Частотник или как регулировать скорость вращения электродвигателя

Частотник или как регулировать скорость вращения электродвигателя.

При управлении различными процессами довольно часто возникает ситуация, когда необходимо управлять скоростью вращения электродвигателя. Например, необходимо уменьшить расход воды в системе водоснабжения за счёт снижения оборотов насоса, или отрегулировать уровень воздухообмена в системе вентиляции, меняя скорость вращения приточного вентилятора.

Регулировка скорости вращения электродвигателя может производиться за счёт изменения частоты и (или) величины управляющего напряжения, а также за счёт управления сдвигом фаз (для трёхфазных двигателей). Это может быть реализовано с использованием различных устройств, наиболее универсальным и многофункциональным из которых является частотный преобразователь. О нём и пойдёт речь в этой статье.

Управление частотным преобразователем по Modbus

2021-05-25 Промышленное 3 комментария

В данной статье рассмотрим, как настроить управление частотным преобразователем по сети Modbus RTU, на примере преобразователя Danfoss VLT Micro Drive и ПЛК Segnetics Pixel 2511.

И сразу надо отметить, что реализация связи частотного преобразователя с ПЛК возможна несколькими способами, одним из которых является соединение по коммуникационной шине.

Преимуществом такого способа управления по сравнению с управлением через дискретные, или аналоговые сигналы, является существенная экономия на проводах, кабеле, так как в данном случае достаточно будет витой пары, плюс экономия аппаратных средств контроллера, так как нет необходимости задействовать дополнительные входы/выходы. Кроме того, сокращается время на монтаж.

Поэтому данный способ управления вполне оправдан и часто используется во многих системах АСУ и ТП.

Перед тем, как мы перейдем непосредственно к практической части, предлагаю для начала немного поговорить об общих принципах управления ПЧ через последовательный интерфейс RS-485 по протоколу Modbus.

Данный протокол подразумевает под собой соединение устройств по типу «ведущий-ведомый» (master-slave). В качестве ведущего устройства применяется ПЛК, ведомого – ПЧ, причем к сети могут быть подключены сразу несколько ведомых устройств, а точнее до 32. Главное, чтобы каждое устройство имело свой уникальный адрес в сети.

То есть при таком подключении только контроллер может управлять ПЧ, но не наоборот.

Для удаленной работы с приводом нам понадобится таблица адресации регистров Modbus, или по другому, карта памяти регистров. Естественно, что для различных моделей ПЧ, она будет своя.

Для задания команд приводу (запуск, останов, реверс, работа с различными предустановленными скоростями) используются регистры данных, называемые командное слово (CTW), которые представляет собой набор битов, каждый бит из которых отвечает то или иное действие, которое необходимо произвести с ПЧ.

Для контроля текущих значений частотного преобразователя используются регистры, называемые слово состояния (STW). Это набор битов, каждый бит которых определяет, в каком состоянии находится тот или иной параметр.

Помимо этого, для работы могут быть задействованы регистр основного текущего значения преобразователя частоты (MAV), значение которого представляет собой фактическую частоту вращения привода и регистр задания по интерфейсу (REF), отвечающий за задание частоты.

Кроме того, ПЛК и ПЧ могут обмениваться и другой информацией, например значениями сигналов с датчиков и исполнительных механизмов, подключенных к приводу, или уставки ПИД-регулятора.

Схема подключения

Для физического подключения по RS-485 интерфейсу, должны быть задействованы две клеммы, причем у разных устройств они могут иметь разное обозначение. “+” клемма может обозначаться как DATA+, D1, D+, B, а “-” как D- , D0, Data- , A. Третья клемма – общая COM, обозначаемая как SG, либо GND.

Кстати, здесь может возникнуть путаница. Дело в том, что ряд производителей обозначает как A (+), а B соответственно (-), другие же наоборот A (-) а B (+). Так что при подключении будьте внимательны.

В случае Danfoss VLT Micro Drive и Segnetics Pixel подключение будет следующее:

И не забывайте про оконечные резисторы, они же терминаторы. Они устанавливаются на концах линии — крайних устройствах, подключенных к сети, в случае, если длина линии превышает 3 метра. Номинал резисторов для линии RS-485 обычно 120 Ом. Зачастую эти резисторы уже встроены в ПЧ, для включения их в работу необходимо только выставить джамперы, либо DIP- переключатели.

Ну а теперь перейдем непосредственно к практической части. Для реализации нашей задачи необходимо предварительно настроить оба устройства.

Настройка частотного преобразователя

Первоначальную настройку преобразователя Danfoss VLT Micro Drive можно выполнить с панели оператора, либо с помощью программы настройки MCT-10 через коммуникационный порт RS485.

