关键词：PLC；RS-485；变频调速；模拟量
中图分类号：TP273 文献标识码：A
Abstract: Recommend regarding Omron PLC as the main website, pass RS-485 bus and 14 3G3MZ series serial news reports of frequency converter of Taiwan Omron, and realize the frequency converter of the ventilator adjusts the monitoring system of the speed. Describe the frequency conversion of the air blower adjusts the drive mechanism of the speed, the systematic hardware forms in detail, PLC and communication implementation method of frequency converter, expound network this control, transfer speed to be systematic to control, transfer superiority that speed compares systematically with general analog quantity. Provide the systematic block diagram and PLC system software implementation method. It proves its anti-interference is good, dependability is high, practicability is good that practical.
Key words: PLC，RS-485，Variable Voltage Variable Frequency，Analog
0 引言
风机设备在工业控制中应用广泛。传统的风机控制是全速运转，即不论生产工艺的需求大小，风机都提供出固定数值的风量，而生产工艺往往需要对风速、风量进行控制和调节。最常用的方法则是通过调节风门或挡板开度的大小来调整受控对象，这样，就使得相当多的能量以风门、挡板的截流损失消耗掉了。
随着交流调速技术的不断改善，变频技术的不断发展，利用变频器进行调速越来越广泛。普通电动机采用变频调速后，在其拖动负载无须任何改动的情况下，即可以按照生产工艺要求调整转速输出。因此风机设备完全可以用变频器驱动的方案取代风门、挡板控制方案，从而降低电机功耗，达到系统高效运行的目的。
1 风机变频调速驱动机理[1]
众所周知，用变频器输出频率可调的交流电压作为风机的电源电压，可以方便地改变风机的转速。从风机负载特性可看出，风机的机械特性具有二次方律特征，即转矩与转速的二次方成正比例变化。在低速时由于流体的流速低，所以负载的转矩很小，随着电动机转速的增加，流速加快，负载转矩和功率
分别为二次方律负载的转矩常数和功率常数。
因此，当被控对象所需风量减小时，采用变频器降低风机的转速 ，会使电动机的功耗大大降低。
2 硬件设计
（1）PLC选型及I/O地址分配
为满足风机控制系统的可靠性和良好的控制精度与稳定性，我们选择欧姆龙CP1H系列40点晶体管输出PLC，外部扩展一个40点继电器输出的CPM1A-40EDR模块为基本单元。
系统根据各楼层中排毒柜的状态对各变频器进行控制，排毒柜共37个，手动/自动开关一个共38个输入点。输出控制14台变频器的状态显示、报警信号（晶体管输出）及变频器启/停（继电器输出）。
（2）变频器选型
选用欧姆龙3G3MZ系列变频器。SYSDRIVE 3G3MZ系列是一种搭载矢量控制的高性能变频器。由于搭载了电机的自动调整功能，因此能比V/f 控制更简单地运用矢量控制实现强大的控制。并且标准搭载RS485 ，另外，通过增加选件可以对应各种网络，还能提供与PLC 连接的系统构筑所需要的更进一步的控制。变频器单体中的单相200VAC 型和3 相400VAC 型内置了对应CE 规格的噪音滤波器，现有机型搭载可拆卸操作器，PID 控制、节能控制等丰富功能。
（3）触摸屏选型
欧姆龙NT5Z系列触摸屏为整个系统的操作设置显示单元。在触摸屏上可通过不同画面将PLC内部数据、输入输出状态、变频器的各参数及状态、报警信息等显示出来，实时监控全机的工作状态，除了显示功能外，还可以根据现场的情况，通过触摸屏设置和修改PLC内部的一些需要用户设定的参数。通过人机界面可直接观察到变频器的工作状态，对变频器进控制系统行实时的监控。其系统的结构图如图1所示。
图1 系统结构图
Fig.1 Systematic structure chart
3 软件设计
3.1 手动、自动运行模式
（1） 手动运行
