Abstract: In the operation mode of inverter, external operating mode is the most widely used operating mode. In external mode, there are two kinds of analog and digital given in the frequency given mode, in which the digital given can be obtained with high precision and analog given can realize the stepless speed regulation of the motor.

Key words: External operating mode; Frequency given; Digital given; Analog given

【中图分类号】TN77 【文献标识码】B  【文章编号】1561-0330（2018）02-0000-00

1 前言

变频器的运行操作模式是指输入变频器的启动指令及设定频率的场所^[1]。三菱变频器主要的产品系列有通用型的A系列、简易型S系列、经济型的E系列、节能型的F系列、紧凑型的D系列，其常见的运行模式有“面板运行模式”、“外部运行模式”、“组合运行模式”等，其中“外部运行模式”具有广泛的适应性、操作简单、控制成本低、因此能满足大部分生产过程的控制要求。

变频器的外部运行模式通常为出厂设定，这种模式通过外接的正转（反转）开关作为启动指令、通过频率设定电位器或PLC模拟量输出模块输出的电压来设定频率，控制变频器的运行。外部频率设定信号为0-5V（0-10V）或4-20mA的直流信号或者通过功能预置（多段速、升降速端子）实现。启动开关与变频器的正转启动STF端、反转启动STR端连接。

三菱变频器的运行模式是由“运行模式选择”参数Pr.79决定的，运行在外部运行模式下，应设定Pr.79=2。在外部运行模式下，按照变频器的频率给定方式不同，可以分成模拟量给定和数字量给定两种。

2 外接模拟量给定

    三菱各个系列的变频器都为用户提供了可以进行外接给定的控制信号输入端，以三菱FR-D740变频器为例，其接线情况如图1所示^[2]，端子10、2、5为外接电压给定信号端，端子4、5为外接电流给定信号端。

2.1 外接电压给定信号端（10、2、5）

当外接给定信号是电压信号时，将外接信号线接到10、2、5接线端上，在图1中，10端子由变频器内部为频率给定电位器提供一个+5V电源，5端子为模拟量公共端。将频率设定电位器的一端连接在10端子上时，通过改变加在端子2上的输入电压从而改变频率。

 外接电压给定方式有两种，一种是PLC模拟量输出模块给定；另一种是由外接电位器取出电压给定（电位器的电压可以用变频器内部的控制电压也可以外接控制电压）。

（1）频率设定电位器给定

正转起动按钮SB1一端与变频器的正转STF端连接、另一端与变频器的公共输入端SD相连；反转起动按钮SB2与变频器的STR端子连接，频率设定电位器与变频器的10、2、5端相连接，电位器可以选用三菱公司原厂的配件，也可以单独采购，其型号为1/2W，1kΩ。频率设定电位器给定接线图如图2所示。

按图2接好电路，当按SB1时，电动机开始正转运行，当松开SB1时，电动机停止工作；当按SB2时，电动机开始反转运行，当松开SB2时，电动机停止工作，如若期望实现松开SB1（SB2），电机仍然保持正转（反转），则需要启用STOP端子的自保持选择功能，原理如图3所示。

按图3接好电路，并设定Pr180=25，即将RL端子功能变更为STOP端子（自保持选择）功能。对于FR-D740变频器，在设置Pr180参数前需要先确认“扩展功能显示选择”生效（Pr160=0），否则找不到Pr180参数。

当按SB2时，电动机开始反转工作，同时STOP信号接通（SB按钮保持闭合），当松开SB2时，电动机仍然保持反转。当断开SB时，电动机停止工作。

（2）PLC模拟量输出模块给定

FX2N-2DA型模拟量输出模块用于将12位（12位高精度分辨率，数字输出范围0～4000）的数字量转换成2路模拟量信号输出（电压输出或电流输出），2通道电压输出（0～10V或0～5V）或电流输出（4～20mA），对每一通道，可以根据需要选择电压或电流输出。

