Category Archives: Автоматизация на базе ПЛК

Вентиляторные и компрессорные функции частотного преобразователя

 

Контроль обрыва ремня

 

Контроль обрыва ремня основан на определении момента (функционирует от 15 Гц). Если ремень вентилятора порвался, то мотор работает на высокой скорости, а момент двигателя маленький, т.к. нет нагрузки.

Если момент двигателя ниже запрограммированной величины момента холостого хода, а выходная частота ПЧ больше или равна 15 Гц, то привод выдаёт предупреждение или аварию и останавливается.

Эта функция работает как с обратной связью, так и без неё.

Не нужен внешний датчик обрыва ремня и контроллер.

Каскадный ПИ – регулятор

 

Автоматическая коррекция уставки (заданного значения)

Для более точного регулирования может потребоваться коррекция уставки контроллера, чтобы компенсировать изменения условий нагрузки. Коррекция – это техника подчинённого регулирования, при которой вторичный (П) контроллер корректирует уставку первичного (ПИ) контроллера.

Пример:

При снижении температуры на улице на 1 градус (вторичный П контур) необходимо на 0,5 градуса увеличить (скорректировать) уставку температуры в помещении (первичный или подчинённый ПИ контур).

Мультизонное регулирование

 

Системы, в которых не известно местоположение максимальной нагрузки и, где наблюдаются вариации между зонами.

Можно использовать «среднее» значение всех сигналов обратной связи и слегка увеличить уставку, чтобы найти оптимальный режим управления для одного ПИ-контроллера. Часто используется «минимальное» из всех сигналов обратной связи. Уставка, таким образом, рассчитывается из минимально необходимого давления в зоне с наибольшей нагрузкой (открытые VAV-боксы).

Специфические компрессорные функции

 

Постоянный момент >20 Гц

Привод обеспечивает плавный пуск компрессора и снижает его износ.

Постоянный момент, необходимый для нормальной работы компрессора, обеспечивается на частоте 20 Гц и выше.

Активация байпасного вентиля во время пуска

Привод сам управляет байпасным вентилем, чтобы пускать компрессор на холостом ходу.

 

Преобразование сигнала обратной связи давления в температуру

Холодильные и HVAC компрессоры имеют различные хладагенты для различных температурных диапазонов. Преобразование давления в температуру в системе управления компрессором с помощью VLT® HVAC Drive делается очень просто:

Необходимо только выбрать тип хладагента из списка параметров – привод сам рассчитает необходимую температуру.

В качестве сигнала обратной связи для регулирования скорости компрессора может использоваться температура, а не давление.

 

Ограничение количества циклов пусков/остановов  (функция таймера)

Для ограничения количества пусков можно ввести максимальное число пусков за заданный временной интервал.

 

 

Вариаторы или преобразователи частоты?

Для регулирования скорости асинхронного электропривода могут применяться два типа устройств: механические вариаторы и преобразователи частоты.
Эти устройства отличаются принципами и особенностями применения. В данной статье мы рассмотрим эти принципы и особенности, а также постараемся помочь Вам сделать выбор между этими двумя типами устройств.
Вариаторы
Вариатор — механическая передача, позволяющая бесступенчато изменять частоту вращения вала приблизительно в диапазоне 1:6. Принцип его действия основан на изменении передаточного отношения между входным и выходным валом вариатора. Изменение передаточного отношения может производиться различными способами, например, за счет изменения радиусов качения обоих колёс, при неизменном диаметре промежуточного элемента (рис. 1, а-в) и т.п.

При этом мощность, передаваемая от ведущего вала к ведомому (за исключением потерь на трение) сохраняется P=MЧn=const. То есть при уменьшении частоты вращения выходного вала момент на нем увеличивается.

Регулирование частоты вращения осуществляется вниз относительно номинального значения в пределах  приблизительно 1:6 (сплошная линия на рис. 2). С помощью вариаторов, оснащенных планетарной передачей можно получить частоты вращения, начиная с 0 об/мин (штриховая линия на рис. 2) и  почти до номинальных оборотов двигателя. Частота вращения вала двигателя остается неизменной во всем диапазоне изменения частоты вращения выходного вала вариатора.
Передаточное отношение вариатора может изменяться как вручную, так и автоматически с помощью дополнительного пневмо- или электропривода. Последние два способа достаточно дороги и используются в последнее время редко.
Преобразователи частоты
Преобразователи частоты — это электронные устройства для плавного бесступенчатого регулирования скорости вращения вала асинхронного двигателя в широком диапазоне (1:20 и более).
В простейшем случае частотного регулирования управление скоростью вращения вала осуществляется с помощью изменения частоты и амплитуды трехфазного напряжения питания двигателя.
 

