¿Cuáles son las diferencias entre el principio de funcionamiento y el uso de PLC y el uso de convertidores de frecuencia?
Los dos productos tienen usos diferentes
1. Principio de funcionamiento del escaneo
Cuando el PLC está en funcionamiento, el control se completa ejecutando el programa de usuario que refleja. Los requisitos de control requieren realizar muchas operaciones, pero es imposible que la CPU realice varias operaciones al mismo tiempo. Solo puede realizar una operación a la vez en forma de operación de tiempo compartido (trabajo en serie), una por una. uno en secuencia. Dado que la velocidad de procesamiento informático de la CPU es muy rápida, desde una perspectiva macro, los resultados que aparecen fuera del PLC parecen completarse al mismo tiempo (en paralelo). Este proceso de trabajo en serie se denomina modo de trabajo de escaneo del PLC.
Al ejecutar el programa de usuario en el modo de escaneo, el escaneo comienza desde el primer programa sin interrupción ni control de salto, el programa de usuario se ejecuta uno por uno en el orden de almacenamiento del programa hasta que finaliza el programa. Luego comience la ejecución del escaneo desde el principio y repita la operación una y otra vez.
El método de funcionamiento de escaneo del PLC es obviamente diferente del principio de funcionamiento del control eléctrico. El dispositivo de control eléctrico adopta un método de trabajo paralelo de lógica estricta. Si la bobina de un relé se activa o desactiva, todos los contactos normalmente abiertos y normalmente cerrados del relé actuarán inmediatamente de forma simultánea, independientemente de dónde se encuentren en el circuito de control; y el PLC adopta el modo de trabajo de escaneo (modo de trabajo en serie). Si la bobina de un determinado relé suave se enciende o apaga, todos sus contactos no actuarán inmediatamente y no actuarán hasta que se alcance el escaneo. Sin embargo, debido a la rápida velocidad de escaneo del PLC, generalmente no hay diferencia en los resultados del procesamiento de E/S entre el PLC y los dispositivos de control eléctrico.
2. Proceso de escaneo del PLC
Además de ejecutar el programa de usuario, el proceso de escaneo del PLC también necesita completar los servicios de comunicación y procesamiento interno durante cada proceso de escaneo. Como se muestra en la Figura 2-11, todo el proceso de escaneo incluye cinco etapas: procesamiento interno, servicios de comunicación, muestreo de entrada, ejecución del programa y actualización de salida. El tiempo necesario para ejecutar todo el proceso de escaneo se denomina ciclo de escaneo. El ciclo de exploración está relacionado con la velocidad de ejecución de la CPU, la configuración del hardware del PLC y la duración del programa de usuario. El valor típico es de 1 a 100 ms.
En la etapa de procesamiento interno, se realiza la autoprueba del PLC para verificar si el hardware interno es normal, restablecer el temporizador de vigilancia (WDT) y completar otras tareas de procesamiento interno.
En la etapa de servicio de comunicación, el PLC se comunica con otros dispositivos inteligentes, responde a comandos ingresados por el programador, actualiza el contenido de la pantalla del programador, etc.
Cuando el PLC está en estado STOP, solo se completan los servicios de comunicación y procesamiento interno. Cuando el PLC está en estado de ejecución (RUN), además de completar los servicios de comunicación y procesamiento interno, también necesita completar el muestreo de entradas, la ejecución del programa y la actualización de salidas.
El método de escaneo del PLC es sencillo e intuitivo, lo que facilita el diseño del programa y proporciona garantía de funcionamiento fiable. Cuando se ejecutan las instrucciones escaneadas por el PLC, los resultados son utilizados inmediatamente por las instrucciones que se escanearán más adelante. Además, el temporizador de monitoreo configurado dentro de la CPU también se puede usar para monitorear si cada escaneo excede el tiempo especificado para evitar fallas internas. La CPU hace que la ejecución del programa entre en un bucle infinito.
3. El proceso y las características del programa de ejecución del PLC
El proceso de ejecución del programa del PLC se divide en tres etapas, a saber, la etapa de muestreo de entrada, la etapa de ejecución del programa y la etapa de actualización de salida. como se muestra en la Figura 4-12.
