介紹了壹種由plc和變頻調速器組成的多支路通信網絡，闡述了這種網絡控制調速系統相對於壹般模擬控制調速系統的優點，給出了系統框圖和plc程序。
[關鍵詞]plc變頻器多電機控制網絡通信協議
壹.導言
以變頻調速器為速度控制器
同步控制系統、比例控制系統和同步調速系統已廣泛應用於冶金、機械、紡織、化工等行業。以比例控制系統為例，壹般系統結構如圖1所示。
工作時，操作人員通過控制機(可以是plc，也可以是工控機)設定比例運行參數，然後控制機發出速度指令，通過d/a轉換模塊控制變頻調速器，使每個變頻調速器驅動電機以壹定的速比運行。這種方案更適合電機數量少，電機分布集中的應用系統。但是對於量產自動線，壹方面電機數量多，另壹方面電機分布較遠。采用這種控制方案時，由於速度指令信號在長距離傳輸中的衰減和外界幹擾，降低了整個系統的穩定性和可靠性。同時，大量的d/a轉換模塊增加了系統成本。因此，我們提出了壹種由plc和變頻調速器組成的多支路通訊控制網絡。該系統成本低，信號傳輸距離遠，抗幹擾能力強，特別適用於遠距離、多電機控制。
二、系統硬件結構
系統的硬件結構如圖2所示，主要由以下幾個部分組成:
1和fx0n—24mr是plc的基本單元，執行系統和用戶軟件是系統的核心。
2.fx0n—485adp是fx0n系統plc的通信適配器。該模塊的主要功能是接收計算機發送給plc的信息，作為計算機-plc通信系統中的分站，或者當多個plc組成n:n網絡時，作為網絡適配器。壹般只作為指定協議的接收單元。在分析其結構的基礎上，作者將其作為通信主站，完成變頻調速器控制信號的傳輸。
3.FR-Cu03是FR-A044系列比例調速器的計算機連接單元，符合RS-422/RS-485通訊規範，用於實現計算機與多臺變頻調速器的聯網。通過該單元，可以在網絡上實現變頻器的運行控制(如啟動、停止、頻率設定)、參數設定、狀態監控等功能，是變頻器的網絡接口。
4.FR-A044變頻器實現電機調速。
在1:n(本文為1:3)多分支通信網絡中，每個變頻器為壹個分站，每個分站都有壹個站號，由參數設置單元預先設置。工作過程中，plc通過fx0n—485adp發送相關命令信息後，各分站接收該信息，然後各分站判斷該信息的站號、地址是否與本站站號壹致。如果是，則處理該信息並返回響應信息；如果沒有，則放棄信息處理，保證同壹時間只有壹個分站與網絡上的主站交換信息。
第三，軟件設計
1，通信協議
FR-CU03規定了計算機和變頻器之間的通信過程，如圖3所示。
這個過程最多可以分為五個階段。？計算機發送通信請求；？·變頻器處理等待；？·變頻器做出響應；？，電腦處理等待；？電腦回答。根據不同的通訊要求完成相應的流程，比如編寫變頻器啟停控制命令？~?三個過程；監控變頻器的頻率時？~?五個過程。無論是寫數據還是讀數據，計算機發出請求，逆變器只是被動地接受請求並做出響應。每個階段的數據格式都不壹樣。圖4示出了分別用於寫入逆變器控制命令和逆變器工作頻率的數據格式。
2、plc編程
為了控制變頻器，必須對plc進行編程，通過程序實現對plc和變頻器之間信息交換的控制。plc程序應完成fx0n—485adp通信適配器的初始化、控制命令字的組合、代碼轉換和變頻器響應信息的處理。Plc梯形圖程序(程序的壹部分)如圖5所示。
