Управление частотным преобразователем по Modbus

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.

Принцип работы и составные части приспособления

По своей конструкции устройство представляет небольшой блок, содержащий особые пружины. Одна из них настраивается на максимальное давление, а другая – на минимальное. Их регулировка может осуществляться посредством специальных гаек, расположенных сверху.

Непосредственно к пружинам прикреплена мембрана, реагирующая на изменение давления определенным образом. При минимальном значении происходит растяжение металлической спирали, а при максимальном – сжатие. Таким образом, контакты смыкаются и размыкаются.

Порядок работы приспособления примерно следующий.

• На начальном этапе тратится вода из расширительного бака, что приводит к снижению давления в контуре. Когда оно опускается до нижнего порога, происходит включение насоса.
• Вода закачивается в основной бак до тех пор, пока он не заполнится до определенного уровня. В результате давление повышается. После того как оно достигает верхнего порога, подающее оборудование отключается.

Обратите внимание! Чтобы узнать давление в мембранном баке, следует открутить колпачок с ниппелем, после чего присоединить к нему специальный измерительный прибор – манометр.

Разбираемся с законом.

Сначала следует отметить, что квартира находится в собственности, не муниципальная. Далее мы используем интернет, консультант плюс или гарант. Здесь главное не только найти нормы, которые отвечают за сантехническое оборудование, но и главное не забываем проверить актуальность этого закона и подзаконных актов. Удалось обнаружить достаточно быстро, то что нужно:

Постановление Правительства РФ от 13.08.2006 № 491 «Об утверждении Правил содержания общего имущества в многоквартирном доме и Правил содержания общего имущества в многоквартирном доме и правил изменения размера платы за содержание жилого помещения в случае оказания услуг и выполнения работ по управлению, содержанию и ремонту общего имущества в многоквартирном доме ненадлежащего качества и (или) с перерывами, превышающими установленную продолжительность».

Всё, что относится к составу общего имущества, оставим на потом. Перейдём сразу к главному, а именно к 5 пункту данного закона:

Пошаговая инструкция по регулировке

Обычные прокладки сантехники рассчитаны на 6 бар, максимум и кратковременно способны выдерживать до 10 бар. А рабочее давление в системах подачи воды и отопления жилых домов в большинстве случаев колеблется в пределах 2–3,5 бар.

Выставлять на реле Рстоп выше 4 бар не стоит. Большинство бытовых моделей этого устройства на рынке имеет максимальное Рстоп 5 бар. Однако делать установку данного параметра по максимуму на «пятерку» не рекомендуется.

Сильно затягивать либо расслаблять пружины на приборе до упора нельзя, это может привести к некорректной его работе. Необходимо оставлять небольшой запас по натяжению/ослаблению.

Большая пружина – установка давления на пуск насоса. Маленькая пружина – установка разницы давления на выключение насосной станции.

Настройка реле гидроаккумулятора производится следующим образом:

1. Из водопровода сливается вода. Затем в гидроаккумуляторе устанавливается рабочее давление в груше с воздухом – на 10% меньше планируемого Рпуск.
2. Включается питание на реле, насос начинает работать. С помощью манометра фиксируется давление, когда он выключается (Рстоп).
3. Открывается немного кран в раковине небольшой струйкой. Фиксируется давление, когда насос вновь включается (Рпуск).

Чтобы увеличить значение Рпуск, надо затянуть большую пружину по часовой стрелке. Чтобы увеличить разницу между Рпуск и Рстоп, следует затягивать малую пружину.

Уменьшение данных установок осуществляется ослаблением пружин против часовой стрелки.

После выставления нужных Рпуск и Рстоп реле с насосом подключаются к сети. Если согласно манометру все работает как надо, то настройка завершена. Иначе три вышеуказанных шага повторяются вновь.

Частотный преобразователь (он же «частотник», он же «инвертор»)

В обиходе частотный преобразователь чаще называют частотником или инвертором.

Как уже было сказано, частотник предназначен для управления скоростью вращения электродвигателя. Это происходит за счёт изменения характеристик питающего напряжения.

Существуют модификации частотников для управления трёхфазными и однофазными двигателями.

Типовая структурная схема управления электродвигателем выглядит так:

На схеме трёхфазное питание подаётся на вход инвертора через автоматический выключатель, выполняющий защитную функцию, и магнитный пускатель (расцепитель), с помощью которого можно разорвать цепь по внешнему сигналу, когда это необходимо.