1. Fase de muestreo de entrada
En la fase de muestreo de entrada, el PLC muestrea secuencialmente el estado de entrada de todos los terminales de entrada en modo de escaneo y los almacena en el registro de imagen de entrada. En este momento, el registro de imagen de entrada se actualiza. Luego ingrese a la etapa de procesamiento del programa Durante la etapa de ejecución del programa u otras etapas, incluso si el estado de entrada cambia, el contenido del registro de imagen de entrada no cambiará. Los cambios en el estado de entrada solo se pueden muestrear en la etapa de procesamiento de entrada. siguiente ciclo de escaneo.
2. Fase de ejecución del programa
En la fase de ejecución del programa, el PLC escanea y ejecuta el programa en secuencia.
Si el programa está representado por un diagrama de escalera, siempre se ejecuta en el orden de arriba primero, luego abajo, primero izquierda y luego derecha. Cuando se encuentra una instrucción de salto de programa, si el programa salta se determina en función de si se cumple la condición de salto. Cuando el estado de entrada y salida está involucrado en la instrucción, el PLC lee el registro de imagen de entrada y el registro de imagen del componente, realiza operaciones de acuerdo con el programa de usuario y almacena los resultados de las operaciones en los registros de imagen del componente. Para los registros de imágenes de componentes, su contenido cambiará a medida que se ejecute el programa.
3. Fase de actualización de salida
Después de que se hayan ejecutado todos los programas, se ingresa a la fase de procesamiento de salida. En esta etapa, el PLC transfiere el estado relacionado con la salida (estado del relé de salida) en el registro de imagen de salida al pestillo de salida y lo emite de cierta manera para controlar la carga externa.
Por lo tanto, dentro de un ciclo de exploración, el PLC muestrea el estado de entrada sólo durante la etapa de muestreo de entrada. Cuando el PLC ingresa a la fase de ejecución del programa, el terminal de entrada se bloqueará y el estado de la entrada no se volverá a muestrear hasta la fase de muestreo de entrada del siguiente ciclo de exploración. Este método se denomina muestreo concentrado, es decir, dentro de un ciclo de exploración, se muestrea el estado de entrada durante un período de tiempo.
Si el resultado de salida se asigna varias veces en el programa de usuario, la última es válida. Dentro de un ciclo de exploración, el estado de salida se emite desde el registro de imagen de salida solo durante la fase de actualización de salida y se actualiza la interfaz de salida. En otras etapas, el estado de salida se mantiene en el registro de imagen de salida. Este método se llama producción concentrada.
Para los PLC pequeños, que tienen menos puntos de E/S y programas de usuario más cortos, generalmente usan muestreo centralizado y salida centralizada. Aunque esto reduce la velocidad de respuesta del sistema hasta cierto punto, hace que el PLC. Está aislado de dispositivos externos de entrada/salida la mayor parte del tiempo cuando está en funcionamiento, lo que mejora fundamentalmente la capacidad antiinterferente del sistema y mejora la confiabilidad del sistema.
Para los PLC grandes y medianos, tienen más puntos de E/S, funciones de control sólidas y programas de usuario largos para mejorar la velocidad de respuesta del sistema, muestreo regular, salida regular o entrada de interrupción. y la salida se pueden utilizar métodos y el uso de interfaces de E/S inteligentes y otros métodos.
Del análisis anterior, se puede ver que cuando la señal de entrada en el extremo de entrada del PLC cambia, el extremo de salida del PLC tarda un tiempo en responder al cambio de entrada. Este fenómeno se llama. Retardo de respuesta de entrada/salida del PLC. Para control industrial general, esta histéresis está completamente permitida. Cabe señalar que este retraso en la respuesta no solo se debe al método de trabajo de escaneo del PLC, sino también principalmente al retraso de entrada causado por el enlace de filtrado de la interfaz de entrada del PLC y al retraso de salida causado por el tiempo de acción del controlador. dispositivo en la interfaz de salida. También está relacionado con la programación. El tiempo de retraso es un parámetro al que se debe prestar atención al diseñar un sistema de aplicación PLC.
1. Conceptos básicos del convertidor de frecuencia
*1: ¿VVVF? Abreviatura de voltaje variable y frecuencia variable.
*2: CVCF ? Abreviatura de voltaje constante y frecuencia constante. ?