Рис.2

Две зоны регулирования (частотное управление)
Меняя параметры питающего напряжения можно делать скорость вращения двигателя как ниже, так и выше номинальной. В зависимости от этого различают две зоны регулирования:
Зона сохранения момента (при скоростях ниже номинальной)
В этой зоне напряжение и частота двигателя связаны зависимостью:

U/f=const=UНОМ/fНОМ

Как  следует из названия, в этой зоне двигатель сохраняет свой момент, однако потребителю необходимо помнить ряд особенностей использования преобразователей в этой зоне.
Ухудшение вентиляции двигателя
Вентилятор любого общепромышленного двигателя рассчитывается, исходя из работы на номинальной скорости. Если же скорость уменьшается — уменьшается и эффективность работы вентилятора, что может вызвать перегрев двигателя. Преобразователи ведущих фирм снабжены специальной электронной термозащитой, не позволяющей двигателю перегреться.  Но для работы в длительном режиме на пониженных частотах и с номинальным моментом необходимо использовать специальный двигатель или общепромышленный двигатель, обдуваемый внешним вентилятором.
Не во всех механизмах эта проблема стоит столь остро. Существует широкий класс устройств, нагрузка которых зависит от скорости и уменьшается с уменьшением скорости (или квадрата скорости). Это, например, насосы и вентиляторы. Для таких устройств формируется специальная зависимость U от f  и проблема перегрева на низкой скорости, как правило, не стоит в силу малых потерь в двигателе.

Фактическое снижение момента на низкой скорости
Этот эффект присущ частотному управлению и вызван повышением тока намагничивания двигателя при низких частотах управляющего напряжения. В результате при за-коне регулирования U/f=const и частотах ниже ~UНОМ/7 момент двигателя начинает падать.  Для повышения момента в преобразователях предусмотрена функция повышения начального напряжения. Эта функция повышает момент, за счет увеличения тока на низкой скорости, но снижает КПД двигателя и увеличивает потери.
Зона сохранения мощности (при скоростях выше номинальной)
При частоте вращения выше номинальной мощность двигателя сохраняется, но момент падает.
При использовании общепромышленных двигателей с разным числом полюсов не следует вращать их выше 3000 об/мин, так как это может привести к проблемам с подшипниками. Для работы на более высоких скоростях используйте специализированные двигатели.

Векторное регулирование
При векторном регулировании, в отличие от частотного, управление скоростью осуществляется с помощью регулирования амплитуды и фазы вектора поля двигателя. Такое управление является наиболее точным. 

Преимущества векторного регулирования
Точная отработка скорости с компенсацией   скольжения
Глубокий диапазон регулирования
В области малых частот двигатель работает плавно и   сохраняет момент вплоть до нулевой скорости
Быстрая реакция на скачки нагрузки.
При резких скачках нагрузки практически не происходит скачков скорости, вследствие высокой динамики регулирования.
Оптимизация КПД двигателя на низких частотах.
За счет регулирования тока намагничивания, осуществляется оптимизация режима работы двигателя и снижение потерь в меди.

 

Рис.3

 

Что же предпочесть?  

ВАРИАТОРЫ
Надежны, просты, во всем диапазоне регулирования сохраняют мощность (т. е. момент с понижением скорости увеличивается), не имеют проблем с перегревом двигателя.
Встраивание в автоматические системы связано с дополнительными затратами; в основном имеют невысокий диапазон регулирования.
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Надежны, многофункциональ-ны, экономят электроэнергию, могут использоваться как автономно, так и в составе любой автоматической системы регулирования (управляются от компьютера, контроллера, позволяют организовывать управление с использованием различных датчиков), регулируют скорость в широком диапазоне.
Следует помнить об особенностях работы в двух зонах регулирования.

 

Лучшие характеристики векторного режима, однако, не отменяют частотного регулирования. Например, в групповом приводе, где от одного преобразователя питаются несколько двигателей, можно использовать только частотный режим.

 

    Методы управления автономными инверторами.

    В современных замкнутых электроприводах для регулирования первой гармоники выходного напряжения инвертора и его частоты, в основном, используются методы импульсного регулирования. Содержание высших гармоник при снижении напряжения в этом случае обычно увеличивается, однако достоинством указанного способа является высокое быстродействие преобразователя.

    Чтобы уменьшить содержание высших гармонических составляющих в кривых выходного напряжения, увеличивают частоту модуляции и применяют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) по синусоидальному закону.

    Широтное регулирование напряжения.

