变频器作为驱动设备,在很多情况下只需要变频器主机的默认配置即可。但在一些比较复杂的控制场合,需要用到变频器选件——可编程接口卡(模块)。
在本期擂台,请对变频器的选件可编程接口卡的品牌、适用变频器系列/型号、可编程接口卡的型号或订货号、可编程接口卡的作用、可编程接口卡的特性以及可编程接口卡的典型应用作出描述和具体分析。以帮助大家拓展视野。。。。。。
另外,可编程接口卡,有哪些品牌的变频器有这样的配置?可编程接口卡常用吗?
说明:如果其他品牌的变频器不好找,可以把施耐德ATV71系列变频器作为讨论对象。
希望大家畅所欲言。非常支持原创,评奖倾向于原创者。可以包括工作原理、技术介绍、产品结构,包括一些很具体的数据,包括一些技术细节/优缺点,还可以列举具体案例等,包括其它。。。。。。希望大家热烈的探讨!!!!!!
变频擂台每周一期,本期擂台的最晚结贴时间为:2012年7月23日。
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一 变频器的输入输出电路
1.1运行信号的输入
变频器的输入信号包括:运行/停止、正转/反转、微动等数字量输入信号。变频器通常利用继电器接点或晶体管集电极开路形成与上位机连接,并得到这些运行信号,如图1所示。
图1 运行信号的连接方式
(a)继电器接点 (b)晶体管(集电极开路)连接
在使用继电器接点的场合,为了防止出现因接触不良而带来的误动作,需要使用高可靠性的控制继电器。而当使用晶体管集电极开路形式进行连接时,也同样需要考虑晶体管本身的耐压容量和额定电流等因素,使所构成的接口电路具有一定的裕量,以达到提高系统可靠性的目的,如图2所示。
图2 输入信号电路的正确接法
(a) 非绝缘输入 (b)绝缘输入
在设计变频器的输入信号电路时还应注意到,当输入信号电路连接不当也会造成变频器的误动作。例如:当输入信号电路采用如图3所示的连接方式时,由于存在和运行电压信号并联的继电器等感性负载,继电器合分时产生的浪涌电流所带来的噪声干扰有可能引起变频器的误动作,应该尽量避免这种接法。
图3 输入信号电路的错误接法
此外,当变频器一侧和继电器一侧存在电位差时,电源电路本身可能遭到破坏,所以也应加以注意,并采取相应的措施。
1.2频率指令信号输入
如图4所示,频率指令信号可以通过电压信号(0~10V,0~5V,0~6V)和电流信号(4~20mA)输入。使用时必须依据输入信号的类型正确选择PLC的输出模块。
图4 频率指令信号与PLC的连接
当变频器和PLC的电压信号范围不同时,可以通过变频器的内部参数进行调节,如图5所示。当需要使用变频器高速区域时,可以通过调节PLC的参数或电阻的方式将输出电压降低。
图5 输入信号电平转换
通用变频器通常都还备有作为选件的数字信号输入接口卡,可以直接利用BCD信号或二进制信号设定频率指令,如图6所示。其特点是避免模拟信号电压降和温度变化带来的误差,保证频率设定的精度。
图6 二进制信号和BCD信号的连接
变频器也可以脉冲序列作为频率指令,如图7所示。当利用这种方式进行精密的转速控制时,必须考虑F/V转换器电路和变频器内部的A/D转换电路的零漂,温度变化带来的漂移以及分辨率等问题。
图7 脉冲序列作为频率指令时的连接
当不需要进行无级调速时,可以通过节点组合使变频器按照事先设定的频率进行调速运行,而这些运行频率则可以通过变频器内部参数进行设定。同利用模拟信号进行速度给定的方式相比,这种方式的设定精度高,也不存在由漂移和噪声带来的各种问题。图8给出了一个多级调速的例子。
※符号的输入也可以使用外部模拟信号
图8 利用变频器内部功能进行多级调速
1.3 接点输出信号
在变频器的工作过程中,经常需要通过继电器接点或晶体管集电极开路的形式将变频器的内部状态(运行状态)通知外部。如图9所示。而在连接这些送给外部的信号时,也必须考虑继电器和晶体管的容许电压、容许电流等因素。此外,在连线时还应该考虑噪声的影响。同时对变频器跳闸后的保护触点应接至PLC的一个输入口和COM之间,这样一旦变频器发生故障,PLC将立即做出反映,使系统停止工作,同时应在PLC上设置一个按钮开关用于在处理完故障后使系统复位。例如:当主电路(AC200V)的开闭是以继电器执行,而控制信号(DC12~24V)的开闭是以晶体管执行时,应注意分开布线,以保证主电路一侧的噪声不传至控制电路。
图9 接点输出信号的连接
