PROFIBUS-DP与PLC异步电机变频调速研究.pdf

P R O F I B U S D P 与P L C 异步电机变频调速研究 Res ear ch on var i abl e f r equ en cy sp eed con t r ol f or as ynchr onous m ot or of based on PROFI BUS- DP and PLC 艾红，朱铭 AI Ho n g．Z HU Mi n q 北京信息科技大学 自动化学院，北京 1 0 0 1 9 2 摘 要针对异步电机变频调速系统，阐述了基于P R O F I B U S 的s 7 3 0 0 硬件组态和M M4 4 0 从站的数据 结构，说明了MM4 4 0 通讯参数设置 ，描述了变频器通信数据结构的PP 0 1 类型。详细说明了参 数标识符P K W和过程数据P Z D 。应用系统功能函数S F C 1 4 [ ] S F O l 5 对过程数据P Z D 进行读写。 设计了控制电机程序和获取异步电机运行参数程序。描述了电机转速闭环控制结构图。说明 了功能块F Ol 0 6 实现量程转换功能。显示了闭环转速曲线。实现了基于Wi n O C f le x i b le 监控画 面的设计。 关键词变频器；异步电机 ； P R O F I B U S ；测速；数据结构 中图分类号T P 2 7 3 文献标识码A 文章编号1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 5 0 9 下 一0 0 9 8 0 5 D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 -0 1 3 4 ． 2 0 1 5 ． 0 9 下 ． 2 5 0 引言 以P L C 作为 电机控制系统 的核心装置 ，不但可 以 实现对 电机 的高精度控制 ，而且能够使系统更加稳 定 运行。P L C结合组态软件使用，通过组态软件设计人机 友 好界面 ，可 以使控制系统在控制过程中更加直观方 便 ，可以实时监控电机的运行状态 。结合S 7 3 0 0 P L C 和 MI C R0 MAS T E R 变频器MM4 4 0 ，应用P ROF I BU S DP ， 以三相异步电机为控制对象，组成异步电机变频调速系 统 ，完成对异步电机闭环控制系统转速 的变频控制Ⅲ。 1 异步电机变频调速系统组成 P L C的C P U型号选择西 门子CP U3 1 3 C一 2 DP 。电机 型号选择Y Z A 7 1 2 4 三 相异步 电机 ，频率为5 0 H z ，额 定转速 为1 5 0 0 r ／ mi n 。变频器 型号选择 西门子MI CRO MAS T E R MM4 4 0 。系统硬件组成如 图1 所示。 S 7 ． 3 0 0 作 为主站 DP Ma s t e r ，通过P ROF I BUS ． D P 总线连接变频器MM4 4 0 ，其 中变频器MM4 4 0 为从站 DP S l a v e 。编码器反馈信号有两个分别是A相和B 相。A相接 IJ P L C的DI ／ DO模块上的1 0 ． 0 ，B 相接到1 0 ． 1 。 编码器旋转轴每转一 圈，A 相和B 相都发 出相同的脉冲 个数 ，但是A相和B相之 间存在一个9 0 。 的 电气角相位 差 ，根据这个相位差来判断编码器旋转的方向是正转还 是反转 ，正转时，A相超前B相9 0 。 ，反转 时，B相超前 A相9 0 。 。 2 P L C 与MM 4 4 0 变频器之间的通信 2 ． 1 MM4 4 0 变频器通讯参数设置 通过P LC 连接P ROF I BUS DP 总线对变频器进行控 制，需要对变频器设置一定 的参数 。将变频器设置为 P R O F I B U S 控制，设定P 0 7 0 0 6 表示设置P R O F I B US 信 号源即表示变频器的启动与停止命令来源于P R O F I B U S ． DP，设定P 1 0 0 0 6 表 示频率给定值来源于通讯板 ，通 过P ROF I B US DP 读取该值。变频器 内部有7 个DI P 开关 可以设置地址 或通过修改P 0 9 1 8 参数 ，但P 0 9 1 8 设定值 一 定要与系统的硬件配置一致 。设置P 0 9 1 8 3 表示定义 变频器 的P R O F I B US DP 地址。D I P 开关的优先级高于 P 0 9 1 8 。