變頻器中PLC自動控制技術的有效應用研究

張 搏

（哈爾濱地鐵集團有限公司，黑龍江 哈爾濱 150001）

0 引言

在工業革命的快速發展階段，得益于數字電子信息化技術的輔助與支持，傳統的制造業企業從生產經營模式到產品的質量都獲得了顯著提升。我國現階段企業的生產經營規模也在不斷增大，這些趨于標準化和規范化的生產流程也為自動控制技術的應用提供了良好的環境。PLC 自動控制技術自誕生以來，經過了多次較大規模的技術迭代升級，已在傳統工業等眾多涉及生產制造的領域中取得了廣泛應用。由其編寫的程序可通過硬件設備執行和完成特定的存儲命令，并在邏輯運算、順序運算、算數運算等基本操作中提高命令執行和判斷的準確性，以此來縮短傳統工業制造流程的生產周期。數字式和模擬式的輸入與輸出方式也為自動控制技術的應用領域擴展提供了更多的可能。在工業自動化控制應用范圍中，變頻器等核心元器件的功能就顯得格外重要[1]。相較于傳統的控制技術，以PLC 自動控制技術為代表的現代化自動控制方式已在變頻器的融合應用中取得了良好的實際效果，能夠替代傳統工廠的大多數人工操作。借助PLC 自動控制技術能夠更好地與機械設備進行整合與協同調用。讓變頻器和PLC 自動控制技術能夠在融合發展與應用的基礎上不斷探索和拓展應用。

1 變頻器

變頻器一般指應用于電子、電氣或自動化領域的，可將50 Hz～60 Hz工頻電源轉變為不同頻率交流電的設備。在其內部的核心控制功能上，變頻器大多采用高性能微處理器實現交流電的產出功能。通過A/D 或D/A 接口來對電信號的正反轉或啟停操作進行拆分和識別，并控制信號的組成分配。在實際應用中，PLC 自動控制技術可聯合相關硬件設備將接收到的模擬信號通過A/D 加工處理轉變為數字信號，再經后續的微處理器，進而實現最終的信號傳輸目的。變頻器在工作時可以實現電子技術與變頻技術的融合，并且根據變頻器特有的工作電源頻率選型方式改變電機的工作電源頻率。再通過電機控制的電力控制設備優化系統的電力分配和能源組成結構[2]。此外，變頻器還能夠有效節約能源，穩定電機速度并保護其功能性。正是得益于以上優點，在自動化領域中變頻器的應用領域和方式不斷豐富，積極地適應著更多的自動化需求。

2 PLC自動控制技術

2.1 基本原理與組成結構

從本質上來看，PLC 是一種可編輯的邏輯控制器。通過邏輯運算和數字運算符組成能夠執行特定操作的電子系統。PLC 是為了工業生產領域誕生的專用系統，其具備的可編程存儲和邏輯運算功能能夠為自動化控制領域中各類命令的存儲和執行提供技術支持。例如，同時執行邏輯運算、順序控制和計數等多項命令，能夠滿足更多的工業應用需求。PLC也可以理解為是一種專用的計算機，其在功能和結構上與計算機的原理較為類似，同樣是由電源、CPU、存儲器等功能模塊所構成[3]。如圖1 所示，給出了PLC 的常見內部組成結構，CPU 充當著PLC 的系統控制中心，其能夠對各類命令的調度與執行起到核心管控作用。

2.2 技術特點

總體來說，PLC 自動控制技術的使用成本較低，編程邏輯簡單易懂，在操作性和靈活性方面都具有很大的優勢。PLC往往采用梯形圖的模式應用，結合自動控制系統的功能和布局，在應用中表現出了良好的穩定性和精確性。同時，其還具有較強的抗干擾能力，在執行過程中受環境的影響較小。另外，從控制系統層面來看，PLC 自動控制技術的運行穩定性和使用壽命都較其他控制系統更為理想。并且在前期的設置安裝和后期維護等方面，都具有較為成熟的實踐經驗可供參考。PLC 自動控制技術可以總結為是一種先進的具有廣泛普及度的自動控制技術。其不僅功能豐富，而且不易受到應用環境和連接方式的限制。在實際的工業生產過程中能夠獲得較好的應用效果[4]。