变频器的启动信号由PLC的输出继电器Y0（正转）、Y1（反转）给出，变频器的频率给定由FX2N-2DA型模拟量输出模块的模拟电压通道给出，对于FX2N-2DA的模拟量电压输出（0～10V或0～5V）通道，需要在IOUT和COM之间进行短接^[3]。三菱PLC与三菱变频器接线图如图4所示。

2.2 外接电流给定信号端（4、5）

当外接给定信号为电流信号时，将外接信号线接到4、5接线端，此时还必须使变频器的AU端子信号设置为ON，才能使端子4输入电流信号有效。电流给定信号的取值范围通常都是4～20mA，这是为了容易区别零信号和无信号。

利用FX2N-2DA型模拟量输出模块的电流输出（4～20mA）通道（IOUT，COM）输出到变频器的电流输入端（4，5），变频器的启动信号还是由PLC的输出继电器Y0（正转）、Y1（反转）给出，其接线图如图5所示。按图接好电路，并设定Pr180=4，即将RL端子功能变更为AU端子（电流输入选择）功能。

2.3 频率给定线及频率给定线的调整

（1）频率给定线的定义

    由模拟量进行外接频率给定时，变频器的给定信号X与对应的给定频率f_x之间的关系曲线f_x=f(X)，称为频率给定线。给定信号X，既可以是电流信号I_G，也可以是电压信号U_G。

（2）基本频率给定线

在给定信号X从0增大至最大值X_m的过程中，给定频率f_x线性地从0增大到f_m的频率给定线称为基本频率给定线。其起点为（X=0，fx=0），终点为（X=X_m，f_x=f_m），如图6中①所示。三菱变频器起点坐标和终点坐标的初始值为（0V，0Hz）、（5V，50Hz）或者（4mA，0Hz）、（20mA，50Hz）。

（3）频率给定线的调整

    在生产实践中，常常遇到生产机械所要求的最低频率不是0Hz、最高频率不是额定频率、实际要求的频率给定线与基本频率给定线并不一致的情况。所以，需要对频率给定线进行适当的调整，使之符合生产实际的需求^[1]。

    因为频率给定线是直线，所以根据2点确定一条直线的原理可以调整基本频率给定线。在图6中，f_B1为给定信号X=0时所对应的给定频率，称为偏置频率；坐标（X=X_m，fx=f_m）f_m为给定信号X= X_m时对应的频率，称为频率的最大增益。

（4）频率给定线的参数设置

    变频器“偏置”和“增益”功能调节从变频器内部输入的输入信号到设定输出频率的关系，设置的内容包括运用偏置、增益功能实现频率给定线的设置、涉及频率设定、电压偏置设定和增益调整。对于FR-D700系列的变频器“偏置”和“增益”的设置方法如图7所示。

3 外接数字量给定

3.1 多段速控制功能

    多段速控制功能作为外接数字量给定的一种方式，是通过功能预置，将1~4个输入端作为多段速的控制端。变频器频率的切换由外接的开关器件通过改变输入端子的组合状态来实现，频率的挡次是按二进制的顺序排列的，故两个输入端可以组合成3（2²-1）段速，三个输入端可以组合成7（2³-1）段速，四个输入端可以组合成15（2⁴-1）段速。

用参数将多种运行频率（速度）预先设定，用输入端子的不同组合进行速度选择。其中参数Pr.4～Pr.6用来设定高、中、低3段速度，参数Pr.24～Pr.27用来设定4～7段速度，参数Pr.232～Pr.239用来设定8～15段速度，其参数意义及设定范围如表1所示。

表1 多段速参数的设置

    可通过闭合或断开外部触点信号（RH、RM、RL、REX端子）选择不同速度，多段速运行时变频器的接线如图8所示。

3.2 升、降速功能

（1）升、降速功能的设置

    变频器的外接开关量输入端子中，通过功能预置，使RH、RM具有升速和降速功能，称之为“升、降速控制端”。对于三菱变频器，通过改变“升、降速功能选择”参数Pr59的值来实现对频率的升、降速的控制。Pr59的意义及设定范围如下表2所示。