程序中的通信發送緩沖區為D 127 ~ D 149；驗收緩沖區為d150~d160。電機1的啟停分別由x0的上升沿和下降沿控制；電機2的啟動和停止分別由x1的上升沿和下降沿控制；電機3啟動和停止分別由x2的上升沿和下降沿控制。fx0n—485adp的通信協議由系統啟動脈沖m8002初始化。然後開始和停止信號被處理。以電機1啟動為例，吸引x0的上升沿m50，變頻器1的站號發送到d130，運行命令字發送到d135。enq，寫入操作命令的控制字和等待時間由編程器預先寫入d131和d65438。然後核對總和發送到d136和d 137；；最後，設置m8122，允許rs指令向發送控制信息。變頻器收到信號後立即返回響應信息。此信息fx0n—485adp接收post m8132，plc根據情況做出相應處理後結束程序。
四、變頻器制動的思路和新方法
在傳統的由通用變頻器、異步電機和機械負載組成的變頻調速系統中，當電機驅動的勢能負載降低時，電機可能處於再生制動狀態；或者當電機從高速減速到低速(包括停止)時，頻率可以突然降低，但由於電機的機械慣性，電機可能處於再生發電狀態，存儲在傳動系統中的機械能被電機轉化為電能，通過逆變器的六個續流二極管送回逆變器的DC電路。此時，逆變器處於整流狀態。此時如果逆變器不采取措施消耗能量，這部分能量會導致中間回路儲能電容的電壓升高。如果制動太快或機械負載被提升，這部分能量可能。
會損壞變頻器，所以要考慮這部分能量。
在壹般的變頻器中，對於再生能量有兩種常見的處理方式:(1)，耗散到DC電路中與電容並聯的人為設定的“制動電阻”中，稱為動態制動狀態；(2)、使之反饋到電網，這就叫反饋制動狀態(也稱再生制動狀態)。還有壹種制動方式，就是DC制動，這種制動方式可以用在需要精確駐車或者啟動前由於外界因素導致制動電機轉動不規則的場合。
很多專家在書籍和出版物中都談到了變頻制動的設計和應用，尤其是近年來出現了很多關於“能量回饋制動”的文章。今天筆者提供壹種新的制動方式，既有“回饋制動”四象限運行、運行效率高的優點，又有“能耗制動”對電網無汙染、可靠性高的優點。
1，能耗制動
利用布置在DC電路中的制動電阻吸收電機再生電能的方式稱為能耗制動。
其優點是結構簡單；對電網無汙染(與反饋系統相比)，成本低；缺點是運行效率較低，尤其是頻繁制動時，會消耗大量能量，制動電阻容量增大。
壹般在通用變頻器中，小功率變頻器(22kw以下)內置制動單元，只需要增加制動電阻即可。大功率變頻器(22kw以上)需要外部制動單元和制動電阻。
2.反饋制動
要實現能量回饋制動，需要控制電壓同頻同相，控制回饋電流。它采用有源逆變技術，將再生電能逆變為與電網同頻同相的交流電送回電網，從而實現制動。
回饋制動的優點是可以四象限運行，電能回饋提高了系統的效率。其缺點是:(1)，這種反饋制動方式只能在電網電壓穩定的情況下采用(電網電壓波動不超過10%)。由於發電制動操作時電網電壓故障時間大於2ms，可能會發生換相失敗，造成設備損壞。(2)反饋時，對電網有諧波汙染。(3)控制復雜，成本高。
3.新制動模式(電容反饋制動)
3.1主電路原理
整流部分采用普通不可控整流橋整流，濾波電路采用通用電解電容，延時電路采用接觸器或可控矽。充電和反饋回路由功率模塊igbt、充電和反饋電抗器L和大電解電容C組成(容量約為十分之幾法拉，可根據變頻器所在的工況系統確定)。逆變部分由功率模塊igbt組成。保護電路由igbt和功率電阻組成。
(1)電機發電運行狀態
