当利用变频器构成自动控制系统进行控制时,很多情况下是采用PLC和变频器相配合使用,如何正确地把PLC和变频器连接在一起就成了系统成功的关键。
1.PLC开关指令信号输入
变频器输入信号中包括对运行/停止、正转/反转、微动等运行状态进行操作开关型指令信号。变频器通常利用继电器接点或具有继电器接点开关特性元器件(如晶体管)与PLC)相连,到运行状态指令。
使用继电器接点时,常常接触不良而带来误动作;使用晶体管进行连接时,则需考虑晶体管本身电压、电流容量等因素,保证系统可靠性。
设计变频器输入信号电路时还应该注意,当输入信号电路连接不当时也会造成变频器误动作。例如,当输入信号电路采用继电器等感性负载时,继电器开闭产生浪涌电流带来噪音有可能引起变频器误动作,应尽量避免。
当输入开关信号进入变频器时,会发生外部电源和变频器控制电源(DC24V)之间串扰。正确连接是利用PLC电源,将外部晶体管集电极二极管接到PLC。
2.变频器数值信号输入
变频器中也存一些数值型(如频率、电压等)指令信号输入,可分为数字输入和模拟输入两种。数字输入多采用变频器面板上键盘操作和串行接口来给定;模拟输入则接线端子由外部给定,通常0~10V/5V电压信号或0/4~20mA电流信号输入。接口电路因输入信号而异,必须变频器输入阻抗选择PLC输出模块。
当变频器和PLC电压信号范围不同时,如变频器输入信号为0~10V,而PLC输出电压信号范围为0~5V时;或PLC一侧输出信号电压范围为0~10V而变频器输入电压信号范围为0~5V时,变频器和晶体管允许电压、电流等因素限制,需用串联方式接入限流电阻及分压方式,以保证进行开闭时不超过PLC和变频器相应容量。此外,连线时还应注意将布线分开,保证主电路一侧噪音不传到控制电路。
通常变频器也接线端子向外部输出相应监测模拟信号。电信号范围通常为0~10V/5V及0/4~20mA电流信号。哪种情况,都应注意:PLC一侧输入阻抗大小要保证电路中电压和电流不超过电路允许值,以保证系统可靠性和减少误差。(https://www.diangon.com版权所有)另外,这些监测系统组成互不相同,有不清楚方应向厂家咨询。
另外,使用PLC进行顺序控制时,CPU进行数据处理需要时间,存一定时间延迟,故较控制时应予以考虑。变频器运行中会产生较强电磁干扰,为保证PLC不变频器主电路断路器及开关器件等产生噪音而出现故障,将变频器与PLC相连接时应该注意以下几点:
(1)对PLC本身应按规定接线标准和接条件进行接,应注意避免和变频器使用共同接线,且接时使二者尽可能分开。
(2)当电源条件不太好时,应PLC电源模块及输入/输出模块电源线上接入噪音滤波器和降低噪音用变压器等,另外,若有必要,变频器一侧也应采取相应措施。
(3)当把变频器和PLC安装于同一操作柜中时,应尽可能使与变频器有关电线和与PLC有关电线分开。
(4)使用屏蔽线和双绞线达到提高噪音干扰水平。
3.结束语
PLC和变频器连接应用时,二者涉及到用弱电控制强电,,应该注意连接时出现干扰,避免干扰造成变频器误动作,连接不当导致PLC或变频器损坏。
1.系统初始化
初始化对于每一套系统程序都是必需的,每一次PLC上电或对PLC强制复位都要初始化,主要是对在程序中使用到的PLC各种计数器、定时器、寄存器等进行复位和设置,同时保留上次运行需要记忆的各种数据,完成运行前的各项准备工作。
2.复位和暂停子程序
由于行车在工作过程中有时会有突发事件或行车需要暂时停一下处理其它的工作,因此在系统中设计了复位和暂停两个功能,针对行车不同的情况和需要使用,为使行车在运行过程中可以随时对系统进行复位或暂停行车工作,实现这两个功能的程序都采用中断子程序,如图3是复位中断子程序,图4是暂停中断子程序。
在任何情况下按下复位按钮,程序都将转人复位中断子程序,停止所有动作输出并清零,动作步数显示清零,计数器、定时器、辅助继电器和寄存器等全部清零,所有记忆数据清除,同时程序转人初始化主程序,重复PLC上电工作过程,不同的是所有的运行记忆数据都清除了。
同样,在任何情况下按下暂停按钮,程序将进入暂停中断子程序,暂时停止PLC的输出,在暂停的状态下,可以进行手动操作行车,可以重新设置程序步,在恢复运行时使程序从所设置的程序步开始运行,当解除暂停时,如果没有重新设置程序步,暂停中断子程序就会恢复PLC原来的运行状态和原来的步数显示,继续暂停前的工作并从中断子程序返回。
3.工艺子程序