    Этот способ ранее использовался для регулирования напряжения управляемого выпрямителя на входе инвертора. В настоящее время при использовании в качестве ключевых элементов инвертора полностью управляемых транзисторов и тиристоров, возможно применение данного метода в устройствах, где не предъявляются жесткие требования к гармоническому составу кривой напряжения инвертора. Суть метода сводится к открыванию ключей мостового инвертора в соответствии с алгоритмом получения 3х-фазной последовательности и регулировании времени отрытого состояния ключей D. При этом в зависимости от величины D будет меняться форма суммарных кривых фазного напряжения инвертора, величина его среднего за период значения, частота и гармонический состав (рис.1).

    Рис. 1

    Если угол отпирания ключа равен 180º  в кривых тока и напряжения исчезает пауза, что может привести к появлению сквозных токов. В то же время при малых углах отпирания резко ухудшается гармонический состав выходного напряжения, соответственно тепловой режим двигателя и ограничение диапазона регулирования его частоты вращения.

    Широтно-импульсная модуляция.

    Способ, применяемый для импульсного регулирования напряжения постоянного тока, может быть использован и для регулирования переменного напряжения инвертора.

    При этом выходное напряжение инвертора модулируется высокочастотными сигналами (рис.6,а) при которых кратковременные импульсы длительностью t1 соответствующие напряжению на входе инвертора Ud, напряжения сменяются паузами t2

    Среднее напряжение за период

    Uср= Ud(St) / (0.5T) = g Ud,

    где   St -сумма проводящих отрезков времени за полупериод Т/2;

    g = (St) / (0.5T) — коэффициент заполнения.

    Путем изменения соотношения между проводящими и непроводящими отрезками времени, т.е. изменяя коэффициент заполнения, можно регулировать среднее значение выходного напряжения при неизменном значении Ud, изменяя число импульсов в полупериоде можно регулировать частоту выходного напряжения инвертора.

    Широтно-импульсная модуляция по синусоидальному закону.

    Если при постоянной несущей частоте изменить соотношение t1и t2 по синусоидальному закону

    (t1 +  t2)t =m sinW t,

    где     m — коэффициент глубины модуляции;

    W — частота модуляции,

    то среднее значение напряжения на нагрузке за период несущей частоты также будет меняться по синусоидальному закону с частотой модуляции

    Uн.ср.= m Ud sinW t.

    Рис.2: а) многократная ШИМ при t1=t2;

    Рис.2: б) многократная ШИМ по синусоидальному закону

    Коэффициент глубины модуляции показывает в каких пределах изменяется длительность интервалов t1 и  t2 в течение периода частоты модуляции. При m=1 длительности t1 и  t2 изменяются от 0 до t, а амплитуда среднего значения напряжения равна Ud.

    Таким образом, изменяя m  и W t, можно осуществить независимое регулирование амплитуды и частоты напряжения на нагрузке при постоянной несущей частоте и неизменном выпрямленном входном напряжении. На рисунке 2,б показан один из способов формирования напряжения инвертора с однополярной ШИМ по синусоидальному закону.

     

    P. S. Бесплатная программа, облегчающая жизнь меломанам. Вопрос с поиском музыки и видеороликов решен ! Действительно удобная программа позволит вам скачивать понравившиеся аудиозаписи и вконтакте видео прямо со страниц вконтакте. Не нужно ходить на другие сайты и искать там трек по названию — все доступно непосредственно со страниц социальной сети вконтакте.

      Схемы подключения асинхронного двигателя и автономного инвертора.

      Функциональная схема преобразователя частоты, питающего асинхронный двигатель в разомкнутой системе регулирования (САР) содержит выпрямитель1, входной фильтр 2, служащий для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения, автономный инвертор напряжения 3, поочередно подключающий фазы обмотки статора двигателя 4 к шинам разной полярности. Закон подключения определяется системой управления 5. Система управления может быть выполнена как на дискретных элементах, так и на различных микроконтроллерах или ПЭВМ.

      Функциональная схема замкнутой САР содержит блок датчиков 6 (рис.1), включающий в себя датчик частоты вращения ротора, датчик тока статора, датчики напряжения на входе и выходе инвертора и др.

       

      Рис. 1

      Замкнутые САР позволяют более точно реализовать любой закон регулирования и увеличить его диапазон. Принципиальная схема питания обмотки статора трехфазного асинхронного двигателя от автономного инвертора напряжения показана на рис.2.

      Достоинством трехфазной мостовой схемы преобразователя является то, что в кривых фазных токов и напряжений отсутствуют третьи гармонические.

      Рис. 2

      В зависимости от закона управления и угла открывания ключевых элементов форма выходного напряжения может быть прямоугольной или ступенчатой, иметь или не иметь паузу, соответственно меняется и ток в фазах двигателя.

       

        Частотное регулирование

        Этот способ регулирования частоты вращения асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором сочетает вышеописанные методы и является более экономичным по сравнению с ними. Для изменения частоты питающего напряжения чаще всего применяют статические преобразователи частоты на автономных инверторах напряжения.