cpu實時監控輸入交流電壓和DC回路電壓νd，決定是否向vt1發送充電信號。壹旦νd高於輸入交流電壓(如380vac—530vdc)對應的DC電壓值到壹定值，cpu就關斷vt3，通過向vt1導通脈沖來實現電解電容C的充電過程。此時電抗器L與電解電容C分壓，保證電解電容C工作在安全範圍內。當電解電容C上的電壓接近危險值(例如370v)，而系統仍處於發電狀態，電能通過逆變器不斷反饋到DC回路時，安全回路就會發揮作用，實現能耗制動(電阻制動)，控制vt3的關斷和導通，從而實現電阻r消耗多余的能量，壹般不會出現這種情況。
(2)電機的電氣運行狀態
當cpu發現系統不再充電時，在vt3上傳導脈沖，使電抗器L上產生瞬時左正右負電壓，電解電容C上的電壓可以實現電容到DC回路的能量反饋過程。cpu通過檢測電解電容C上的電壓和DC回路的電壓來控制vt3的開關頻率和占空比，從而控制反饋電流，保證DC回路電壓νd不會太高。
3.2系統困難
(1)電抗器的選擇
(壹)考慮到工況的特殊性，我們假設系統存在某種故障，導致電機所承載的勢能負載自由加速。此時電機處於發電運行狀態，再生能量通過6個續流二極管送回DC電路，使νd上升，逆變器很快處於充電狀態。這個時候電流會很大。因此所選擇電抗器的導線直徑應該足夠大以在此時通過電流。
(b)在反饋回路中，為了使電解電容在下次充電前釋放盡可能多的電能，不可能選擇普通的鐵芯(矽鋼片)。最好選擇鐵氧體材料的鐵芯。看看上面考慮的電流值，就知道這個鐵芯有多大了。不知道市面上有沒有這麽大的鐵氧體鐵芯，就算有，價格肯定也不會很低。
因此，作者建議在充電回路和反饋回路中使用壹個電抗器。
(2)控制困難
(a)變頻器的DC電路中，電壓νd壹般高於500vdc，而電解電容C的耐壓只有400vdc。可以看出，這種充電過程的控制並不像能量制動(電阻制動)的控制方式。電抗器上產生的瞬時壓降，電解電容C的瞬時充電電壓為ν c =νd-νl，為了保證電解電容工作在安全範圍(≤400v)，需要有效控制電抗器上的壓降νl，壓降νl取決於電感和電流的瞬時變化率。
(b)在反饋過程中，還要防止電解電容C放出的電能通過電抗器，造成DC回路電壓過高，使系統產生過壓保護。
3.3主要應用場合和應用實例
正是因為變頻器這種新的制動方式(電容反饋制動)的優點，近年來，很多用戶結合自己設備的特點，提出配備這種系統。由於壹些技術上的困難，國外有這樣的制動方式嗎？目前只有山東馮光電子有限公司將以前的帶反饋制動的變頻器(其中兩臺仍在正常運行)換成了這種電容反饋制動方式的新系列礦井提升機。迄今為止，這種電容反饋制動變頻器已在山東寧陽保安煤礦和山西太原長期正常運行，填補了國內這壹空白。
隨著變頻器應用領域的拓寬，這項應用技術將會有很大的發展前景。具體來說，主要用於礦山吊籠(載人或載重)、傾斜礦車(單缸或雙缸)、起重機械等行業。簡而言之，能量回饋裝置可以用在任何場合。
動詞 （verb的縮寫）結論
1.實際應用表明，該方案可以通過網絡實現plc對變頻調速器的運行控制、參數設置和運行狀態監控。
2.該系統可以控制多達32個變頻調速器，最大距離為500米。
3.控制多個逆變器的成本明顯低於d/a控制方式。
4.隨著變頻器的增加，通信延遲增加，系統響應速度低於d/a控制方式。
參考
1，韓。通用變頻器及其應用(第二版)[m]。北京:機械工業出版社，
2.劉文兵(1981-)壹直從事變頻器的應用，現在臺州富菱機電制造有限公司從事變頻器的設計和制造。
正式表示感謝
論文完成之際，衷心感謝在設計中幫助我的荀延龍老師和同事們，讓我按時完成畢業論文，受益終身。
在完成論文的過程中，系裏的老師給了我很大的幫助。非常感謝！其他同學也給了我很多關心和幫助，真心感謝。