Der kombinierte Einsatz von Frequenzumrichtern (VFDs) und speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) ist in industriellen Automatisierungssystemen weit verbreitet. Es gibt verschiedene Methoden zur Verbindung und Kommunikation zwischen ihnen. Nachfolgend sind einige Hauptmethoden für ihre kombinierte Verwendung aufgeführt:
I. Verbindungsmethoden
1. Analogausgangssteuerung
● Die SPS liefert über ihr analoges Ausgangsmodul ein 0–5-V-Spannungssignal oder ein 4–20-mA-Stromsignal an den VFD. Dies dient als Analogeingang des VFD und steuert so dessen Ausgangsfrequenz.
● Vorteile: Einfache Verkabelung, gleichmäßige und kontinuierliche Geschwindigkeitskurve, stabiler Betrieb und einfache SPS-Programmierung.
● Nachteile: Erfordert eine Impedanzanpassung zwischen dem SPS-Ausgangsmodul und dem VFD-Eingang; relativ hohe Kosten; Spannungsteilungsmaßnahmen sind erforderlich, um dem Spannungssignalbereich der SPS gerecht zu werden. Lange Steuerkabel können zu Spannungsabfällen führen und die Systemstabilität beeinträchtigen.
2. Digitale Ausgangssteuerung
● Die digitalen Ausgänge der SPS können direkt mit den digitalen Eingängen des VFD verbunden werden, um Steuerfunktionen wie Start/Stopp, Vorwärts/Rückwärts, Jog, Geschwindigkeit und Beschleunigungs-/Verzögerungs-Timing zu implementieren.
● Vorteile: Einfache Verkabelung und hohe Störfestigkeit.
● Nachteile: Unterstützt nur stufenweise Geschwindigkeitsregelung; Relaiskontaktverbindungen erfordern Aufmerksamkeit auf mögliche Fehlfunktionen aufgrund von schlechtem Kontakt. Transistorverbindungen erfordern die Berücksichtigung von Spannung und Stromkapazität.
3. RS-485-Kommunikationsschnittstellenanschluss
● Nutzt die serielle RS-485-Schnittstelle sowohl auf der SPS als auch auf dem VFD (einige VFDs bieten auch RS-232-Schnittstellen) für die Kommunikation über eine Zweidrahtverbindung.
● Vorteile: Einfache Hardware, geringere Kosten, Möglichkeit zur Steuerung mehrerer Wechselrichter (z. B. bis zu 30 Einheiten) und genaue Lokalisierung des Zielwechselrichters für die Kommunikation über Adresse oder Broadcast-Nachrichten.
● Hinweis: Die Kompatibilität des Kommunikationsprotokolls muss berücksichtigt werden. Wenn SPS und Wechselrichter das gleiche Protokoll verwenden, ermöglicht die direkte Verkabelung das Lesen/Schreiben von Wechselrichterregistern. Wenn sie unterschiedlich sind, müssen SPS-Programme geschrieben werden, um das Kommunikationsformat des VFD zu verarbeiten.
II. Kommunikationsmethoden
Über die in den oben genannten Verbindungstypen genannten Kommunikationsmethoden hinaus gibt es die folgenden gängigen Kommunikationsmethoden:
1. Modbus-RTU-Kommunikationssteuerung: Einige VFDs unterstützen das Modbus-RTU-Protokoll und kommunizieren mit SPS über RS-485-Terminals. Diese Methode vereinfacht die SPS-Programmierung im Vergleich zum protokollfreien RS-485-Ansatz.
2. Feldbussteuerung: SPS stellen über Feldbusse (z. B. CC-Link, Profibus DP, DeviceNet) eine Verbindung zu VFDs her, um eine hohe-Geschwindigkeit, große-Distanzen und effiziente Kommunikation zu gewährleisten. Diese Methode bietet Geschwindigkeit, größere Reichweite und einen stabilen Betrieb, ist jedoch mit höheren Kosten verbunden.
3. Erweiterte Speichersteuerung: Diese Methode eignet sich für Systeme mit nicht mehr als 8 Wechselrichtern und nutzt erweiterten Speicher zur Steuerung. Es ist kostengünstig, leicht zu erlernen und zu verwenden, hat jedoch einen begrenzten Anwendungsbereich.
III. Überlegungen in praktischen Anwendungen
In praktischen Anwendungen erfordert die Wahl der Verbindungs- und Kommunikationsmethode eine umfassende Berücksichtigung spezifischer Anwendungsszenarien, Steuerungsanforderungen und Kostenbudgets. Zum Beispiel: - Die analoge Ausgangssteuerung eignet sich für Anwendungen, die eine reibungslose Drehzahlregelung und hohe Steuerungspräzision erfordern. . - Die digitale Ausgangssteuerung eignet sich für Szenarien mit relativ einfachen Steuerungsanforderungen und Kostenbeschränkungen. . - RS-485-Kommunikationsschnittstellen oder Feldbussteuerung eignen sich ideal für die Verbindung mehrerer Wechselrichter über größere Entfernungen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Integrationsmethoden zwischen VFDs und SPS vielfältig sind. Ingenieure sollten geeignete Verbindungs- und Kommunikationsmethoden basierend auf den tatsächlichen Anforderungen auswählen, um einen stabilen und effizienten Betrieb industrieller Automatisierungssysteme sicherzustellen.