Частотник преобразует характеристики входного напряжения в соответствии с заданной схемой управления и требуемой частотой электродвигателя, и «выдаёт» на выход три фазы с изменёнными параметрами (частотой, величиной напряжения, сдвигом фаз).

Задание частоты может производится непосредственно с пользовательской панели преобразователя частоты или дистанционно с ПК или пульта оператора.

Для однофазного двигателя структурная схема управления аналогична.

Как отрегулировать давление воды в системе водоснабжения

Согласно нормам, давление в системе водоснабжения частного дома и квартиры должно соответствовать от 2 кг/см 2 до 4кг/см 2 .

Этот показатель легко достигается с помощью редуктора. Вращая регулировочный винт, добейтесь чтобы стрелка манометра показывала нужное вам давление. В идеале, давление в домашней системе водопровода должно быть меньше входного (магистрального) на 1,5 кг/см 2 .

Более точной настройки давления в системе можно добиться установкой дополнительного манометра, который надо расположить на входе в систему домашнего водопровода. Разница в показаниях двух приборов даст возможность правильно настроить работу регулятора давления воды.

Автоматика для насоса без гидроаккумулятора

При устройстве водопровода в частных домах или коттеджах, учитывается несколько факторов:

• необходимый объем потребляемой воды,
• необходимое давление для обеспечения бесперебойного функционирования водопровода даже при максимальном расходе воды,
• источник водоснабжения,
• мощность насоса,
• автоматика обеспечивающую бесперебойную работу всех систем.

Если источник может полностью обеспечить забор жидкости я насос уже установлен, то остается подобрать автоматическую систему регулировки и подачи в трубы воды.

Автоматика для насоса делиться на три вида: базовая, усложненная и адаптивная

Базовая система

Самая простая автоматика и состоит из двух элементов:

• датчик холостого хода. Отдельные конструкции насосов уже включает в себя этот элемент, он может быть поплавкового типа, либо встроенной непосредственно в схему аппарата;
• датчика давления. Дает команду на включение или отключение двигателя при достижении в трубах определенного давления.

Для уменьшения скачкообразного давления в трубах при включении и включения насоса в таких системах производится обязательное включение гидр аккумулятора емкостью от 50 до 150 л. Гидр аккумулятор представляет собой герметичную емкость для закачки воды перед подачей в трубы водопровода. Работу этого аппарата можно понять из схемы, представленной на рисунке.

Схема работы гидробачка с резиновой мембраной. Существует разновидность с резиновой камерой.

Усложненная схема

Представляет собой более сложную конструкцию с установкой дополнительных датчиков контроля.

В систему дополнительно включаются функции:

• Датчик потока, дает команду на отключение двигателя при снижении для определённого уровня давления в подающей трубе;
• Защита сухого хода, отключает систему при работе насосов в холостом режиме;
• Система перезапуска двигателя, запускает двигатель через определенное время в случае срабатывания реле холостого хода;
• Обратный клапан, предназначен для удержания давления в трубах при неработающем насосе;
• Предохранитель от гидроудара. Это устройство похоже на небольшую емкость – бачок с резиновой мембраной, которая воспринимает на себя резкие перепады давления;
• Встроенные манометры или цифровые индикаторы контролирующие параметры работы водопровода;
• Реле антицикличности, срабатывает при достижении определенного количества включения насоса в час. Это может произойти при возникновении утечки из трубы, когда насос превысит установленный лимит включений, реле переведет систему в аварийный режим;

При оборудовании водопровода предохранителем от гидроудара, автоматика для насосов водоснабжения работает без гидро аккумулятора. Такие системы автоматики для насоса без гидр аккумулятора по цене не превышают оборудованные бачком, а объем для монтажа занимают значительно меньше.

Схема монтажа системы контроля второго уровня представлена на рисунке.

Монтаж водопроводной системы с установкой датчиков давления и сухого хода.

Адаптивная система

Сюда можно отнести автоматические системы плавного регулирования оборотами насоса. Другими словами, в зависимости от потребности воды насос может изменять плавно свои обороты обеспечивая необходимый напор, плавно запуская и останавливая двигатель.

Адаптивная автоматика динамически регулирует напор

Этот прибор называется частотный преобразователь, и, хотя он является одним из самых дорогих систем – это одно из самых развиваемых направлений автоматической регулировки подачи воды.

