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近年来可编程序控制器(PLC)以及变频调速技术日益发展，性能价格比日益提高，并在机械、冶金、制造、化工、纺织等领域得以普及和应用。为满足温度、速度、流量等工艺变量的控制要求，常常要对这些模拟量进行控制，PLC模拟量控制模块的使用也日益广泛。
通常情况下，变频器的速度调节可采用键盘调节或电位器调节方式，在速度要求根据工艺而变化时，仅利用上述两种方式则不能满足生产控制要求，我们须利用PLC灵活编程及控制的功能，实现速度因工艺而变化，从而保证产品的合格率。
2、变频器简介
交流电动机的转速n公式为：
式中: f—频率;
p—极对数;
s—转差率(0～3%或0～6%)。
由转速公式可见，改变三相异步电动机电源频率，可以改变旋转磁通势的同步转速，达到调速的目的。额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向上调(恒功率调速)，也可以从基频向下调(恒转距调速)。变频调速方式，比改变极对数p和转差率s两个参数简单得多。还具有很好的性价比、操作方便、机械特性较硬、静差率小、转速稳定性好、调速范围广等优点，变频调速方式拥有广阔的发展前景。
3、PLC模拟量控制在变频调速的应用
PLC包括许多的特殊功能模块，而模拟量模块则是其中的一种。它包括数模转换模块和模数转换模块。例如数模转换模块可将一定的数字量转换成对应的模拟量(电压或电流)输出，这种转换具有较高的精度。
在设计一个控制系统或对一个已有的设备进行改造时，常常会需要对电机的速度进行控制，利用PLC的模拟量控制模块的输出来对变频器实现速度控制则是一个经济而又简便的方法。
下面以三菱FX2N系列PLC为例进行说明。选择FX2N-2DA模拟量模块作为对变频器进行速度控制的控制信号输出。如图1所示，控制系统采用具有两路模拟量输出的模块对两个变频器进行速度控制。、
PLC
图1 对变频器进行速度控制的信号输出
图2为变频器的控制及动力部分，这里的变频器采用三菱S540型，PLC的模拟量速度控制信号由变频器的端子2、5输入。
图2 变频器的控制及动力部分接线图
3.1系统中PLC模拟量控制变频调速需要解决的主要问题
（1）模拟量模块输出信号的选择
通过对模拟量模块连接端子的选择，可以得到两种信号，0~10V或0~5V电压信号以及4~20mA电流信号。这里我们选择0~5V的电压信号进行控制。
（2）模拟量模块的增益及偏置调节
模块的增益可设定为任意值。如果要得到大12位的分辨率可使用0~4000。如图3，我们采用0~4000的数字量对应0~5V的电压输出。当然，我们可对模块进行偏置调节，例如数字量0~4000对应4~20mA时。
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图3 模块的增益设定
（3）模拟量模块与PLC的通讯
对于与FX2N系列PLC的连接编程主要包括不同通道数模转换的执行控制，数字控制量写入FX2N-2DA等等。而重要的则是对缓冲存储器(BFM)的设置。通过对该模块的认识，BFM的定义如附表。
附表 BFM的定义
从附表中可以看出起作用的仅仅是BFM的#16、#17，而在程序中所需要做的则是根据实际需要给予BFM中的#16和#17赋予合适的值。其中：
#16为输出数据当前值。
#17:b0:1改变成0时，通道2的D/A转换开始。
b1:1改变成0时，通道1的D/A转换开始。
（4）控制系统编程
对于上例控制系统的编写程序如图4所示。
图4 控制系统编程
在程序中：
