淺析PLC在變頻器輸出頻率控制中的應用

劉冬

摘 要： 當前，隨著技術的發展和價格的降低，變頻調速在調速控制中被廣泛應用。變頻器在工業控制中的應用越來越廣泛。變頻器在控制系統中主要作為執行機構使用，有的還具有閉環PID控制和時間順序控制的功能。PLC和變頻器都是以計算機技術為基礎的現代工業控制產品，將二者有機地結合起來，用PLC控制變頻器，在當代工業控制領域是很常見的，例如用PLC控制變頻電動機的旋轉方向、轉速和加速、減速時間；實現電動機的工頻電源和變頻電源之間的切換；實現變頻器與多臺電動機之間的切換控制及通過通信實現PLC對變頻器的控制，將變頻器納入工廠自動化通信網絡等。本文從輸出頻率控制的角度，淺析PLC在變頻器控制中的應用。

關鍵詞： PLC 變頻器 輸出頻率控制

一、PLC控制變頻器輸出頻率的方法

1.用PLC的模擬量輸出模塊提供變頻器的頻率給定信號

PLC的模擬量輸出模塊輸出的直流電壓或直流電流信號送給變頻器的模擬量轉速給定輸入端，用模擬量輸出信號控制變頻器的輸出頻率。這種控制方式的硬件接線簡單，但是PLC的模擬量輸出模塊價格較高，模擬信號可能會受到干擾信號的影響。

2.用PLC的數字量輸出信號有級調節變頻器的輸出頻率

PLC的數字量輸出/輸入點一般可以與變頻器的數字量輸入/輸出點直接相連，這種控制方式的接線簡單，抗干擾能力強。用PLC的數字量輸出模塊可以控制變頻器的正/反轉，有級調節轉速和加/減速時間。雖然只能有級調節，但是對于大多數系統，這就足夠了。

3.用串行通信提供頻率給定信號

PLC和變頻器之間的串行通信除了可以提供頻率給定信號外，還可以傳送大量的參數設置信息和狀態信息。S7-200和安川變頻器都帶有RS-485通信接口，使用USS協議實現S7-200與安川變頻器的通信。

4.用PLC的高速脈沖輸出信號作為頻率給定信號

某些變頻器有高速脈沖輸入功能，可以用PLC輸出的高速脈沖的頻率作為變頻器的頻率給定信號。

二、與頻率給定值有關的變頻器參數設置

變頻器通過參數設置，確定接收頻率指令的方法。以安川的F7系列為例，可以用參數b1-01設置5種頻率指令的輸入方法。

1.通過變頻器的數字式操作器。

2.通過模擬量輸入端子（見圖1）A1，用電位器輸入電壓形式的頻率給定值；通過端子A2可以輸入電壓或電流形式的頻率給定值。

3.通過Modbus通信。

4.通過可選用的卡。

5.通過脈沖輸入端子RP輸入脈沖，用參數H6-01設置脈沖信號是PID控制器的反饋值或設定值，用參數H6-02設置對應于100%變頻器輸出頻率的脈沖頻率值。

圖1 正反轉控制電路

三、變頻器對電動機轉速和旋轉方向的控制

下面通過一個實際例子介紹PLC控制變頻器的方法。

PLC的輸入點I0.0和I0.1用來接收按鈕SB1和SB2的指令信號（見圖1），通過PLC的輸出點Q0.0和接觸器KM控制變頻器電源的接通和斷開。

按下“接通電源”按鈕SB1，I0.0變為1狀態，使Q0.0置位，接觸器KM的線圈得電，其主觸點閉合，接通變頻器的電源。

按下“斷開電源”按鈕SB2，I0.1變為1狀態，如果I0.2和I0.3均為0狀態（SA1在中間位置），變頻器未運行，則Q0.0被復位，使接觸器KM線圈斷電，其主觸點斷開，變頻器電源被切斷。變頻器出現故障時，I0.4的常開觸點接通，亦使Q0.0復位，使變頻器的電源斷電，同時用Q0.3顯示變頻器故障信號。

三位置旋鈕開關SA1通過I0.2和I0.3控制電動機的正轉、反轉運行或停止。“正轉運行/停止”開關接通時正轉，斷開時停機。“反轉運行/停止”開關接通時反轉，斷開時停機。變頻器的輸出頻率由接在模擬量輸入端的A1的電位器控制。

將SA1旋至“正轉運行”位置，I0.2變為1狀態，使Q0.5動作，變頻器的S1端子被接通，電動機正轉運行。

將SA1旋至“反轉運行”位置，I0.3變為1狀態，使Q0.6動作，變頻器的S2端子被接通，電動機反轉運行。

將SA1旋至中間位置，I0.2和I0.3均為0狀態，使Q0.5和Q0.6的線圈斷電，變頻器的S1和S2端子都處于斷開狀態，電動機停機。

當電動機正轉或反轉時，I0.2和I0.3的常閉觸點斷開，使SB2對應的I0.1不起作用，以防止在電動機運行時切斷變頻器的電源（見圖2）。

圖2 正反轉控制的梯形圖

四、電動機的多段轉速與升降速時間的控制

有些設備不需要連續調節轉速，只要切換若干段固定的轉速就行。幾乎所有的變頻器都有設置多段轉速的功能，只需要用變頻器的2點或3點數字量輸入信號，就可以切換4段或8段轉速，避免使用昂貴的PLC模擬量輸出模塊連續調節變頻器的輸出頻率。有的設備要求一個或兩個轉速段的轉速給定值可以由操作人員調整，這一功能可以用接在變頻器模擬量給定信號輸入端的電位器實現。其他段的轉速則用變頻器的參數進行設置，在運行時操作人員不能修改它們。

可以用類似的方法，用變頻器的一個或兩個輸入信號，切換2檔或4檔加/減速時間，加速時間和減速時間的值用參數設置。

上述應用將PLC與變頻器有機結合，能有效提高系統自動化程度及變頻調速性能。當然，在科學技術不斷發展的今天，只有積極探索，才能將更新的技術應用到工程實際中，滿足生產自動化的需要。

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