La fuente de alimentación de CA utilizada en varios países, ya sea en hogares o fábricas, tiene un voltaje y frecuencia de 200V/60Hz (50Hz) o 100V/60Hz (50Hz), etc. Generalmente, un dispositivo que convierte corriente alterna con voltaje y frecuencia fijos en corriente alterna con voltaje o frecuencia variables se denomina "convertidor de frecuencia". Para producir voltaje y frecuencia variables, el dispositivo primero convierte la corriente alterna de la fuente de alimentación en corriente continua (CC). El término científico para un dispositivo que convierte corriente continua (CC) en corriente alterna (CA) es "inversor". Dado que el dispositivo principal del equipo inversor que genera cambios de voltaje o frecuencia se llama "inversor", el producto en sí se denomina "inversor", es decir, el inversor también se puede utilizar en electrodomésticos.
Los electrodomésticos que utilizan inversores incluyen no sólo motores (como aparatos de aire acondicionado, etc.), sino también productos como lámparas fluorescentes. Los convertidores de frecuencia utilizados para el control de motores pueden cambiar tanto el voltaje como la frecuencia. Pero los inversores para lámparas fluorescentes se utilizan principalmente para ajustar la frecuencia del suministro de energía. Los dispositivos utilizados en los automóviles que generan corriente alterna a partir de baterías (corriente continua) también se venden con el nombre de "inversor". El principio de funcionamiento del convertidor de frecuencia se utiliza ampliamente en diversos campos. Por ejemplo, fuente de alimentación de computadora En esta aplicación, el convertidor de frecuencia se utiliza para suprimir el voltaje inverso, las fluctuaciones de frecuencia y los cortes de energía instantáneos.
2. ¿Por qué se puede cambiar libremente la velocidad de rotación del motor?
*1: unidad de velocidad de rotación del motor r/min: número de revoluciones por minuto, también expresado como rpm. Por ejemplo: motor de 4 polos 60 Hz 1. 800 [r/min], motor de 4 polos. 50Hz 1, 500 [r/min], la velocidad de rotación del motor es proporcional a la frecuencia. El motor al que se hace referencia en este artículo es un motor de CA de inducción y la mayoría de los motores utilizados en la industria son de este tipo. La velocidad de rotación de un motor de CA de inducción (en adelante denominado motor) está determinada aproximadamente por el número de polos y la frecuencia del motor. El número de polos del motor está determinado por el principio de funcionamiento del motor. Dado que el valor del polo no es un valor continuo (es un múltiplo de 2, por ejemplo, el número de polos es 2, 4, 6), no es adecuado cambiar el valor para ajustar la velocidad del motor. Además, la frecuencia es la señal eléctrica de la fuente de alimentación del motor, por lo que este valor se puede ajustar fuera del motor y luego suministrarse al motor, de modo que la velocidad de rotación del motor se pueda controlar libremente. Por lo tanto, el convertidor de frecuencia con el propósito de controlar la frecuencia es el equipo preferido para los equipos de regulación de velocidad del motor. n = 60f/p, n: velocidad sincrónica, f: frecuencia de potencia, p: número de polos del motor, cambio de frecuencia y voltaje es el método óptimo de control del motor. Si solo cambia la frecuencia, el motor se quemará. Especialmente cuando se reduce la frecuencia, este problema es muy destacado. Para evitar accidentes por quemaduras del motor, el inversor debe cambiar el voltaje mientras cambia la frecuencia. Por ejemplo: para reducir a la mitad la velocidad de rotación del motor, la frecuencia de salida del inversor debe cambiarse de 60 Hz a 30 Hz en este momento. , la frecuencia de salida del inversor. El voltaje tendría que cambiarse de 200 V a aproximadamente 100 V. Por ejemplo: para reducir a la mitad la velocidad de rotación del motor, la frecuencia de salida del convertidor de frecuencia se debe cambiar de 60 Hz a 30 Hz. En este momento, el voltaje de salida del convertidor de frecuencia se debe cambiar de 200 V a aproximadamente 100 V. Si desea utilizar el convertidor de frecuencia correctamente, debe considerar cuidadosamente la cuestión de la disipación de calor. La tasa de fallos del convertidor de frecuencia aumenta exponencialmente a medida que aumenta la temperatura. La vida útil disminuye exponencialmente a medida que aumenta la temperatura. Si la temperatura ambiente aumenta 10 grados, la vida útil del inversor se reducirá a la mitad. Por lo tanto, ¡debemos prestar atención al problema de la disipación de calor! Cuando el convertidor de frecuencia está funcionando, la corriente que fluye a través del convertidor de frecuencia es muy grande y el calor generado por el convertidor de frecuencia también es muy grande. No se puede ignorar la influencia de su calentamiento.
