*10ms＞,微分调节有超前地控制作用,合适地微分时间能改善系统地动态性能•

攀钢污水处理厂供水管网比较庞大，管网水压对水泵转速地变化响应比较缓慢，因此PID地计算速度不能过快，即比例调节不能过快，否则如果管网水压突然变化大时，变频器地调节容易形成较长时间地振荡•根据这一情况，如图3 所示,可以在PLC控制程序中加入PID间隔计算时间＜T0）以及PID运

算死区＜M0 ,这样就可以把PID地计算速度调节至与管网水压变化速度相一致，避免管网水压震荡.

＜4）PLC功能指令实现PLC与变频器上位机通信

为了使变频器上位机能对PLC进行显示、报警及记录,PLC还配置了通信模块FX2N-232BD实现与变频器上位机地串口通信，通信编程指令如图4所示.DXDiTa9E3d

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PLC RS232串口通信可使用无协议＜RS指令）或专用协议与上位机进行通