В первую очередь необходимо установить протокол передачи данных, сетевой адрес устройства, для идентификации в сети, скорость передачи данных и контроль четности.

При изменении протокола обмена связи, преобразователь необходимо будет перезапустить. Управление преобразователем по Modbus возможно, только если он переведен из режима Hand (ручное или местное управление) в Auto (дистанционное).

Настройка ПЛК Segnetics Pixel

Для настройки и программирования будем использовать SMLogix – программное обеспечение для всей линейки контроллеров Segnetics, в том числе для Pixel.

В первую очередь надо настроить параметры связи, в нашем случае это Modbus адрес и скорость передачи данных. Для этого на вкладке Устройство выбираем наш контроллер, жмем правой кнопкой мыши и выбираем Свойства.

Откроется окно Свойства контроллера, которое имеет несколько вкладок. Переходим на вкладку Сетевые Параметры и задаем необходимые значения.

Добавим в проект устройство Slave. На вкладке Устройство находим порт COM1, кликаем правой кнопкой и выбираем Добавить устройство. В открывшемся окне выбираем способ создания с пустой картой памяти.

После нажатия кнопки Создать появится окно задания свойств.

Здесь мы задаем имя устройства, сетевой адрес, контроль четности, стоповые биты. Все параметры выставляем также, как при настройке преобразователя. Кроме того можно задать Таймаут — время в миллисекундах, в течение которого ожидается ответ от слейв устройства перед ошибкой связи. По умолчанию это 100 мс.

Нажимаем кнопку Готово. После этого в дереве проекта появится наше устройство VLT_51_1.

Теперь создаем карту памяти, то есть указываем адреса параметров, которые будут необходимы при создании проекта.

Правой кнопкой нажимаем на созданном устройстве и выбираем Карта памяти устройства. Добавляем те значения, которые мы будем использовать.

Здесь есть один важный момент. Дело в том, что адреса параметров, указанных в документации ПЧ Danfoss, необходимо указывать со смещением, то есть вычитать единицу из адреса. Например, в документации ПЧ указан номер регистра командного слова 50000. Так вот, нам надо вычесть из этого значения 1 и полученное значение 49999 и будет являться адресом параметра.

Также в карте памяти указываем тип переменных, указываем функцию чтения записи значений R/W, она соответствует функции Holding register.

Для того, чтобы определить адрес требуемого регистра, необходимо воспользоваться следующей формулой:

Номер регистра = Номер параметра х 10-1

Например, параметр 8-31, указывающий сетевой адрес, будет иметь адрес 831 х 10 — 1 = 8309.

После всех вышеперечисленных манипуляций переходим непосредственно к программе.

Возьмем к примеру регистр командного слова. Данный регистр представляет собой двухбайтовое слово, то есть 16 бит, где каждый бит отвечает за какую либо функцию.

Преобразуем биты в регистр, то есть в тип integer. Для этого задействуем блок bool->int.

Каждому биту сопоставлены входы блока — bool0, bool1 и т.д.

Далее переходим к регистру слово состояния, отображающему состояние ПЧ. Также в первую очередь находим в документации на ПЧ описание этого регистра.

Для преобразования регистра в биты, воспользуемся блоком reg16->bits

Также создадим блоки, отвечающие за задание частоты и отображение текущего значения выходной частоты.

Теперь можно оформить все созданные блоки в виде макроса. Для этого выделим их, правой кнопкой вызовем контекстное меню и выберем пункт Создать макрос. В появившемся диалоговом окне задаем имя макроса, можно также ввести пароль.

Далее подключаем к макросу, созданные ранее в карте памяти, сетевые переменные.

Для того, чтобы преобразователь запустился, на входах «Тормож.пост.током», «Останов выбегом», «Быстрый останов», «Фиксация частоты», «Данные ОК» должна быть 1. Ну и на «Пуск/Стоп» 1 – Пуск 0 – Стоп.

Для диагностики связи ПЛК с ПЧ можно задействовать блок Slave (link), с помощью которого можно смотреть статистику обмена данными между устройствами. То есть по факту этот блок представляет собой счетчик ошибок обмена.

На вход Q Err задаем число, которое указывает, какое количество ошибок обмена должно пройти подряд, чтобы на выходе Break выставилось значение логической единицы. Выход Errors отображает текущее состояние счетчика.