Преимущества:

• Простота монтажа, отпадает необходимость в дополнительных датчиках контроля и исполнительных механизмов.
• Отпадает необходимость установки гидробачка.
• Благодаря регулируемой мощности экономится электроэнергия.
• Увеличивается ресурс двигателя и самого насоса.
• Отпадает необходимость постоянного слежения за работой системы.
• Обеспечивается сохранность оборудования из-за отсутсвия гидроударов.

Автоматику для насосов водоснабжения без гидроаккумулятора можно купить в любых дилерских центрах компаний производителей или интернет ресурсов набрав в поисковой строке необходимое название.

Преобразователь частотный Danfoss VLT Micro FS 51 0.37 Кvt 1-F

Однофазный, мощностью 400 Вт.

Частотный преобразователь серии VLТ небольших размеров, многофункциональный, надежный и удобный в монтаже и использовании. Имея сравнительную небольшую мощность прибор Micro Drive может собираться в различные конструкции из нескольких подобных приборов.

Для оптимизации энергопотребления потребителям привод насчитывается 100 различных параметров настроек и параметров. Все печатные платы с деталями надежно защищены от пыли и влаги специальной компаундной пропиткой. Имеется автоматическая принудительная вентиляция.

Имеющейся функцией рекуперации аппарат преобразует кинетическую энергию остановки двигателей в электрическую. Оборудован встроенным высокочастотным фильтром радиопомех.

Характеристики:

• Вес 1,5 кг;
• Длина, ширина, высота, мм – 215х190х100;
• Степень защиты – IP20;
• При определенной комплектации можно подключить стандартный асинхронный трехфазный двигатель.

Принципиальную работу регулятора частоты оборотов двигателя в зависимости от давления воды в системе и схему подключения можно посмотреть на представленном видео ниже.

Автоматика для погружного насоса «Пампэлла»

Ещё один вид автоматики, являющийся новинкой на рынке.

Схема подключения автоматики Пампела к глубин насосу без гидроаккумулятора. Контроллер изменяет обороты двигателя насоса в зависимости от давления воды в основной системе.

Все устройство автомата для глубинного насоса без гидроаккумулятора «Пампела» заключена в единый корпус цилиндрической формы. Цилиндрический корпус подсоединяется непосредственно к водопроводной системе через штуцер. Система обеспечивает бесперебойную подачу воды, автоматически включаясь при открытии крана и автоматически отключает при достижении определенного давления. Гарантийное число срабатываний 18 тыс. раз.

Одой из положительных качеств является встроенный стабилизатор напряжения, что очень удобно для удалённых от первичных источников электроэнергии в местах, например, дачах.
Электроника прибора выдерживает избыточное и пониженное напряжение, также в этом устройстве есть предохранитель от короткого замыкания. Плавный пуск увеличивает срок службы насоса.

Автоматику «Пампела» для насоса без гидроаккумулятора можно купить в специализированных дилерских центрах или в интернет – магазинах. Для этого достаточно набрать название прибора в поисковой строке.

Автоматика для насоса Пампэла КИВ1 А3

Назначение: для автоматического управления и защиты скважинных и центробежных насосов с однофазным конденсаторным двигателем мощностью до 1,5 кВт. Контроллер работает в системе водоснабжения без гидроаккумулятора. Допускаемая мощность прибора при подключении двигателей переменного тока – 1, 5 Квт. Вес 600 г. Бренд Pumpela, производство Россия.

Характеристика:

• Поддержание давление в водопроводных трубах в заданных пределах;
• Система плавного пуска и остановки насоса, что позволяет значительно продлить ресурс двигателя;
• Система “Сухой ход”, обеспечивает отключение двигателя насоса при отсутствии воды в заборе;
• Защита от перегрева и перегрузки, останавливает насос при токовой перегрузке;
• Защита от неуправляемой работы. Отключает при длительной работе на постоянном давлении в протоке водоснабжения;
• Перезапуск при аварийном режиме.

Приобрести автоматику для насосов водоснабжения без гидроаккумулятора по низкой цене можно в специализированных дилерских центрах или в интернет – магазинах. В которых также можно получить консультацию специалиста.

Обзор и подключение автоматики к глубинному насосу без гидроаккумулятора можно посмотреть на представленном ниже видео.