Normalmente, el convertidor de frecuencia se instala en el armario de control. Necesitamos saber aproximadamente cuánto calor genera un convertidor de frecuencia. Se puede estimar con la siguiente fórmula: Valor aproximado del valor calorífico = capacidad del convertidor de frecuencia (KW) - 55 [W] Aquí, si la capacidad del convertidor de frecuencia se basa en una constante. rotación Basado en el momento de carga (capacidad de sobrecorriente 150 * 60 s) Si el inversor tiene un reactor de CC o un reactor de CA y también está dentro del gabinete, el calor será mayor. Es mejor instalar el reactor al lado o encima del inversor. En este momento, puede utilizar una estimación: Capacidad del inversor (KW) - 60 [W] Debido a que el hardware de cada fabricante de inversores es similar, la fórmula anterior se puede aplicar a cada marca de producto. Nota: Si hay una resistencia de frenado. , porque La resistencia de frenado disipa mucho calor, por lo que es mejor instalarla en un lugar aislado del inversor, como encima de un gabinete o al lado de él. Entonces, ¿cómo reducir la generación de calor en el gabinete de control? Cuando el convertidor de frecuencia se instala en el gabinete de control, se debe considerar el poder calorífico del convertidor de frecuencia. De acuerdo con el aumento en el valor calorífico generado en el gabinete, el tamaño del gabinete debe aumentarse apropiadamente. Por lo tanto, para reducir al máximo el tamaño del armario de control, se debe reducir al máximo la cantidad de calor generado en el armario.
Si la parte del radiador del convertidor de frecuencia se coloca fuera del gabinete de control cuando el convertidor de frecuencia está instalado, el 70% del calor generado por el convertidor de frecuencia se liberará al exterior del gabinete de control. Dado que los inversores de gran capacidad generan mucho calor, es más eficaz para los inversores de gran capacidad. También puede utilizar una placa de aislamiento para separar el cuerpo principal y el radiador para que la disipación de calor del radiador no afecte al cuerpo principal del inversor. Esto también funciona bien. El diseño de disipación de calor del inversor se basa en una instalación vertical. Si se coloca horizontalmente, la disipación de calor empeorará. En cuanto al ventilador de refrigeración, generalmente los inversores con una potencia ligeramente mayor están equipados con ventiladores de refrigeración. Al mismo tiempo, también se recomienda instalar un ventilador de refrigeración en la salida de aire del armario de control. Se debe agregar un filtro a la entrada de aire para evitar que entre polvo en el gabinete de control. Tenga en cuenta que tanto los ventiladores del armario de control como los del inversor son necesarios y ninguno puede sustituir al otro. Otras cuestiones sobre la disipación de calor
(1). En altitudes superiores a 1000 m, debido a que la densidad del aire disminuye, se debe aumentar el volumen de aire de refrigeración del gabinete para mejorar el efecto de enfriamiento. En teoría, el convertidor de frecuencia también debería considerar una reducción de potencia, -5 por 1000 m. Sin embargo, dado que la capacidad de carga diseñada y la capacidad de disipación de calor del inversor son generalmente mayores que las realmente utilizadas, también depende de la aplicación específica. Por ejemplo, a 1500 m, pero para cargas cíclicas, como ascensores, no es necesario reducir la potencia.
(2). Frecuencia de conmutación: El calor del inversor proviene principalmente del IGBT, y el calor del IGBT se concentra en el momento del encendido y apagado. Por lo tanto, cuando la frecuencia de conmutación es alta, el calor generado por el inversor aumentará naturalmente. Algunos fabricantes afirman que reducir la frecuencia de conmutación puede ampliar la capacidad. Esta es la verdad.