P 0 9 1 8 可 以设为1 ～1 2 5 。最好设置DI P 4 I] P 0 9 1 8 数值一样。设置的站地址必须与S T E P 7 中软件 中硬件组 态的地址保持一致 ，否则不能通信 。当变频器参数设置 收稿日期2 0 1 4 -1 0 - 2 4 基金项目北京市重点学科检测技术与 自动化装置学科建设项目资助 5 1 1 1 5 2 3 3 0 2 作者简介艾红 1 9 6 2一 ，女，四川重庆人，副教授，硕士，研究方向为检测技术与自动化装置。 [ 9 8 1 第3 7 卷第9 期2 0 1 5 0 9 下 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 4 22 图1 基于P RO F I BUS 的异步 电机变频调速 系统组成 完成后，点击下载按钮 ，如果P L C ． I 变频器能够正常通 信 ，则变频器的绿灯应保持为常绿状态。 2 ． 2 用户数据结构 用户数据结构是针对参数过程数据对象P P O 而言， 即表 明参数过程数据是通过何种数据格式建立通信和传 递数据 。在通信数据结构 中，大部分是 既带有参数区 域也有过程数据 区域 ，而有 的仅有过程数据 。针对变 频器通信 数据结构 ，主要有5 种P P O类型。对于变频器 MM4 4 0 选取数据结构P P O1 。P P O1 包括4 个字的P KW数据 3 1 2 个字 的P Z D 数据。P P O 1 类型数据格式如图2 所示。 PKW PZD P KE I ND PV ， E PZD 1 PZD2 STW HSW ZSW Ⅲ W 第1 -j z 第2 字 第3 字 第4 字 第1 字 第2 字 P KW 参 数识 别I D一 数值 区 S T W 控制 字 P Z I 过 程数 据 区 F I S W 主设 定值 P K E参数标识符 Z S W 状态字 I NI 索 引 I -I I W 主 实 际值 P W E 参 数值 图2 P P O1 类型数 据格 式 MM4 4 0 周期性数据通讯报文有 效数据 区域 由两部 分构成即P KW区和P z D区。P KW区占四个字 ，P KE占 1 个字 ，I ND占1 个字 ，P WE占2 个字，分别是P WE1 和 P WE 2 。在主站中设定P P O1 模式，则主站P L C进行数据 输入和输 出，并且只有P K W四个字和P z D 1 和P Z D 2 的数 据有效 。P K W 中的数据可以设定和读取变频器 的参数 值 ，P Z D1 和P Z D 2 可以控制变频器的运行 ，包括修改变 频器运行输出频率和控制电机启停等 。可以实现对电机 的正反转控制等，可以改变频率设定值达到变频调速 的 目的。 2 ． 3 参数识别l D 一数值区P K W 参数识别I D 一数值区P K W前两个字分别是参数标 识符P KE和索引I ND，主要功能是处理主站请求与相 应 的应答报文 。P KW区后两个字的作用是写入变频器 参数 ，用于访 问变频器参数值 。P KW区的第 1 个字 为 P KE，用来描述参数识别标记 ，用1 6 位表示。位l 0 ～位 0 P NU描述所请求基本参数号码 ，位 1 1 S P M用 于参数变更报告的触发位 ，位1 5 ～位 1 2 A K分为任 务与应答两种模 式。P KW区的第2 个字 为I ND，用来描 述参数 的下标 I P NU参数页码。完整的参数号码是由基 本参数号码和P N U参数页码组成 。总是 以双字 3 2 位 来传送参数值P WE 。在P P O 报文 中，仅一个参数值能 被传送 。由P KW的第3 个字即P wE1 高位有效字 和 P KW的第4 个字即P wE 2 低位有效字 组成一个3 2 位 参数值。 2 ． 4 过程数据区P Z D 通信报文中过程数据区P Z D的作用是对变频器 的频 率进行读写操作 。在P Z D区，用户可以写入控制字 以及 频率 的设定值 ，也可以读取状态值以及频率的实际值。 对 于P ZD1 是s Tw时 ，是对 变频器 的过程 数据 区 P Z D进行 写入操作 。写入 的S T W是变频器 的控制字 ， 例如对异步 电机 实施控制 ，控制 电机 正向运行 时控制 第3 7 卷第9 期2 0 1 5 - 0 9 下 1 9 9 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m