基于西门子S7-1200PLC、G120变频器、HMI实现电动机变频调速

('基于西门子S7-1200PLC、G120变频器、HMI实现电动机变频调速摘要：本文以西门子S7-1200，USS，G120，HM为核心，建立了多个感应电机的控制系统，从而达到控制系统的目的。控制系统具有造价低，线缆数目少，多个电机可以同时单独控制，电机运行状态可以被实时地显示，控制系统的稳定性、可靠性和灵活性都有很大的提高.关键词：西门子；S7-1200PLC、G120；变频器；HMI一、探讨家用电机的变频器（一）家用电器用电机的种类和速度调节在家用电器中使用的电动机主要有单相异步电动机，三相异步电动机，无剧同步电动机和直流电动机，尤其是单相异步电动机最为常见。单相感应电机有分相型、分相型和盖极型三种类型，尤其分相型是最常用的一种。这种电机可以分成单相电容运行型，单相电容起动型，单相电容起动型，单相电容双电型。在家用电器中，通常采用的是调压调速，尽管这种调速方法简单，成本低，但是其调速范围较小，稳定性较差，转矩特性较差，无法达到应用的要求。家用电器中的电力机器，若使用变频调速方式，调速范围大，稳定性好，转矩特性好，并有节能效果。（二）变频调速技术在家用电器中的应用1、单相供电家用电器通常使用的是单相AC供电，若要实现变频，那么在变频器的主电路中，必须使用单相桥的方式来实现整流。与三相桥整流的变频调速装置相比，其直流输出有较大的波动，因此在设计中要注意电容滤波、电感平波动等方面的影响。2、一种单相感应式电容分相型电机采用电容器分离型单相感应电机的变频调速系统，有如下几个问题要解决。(1)电容会发生改变。工作电容器的容量是按照5赫兹的交流电流来计算的。因为电容器的电容星是与电源频率相关的，所以，变频器的高频载波将改变电容器的电容，使得主、副绕组中的相位差小于90，电机就不能产生环形的旋转磁场，从而导致工作性能下降。(2)对电容进行抗高频率工作的性能。电容器的抗高频能力通常只有几百赫兹，而变频器的高频载波一般为3-~5KRHz，所以，高频载波会对电容器造成危害，使电容器发热。又或者是爆炸。(3)换流器中电容的作用。因为电容对电力供应有一定的吸放能，所以它会阻塞变频器的“死区”，导致上桥和下桥的短路，变频器的保护动作，从而导致变频器的故障，严重的还会导致变频器的故障。3、家用电器电机与变频调速装置的配套及改进在家电电机中应用变频调速时，要注意的是，要充分利用变频调速的优点，同时要最大限度地发挥电机的工作特性，所以，在应用以下电机时，要注意它们之间的协调。（1）容性分相型单相感应电机与变频调速装置的匹配一种具有离心式开关的单相感应电机。首先，在此基础上，将变频调速装置改为单相输入单相输出，使变频调速装置和电机的工作特性得以充分利用。应当着重指出的是，在变频器和电动机之间连接电感L，其目标是尽量过滤出变频器的高频载波，只留下变频基波，并解决高频载波对电容器的危害，对辅绕组电流的移相角和电容器对变频器的影响；此外，还可以适当地减小高频载波的频率，从而达到更好的效果。电容器C的容量必须是固定的，能够承受较高的频率和较高的电压。（2）三相感应电机与变频调速装置的匹配由于三相感应电机的工作特性优于单相感应电机，故将其设计为单相输入，三相输出。很明显。这样的组合可以充分发挥变频调速和电机的优良特性。需要说明的是，该转换装置的输出为三相220伏的转换电压，必须与220伏的三相电机连接。如果电机采用的是一台380V的Y型电机，那么需要改变Y型连接方式，使其变为△型连接方式。二、监视网的硬体结构监测网络的硬件主要有：西门子的HMI简化面板（或智能面板，或移动面板），西门子的S7-1200系列PLCCPU1214C（或其他的S7-1200系列CPU),S-20系列通讯板CB1241（或通讯组件CM1241)，西门子的G120系列变频器，三相交流感应电机，变频器的个数与电机的个数一样。