淺析變頻器和PLC在傳送帶多種速度控制中的應用

李穩 張海龍 車煥

摘 要：社會經濟的快速發展，給工業自動化提出了更高的要求。在不斷融合吸收更多先進科學技術后，具有更高智能的自動化生產流水線的應用領域實現了進一步擴大。眾多生產制造企業也在不斷地提高生產流水線的傳送速度，并積極試驗以實現多種速度的控制能力。本文簡要分析了變頻器和PLC在傳送帶的多速度控制中的應用，提出可行性的建議和措施。

關鍵詞：變頻器；PLC；傳送帶；速度控制

當前，現代化的生產制造企業已經配備了具有更高智能的自動化生產流水線。為了能夠更好地在生產制造過程中，提高產品的生產效率和品質，眾多生產制造企業在不斷地提高生產流水線的傳送速度，并積極試驗以實現多種速度的控制能力。文章將通過設計集合變頻器與PLC優點于一體的多速控制電機來展示變頻器和PLC在傳送帶的多速度控制中的應用優勢。

1 變頻器

變頻器的工作原理是充分利用半導體器件在電力作用下產生的通斷現象。經過通斷狀態的不同變化，電源能夠從工頻狀態迅速切換為其他頻率狀態的電源，從而產生電控制。根據流水線傳送帶的多種速度控制的需求，控制電機所使用的變頻器應主要采用交流-直流-交流的方式。

2 變頻原理

控制電機所使用的交流-直流-交流變頻調速系統中，變頻器可以有以下結構形式。

2.1 用可控的整流器調壓

如圖1，結構簡單，控制方便。但是輸入環節采用可控整流器，輸出的諧波較大，顯示出一定的調壓控制缺點。

2.2 用不可控的整流器整流，且使用斬波器調壓

如圖2，斬波器增設在主回路上并用脈寬調壓，功率環節增加，但輸入功率因數高，輸出信號的諧波仍較大。

3 變頻器參數設置

變頻器的穩定運行離不開對各種狀態參數的設定。這些參數都有相對固定的選擇區間。一旦某個參數在設定時超出了正常范圍，變頻器就可能因此出現故障，面臨停機和癱瘓。

3.1 有效控制方式

變頻器的設定參數中關于有效控制方式的參數包括了速度控制、PID控制、轉矩控制等。每一項控制措施在執行前，都應該事先檢查整個設備的運行狀況，同時要密切聯系要求的控制精度后再做出決定。

3.2 電機轉速

變頻器的電機有時會處于低轉速運行狀態，而正常運行的電機所能達到的最低轉速可以稱之為最低運行頻率。電機一直處于最低運行頻率左右的運行對設備的損害不容忽視。由于低轉速易出現散熱不良，可導致設備電纜等物體發熱自燃，后果嚴重。變頻器的轉速超出額定轉速后運行的頻率可稱之為最高運行頻率。電機如果長時間受到超負荷高速運轉的影響，勢必導致電機轉子承擔離心力的程度加重，容易引發故障。

3.3 載波頻率

變頻器參數設置當中，載波頻率是需要特別注意的。載波頻率設置值越高，其高次諧波分量就越大，在沒有及時調整的情況下，容易引起電力電纜、電機和變頻器的發熱加劇。因此，載波頻率的設定需要根據實際的變頻器運行情況來定。

3.4 電機綜合參數

關于電機運行性能的主要參數信息都可能記錄在電機的銘牌上，主要有功率、電壓、電流、頻率、轉速等。當變頻器正常運行過程中，有時可能出現電機在某一頻率點上出現共振現象，稱之為跳頻。由于跳頻大多會出現裝置較高的位置上，則可以有效避免。

4 PLC的考察選擇

4.1 輸入輸出點數估算

PLC在選擇時需要首先考慮估算輸入輸出點數的能力。在估算時要充分考慮到余量，一般輸入輸出點數的余量應該控制在15% 左右，這樣得到的輸入輸出點數估算數據更有合理性。當然，在具體的應用中，如果PLC廠家出具的詳細的產品介紹，就必然嚴格按照要求對輸入輸出點數按取整處理。

4.2 存儲器容量的估算

存儲容量是用來衡量PLC控制器本身所具備的硬件存儲單元大小的。而硬件存儲單元中的用戶會使用到的存儲單元容量則屬于程序容量。因此可以看出，通常程序容量大小遠小于存儲器容量。對新使用的PLC控制器而言，在前期設計階段，程序容量因無法確定用戶應用程序的大小而變得不可知，只有完成設計工作后才能獲得準確數據。

4.3 控制功能的選擇

PLC的控制功能主要是考慮在運算、通信、控制和編程功能等方面。對運算功能而言， PLC中的邏輯運算、代數運算、數據比較、PID 運算等都可歸類，屬于高級運算功能；通信功能是PLC實現傳送帶多種速度控制應用的重要聯系手段。主要是在設備運行時與管理網絡之間形成準通信協議實現互聯互通。控制功能包括PID 控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等；編程功能的優勢在于可以離線編程。通過 PLC 和編程器共用的 CPU，可以在具體的編程環境中負責對編程器提供服務，服務完成后自動切換至運行模式。

5 通信系統硬件組成

當然，在現在花的工業自動化控制系統當中，變頻器與PLC的組合應用最為普遍。人們也積極尋求更有效的PLC控制變頻器方法。例如廣泛采用的利用 RS-485 通訊方式實現 PLC 控制的應用。這種控制手段僅需要在 PLC 主機上裝設RS-485通訊板及通訊模塊，然后再嵌入功能擴展存儲和編寫（下轉第155頁）（上接第153頁）基礎于 PLC 面板，即可實現RS-485 通訊方式控制下的變頻器多位多功能控制。

6 結語

本文結合變頻器和PLC 的性能特點和工作原理進行了簡要的分析，以此為基礎探討了利用變頻器和PLC組合設計多變速電機的可能性。對變頻器與 PLC在傳送帶多種速度控制中應用的關鍵技術進行了重點研究，讓電動機滿足了在多種速度之間轉換的工業生產要求，確保生產流水線上的傳送帶能夠適用于不同工作環境，根據生產需要自行設置速度，提高生產效率及水平。

參考文獻：

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作者簡介：李穩（1978 -），女，遼寧錦州人，專業：電機與電器。