        Законы регулирования

        Зависимость максимального момента от напряжения и частоты выражается, согласно формуле (1), может быть получена при допущении R1» 0 и X1= 2p f1 L1; X2’=2p f1 L2’  следующего вида

        Mmах = ceU1/f1,                                                       (1)

        где с — постоянная;

        L1 и L2’ — индуктивности рассеяния обмоток статора и ротора.

        Из (2) следует, что при изменении частоты f1 одновременно с частотой вращения изменяется и максимальный момент, т.е. перегрузочная способность двигателя (Ммах/Мном). Для устойчивости работы двигателя необходимо обеспечить достаточную перегрузочную способность Ммах/Мном=l. Следовательно при частотном регулировании должнобыть обеспечено условие

        Ммах1/Мн1= Ммах2/Мн2=const,                           (2)

        где       «1» и «2» — индексы, относящиеся к различным частотам вращения;

        Мн1,Мн2 — нагрузочные моменты при этих частотах.

        Поскольку      Ммах1/Ммах2= (U11/U12)2(f12/f11)2,        (3)

        то получаем основной закон частотного регулирования (акад. Костенко М.П.) /1/                           (4)

        Если требуется регулировать частоту вращения при постоянном нагрузочном моменте (Мн = const), то

        U11/f11 =U12/f12 =const,                                                     (5)

        т.е. питающее напряжение следует изменять прямо пропорционально его частоте. При этом мощность двигателя увеличивается прямо пропорционально возрастанию частоты вращения. Если требуется поддерживать режим постоянной мощности электродвигателя P2=Mн w2 =const, то частота вращения w2 приблизительно пропорциональна частоте f1.

        Для поддержания максимального момента неизменным требуется иметь постоянный магнитный поток, т.е. при регулировании частоты должно соблюдаться условие Е1 / f1=сonst. В этом случае значение момента определяется только частотой ротора f2 и оно одинаково в двигательном и тормозном режимах. Так как ЭДС Е1 и реактивное сопротивление Х1 пропорционально частоте f1, а сопротивление R1 от частоты не зависит, то напряжение U1 должно изменяться по закону U1» a + b f1, где а и b -постоянные. Такую зависимость, возможно получить только при питании электродвигателя от автономного инвертора напряжения, когда U1 и f1 могут изменяться по любому требуемому закону.

         

          Векторное управление асинхронным двигателем

           

          Для получения высокого качества управления ЭП в статических и динамических (переходных) режимах необходимо иметь возможность быстрого непосредственного управления моментом двигателя.

          Момент любого двигателя в каждый отрезок времени определяется величиной (амплитудой) и фазой двух моментообразующих составляющих: тока и магнитного потока. В АД токи и потокосцепления статора и ротора вращаются с одинаковыми скоростями, имеют разные, изменяющиеся во времени фазовые параметры и не подлежат непосредственному измерению и управлению. Доступной управляемой переменной в АД является ток статора, имеющий составляющие, образующие магнитный поток и момент. Фазовая ориентация этих двух составляющих может быть осуществлена только внешним управляющим устройством, чем и обусловлен термин “векторное управление”.

          В структуре электропривода двигатель рассматривается как электромеханический преобразователь ЭМП в виде идеализированного двигателя. Его ротор не обладает массой и механической энергией, не имеет механических потерь энергии и жестко связан с реальным физическим ротором, относящимся к механической части ЭП. Такой двигатель может быть представлен электромеханическим многополюсником, содержащим n пар электрических выводов по числу n обмоток, и одну пару механических выводов (смотри рисунок 2). На механических выводах в результате электромеханического преобразования (ЭМТ) энергии при скорости w развивается электромагнитный момент M. Момент M является выходной величиной ЭМП и входной для механической части электропривода. Скорость w определяется условиями движения механической части, но для ЭМП может рассматриваться как независимая переменная. Механические переменные M и w связывают ЭМП с механической частью в единую взаимосвязанную систему. Все процессы в двигателе описываются системой уравнений электрического равновесия (число уравнений равно числу обмоток) и уравнением электромеханического преобразования энергии. Для этого в теории ЭП используют двухфазную модель обобщенного ЭП (смотри рисунок 1), к которой приводятся абсолютно все виды и типы электрических машин:

          Рисунок 1 – Модель обобщенного ЭМП.

          α, β – неподвижные оси статора; d, q – вращающиеся оси ротора; φ – угол поворота ротора; — угловая скорость ротора;

          Уравнение электрического равновесия i— обмотки:

          где — потокосцепление iой обмотки;

          i=1a,…2q; j=1a,…2q, Ri – активное сопротивление обмотки, Li,j – собственные и взаимные индуктивности обмоток. Величина взаимных индуктивностей зависит от угла j поворота ротора и от пространственного сдвига обмоток, т.е. является функцией скорости (и времени). Именно поэтому невозможно получить cos φ = 1.