3 變頻器中PLC自動控制技術的應用

3.1 變頻器及PLC選型方式

在確定電子電氣控制工程項目需要使用的變頻器型號及規格時，要首先根據使用需求確定負載類型以及變頻器的適配程度。綜合自動化控制技術設備的性能和種類選擇合適的變頻器。此外，還需要充分考慮電機能承受的最大負荷，必要時可對變頻器及其應用方式進行差異化確定。變頻器的種類選擇要對應好電機的最大荷載，在能夠滿足基本機械運行需要和自動控制功能的基礎上，保證其具有足夠的使用靈活性和穩定性。還應該注重自動化控制設備可靠性方面的評估。在選擇相關品類的變頻器時，必須確定機械配置的適配程度，這樣可以保證自動控制的效果和變頻器生產作業效率的提高。在選擇PLC 自動控制系統的結構并確定其功能時，要預先考慮控制系統需要具備的通信方式和聯網能力。對其中的特殊功能模塊和對應的容量大小進行個性化的設定，并按照符合機型和I/O 設計規范的要求，選擇變頻器的型號。最后，按照PLC 自動控制系統的內部接線方式及電壓等級選擇PLC 控制模塊的類型及規格，經過多次性能測試后，確定自動控制技術的最終應用方案。

圖1 PLC 基本組成結構

3.2 通信協議的建立與實現

在電氣自動化項目中應用PLC 自動控制技術時，PLC 控制系統并不是獨立工作的，而是需要和系統內部的其他關鍵元器件或設備進行內部通信和聯動，從而實現資源共享和功能的整合。其中最為關鍵的就是通信協議的建立和信號的傳輸。就通信協議本身而言，PLC 可以適時地根據差異性的使用需求及信號傳輸特點在Modbus 通信協議和自由口通信協議中進行切換。具體來說，變頻器工作時大多采用專用協議，這里的專用通信協議是變頻器和PLC兩者之間實現信息溝通和交互主要的信號傳輸渠道。這種有效的PLC 自動控制信號傳輸方式能夠保證變頻器與PLC控制系統間的物理量變送及傳輸[5]。此外，當使用者在分析通信協議并根據項目的需要調整系統架構時，還可以有針對地設置或調整通信協議中的參數和信號傳輸通道的配比方式，進而實現科學和合理的信號傳輸與利用。在變頻器工作的過程中，還會實時對信號進行增強變送，這不僅體現了變頻器的穩定性和可靠性，還表明了其在信號的自適應傳送和傳輸過程中的低損耗，同時又能夠充分發揮PLC 自動控制技術的實際應用價值，并為選擇和應用PLC自動控制技術的企業提供先進的自動化控制技術和工業生產控制效率。

3.3 變頻器自動控制的實現路徑

作為最重要的自動化控制應用，在變頻器中利用PLC 實現自動化的系統控制，能夠借助I/O 端子實現輸入輸出端的自動化流程管控。并在后續的變頻器自動化控制環節中，結合實際需要，對模擬量端子和PLC 連接器及周邊的數字輸入端進行組網式連接。根據建立的信號傳輸結構確定具體的自動控制方案，這其中模擬量端子和PLC 連接時并沒有預留信號端子，而是通過自動化控制將PLC 的擴展模塊連同變頻器的模擬量端子進行連接而間接實現的[6]。通過對數字輸入端口的PLC 進行同步應用，能讓I/O 端子與PLC 同變頻器的輸入端建立連接，進而實現自動化控制系統內部及變頻器的統一控制管理。

4 結語

該文對于變頻器、自動控制技術及PLC 融合應用的分析，基本涵蓋了電子電氣領域應用自動控制技術需要注意的問題，以及提升自動控制應用效果的主要方式。在工業領域中應用變頻器等電子元器件實現自動控制技術時，除了需要根據項目的實際需要確定PLC 的連接及應用方式外，還應合理設置信號傳輸端口和通信協議，并積極創新和拓展自動控制技術的應用領域，從而促進PLC 技術及自動控制技術的發展。