为了不浪费资源和提高生产效率,一条电镀自动生产线设计有三种电镀工艺,分别是镀仿金工艺、镀古铜工艺和镀镍工艺,每种工艺的工作流程各不相同,在实际使用时可以通过控制面板上的工艺选择开关加以选择,由于三个工艺子程序的软件编程方式基本相同,在本文中只用镀仿金工艺为例对工艺子程序进行阐述。
根据电镀自动生产线电镀工艺都是周期自动循环工作的特点,按照电镀工件在每一个不同的镀液槽中停留的时间,首先编写工艺流程曲线图,然后再由曲线图采用步进梯形图指令的形式来编制程序,每个工艺子程序的程序步各不相同,这里阐述的仿金工艺子程序的程序步是69步,属于较为复杂的步进控制。由于电镀自动生产线控制系统要求每种电镀工艺不但要能从0步(起点)开始运行,还要能从任意步开始运行,强调的是在实际使用过程中的方便和灵活。在进人仿金子程序时,程序首先调用置步情况检查,如果预先有置步(在操作面板上有动作步数显示),则表示本次工艺运行不是从0步(起点)开始执行,而是从所置的步数开始执行,如果没有预先置步,则表示本次工艺从0步开始由始点顺序执行,不论是从0步或是从所置的N步开始,程序都会顺序执行下去直到69步结束返回主程序。仿金子程序在运行当中可以随时通过暂停来设置重新开始的步数。每一个程序步里面都有行车的动作,包括电镀工件在镀槽里的提升和放下、行车走多少个镀槽、以那种速度运行、停留的时间等等。
4.单周期运行
在工艺子程序每一周期运行完毕返回主程序时,都要询问是单周期运行还是循环运行,如果是单周期,则程序运行完一个周期返回主程序初始化后的程序入口等待,当按压运行按钮时,程序又运行一个周期在同样的位置等待。设置单周期运行的功能主要是为了调试修改电镀工艺和程序。单周期运行在电镀自动生产线上是一个非常实用的功能。
四、结束语
用PLC辅以变频器对电镀自动生产线行车进行自动控制,具有结构简单、编程方便、操作灵活、使用安全、工作稳定、性能可靠和抗干扰能力强的特点,是一种很有效的自动控制方式,是电镀生产实现高效、低成本、高质量自动化生产的发展方向。
3.1 采用MODBUS通讯协议
HMI人机交互系统、PLC主站与分站之间的通讯方式、通讯协议和电气要求多种多样。有profibus、genis、rs232等。本系统将根据实际情况选用ModBus方式,充分满足系统开发和运行需要。
取料机是现场移动大型设备,并且它的大车部分和旋臂部分来回频繁旋转,如果采用传统的控制方案,势必要铺设大量的控制和信号电缆,浪费大量的人力、物力,同时使系统复杂,而且大车部分和旋臂部分之间的电缆,由于旋转频繁还经常扭断,可靠性很差。考虑到实际情况本系统采用可靠的ModBus工业通信协议,取料机控制室的PLC主机和分站,用1根RG6同轴电缆连接起来进行通讯。这样可以降低成本,同时提高系统的可靠性,使系统易于扩展。
3.2智能检测装置
为提高设备性能以及实现机侧半自动取料的需要,在悬臂皮带侧增加一个皮带打滑装置,2个皮带检测跑偏装置,金属检测装置及一台电子称;在走行侧安装走行编码器及编码器接手,用于检测取料机走行位置,在料场两头各增加一套走行极限保护装置;旋回侧安装旋回编码器及接手装置;俯仰侧增加俯仰编码器及接手装置;操作室增加机侧手动取料方式/机侧半自动取料方式切换开关,一套UPS及一台施耐德触摸屏作为HMI界面。所有电气信号都将纳入PLC设备和HMI作为控制和监视使用。
4软件设计
4.1 PLC程序设计
本系统采用Concept2.6软件进行程序设计,通过操作台上的选择开关,可以选择三种操作模式:手动、联动、自动。手动模式为检修作业模式,在这种模式下,操作人员通过操作台的选择开关、按钮可以单独运行某台设备,设备运行条件比较简单,除了一些基本的电机电气保护外,均不影响设备的运转,如皮带上的金检、打滑、跑偏等均不影响皮带的运转。
联动模式为正常作业时的取料模式,在这种模式下:皮带新增了打滑、跑偏保护,作业时会造成皮带停车。皮带新增了金属检测保护,作业时金属检测保护会造成皮带停车,操作人员必须捡出皮带上的金属后,在操作台上复位方可重新启动。新增触摸屏HMI上,操作人员可以看到设备的状态指示、报警指示、位置指示(旋回角度、走行位置、俯仰高度等)。旋回速度的控制采用4~20MA的模拟量控制,左旋和右旋各分为6档速度控制,操作人员通过旋回操作手柄的左旋、右旋、旋回减、旋回切控制回转。回转速度及方向在HMI上均有指示。新增一套电子称装置,HMI上有瞬时流量和累计量指示。当取料瞬时流量连续20s超过1200吨/小时,皮带启动蜂鸣器会响。联动取料流程图如图2所示。
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