Современные приводы переменного тока могут управляться как с помощью внешнего, так и с помощью внутреннего ПЛК. Те, у кого есть встроенные элементы управления, выводят машинный интеллект на передний план.

Около Джефф Пейн • Прямая автоматизация

Хотя приводы переменного тока могут работать как автономные устройства, они часто интегрируются в системы автоматизации для управления частотой вращения трехфазных двигателей переменного тока, которые обычно приводят в действие конвейеры, вентиляторы и насосы. Для такого регулирования скорости приводы переменного тока чаще всего соединяются с ПЛК. Но приводы переменного тока становятся все более интеллектуальными, и некоторые из них теперь включают встроенные ПЛК для работы в качестве интеллектуальных приводов. Эти интеллектуальные приводы переменного тока компактны; повышают интеллектуальность оборудования; включают инверторы, способные выполнять нечто большее, чем просто обычное регулирование скорости; и допускают настройку множества параметров.

В этой статье мы подробно расскажем, как интегрировать интеллектуальные приводы переменного тока и приложения, для которых они наиболее подходят.

Привод переменного тока часто называют частотно-регулируемым приводом (VFD), приводом с регулируемой частотой (AFD) или преобразователем частоты. Мы используем термин VFD для обозначения его основной функции — изменения частоты вращения трехфазного асинхронного двигателя переменного тока. VFD также обеспечивают защиту двигателя от перегрузки, неаварийный запуск и остановку, а также управление ускорением и замедлением.

Преимущества VFD значительно повышают эффективность многих приложений. Кроме того, они постепенно разгоняют двигатель, что, в свою очередь, уменьшает пусковой ток при запуске двигателя. Это сводит к минимуму как электрическую, так и механическую нагрузку на систему.

VFD работают путем выпрямления поступающей мощности переменного тока в постоянный, а затем инвертирования ее обратно в выходную мощность трехфазного переменного тока. Напряжение и частота этого инвертированного выходного сигнала регулируются приводом для изменения частоты вращения трехфазного асинхронного двигателя переменного тока.

Режимы управления включают вольты на Гц (V/f), V/f с энкодером, векторное управление с разомкнутым контуром и векторное управление с замкнутым контуром. Все эти методы используют сигналы напряжения с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ); это хорошо разработанные методы управления двигателем, требующие определенного уровня автоматизации для управления приводом.

VFD управляется дискретными входами (двух- или трехпроводное управление), аналоговыми входами и/или цифровой связью. В своей простейшей форме VFD может управляться вручную с помощью кнопок запуска/остановки на встроенной цифровой клавиатуре. Эта клавиатура также позволяет устанавливать скорость привода и другие параметры, а также отслеживать переменные состояния привода. Ручные кнопки также могут быть подключены к приводу в двух- или трехпроводной конфигурации для управления основными функциями.

Двухпроводная система управления обеспечивает ввод команды запуска и направления движения привода. Команда запуска должна оставаться высокой (вкл.), чтобы привод мог запустить двигатель. Команда направления управляет прямым и обратным вращением двигателя. Отключение команды запуска останавливает двигатель.

При трехпроводном управлении приводом команда остановки добавляется к входам управления приводом. Чтобы активировать привод, команда остановки должна быть высокой, часто с помощью нормально замкнутой кнопки (NC) или контакта реле NC. Мгновенная команда запуска — это все, что необходимо для активации привода.

Оба способа управления приводом по двум или трехпроводному каналу могут осуществляться с помощью ручных кнопок, релейных выходов, активируемых ПЛК, или дискретных сигнальных выходов ПЛК. Некоторые приводы также имеют программируемые функции, такие как бег трусцой, изменение скорости, а также управление ускорением и замедлением.

Аналоговые сигналы также могут помочь управлять приводами для выполнения функций регулирования скорости или натяжения. Сигналы принимают форму аналоговых напряжений от 0 до 10 В постоянного тока, аналогового тока от 0 до 20 мА или от 4 до 20 мА или сигналов потенциометра. Для запуска и остановки привода по-прежнему необходим двух- или трехпроводной дискретный метод управления.

В дополнение к дискретным и аналоговым входам ПЛК часто управляют VFDS с помощью цифровых коммуникаций, таких как Modbus ASCII и Modbus RTU, или через промышленные протоколы Ethernet, специально созданные для управления в режиме реального времени. Эти цифровые средства связи могут управлять всеми функциями привода или работать совместно с дискретными и аналоговыми сигналами.