• Силовая электроника
• Электрические машины
• Преобразователи

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «Инвертор (преобразователь)» в других словарях:

инвертор (преобразователь постоянного тока в переменный) — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN converter … Справочник технического переводчика

инвертор — Преобразователь электрической энергии, который преобразует ток одного направления в систему переменных токов [ОСТ 45.55 99] Тематики источники и системы электропитанияпреобразователь электроэнергии EN inverter … Справочник технического переводчика

инвертор источника бесперебойного питания — Часть схемы ИБП, которая служит для преобразования постоянного напряжения батареи в переменное напряжение на выходе источника. В ИБП класса Off line инвертор работает только в автономном режиме ИБП и формирует ступенчатую аппроксимацию синусоиды … Справочник технического переводчика

Преобразователь электрической энергии — Преобразователь электрической энергии  это электротехническое устройство, предназначенное для преобразования параметров электрической энергии (напряжения, частоты, числа фаз, формы сигнала). Для реализации преобразователей широко… … Википедия

инвертор — 3.16 инвертор: Статический преобразователь постоянного напряжения в трехфазное или однофазное переменное напряжение промышленной частоты, предназначен для питания потребителей переменного тока от источников постоянного тока. АБ стационарная… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Преобразователь частоты — 1) в электротехнике устройство для изменения частоты электрического напряжения (тока). Применяется в системах питания регулируемого электропривода и магнитных усилителей, для согласования двух или более систем переменного тока с различной … Большая советская энциклопедия

Инвертор — English: Invertor Преобразователь электрической энергии, который преобразует ток одного направления в систему переменных токов (по СТ МЭК 50(151) 78) Источник: Термины и определения в электроэнергетике. Справочник … Строительный словарь

Тяговый преобразователь — Для улучшения этой статьи желательно?: Проставить интервики в рамках проекта Интервики. Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное … Википедия

Частотный преобразователь (электропривод) — У этого термина существуют и другие значения, см. Преобразователь частоты. Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей … Википедия

Разновидности преобразователей

Среди всего многообразия существующих видов преобразователей выделяются следующие классы:

• специальные устройства для дома;
• высоковольтное и высокочастотное оборудование;
• бестрансформаторные и инверторные импульсные устройства;
• преобразователи постоянного напряжения;
• регулируемые аппараты.

К этой же категории электронных приборов относят преобразователи тока в напряжение.

Аппаратура для дома

С этим типом преобразовательных устройств рядовой пользователь сталкивается постоянно, поскольку в большинстве моделей современной техники имеется встроенный блок питания. К тому же классу относятся бесперебойные источники питания (БИП), имеющие встроенный аккумулятор.

В отдельных случаях бытовые преобразователи выполняются по двойной кольцевой (инверторной) схеме.

За счет такого преобразования от источника постоянного тока (аккумулятора, например), удается получить на выходе переменное напряжение стандартной величины 220 Вольт. Особенностью электронных схем является возможность получения на выходе чисто синусоидального сигнала постоянной амплитуды.

Регулируемые устройства

Эти агрегаты способны значение выходного напряжения и повышать его. На практике чаще встречаются аппараты, позволяющие плавно изменять пониженное значение выходного потенциала.

Классическим является случай, когда на входе действует 220 Вольт, а на выходе получается регулируемое постоянное напряжение величиной от 2-х до 30 Вольт.

Приборы с тонкой регулировкой выходного параметра традиционно применяются для проверки стрелочных и цифровых измерительных приборов в условиях современных исследовательских лабораторий.

Бестрансформаторные приборы

Бестрансформаторные (инверторные) агрегаты построены по электронному принципу, предполагающему применение отдельного модуля управления. В качестве промежуточного звена в них используется преобразователь частоты, приводящий сигнал на выходе к удобному для выпрямления виду. В современных образцах инверторного оборудования нередко устанавливаются программируемые микроконтроллеры, существенно повышающие качество управление преобразованием.

Высоковольтные устройства представлены уже описанными станционными трансформаторами, повышающими и понижающими передаваемое напряжение в нужных соотношениях.

При передаче энергии по высоковольтным линиям и последующей трансформации стремятся свести ее потери в ваттах к минимуму.

К этому же классу относятся устройства, формирующие сигнал для управления лучом в телевизионной трубке (кинескопе).

Настройки и схемы подключения частотного преобразователя VFD-CP

Delta VFD-CP — корейский специальный преобразователь частоты, предназначенный для управления насосом (группой насосов) или вентилятором (группой вентиляторов).

Это достаточно качественный частотник. Его стоимость на самую маленькую мощность 2,2 кВт составляет примерно 24000 рублей.

У Дельты я хочу выделить следующие достойные качества:

1. Удобочитаемый и большой дисплей на несколько строк, то есть вам не требуется инструкция под рукой. Всё будет видно на экране. Поддерживает несколько языков.
2. Очень много различных настроек, что придаёт гибкость системе управления.
3. Доступны различные схемные решения с применением Дельты
4. Он почти не ломается. (естественно при грамотной эксплуатации)

А теперь перейдём к схемным решениям:

Система поддержания давления

В первую очередь вносятся параметры двигателя (с шильдика или паспорта) в параметры 05-01…05-5.
Также проверяется уставки защиты в параметрах группы 06-хх. Затем настраиваются параметры под
технологическую задачу.