1)当M67、M68常闭触点以及Y002常开触点闭合时，通道1数字到模拟的转换开始执行;当M62、M557常闭触点以及Y003常开触点闭合时，通道2数字到模拟的转换开始执行。
2) 通道1
将保存个数字速度信号的D998赋予辅助继电器(M400~M415);
将数字速度信号的低8位(M400~M407)赋予BFM的16#;
使BFM#17的b2=1;
使BFM#17的b2由1→0，保持低8位数据;
将数字速度信号的高4位赋予BFM的16#;
使BFM#17的b1=1;
使BFM#17的b1由1→0，执行通道1的速度信号D/A转换。
3) 通道2
将保存第二个数字速度信号的D988赋予辅助继电器(M300~M315);
将数字速度信号的低8位(M300~M307)赋予BFM的16#;
使BFM#17的b2=1;
使BFM#17的b2由1→0，保持低8位数据;
将数字速度信号的高4位赋予BFM的16#;
使BFM#17的b0=1;
使BFM#17的b0由1→0，执行通道2的速度信号D/A转换。
4)程序中的K0为该数模转换模块的位置地址，在本控制系统中只用了一块模块，为K0，假如由于工艺要求控制系统还要再增加一块模块，则新增模块在编程时只要将K0改为K1即可。
（5）变频器主要参数的设置
根据控制要求，设置变频器的运行模式为外部运行模式，运行频率为外部运行频率设定方式，Pr.79=2;模拟频率输入电压信号为0~5V，Pr.73=0;其余参数根据电机功率、额定电压、负载等情况进行设定。
3.2 注意事项
(1)FX2N-2DA采用电压输出时，应将IOUT与COM短路; PLC资料网
(2) 速度控制信号应选用屏蔽线，配线安装时应与动力线分开。
4、结束语
上述控制在实际使用过程中运行良好，很好的将PLC易于编程与变频器结合起来，当然不同的可编程序控制器的编程和硬件配置方法也不同，比如罗克韦尔PLC在增加D/A模块时，只要在编程环境下的硬件配置中添加该模块即可。充分利用PLC模拟量输出功能可以控制变频器从而控制设备的速度，满足生产的需要。
1 概述
无缝钢管生产线按工艺流程一般分为三个区域：穿孔区；连轧区；定径区（张减区）。穿孔区主要负责把坯料加工成为中空的钢管（毛管）；连轧区主要负责把毛管轧制成为符合要求的半成品（荒管）；定径区（张减区）主要负责对荒管进行外径的微小修正。穿孔区的工艺为斜轧，对毛管质量起着关键作用的设备是主轧机及三辊抱芯。三辊抱芯由液压伺服比例阀控制，其主要作用是保证三辊抱芯的实际位置位于参考位置的偏差范围内，从而起到导向作用。
2 三辊抱芯功能简介
三辊抱芯装置机械结构如图1所示。
图1 三滚抱芯的机械结构图
三个导辊按照120o分布，其中下面两个导辊，上面一个导辊，三滚的内切圆直径即为其导向物料的外径。三个导辊由同一个液压缸控制，油缸的动作通过一系列的机械机构可以改变三个导辊的位置，（三辊的内切圆直径）。一般根据工艺不同，穿孔区一般安装6组三辊抱芯装置，每个三辊抱芯前有2对热探。 PLC
轧 制前三辊抱芯位于顶杆位置，对顶杆起到导向作用。轧制过程中，随着坯料被轧制成为毛管，6对三辊抱芯在得到各自的热探信号后，依次打开到毛管位，对毛管进行导向。当轧制结束后，三辊抱芯旋至打开位置，翻料臂将毛管翻出。更换顶杆后，三辊抱芯旋至顶杆位，重复以上过程，轧制另一个毛管。
在一根毛管轧制的过程中，三辊抱芯要动作3次，即顶杆位，毛管位，打开位，而这些动作均要求在0.5-1s内完成，并且保证1mm之内的位置偏差。三辊抱芯位置的jingque度，动作快慢直接关系到整条生产线的运行以及产品的质量。
3 三辊抱芯控制
3.1 基本控制原理
三辊抱芯的控制基本分为两种。