Двусторонняя цифровая связь часто позволяет управлять командами привода с помощью ПЛК и обеспечивает мониторинг всех параметров привода, включая считывание переменных привода, статусов и кодов неисправностей. Это может включать в себя более 100 команд, параметров и статусов, а также коды неисправностей.

Последовательная или Ethernet-связь с ПЛК позволяет выдавать команды определения скорости, запуска, направления и пробежки трусцой. Он также может регулировать параметры двигателя, такие как напряжение и сила тока, а также параметры запуска, связанные с заданным временем ускорения и замедления, S-образными кривыми и частотами пропусков. Другие цифровые параметры включают в себя выдачу многофункциональных входных команд и запуск функций точно так же, как это было бы при дискретном вводе. Целевые частота и ток (и многие другие аналоговые и предустановленные параметры) также доступны для управления и мониторинга с помощью цифровой связи. Там, где ПЛК взаимодействует с приводом для мониторинга состояния и кодов неисправностей, он может сравнивать частотную команду с выходной частотой или выходной ток с номинальным током или частотой вращения двигателя.

Мониторинг неисправностей привода также улучшается благодаря цифровой связи. Вместо простого дискретного сигнала «неисправность присутствует» система может регистрировать десятки кодов ошибок, включая перегрузку по току, перенапряжение, перегрев, перегрузку по току низкого напряжения и многое другое.

Предварительное программирование функций мониторинга и управления приводом (посредством дискретной связи) позволяет создать более интеллектуальную систему. Требуется последовательное соединение или Ethernet-соединение между ПЛК и приводом (приводами); при использовании Ethernet также необходим концентратор или коммутатор. Возможность конфигурировать привод, управлять им и мониторить его с помощью ПЛК с помощью цифровых средств связи обеспечивает надежность автоматизированных систем в будущем.

Как уже упоминалось, управление VFDS с помощью ПЛК хорошо разработано с множеством опций настройки и мониторинга. Но устройства на периферии станка становятся все умнее, и VFD со встроенными ПЛК не являются исключением. Эти VFD обеспечивают все функции точного регулирования частоты вращения отдельных приводов, управляемых ПЛК, но в одном компактном корпусе. Такие интеллектуальные приводы обычно имеют встроенную панель интерфейса оператора и программируемый PLC. С помощью интерфейсной панели можно управлять VFD и просматривать (и настраивать) его параметры. Обычная клавиатура переключается между номерами параметров для отображения положения или значения. Кнопки «Вверх» и «вниз» позволяют операторам изменять номер параметра или его значение. Другая кнопка позволяет операторам запускать и останавливать привод, а также сбрасывать неисправности привода. Обычно доступны различные подключаемые модули для дополнительного ввода-вывода и добавления дополнительных протоколов связи.

В широком спектре применений интеллектуальные приводы часто могут управлять целыми машинами или системами, что устраняет необходимость в приобретении, установке и интеграции отдельных ПЛК и интерфейсов оператора.

Некоторые производители предоставляют бесплатное программное обеспечение для программирования на базе ПК для части привода SoftPLC, позволяющее инженерам-проектировщикам создавать индивидуальные схемы управления. Затем они загружаются с ПК на накопитель (часто через USB-соединение). Такое программное обеспечение обычно включает в себя программирование лестничных диаграмм для создания функциональных блоков для мониторинга входов, управления приводом и управления выходами. Помимо управления VFD, размещенным в том же корпусе, программный ПЛК может также работать для мониторинга дополнительных компонентов на заводе, включая другие VFD.

Распространенные области применения интеллектуальных приводов включают упаковочные машины, миксеры, тестомесильные машины и дозирующие насосы. Другие области применения включают управление вентиляторами, вытяжками, центробежными насосами, грануляторами, паллетизаторами, мешалками и конвейерными лентами. Во многих приложениях, применяемых на конвейерах или воротах, требуется контролировать входные сигналы от нескольких датчиков для правильного управления VFD, а также выходной сигнал для срабатывания соленоида. Здесь тщательно подобранный интеллектуальный привод со встроенным ПЛК (отвечающий требованиям к силе тока при полной нагрузке, перегрузке и температуре) может контролировать датчики, принимать запрограммированные решения и управлять полевыми устройствами.

Джефф Пейн — менеджер по продуктам группы приводов и двигателей AutomationDirect. До прихода в компанию 20 лет назад он руководил, проектировал, программировал, устанавливал, обслуживал и ремонтировал широкий спектр автоматизированного оборудования. Он проработал в области промышленной автоматизации почти 28 лет и получил степень в области технологии промышленных систем и промышленной автоматизации в Техническом колледже Ланье.