当系统上电，控制面板上的双向开关打到手动方式，系统处于手动运行状态。手动运行画面如图2所示。系统处在手动运行时，不论变频器是否运行，通过频率输入框输入变频器的频率值，频率值即写入变频器。可写范围0～50HZ。按下启停按键控制变频器的启停。注意：系统处在自动运行时，手动画面的“启停”和频率输入无效。
手动运行方式主要供检修及变频器故障时用，正常情况下系统工作在自动模式。
图2 手动运行画面
Fig.2 Automatic operation picture
（2）自动运行
当系统上电，控制面板上的双向开关打到手动方式，系统处于自动运行状态。系统自动根据用户打开的排毒柜的数量计算变频器的赫兹数，在系统实际运行过程中，用户可以根据实际情况，通过设置启动频率调整变频器的运行频率，设置启动频率不影响自动运行的正常运行。自动运行画面，如图3所示。
图3 自动运行画面
Fig.3 Automatic operation picture
系统处在自动运行状态，各变频器的频率由系统自动计算，说明：
① 7P1、7P2、7P3、6P1、6P2、5P1、5P2、5P3、5P4的频率由输入的排毒柜状态自动计算。
② 9P1的频率由输入5P2、5P3、6P1、7P1、7P2的排毒柜状态计算。
③ 9P2的频率由输入5P1、5P4、6P2、7P3的排毒柜状态计算。
④ 7X1的频率由输入7P1、7P2、7P3的排毒柜状态计算。
⑤ 6X1的频率由输入6P1、6P2的排毒柜状态计算。
⑥ 5X1的频率由输入5P1、5P2、5P3、5P4的排毒柜状态计算。
3.2 PLC与变频器通信[7]
（1）通信连接
CP1H侧使用CP1W-CIF11，CP1W-CIF11开关设定:
① 1=ON（终端电阻）;
② 2,3=ON（RS485方式）;
③ 5=ON（不要echo back数据）;
④ 6=ON（RS485方式）。
（2）变频器基本参数设置[6]：
①“n0.02”禁止选择变更参数：设定为“9” ，最高频率50HZ时的初始化。
②“n2.00”频率指令选择：设定为“4” ，RS485通信发出的频率指令有效。
③“n2.01”运转指令选择：设定为“1” ，控制回路端子操作的STOP键也有效。
④“n2.05”接通电源/切换运转指令后的运转选择：设定为“2” ，接通电源后有效/切换运转指令后有效。
⑤“n9.00”RS485通信从站地址：设定从站地址。
⑥“n9.02”RS485通信错误检出时的动作：设定为“0” ，显示警告继续运转。
（3）CP1H程序设定[7]
为了使用方便，欧姆龙推出了支持3G3MZ、3G3RV、3G3MZ这几款变频器通信的功能块，适用于欧姆龙的CS1/CJ1（CPU需V3.0及以上）系列的通信板和通信单元（需支持串口网关功能的版本）以及CP1H的内置通信口，端口协议选为Serial-Gateway。功能块使用如下表1。
Tab.1 Function block the use of table
必须使用Refresh功能块，所有的其他功能块都是以该功能块为基础进行通讯的具体参数设定如下。
CP1H设定Uint selection设定为＃CCCC，对于SCB设定为＃BBBB，对于SCU设定从&0-&15
对于Scan list No设定如下：Bit0对应广播，Bit1对应01站，Bit2对应02站，如果同时连接01和02站，那么设定00000006，在通讯过程中不能修改该参数，否则导致不可预测结果。
其中I/F Area ID，读写变频器的参数2个字 和Message Area ID 命令发送响应状态，但是当调用其他功能块时需要设定相同的区域和地址。Refresh功能块如图4所示。
图4 Refresh功能块
Fig.4 Refresh Automatic operation picture
4 结束语
本套方案中，完全通过PLC的485总线控制多台变频器。可在线对各个电机的运转速度进行监控与设置，同时由于变频器和PLC安装于相隔较远的地方，也减少了变频器对PLC的干扰。该系统具有硬件简单、可靠性高、抗干扰性强、实用性好等优点。
参考文献
[1] 史增芳，姜岩蕾，黄宗建.基于变频技术的风机调速系统[J].工矿自动化，2007.1：97-99
[2] 李彬,符永逸. 多变频器的总线控制[J].微计算机信息，2006.8：18-20
[3] 钟肇新.《可编程控制其原理及应用》[M]. 华南理工大学出版社，2004
[4] 刘震.PLC在三相交流畀步电动机变频调运中的应用[J].工矿自动化，2005.10（5）：69-70
[5] 吴伟，邬冠华，喻金科.基于RS-485的PLC与多台变频器通信的实现及应用.自动化仪表，2005，26（9）：55-57
[6] 欧姆龙3G3MZ的操作手册
[7] OMRON CP1H编程手册
第一作者 周红丽，女，1982年生，现为青岛理工大学计算机工程学院在读硕士研究生，主要研究方向为计算机控制与检测系统的设计。
联系方式：山东青岛四方区抚顺路11号青岛理工大学284信箱
联系作者：周红丽
地址：山东青岛四方区抚顺路11号青岛理工大学284信箱
邮编：266033
E-mail:zhl19820126@126.com
电话：0532-85071298