          Синтез алгоритмов и систем векторного управления АД базируется на анализе двухфазной dq модели АД (d и q – ортогональная система координат ротора).

          Рисунок 2 – Схема векторного управления

          Схема векторного управления состоит из трех основных функциональных частей:

          БРП – блок регуляторов переменных;

          БВП – блок вычисления переменных;

          БЗП – блок задания переменных;

          На вход БРП поступают задающие сигналы скорости и потока, и сигналы обратной связи (с выхода БВП) – ориентированные по полю значения составляющих тока статора, потокосцепления ротора, и скорости. БРП содержит набор регуляторов потока, момента, тока, на выходе которых формируются также ориентированные по полю сигналы задания составляющих тока статора.

          БЗП осуществляет фазовые и координатные преобразования задающих dq переменных в систему трехфазных сигналов управления ШИМ АИН. Блок БВП вычисляет текущие значения амплитудных и фазовых параметров dq переменных АД, осуществляя фазовые и координатные преобразования реальных трёхфазных сигналов токов и напряжений АД, поступающих с выходов соответствующих датчиков.

          Координатные преобразования, осуществляемые блоком БВП, заключаются в переходе от реальных координат трёхфазной системы статора АД с осями d,q (преобразование 3 → 2). Блок БЗП осуществляет обратные координатные преобразования (2 → 3), от dq к a,b,c.

          Фазовые преобразования в этих блоках обеспечивают привязку фазовых параметров переменных в двух системах координат.

          На надежность, стоимость и качество характеристик ЭП влияют число измеряемых параметров и точность измерений. Для векторного управления АД надо измерять хотя бы две из четырех, доступных к измерению переменных:

          1. Токи статора АД;
          2. Напряжения на зажимах АД;
          3. Угловая скорость ротора АД;
          4. Угловое положение ротора АД;

           

          Векторное управление позволяет практически в любой момент времени, при любом положении ротора относительно статора, при любой угловой скорости и нагрузке на машину, получить максимальный cos φ АД. Это, в свою очередь, ощутимо повышает К.П.Д и момент эл. машины, который, в данном случае, практически не зависит от угловой скорости двигателя.

           

            Удаленный опрос и управление ПЧВ с помощью ПЛК-150 (часть 4)

            Удаленное управление ПЧВ из программы ПЛК.

            Опрос переменных дает недостаточно сведений для управления частотным преобразователем по RS-485 из-за побитового обращения к элементам командного слова и слова состояния и формата задания по RS-485.

            Для облегчения работы пользователя по удаленному управлению ПЧВ можно использовать программу ПЛК-150, рассмотренную ниже.

            Перед началом работы с основной программой созданы 2 функциональных блока: bits_to_word и word_to_bits, которые позволяют распаковывать переменную типа word в 16 переменных типа bool и наоборот составлять из 16 переменных типа Bool переменную типа Word. Их использование позволит сделать работу с командным словом и словом состояния  более наглядным. Вид функциональных блоков bits_to_word и word_to_bits показан на рис.1 и  2.

             

            Рисунок 1 Вид функционального блока bits_to_word

             

             

            Рисунок 2 Вид функционального блока bits_to_word

             

             

            Зададим параметры служебных слов согласно п.2, например так как показано на рис.3.

             

            Рисунок 3 Раздел переменных проекта ПЛК-150 по управлению ПЧВ

             

             

            Помимо служебных регистров (см.п. 2) в разделе переменных отображены экземпляры функциональных блоков bits_to_word и word_to_bits (op1, op2 соответственно).

            Часть программы по работе с командным словом показана на рис.4.

            Рисунок 4 Часть программы управления ПЧВ (работа с командным словом)

             

             

            Использование функционального блока позволяет наглядно наблюдать работу ПЧВ в автоматическом режиме. Изменяя соответствующие наборы битов, можно запустить, остановить ПЧВ, выбрать режим работы и частоту вращения двигателя. Пример управления показан на рис.5. и 6.

            Рисунок 5 Командное слово – запуск ПЧВ в прямом направлении

             


            Рисунок 6 Командное слово –реверсивный запуск ПЧВ

             

             

            Для запуска ПЧВ как видно из .5-.6 необходимо выполнение целого набора равнозначных условий – отсутствие команды останова, отсутствие команды фиксации скорости, а также команды на пуск и прием данных.

