基于触摸屏、PLC对变频器模拟量的调速

摘 要： 本文介绍了基于三菱品牌的PLC、触摸屏、模拟量模块、变频器对交流电机变频的模拟量调速系统的硬件结构及软件设计、用到的模拟量模块是FX0N-3A，使用了WR3A和RD3A指令使编程简单，频率通过触摸屏设定使调速系统运行灵活，模块化程序设计思想增强了程序的扩展性和实用性。

关键词： 触摸屏 PLC 变频器 模拟量

1.引言

近年来可编程序控制器（PLC）及变频调速技术日益发展，性能价格比日益提高，在机械、冶金、制造、化工、纺织等领域得以普及和应用。为满足温度、速度、流量等工艺变量的控制要求，常常要对这些模拟量进行控制，PLC模拟量控制模块的使用也日益广泛。通常情况下，变频器的速度调节可采用键盘调节、电位器调节、多段速等方式，但是在速度要求根据工艺而变化时，仅利用上述三种方式不能满足生产控制需求，因此，我们必须发挥PLC灵活编程及控制的功能，实现速度因工艺而变化，从而保证产品的合格率。在设计一个控制系统或对一个已有的设备进行改造时，常常会对电机的速度进行控制，利用PLC的模拟量控制模块的输出，对变频器实现速度控制，还能得到一个反馈值，从而知道电机有没有按需要的速度运行，是一种经济而又简便的方法。

2.系统控制要求

通过触摸屏控制变频器正转、反转、停止，频率通过触摸屏设置，设置频率超过50Hz不运行。触摸屏上显示变频器给定频率、变频器实际频率。

3.控制系统框图

交流变频模拟量调速系统框图如图1所示。控制系统硬件结构主要包括：触摸屏、可编程控制器PLC、模拟量模块、变频器、三相异步电动机，此处的模拟量模块是FX0N-3A。

图1 控制系统框图

4.PLC模拟量模块FX0N-3A介绍

PLC包括许多的特殊功能模块，模拟量模块是其中的一种，它包括数模转换模块和模数转换模块，例如数模转换模块可将一定的数字量转换成对应的模拟量（电压或电流）输出，这种转换具有较高的精度。

此次设计模拟量模块用的是FX0N-3A，因为FX0N-3A 包含两路输入通道和一路输出通道。输入通道将外部输入的模拟信号转换成内部的数字信号（A/D转换），输出通道将内部的数字信号转换成外部的模拟信号（D/A转换）。

根据接线不同，可以选择电压信号或电流信号的模拟输入或模拟输出，模拟输入通道或模拟输出通道的可接受范围为DC 0～10V、DC 0～5V或DC 4～20mA。

5.系统硬件原理图

下面以三菱FX2N-48MT系列PLC为例加以说明，同时选择FX0N-3A模拟量模块作为对变频器进行速度控制的控制信号输出。通过对模拟量模块连接端子的选择，可以得到两种信号：0～10V或0～5V电压信号及4～20mA电流信号。这里我们选择0～10V的电压信号进行控制。

PLC、变频器、FX0N-3A接线，PLC的Y4与变频器的正转信号STF相连、PLC的Y5与变频器的反转信号STR相连、PLC的Com2与变频器的公共端SD相连、变频器的2号端子与FX0N-3A的输出通道Vout引脚相连、变频器的AM端子与FX0N-3A的输入通道1的Vin1引脚相连、变频器的5号端子与FX0N-3A的输出通道的COM引脚相连、FX0N-3A的输出通道的COM引脚与FX0N-3A的输入通道1的COM1引脚相连，见图2。

图2 硬件原理图

6.I/O分配表

根据控制要求和硬件原理图写出I/O分配表。

6.1输出

6.2内部继电器

7.变频器参数的设置

根据控制要求进行变频器参数的设置

8.软件设计

8.1指令的介绍

8.1.1WR3A指令

WR3A指令是用于向FX0N-3A模拟量模块写入数据的功能。

m1：指定特殊模块号，K0～K7，本设计中FX0N-3A仅跟在PLC主机后面，在0号位置，m1为K0；

m2：指模拟量通道号，FX0N-3A只有一个输出通道，仅K1有效；

S：指定写入FX0N-3A模拟量模块的数据。

8.1.2 RD3A指令

RD3A指令是FX0N-3A模拟量模块的模拟量输入值的读取。

m1：指定特殊模块号，K0～K7；本设计中FX0N-3A仅跟在PLC主机后面，在0号位置，m1为K0；

m2：是FX0N-3A模块模拟量通道号，FX0N-3A有两个输入通道，取K1或K2，本设计只用输入通道1，因此为K1；

D：存放读取的数据。

8.2 PLC程序设计

根据控制要求，先设计出本任务的触摸屏控制电动机正反转的梯形图程序如图3所示。

图3 正反转的梯形图程序

根据模拟量模块FX0N-3A的输出特性如图4所示，可以把0～250的数字量转换成0～10V电压输出。由于变频器模拟量输入端由0～10V变化时，变频器频率由0～50Hz变化，即模拟量输入端电压变化0.2V时，变频器输出变化1Hz，根据FX0N-3A输出特性，当数字量由0～250变化时，转换输出的电压为0～10V，因此电压第变化0.2V，即变频器频率变化1Hz，对应的数字量为5，所以把变频器设定的频率乘以5，既得相应的数字量。

根据控制要求FX0N-3A的程序如图6所示。先把触摸屏上变频器的设定频率D10与50比较是否大于50，不大于50就把D10乘以5得到D12，接着PLC通过WR3A指令向FX0N-3A的通道写入数据，即把D12中的数据传给FX0N-3A，FX0N-3A转换成相应的电压模拟量，通过FX0N-3A的输出通道Vout输出给变频器2端子，用变频器实现电机按触摸屏设定的频率来工作。

图4 输出特性 图5 输入特性

变频器的AM端子把变频器的模拟电压输出给FX0N-3A的输入通道1的Vin，得到一个反馈值，FX0N-3A通过RD3A指令读取这个反馈值并转换成相应的数字量D22，并结合输入特性曲线如图5，对这个数字量除以5给D20，在触摸屏上显示出来。

图6 FX0N-3A的程序

9.调试

9.1当触摸屏设定频率和变频器显示频率不一致看参数Pr125是否设定为50Hz。

9.2当变频器显示频率和触摸屏显示频率不一致时，先使变频器以50Hz运转，注意这个是面板控制模式，调到C1参数，测5和AM引脚电压使它等于10V，不等于10V调节变频器上的M旋钮，直到等于10V。

10.结语

上述控制在实际使用过程中运行良好，很好地将PLC易于编程与变频器结合起来。本次设计使用了WR3A和RD3A指令书写简单，便于记忆。总之，充分利用PLC模拟量输出功能可以控制变频器从而控制设备的速度，满足生产的需要。

参考文献：

[1]盖超会，阳胜峰.三菱PLC与变频器、触摸屏综合培训教程.中国电力出版社，2011，3.

[2]吴启红.可编程序控制系统设计技术（FX系列），2012，6.

[3]李志谦.PLC项目式教学、竞赛与工程实践.机械工业出版社，2012，5.