表2 升、降速功能选择的参数设置

    通过表2可以看出，当Pr59=0时，不选择遥控设定功能，RH、RM、RL端子具有高速、中速、低速功能，可以进行多段速的选择；当Pr59=1或2时，选择遥控设定功能，RH、RM、RL端子功能改变为加速（RH）、减速（RM）、清除（RL），如图10所示。闭合STF信号，RH接通，频率上升 ；RH断开，频率保持。RM接通，频率下降；RM断开，频率保持。断开STF信号，则变频器停止运行。

    当Pr59=1时，有频率设度值记忆功能，它是通过把遥控设定频率存储在变频器的存储器里面来实现的，一旦切断电源再通电时，电机按照停电前的运行频率重新开始运行；当Pr59=2时，没有频率设定值记忆功能。

（2）升降速功能的优点

    通过RH、RM端子来实现升降速功能具有以下优点：

①使用按钮来调节频率，操作简便，按钮使用寿命长；

②升、降速端子给定属于数字量给定，控制精度较高、抗干扰性能好。

（3）利用升降速功能实现水泵的恒压控制

升降速功能实现水泵的恒压控制原理图如图11所示，电接点压力表的公共端和变频器的公共输入端相连，电接点压力表的上限触点和变频器的RM端相连，电接点压力表的下限触点和变频器的RH端相连，变频器的正转启动信号由开关控制。

首先把变频器进行参数清除，设定Pr.79=2让变频器处于外部运行模式，设定Pr.59=1或2将变频器输入控制端中的RM端子定义为降速端子、RH端子定义为升速端子，合上正转启动信号开关。

当压力由于用水流量较大而降低，并低于下限值时，电接点压力表的下限触点与公共端接通，从而把变频器的RH（升速）端子与SD接通，变频器的输出频率上升，电动机的转速上升，水泵的转速和流量也上升，从而使泵出口压力升高，当压力高于下限值时，电接点压力表的下限触点与公共端断开，变频器的RH（升速）端子与SD也断开，变频器的输出频率停止上升，水泵的转速和流量保持不变，如果能满足用户的要求则泵出口压力恒定。

当压力由于用水流量较小而升高，并超过上限值时，电接点压力表的上限触点与公共端接通，从而把变频器的RM（降速）端子与SD接通，变频器的输出频率下降，电动机的转速下降，水泵的转速和流量也下降，从而使泵出口压力下降，当压力低于上限值时，电接点压力表的上限触点与公共端断开，从而把变频器的RM（降速）端子与SD也断开，变频器的输出频率停止下降，水泵的转速和流量保持不变，如果能满足用户的要求则泵出口压力恒定。如果泵的出口流量不能满足用户要求，则按照上述过程继续调整，实际上处于一个动态的平衡。

    只要上、下限触点的位置安排适当，上述控制系统是能够满足一般水压控制精度要求的。如果对供水系统的水压精度要求很高，上述位式控制系统不能很好满足要求，此时可以通过变频器内置的PID功能来实现水泵的恒压供水。

5 总结

三菱变频器在外部运行模式下（pr79=2），按照频率给定方式不同，有模拟量给定和数字量给定两种方式。数字量给定具有频率精度较高、抗干扰能力强的特点，因此在这两种给定中，应该优先选择数字量给定。在实际的工程实践中，模拟量给定操作方便、成本低、可以实现电机的无级调速，因此也具有更为广泛的应用价值。模拟量给定分电压给定和电流给定，因为电流信号在传输过程中，不受线路电压降、抗干扰能力较强，因此在使用模拟量控制变频器的时候应该优先选择模拟电流信号给定。

参考文献

[1]郭艳萍.变频器应用技术[M]. 北京:北京师范大学出版社,2008.

[2]FR-D700使用手册(基础篇)[Z]. 三菱电机自动化(中国)有限公司,2008.

[3]郭艳萍,张海红.电气控制与PLC应用(第2版)[M].北京:人民邮电出版社,2013.

作者简介

肖世耀 （1982-） 男 硕士研究生 工程师 研究方向为机电液一体化技术