            Задание частоты вращения можно производить в переменной регистра 50010 в диапазоне 0-16384. Считывание текущей частоты в автоматическом режиме происходит в диапазоне 65535 – 49151 (0-максимальная скорость согласно 3-03). Поскольку это не слишком наглядно, можно использовать процентное задание и считывание текущей частоты с помощью программного кода, показанного на рис.7. Кадр работы программы при задании частоты 80% от максимальной показан на рис.8.

             

            Рисунок 7 Часть программы управления ПЧВ (задание и считывание частоты вращения привода в % от значения 3-03)

             

            Рисунок 8 Кадр работы программы задания/считывания выходной частоты ПЧВ в % (задание 80% от 3-03)

             

             

            Для анализа состояния ПЧВ удобно использовать слово состояния в формате, приведенном на рис. 9.

            Рисунок 9 Часть программы управления ПЧВ (слово состояния)

             

             

            Перед запуском привода, в случае неаварийного состояния, слово состояния имеет вид, показанный на рис.10.

             

            Рисунок 10 Кадр работы программы слова состояния (перед запуском)

             

             

            В рабочем режиме при управлении по RS-485 после выхода на заданную уставку слово состояния принимает вид, показанный на рис.11.

            Рисунок 11 Кадр работы программы слова состояния (работа по заданию)

             

             

            Удаленный опрос и управление ПЧВ с помощью ПЛК-150 (часть 3)

            Настройки ПЛК-150 для связи с ПЧВ

             

            Для подключения регистров памяти ПЧВ и командного слова будем использовать стандартный инструментарий конфигурации ПЛК для связи с Modbus-устройствами.

            Запустите CoDeSys, создайте новый проект или откройте существующий. Зайдите на вкладку Ресурсы и выберите пункт Конфигурация ПЛК (рис. 1).

             

            Рисунок 1 Конфигурация ПЛК

             

             

            В открывшемся слева окне конфигурации ПЛК правой кнопкой «мыши» нажмите верхнюю надпись. Например, при использовании ПЛК150-220.U-М этой надписью будет PLC 150 U. В открывшемся контекстном меню выберите пункт Добавить Подэлемент, а в появившемся новом контекстном меню – пункт ModBus (Master).

             

            Рисунок 2 Добавление подэлемента ModBus Master

             

             

            Таким образом, вы добавляете в конфигурацию модуль обмена данными по протоколу ModBus. Для опроса модулей и других устройств по сети с помощью данного протокола контроллер должен быть ведущим прибором, то есть мастером сети, что отражено в названии добавленного модуля ModBus (Master) (Рис.3).

            Рисунок 3 Параметры добавленного модуля ModBus Master

             

             

            Заметим, что ПЧВ общается с ПЛК по интерфейсу RS-485. Поэтому в параметрах подэлемента ModBus Master заменим значение параметра используемого интерфейса Debug RS-232[Slot] на RS – 485.

            Рисунок 4 Замена параметра интерфейса связи подэлемента ModBus Master

             

             

             

            Разверните пункт ModBus (Master), нажав левой кнопкой «мыши» на значке «+». Выделите пункт RS-485 [SLOT]. Затем зайдите на вкладку Параметры Модуля, расположенную в верхней части правого окна на экране. На рис.5 представлены рекомендуемые значения параметров обмена по сети, которые вам необходимо установить. Выберите нужные значения из списков, выпадающих при нажатии на кнопки .

             

             

            Рисунок 5 Значения параметров сети модуля МВ - 110.8АС по протоколу ModBus

             

             

            Относительно установок по умолчанию изменяются параметры, выделенные цветом:

            • Communication speed (скорость обмена по сети) 115200→9600 б/с.
            • Frame oriented (подтип протокола связи) ASCII →RTU.

            Для того, чтобы самостоятельно настроить список и формат получаемых с ПЧВ данных, нажмите правой кнопкой мыши на пункте ModBus (Master), в появившемся контекстном меню выберите пункт Добавить Подэлемент, а затем модуль Universal Modbus device (рис. 6).

             

            Рисунок.6 Добавление модуля Universal Modbus device

             

             

            Выделите появившийся модуль Universal Modbus device [VAR], затем откройте окно его свойств, выбрав вкладку Параметры Модуля (рис.7). Первые три пункта можно оставить без изменений, т.к. они описывают параметры связи по Ethernet, в то время как ПЛК связывается с ПЧВ по интерфейсу RS-485. Необходимо выставить в параметре NetMode значение Serial, а также задать адрес ПЧВ в пункте ModuleSlaveAddress.  Согласно табл.1.1 – его адрес 1. Остальные параметры можно оставить в том виде, в каком они представлены на рис.7

             

            Рисунок 7 Параметры модуля Universal Modbus device

             

            Теперь необходимо добавить в модуль те переменные (регистры), которые вы планируете опрашивать по сети. В рассматриваемом примере ПЛК с ПЧВ обменивается следующими параметрами:

            • Командное слово;
            • Слово состояния;
            • Слово задания частоты по RS-485;
            • Слово опроса частоты по RS-485;
            • Выходная частота, Гц (16-13);
            • Выходная мощность регулирования, КВт (16-10);
            • Ток двигателя, А(16-14).