通讯板CB1241插在S7-120的OCPU插槽上，通过RS485电缆与几个G120相连，构成了USS通讯网络12。S7-1200CPU与HM之间的网络是用Ethernet网络进行联接的。根据实验中监测网络的硬件线路显示图可以看出，3G120型变频调速装置的通讯布线与参数设定，在S7-1200的串行通讯中，可以选择CM1241通讯模组或CB1241通讯板卡。CM1241一般与CPU连接在一个轨道上，并且具有一个9管脚的串联接口。而CB1241通讯板则是直接嵌于CPU主板的插槽内。由于空间容量的限制，CB1241只提供了一个终端，而不是一个9管脚的串接口。在CB1241中具有一个端子电阻器，端子电阻器的导通和截止状态可以由线路来实现。在要求端阻抗存取时，将T/RA与TA连接在一起；只需将T/RB短接至T/RB短接。在对G120变频器进行参数设定之前，首先要按照G120操作说明书中的要求，选择与G120匹配的电机，并将电机铭牌上的有关参数输入到G120中，从而完成基础调试。在此基础上，针对不同的控制模式，选取相应的宏指令号，完成了USS通讯模式的设定与调整。三、可编程序控制器的编程（一）变频器控制模块的编制变频调速FC块主要用于进行频率与速度百分比的转换，为\'Main[OB1]”（主程序块）实现电动机的控制和HMl上电机的状态显示作准备。速度百分数是在主机模块中输入的USS_Driv_Control\'命令的接口上使用的，同时在HMI界面上也要用到这个程序模块，以反映电动机的实际工作频率，显示出了变频器[FC1]的程序块，（二）编制变频调速主控程序模块该主控程序模块由三个主要模块组成：（1）启动和停止控制程序；(2)主站CB1241和从站之间的USS通讯；(3)对FC模块进行调用。可以使用实体按键或在人机界面上点按启动和停止操作。起动时，电动机的转速不是0，可以根据转速百分数来设定更低的转速。马达停止有三种型号：“1”，“2”，“3”。“OFF1”是指在一个特定的坡道功能所设置的时间，它是由一个停机键或一个人机界面来完成的。USS通讯程式可以由「USS_驱动_控制」说明来执行。“USS_Drive_Control”的指示在系统开始后会被自动地执行。在该系统的输入端，“OFF2"和CFF3”代表的是“自动停泊”和“紧急停泊”，"F_ACK"代表的是“故障确认”；“dire”是方向开关；\'Drive\'是连接到的频率转换器的地址；“PZD_LEN是指现场总线（Fieldbusbus）通信消息的处理数据区域的长度；“SPEED_SP”设置了一个百分百的速度。在该系统的输出端，显示了系统的实时运行情况。CB1241主从台之间的通讯要求独立的用户界面通讯。应该指出，对于所有的USS通讯程式，其“DRIVE”的位址不能完全一样，而且位址的位址从1到31。结语应用西门子特有的USS总线技术，实现了对感应电机变频器速度的实时监测，使其具有方便、直观、交互性好、布线简单、便于远程控制等优点。将整个系统的现场数据集度中在HM上进行显示，可以随时进行观察，并自动进行记录。此外，它的体积比较小，安装容易，易于维护，而且成本也比较低。经过现场调试，证明该控制系统工作稳定，功能完备，具有很高的使用价值。参考文献[1]马俊强,叶建兰,梁洸强.基于西门子PLC与MCGS的虚拟仿真方法的实现[J].电气传动自动化,2023,45(01):30-34.[2]赵建业,付秀华.基于西门子S7通讯的小型PLC网络在手套箱-烧结炉集群控制系统的应用[J].真空,2023,60(01):80-85.DOI:10.13385/j.cnki.vacuum.2023.01.14.',)