（1） 采用机械调整和节流阀配合驱动。这种方法的优点是驱动控制简单，设备动作时间短，用常规的三位四通阀，节流阀来控制液压缸的行程，这种方式的缺点也很明显，就是每次更换轧钢规格的时候都需要手动进行调节，浪费了大量的时间。是控制的精度比较低，对轧钢的质量造成很大的影响。
图2 液压伺服比例系统
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（2）用液压伺服比例阀进行控制，这种控制方法能很好的保证三辊抱芯的精度，一般误差都可以控制在0.5-1mm，如果采用单独的液压站来驱动6个三辊抱芯，系统压力比较稳定的情况下，其动作时间也能控制在0.5s内。更换轧钢规矩的时候，仅仅需要从HMI改变参考位置，节省了大量的时间。液压伺服比例系统的控制如图2所示。伺服比例阀通过自带的集成线性放大器，可以连续地调节伺服比例阀的开度，这是与普通液控阀的大不同。由于伺服比例阀的开度是连续可调的，供给油缸的流量也是连续可调节的。这样就实现了对油缸的速度、推力的连续调节和控制，保证了三辊抱芯的位置总是在参考的位置范围内。
3.2 控制系统配置及软件实现
采用ABB公司的AC450系列PLC控制。油缸的行程由内置的位移传感器给出4-20mA的模拟量输入信号。经过系统分析处理后，把开度指令转换成4-20mA的模拟量信号发送给伺服比例阀的集成放大器，控制其开度。由于输入的位移信号与三辊抱芯的开口度为线性关系，很容易推出它们之间的关系。具体步骤如图3所示（输入信号X；三辊抱芯的参考直径Y；输出信号Z，皆为4-20mA）。
图3 液压伺服比例系统控制调节流程图
（1）将标准管1（直径已知）放入三辊抱芯内，手动将三辊抱芯抱紧标准管。在次状况下，可以得到内置位移传感器的输入信号-X1,标准管的直径已知-Y1。
（2）将一根标准管（直径已知）放入三辊抱芯内，手动将三辊抱芯抱紧标准管。在次状况下，可以得到内置位移传感器的输入信号-X2,标准管的直径已知-Y2。
（3）将X1,X2,Y1,Y2带入方程式Y=kX+b,求得k,b,就可以得到实际位置。
（4）参考位置ref pos－实际位置actpos=Δpos,进行PID调节，得到4-20mA的模拟量输出信号，作用于伺服比例阀的集成放大器，控制其开度。
（5） PID调节程序的流程如图三所示。在本程序的PID调节器中，P，I调节是分开的。PLC系统检查实际位置与参考位置的偏差Δ，当偏差较大的时候，PI调节器均起作用，但主要是P（比例）调节，这样响应比较快，这时候PID调节器给出较大的开度，使油缸高速、大推（拉）力运行；当偏差较小的时候，P 调节停止，只有是I（积分）调节，这时候PID调节器给出较小的开度，使油缸低速、小推（拉）力运行。该程序在偏差不等于零的情况下，积分调节器就一直处于工作状态，这样就能保证实际位置无限靠近参考位置，一直处于动态调整中。
4 实际应用效果及调试注意事项
PLC程序的PID控制在实际应用中起到了非常好的效果，偏差均能保证在1mm之内，动作时间能控制在0.5s。由于P，I调节是分开，当偏差大的时候，P快速调节；偏差小的时间，I进行微调。这样能既能保证运行时间又能保证定位的精度。实际调试中需要注意的几点：
（1）6个三辊抱芯有时候动作，液体站必须保证稳定的压力，储压器要处于工作状态。
（2）机械部件必须保证良好的润滑，负责摩擦阻力会影响油缸的运动。
（3）液体部件要保证良好的密封，否则对系统的运行也十分不利。
（4）调试中，P（比例系数）的给定，积分系数，积分时间有比较好的配合；PLC的扫描时间以及油缸位移传感器的采样时间要快，否则容易产生超调现象。
5 结束语
该系统已经在衡阳无缝钢管厂（2004年12月），成都无缝钢管厂（2005年10月）投入使用。系统运行可靠，定位精度、动作时间均能达到要求，为企业带来了可观的经济效益和良好的社会效益。