PLC控制與變頻調整系統設計

摘 要:隨著我國經濟的高速發展，微電子技術、計算機技術和自動控制技術也得到了迅速發展，交流變頻調速技術已經進入一個嶄新的時代，其應用越來越廣。本文對PLC控制與變頻調整系統做了簡單介紹，并在此基礎上用簡單的舉例說明了PLC控制在變頻調整系統設計中的作用。得出結論，PLC在我國各個工業領域中的應用越來越廣泛，在就業競爭日益激烈的今天，掌握PLC設計和應用是從事工業控制研發技術人員必須掌握的一門專門技術。

可編程控制器(PLC)是在計算機技術、通信技術和繼電器控制技術的發展基礎上開發出來的，現已廣泛應用于工業控制的各個領域。它以微處理器為核心，用編寫的程序進行邏輯控制、定時、計數和算術運算等，并通過數字量和模擬量的輸入/輸出來控制機械設備或生產過程。

1概述

1.1 1PLC控制介紹

可編程控制器(PLC)是一種新型的通用控制裝置，它將傳統的繼電器控制技術、計算機控制技術和通信技術融為一體、專為工業控制而設計，具有功能強、通用、靈活、可靠性強、環境適應性好、編程簡單、使用方便、體積小、重量輕、功耗低等優點。近年來，隨著可編程控制器的日漸成熟，越來越多的設備控制都采用PLC控制器來代替傳統的繼電器控制，并取得了很好的經濟效益。可編程控制器與繼電器的控制電路相比具有非常大的優勢。傳統的保護主要是分離儀表，可靠性差，集成度低，費用高，不易維護，不易監視，已不能適應當前的要求。而PLC系統的功能極其廣泛，其應用程序的功能包括信息采集、設備控制、故障報警、連鎖保護以及數據處理和信息傳輸等。既可以實現人機對話，又能實現操作無人看守，因此，PLC是一種智能程度極高的控制系統。

PLC控制系統由以下部分組成:變頻器、可編程控制器、電抗器、壓力變送器、震蕩傳感器、接觸器、空氣開關、電纜、電流表、電壓表、按鈕、互感器等。PLC由觸摸屏、電源、CPU、模擬量輸出模塊、開關量輸入輸出模塊等組成。其中，采用PLC來實現電氣部分的控制。包括五部分:啟動、運行、停止、切換、報警及故障自診斷。

1.2 變頻調整系統設計

實際的生產過程中離不開電力傳動。生產機械通過電動機的拖動來進行預定的生產方式。20世紀50年代前，電動機運行的基本方式是轉速不變的定速拖動。對于控制精度要求不高以及無調速要求的許多場合，定速拖動基本能夠滿足生產要求。隨著工業化進程的發展，對傳動方式提出了可調速拖動的更高要求。與傳統的調速技術如直流電動機調速相比，變頻調速具有極大的優越性，整個調速系統體積小，重量輕、控制精度高、保護功能完善、工作安全可靠、操作過程簡便、通用性強，使傳動控制系統具有很優良的性能。用變頻調速裝置驅動電動機去拖動風機、水泵及其他機械時，與常規的不調速電機拖動相比，節能效果十分可觀。幾十年來工業領域應用的一些單項節能技術，其數量級一般為幾個百分點，而采用變頻調速拉術后，在泵類及機械類工作運行中，可產生30%～40%的節能效果，使節能數量發生了飛躍。

在現代控制設備中，機－電、液－電、氣－電配合得越來越密切，雖然生產機械的各類繁多，其電氣控制設備也各不相同，但電氣控制系統的設計原則和設計方法基本相同。在最大限度滿足生產設備和生產工藝對電氣控制系統要求的前提下，力求運行安全、可靠，動作準確，結果簡單、經濟，電動機及電氣元件選用合理，操作、安裝、調試和維修方便。

2PLC控制在變頻調整系統設計中的作用

2.1 基本要求

任何生產機械電氣控制系統的設計，都包括兩個基本方面:一個是滿足生產機械和工藝的各種控制要求，另一個是滿足電氣控制系統本身的制造、使用以及維修的需要。因此，電氣控制系統設計包括原理設計和工藝設計兩個方面。前者決定一臺設備使用效能和自動化程度，即決定著生產機械設備的先進性、合理性，而后者決定著電氣控制設備生產可行性、經濟性、外觀和維修等方面的性能。

在設計中，可以利用PLC的特點，對變頻器的按鈕、開關等輸入/輸出，模擬量輸入/輸出進行控制，以實現變頻器控制作用下的變頻調速。在許多變頻調速系統中，盡管最終控制的量為流量、張力、壓力等，但本質廣都是以負載的轉速作為控制對象，具有這種性質的系統有其特點，因此，配用變頻時亦有相應的特點。

2.2 高精度變頻調整控制實例

某造紙廠的1臺造紙機要求長時間保持高精度控制。在改選過程中要求為全數字控制的構成。所以定PLC為測速電機。為排除溫度漂移等周圍環境的影響，采用全數字控制。系統內使用微處理機進行數字控制。

PLC在輸出轉速的過程中，信號用下面3種方式處理:輸入脈沖數測定方式;輸入脈沖的周期測定方式;整數個脈沖的時間測定方式。使用輸入脈沖數測定方式時，測定進入一定周期Tc內的脈沖數，該方式有2個特點:回路簡單;要得到高數度需要長時間的測定。輸入脈沖的周期測定方式是指:用時鐘脈沖測定脈沖的周期，該方式在短時間可高精度地檢出;但轉速越高，檢出分辨力越下降;要求PLC的脈沖間隔精確。

整數個脈沖的時間測定方式的內容是:用時鐘脈沖的時間測定進入一定周期Tc內的整數個輸入脈沖的所需時間。此方式有以下特點:短時間內可高數度地檢出;與轉速無關，大體上可得到相同的分辨率;要求PLC的脈沖間隔精確。

對該造紙廠幾年來的改造應用變頻調速技術的實踐總結得出這樣一個結論:變頻調速對于中、小型的造紙機、復卷機是非常適宜的。全國的中、小型造紙機、復卷機數量在幾萬臺以上，進行變瀕調速改造不僅能提高控制精度．從而大幅度提高產品質量及產量，而且能節約大量的電耗。當設計高精度系統時，首先要明確:系統要求的是定常穩定性還是要求對動態運動的控制具有高精度。如果要求的是定常穩定性，則采用數字控制就可較簡單地解決;如果是后者，就要綜合考慮超調及響應慢等問題。

3結語

綜上所述，如今，PLC在我國各個工業領域中的應用越來越廣泛，在就業競爭日益激烈的今天，掌握PLC設計和應用是從事工業控制研發技術人員必須掌握的一門專門技術。基于PLC控制的電機變頻調速通過在電機控制系統中引入數據自動采集、監控以及變頻、組態技術，建立以PLC為控制核心的電機變頻調速，使得電機的數字化控制實現成為可能。要完成好電氣控制系統的設計系統，除要求我們掌握必要的電氣設計基礎知識外，還要求我們必須經過反復實踐，深入生產現場，將我們所學的理論知識和積累的經驗技術應用到設計中來。

參考文獻

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