            Для добавления регистра нажмите правой кнопкой на Universal Modbus device [VAR], затем в контекстном меню выберите пункт Добавить Подэлемент, а затем Register input module.

             

            Рисунок 8 Добавление входной переменной в формате регистра

             

             

            Для добавления регистров передачи данных с ПЛК на ПЧВ (командное слово и слово задания частоты по RS-485) используйте элемент меню Register output module

            После добавления нужного числа регистров и назначения им имен конфигурация ПЛК примет вид, показанный на рис.9.

            Рисунок 9Конфигурация ПЛК под задачу

             

             

            Для каждого регистра необходимо настроить параметры адресации и функции опроса. Адресация определяется согласно правилам, изложенным в п.2, функции опроса определяются согласно принципам работы по протоколу Modbus[1].

            Настройки параметров модулей Universal Modbus device приведены на рис.10-16.

             

            Рисунок 10 Настройки модуля командного слова

             

             

            Рисунок 11 Настройки модуля слова задания по RS-485

             

             

            Рисунок 12 Настройки модуля слова состояния

             

             

            Рисунок 13 Настройки модуля слова считывания частоты или ОС

             

             

             

            Рисунок 14 Настройки модуля слова считывания регистра 16-13 (частота, Гц)

             

             

            Рисунок 15 Настройки модуля слова считывания регистра 16-10 (Выходная мощность, кВт)

             

             

            Рисунок 16 Настройки модуля слова считывания регистра 16-14 (Ток двигателя, А)

             

             

            После подключения ПЛК к ПЧВ в разделе Конфигурация ПЛК можно наблюдать в режиме реального времени изменение параметров работы ПЧВ[2]. Пример такой работы показан на рис.17.

            Рисунок 17 Кадр работы подключения ПЧВ к ПЛК 150

             

             

             


            [1] Более подробно изложено в РП ПЧВ с.71 и далее.

            [2] Параметры в примере отображены соответственно формату записи в регистры. Так значению переменной freq=504 соответствует частота вращения двигателя 50,4 Гц. Положение десятичной точки в каждом параметре см. в описании переменной в РП ПЧВ.

             

            Удаленный опрос и управление ПЧВ с помощью ПЛК-150 (часть 2)

            Адресация регистров ПЧВ

            Для опроса параметров ПЧВ и изменения их по сети используется следующие простые принципы адресации:

            1. Каждому параметру соответствует регистр (2 регистра) с уникальным адресом
            2. Адрес соответствующего регистра определяется по номеру параметра в ПЧВ по следующей формуле:

            НОМЕР_РЕГИСТРА=НОМЕР_ПАРАМЕТРА*10-1

            Таким образом, например, параметру 1-00 будет соответствовать регистр с номером[1] 100×10-1=999dec=3E7hex.

            Помимо регистров хранящих параметры ПЧВ есть и дополнительные служебные регистры. Во-первых, это командное слово. Оно позволяет главному устройству Modbus управлять несколькими важными функциями ПЧВ:

            • Пуск
            • Останов привода различными способами:

            – Останов выбегом;

            – Быстрый останов;

            – Останов торможением постоянным током;

            – Нормальный останов (замедлением);

            • Возврат в исходное состояние (сброс) после аварийного отключения;
            • Работа с различными предустановленными скоростями;
            • Работа в обратном направлении;
            • Управление встроенным реле ПЧВ.

            Помимо командного слова используется слово задания по интерфейсу RS-485, слово состояния, слово значения обратной связи и регистр индексирования параметров. Их назначение и адресация сведены в табл.1

             

            Таблица 1. Служебные регистры ПЧВ

            Номер регистра(ПЧВ) Номер регистра (Modbus) Назначение
            7 6 Последний код ошибки от интерфейса объекта данных
            9 8 Индекс параметра (например, 3-10)
            50000 49999 Входные данные: регистр командного слова привода (CTW)
            50010 50009 Входные данные: регистр задания по интерфейсу RS-485 (REF)
            50200 50199 Выходные данные: регистр слова состояния привода (STW)
            50210 50209 Выходные данные: регистр основного текущего значения привода (MAV)

             

            Командное слово и слово состояния представляют собой набор значимых битов, к каждому из которых можно использовать отдельное обращение. Структура командного слова и слова состояния приведены в табл.2 и 3.