此外,在对带有线圈的继电器等感性负载进行开闭时,必须以和感性负载并联的方式接上浪涌吸收器或续流二极管。如图10所示。而在对容性负载进行开闭时,则应以串联的方式接入限流电阻,以保证进行开闭时的浪涌值不超过继电器和晶体管的容许电流值。
图10 感性负载的连接
(a) AC电路 (b) DC电路
变频器输出的监测用模拟信号如图11所示,主要分为以下几种类型:
(1) 变频器输出频率监测信号:0~10V,0~5V/0~100%。
(2) 变频器输出电流监测信号:0~10V,0~5V/0~100%。
(3) 变频器输出频率脉冲信号:输出频率的1~36倍。
使用时必须注意PLC一侧阻抗的大小,以保证电路中的电流不超过电路的额定电流。此外,由于这些监测信号和变频器内部并不绝缘,在电线较长或噪声较大的场合,最好在途中设置绝缘放大器。
图11 监测信号的连接
(a) 模拟监测信号 (b) 脉冲监测信号
二 变频器与PLC联和使用应注意的问题
2.1 瞬时停电后的恢复运行
在系统连接正确的条件下,利用变频器的瞬时停电后恢复运行的功能,使变频器在系统恢复供电后将进入自寻速过程,并将根据电动机的实际转速自动设置相应的输出频率重新启动。如果变频器出现运行指令丢失的情况,则重新恢复供电后也可能出现不能进入自寻速模式,仍然处于停止输出状态,甚至会出现过电流的情况。因此可以通过保持继电器,如图12所示,在保持运行信号的同时将频率指令信号自动保持在变频器内部或者为PLC本身准备不间断电源将变频器的运行信号保存下来,以保证恢复供电后系统能进入正常的工作状态。
图12 PLC保持继电器回路
2.2 PLC扫描时间对变频器的影响
在使用PLC进行顺序控制时,由于CPU进行处理时需要时间,总是存在一定时间(扫描时间)的延迟。在设计控制系统时必须考虑上述扫描时间的影响。尤其在某些场合下,当变频器运行信号投入的时刻不确定时,变频器不能正常运行,在构成系统时必须加以注意。
2.3 通过数据传输进行控制
在某些情况下,变频器的控制(包括各种内部参数的设定)是通过PLC或其它上位机进行的。在这种情况下,必须注意信号线的连接以及所传数据顺序格式等是否正确,否则将不能得到预期的结果。此外,在需要对数据进行高速处理时,则往往需要利用专用总线构成系统。
2.4 接地和电源系统
为了保证PLC不因变频器主电路断路器产生的噪声而出现误动作,在将变频器和PLC等与上位机配合使用必须注意以下问题:
(1)对PLC本体按照规定的标准和接地条件进行接地。应避免和变频器使用共同的接地线,并在接地时尽可能使二者分开。
(2)当电源条件不太好时,应在PLC的电源模块以及输入输出模块的电源线上接入噪声滤波器和降低噪音用的变压器等。此外,如有必要,在变频器一侧也应采取相应措施,来增大线路在干扰频率下的阻抗,使得在基频下的阻抗极小,但对于频率较高的谐波电流,却能呈现出很高的阻抗,起到有效的抑制作用。如图13所示。
图13 噪声滤波器的连接
(3)对于通过辐射传播的干扰信号,主要通过吸收的方法来削弱,如图14所示。但必须注意在变频器的输出侧,是绝对不允许用电容器来吸收谐波电流的。否则容易使逆变管损坏。
以图14 无线电抗干扰滤波器
(4)当把变频器和PLC安装在同一操作柜中时,应尽可能使与变频器有关的电缆和与PLC有关的电缆分开。
(5)通过使用屏蔽线和双绞线达到提高抗噪声水平的目的。此外,当配线距离较长时,对于模拟信号来说采取4~20mA的电流信号或在途中加入放大电路等措施提高抗噪声水平。
对于AVT71的变频不熟悉,但是接触过西门子MM4,6RA70以及ABB的ACS550、ACS800单传和多传系统,以及ABB DCS500直流传动系统,一般的编程器都带有这种接口卡,有些时候这种接口卡又可以叫做通讯板,因为上面带有通讯协议口,比如PROFIBUS DP,及可以用来连接网络,也可以连接PC机来下载程序使用,比如6SE70所使用的通讯板,一般上面BOP面板,拿掉面板可以看到有一个RS232口,通过这个接口可以使用下载电缆调试程序、优化程序、备份程序,另外也可以不通过这种编程口下载程序,可以利用STEP7的组态进行程序的上传和下载,但是这些需要PC机上安装有STEP7 DRIVE_ES、DRIVE_MONITOR、STARER软件。
对于ABB的单传,一般都是用控制面板设置参数,对电机进行优化的,但是对于多传动,很多时候就需要使用编程接口卡,有些卡并不是安装在变频器上,变频器提供通讯板和接口,在ACS800多传动中,我们使用DRIVE windows软件对于电机的运行进行监控,这时候需要配置ABB专用的调试卡。