Настройка VFD-СP в системах поддержания давления (ПИД-регулирование) для датчика давления
с выходным сигналом 4…20 мА и диапазоном измерения 0…10 бар.
Подключаем датчик давления в соответствии со схемой приведенной в паспорте на ПЧ.

Чередование насосов по времени

В данном режиме в один момент времени работает только один насос в режиме поддержания давления. Переключение насосов производится по времени для равномерного износа.

Настройка VFD-СP в системах поддержания давления (ПИД-регулирование + чередование по времени
двух насосов) для датчика давления с выходным сигналом 4…20 мА и диапазоном измерения 0…10 бар.
Подключаем датчик давления в соответствии со схемой приведенной в паспорте на ПЧ.

Каскадное управление насосами

В данном режиме частотный преобразователь регулирует обороты одного насоса с целью поддержания
давления. В случае нехватки производительности одного насоса ПЧ подключает основной насос
напрямую от сети и начинает регулировать обороты дополнительного насоса.

Настройка VFD-СP в системах поддержания давления (каскадный режим с двумя насосами с ПИД-
регулированием). Для датчика давления с выходным сигналом 4…20ма и диапазоном измерения
0…10 бар.

Эти схемы подключения подойдут и для частотников от других производителей. Меняться будут настройки и небольшие нюансы в схеме подключения.

К вышеописанному преобразователю частоты можно подобрать отечественный аналог ОВЕН ПЧВ3 .

На самом деле, трудно писать статьи о преобразователях, потому их делают миллион производителей. Каждый со своими функциями, характеристиками и особенностями настроек.

Так что я представил вам общую информацию о схемных решениях для насосов и вентиляторов. На самом деле не многие о них знают.

Принцип действия бесконтактных датчиков

Принцип действия бесконтактных выключателей (датчиков) основан на изменении амплитуды колебаний генератора при внесении в чувствительную зону датчика конкретного материала определенных размеров. Расстояние переключения устройства задается в зависимости от потребностей процесса и разновидности датчика. Бесконтактный способ распознавания объекта воздействия позволяет существенно повысить надежность работы устройства по причине отсутствия движущихся и трущихся деталей.

Перечень функциональных возможностей бесконтактных датчиков широк. Обнаружение положения объекта, подсчет, позиционирование и сортировка предметов на конвейерах, контроль перемещения и скорости, обнаружение поломок механизмов, определение угла поворота, измерение перекоса и еще много других функций заложено в понятие «датчик приближения», как еще называют бесконтактный выключатель.

Именно потому их используют в самых разных отраслях: от металлообработки до пищевого производства, как элемент автоматизации транспорта и для контроля в станкостроении, для управления водо- газо, нефтеснабжением и на морских нефтеперерабатывающих платформах. Чтобы подобрать подходящий переключатель, стоит ознакомиться с классификацией датчиков по принципу их действия.

Индуктивные датчики реагируют на металлические, магнитные, ферромагнитные или аморфные материалы нужных размеров. Эффект достигается за счет изменения амплитуды колебаний генератора при попадании объекта в чувствительную зону датчика.

Подберите индуктивный выключатель:

Емкостные выключатели обнаруживают как металлические, так и диэлектрические объекты. Принцип действия выключателя основан на изменении емкости конденсатора, выполняющего роль чувствительного элемента, при внесении в чувствительную зону объектов.

Подберите емкостный выключатель:

Оптические бесконтактные датчики обнаруживают контролируемые объекты, отражающие или прерывающие оптическое излучение. Коммутационный элемент у оптических бесконтактных датчиков полупроводниковый или релейный. Дальность действия этих датчиков может достигать значения 150 метров.

Подберите оптический выключатель:

Магниточувствительные датчики служат для обнаружения в пространстве намагниченного объекта. Срабатывание датчика происходит при изменении напряженности магнитного поля, вызванного, например, перемещением постоянного магнита, расположенного на подвижной части механизма.

Подберите магниточувствительный выключатель:

Бесконтактные датчики могут быть исполнены в особо прочных корпусах из специальных материалов, согласно стандарту NAMUR, а также с приемкой 5.

Самодельный преобразователь

У радиолюбителей есть возможность сделать с помощью схемы простой инвертор. В результате получится компактное устройство, способное питать, различные карманные гаджеты.

В схеме имеются всего четыре транзистора. Каждый, умеющий пользоваться паяльником сможет ее собрать. Полученным прибором удобно пользоваться в автомобиле. Он способен дать полноценную бортовую розетку на 220В.