            Табл.2. Биты командного слова

            Бит

            Логическое состояние бита

            0

            1

            0

            Предустановленное задание, младший бит

            0

            1

            1

            Предустановленное задание, старший бит

            0

            1

            2

            Торможение постоянным током

            Нет торможения постоянным током

            3

            Останов выбегом

            Нет останова выбегом

            4

            Быстрый останов

            Нет быстрого останова

            5

            Фиксация частоты

            Нет фиксации частоты

            6

            Останов с замедлением

            Пуск

            7 Нет сброса

            Сброс

            8

            Работа по заданию

            Фиксированная частота (3-11[2])

            9

            Изменение скорости 1 (согласно 3-4х) Изменение скорости 2 (согласно 3-5х)

            10

            Данные недействительны

            Данные действительны

            11

            Реле 1 выкл.

            Реле 1 вкл.
            12-14

            Не используются

            15 Реверс

            Нет реверса

             

            Табл.3. Биты слова состояния

            Бит Логическое состояние бита

            0

            1

            0

            Управление не готово

            Готовность к управлению

            1

            Привод не готов

            Привод готов

            2

            Останов выбегом

            Нет останова выбегом

            3

            Нет авар. сигналов

            Аварийный сигнал

            4- 6

            Не используются

            7

            Нет предупреждения

            Предупреждение

            8

            Не на задании (например, разгон)

            На задании

            9

            Ручной режим

            Автоматический режим

            10

            Вне частотного диапазона

            В частотном диапазоне

            11

            Остановлен

            Работа

            12

            Не используется

            13 Нет предупреждения о напряжении Предупреждение о напряжении
            14

            Не на пределе по току

            Предел по току

            15 Нет предупреждения о перегреве Предупреждение о перегреве


            [1] Не все параметры ПЧВ могут быть опрошены по сети. Основные настройки задания скорости 3-02, 3-03, 3.41,3-51 и некоторые другие параметры могут быть изменены только с ЛПО.

            [2] Активно только в режиме фиксации частоты

             

            Удаленный опрос и управление ПЧВ с помощью ПЛК-150 (часть 1)

            Показаны основные приемы работы по удаленному управлению ПЧВ с использованием командного слова, а также считывания основных параметров прибора по интерфейсу RS-485 для использования в программе управления или архивации.
            Данное руководство написано для контроллеров с версией прошивки не менее 2-01-8. Если используемый вами ПЛК ОВЕН имеет более раннюю версию, для корректной работы вам необходимо сменить прошивку на 2-01-8.

            Настройки интерфейса связи RS-485 на ОВЕН ПЧВ

            Для определения параметров связи на частотном преобразователе ОВЕН ПЧВ используется группа параметров 8. Основные настройки параметров этой группы, которые должны быть произведены, показаны ниже.

            Общие настройки. Группа параметров для конфигурирования общих настроек связи.
            8-01 0 — 2
            [0] Место управления:
            0 – цифровое управление и командное слово.
            1 – только цифровой: использование цифрового входа в качестве управляющего.
            2 – только командное слово.

            8-02 0; 1
            [1] Источник командного слова:
            0 – нет: функция не активна;
            1 – RS485: источник командного слова управления создается через порт последовательной связи RS485.
            Настройки порта. Параметры для конфигурирования порта ПЧВ
            8-30 0; 2
            [0] Протокол: используемый протокол; изменение протокола не вступает в силу до отключения ПЧВ:
            0 – не используется;
            2 – Modbus.
            8-31 1 – 126;
            [1] Адрес для шины.
            [1 — 126] – диапазон адреса шины ПЧВ;

            8-32 0 – 4 [2] Задает скорость передачи данных порта (бод).
            Значение выбирается из вариантов:
             «0» – 2400;
             «1» – 4800;
            «2» – 9600 (по умолчанию);
             «3» – 19200;
             «4» – 38400.
            8-33 0 – 3 [0] Задает контроль четности данных. Значение выбирается из вариантов:
             «0» – контроль четности отсутствует (по умолчанию);
             «1» – проверка на нечетность;
            «2» – контроль четности отсутствует, 1 стоповый бит;
             «3» – контроль четности отсутствует, 2 стоповых бита.
            8-35 1-500
            [10] Минимальная задержка реакции (миллисекунды): минимальная задержка между получением запроса и передачей ответа.
            8-36 0,010 — 10,00
            [5,0] Максимальная задержка реакции (секунды): максимально допустимая задержка между передачей запроса и получением ответа. Превышение времени этой задержки приводит к таймауту командного слова.

            Использованные в проекте настройки связи выделены в тексте цветом (адрес ПЧВ -1, 9600 б/с, контроль четности отсутствует, 1 стоповый бит). Их нужно придерживаться при создании проекта для ПЛК.