PLC控制與變頻調速系統設計

楊飛

摘要：本文首先介紹了什么是變頻調速，接著對PLC控制與變頻器的連接進行重點研究，最后探討了設計中需要注意的相關事項。

關鍵詞：PLC控制；變頻調速；設計

PLC代替繼電器的作用，被大量使用到工業控制的相關領域。因為PLC能夠通過軟件工具來實現對控制程序的改變，且有著小型化、靈活性、方便快捷魯棒性強等優勢，尤其適合使用在較為惡劣的作業環境中。

1什么是變頻調速

變頻調速，指的是改變電機頻率和改變電壓達到對交流電動機的速率進行調節。隨著變頻調速功能的完善以及設備成本的不斷降低，當前變頻器在工業控制行業中的應用范圍越來越廣。發展變頻調速的前提條件在于兩方面：一方面，是大功率器件的普及，盡管早就發現變頻調速是一項比較好的技術，不過受制于大功率器件的普及問題，一直到了上個世紀的八十年代才獲得了一定的發展；另一方面，是微處理器的應用，以及變頻控制形式的發展促進了變頻控制的性能、可靠性的進步。

它的特點如下：能夠應用標準電動機（比如，不需要維護的籠型電動機），能夠連續調節，能夠利用電子回路調整相序、調整轉速。它的優點有：控制電機的啟動電流，降低電力線路的電壓波動；啟動時需要的功率更低；可控的加速、運行、轉矩極限功能；可逆運行控制；減少機械傳動部件，能夠實現高速化以及小型化，易于防爆，保護性能完善（比如，過載、短路保護）等。它的使用范圍特別廣泛，比如使用在風機、泵、攪拌機、等等，在節約能源方面特別有效；使用在車床、機械加工、鉆床、等等，能夠增強生產效率以及產品質量；其他領域的應用，比如各類傳送帶的多臺電動機同步等。

2PLC控制與變頻器的連接

2.1開關型指令信號的輸入

變頻器的輸入中有著對運行/停止，正傳/反轉、點動等相關狀態實施控制的開關型指令信號。PLC開關量的輸入端可以同變頻器的開關量的輸入端直接相連接，這些開關量分為觸點開關量與無觸點開關量，在應用繼電器的時候，往往由于連接問題而造成錯誤操作；在應用晶體管的時候，還需要注意到晶體管自身的電壓、電流等各種因素，以確保設備的可靠運轉。在進行變頻器的輸入操作時還必須考慮到，如果輸入信號電路操作不規范時，有的時候也會引起誤動作。比如，如果輸入信號應用繼電器等器件時，器件閉合造成的浪涌電流引發的噪音有時候會造成變頻器的誤動作，必須盡可能的小心。如果輸入開關信號進到變頻器時，還會出現外界電源與變頻器控制電源（24VDC）兩者間的互干擾。標準的連接是應用PLC電源，把外側晶體管的集電極通過二極管連到PLC。

2.2數值型指令信號的輸入

變頻器的輸入中也有著部分數值型（比如，頻率、電壓等）指令信號，包括數字、模擬輸入兩類。數字輸入，一般使用的是變頻器上的鍵盤操縱以及串行接口來實現；模擬輸入，一般利用接線端子從外界實現，主要是利用0-10V/5V的電壓或者0/4-20mA的電流來實現。因為接口電路隨著輸入改變而改變，所以需要按照變頻器的輸入選用PLC的相關模塊。

如果變頻器與PLC的電壓范圍不一致，比如變頻器的輸入是介于0-10V，而PLC的輸出是介于0-5V時；或者PLC的相應輸出是介于0-10V，而變頻器的輸入則是介于0-5V時，因為變頻器等的電壓、電流等數值的制約，必須用到串聯的方法連接限流電阻以及分壓，從而確保進行閉合時不大于PLC與變頻器的所設范圍。另外，在連接的時候還要記得把布線分離，確保主電路的噪音不會影響到控制電路。一般來講，變頻器也利用接線端子向外界輸出有關的監測信號，一般是介于0-10V/5V的直流電壓以及0/4-20mA的電流。不管是何種情況，都要記住：PLC的輸入阻抗的數值要確保其中的電壓以及電流不大于標準值，以確保設備的可靠運行，并降低誤差。此外，因為所有監測系統的構成不相一致，有不了解之處聯系生產廠家詢問。還有就是，在應用PLC實現控制時，因為CPU的數據運行需要花費一定的時間，有著相應的時間延誤，所以在實現精準的控制時要注意到這一點。

3設計中需要注意的事項

在進行系統的設計時要注意以下幾個方面：

（1）在開始啟動的時候，電壓需要以相應的斜率從零逐漸升至規定值，以進行軟起動，降低開始電流對設備的影響，并節省電能，不過在啟動環節不能做PID調整，避免發生震蕩。

（2）使用PLC構建閉環自控系統，在完成自動調節時，為避免PLC的掃描時間的影響，PLC計算需要使用定時斷開的方法，定時斷開的時間點，可按照系統的相關指標等來設計，并且還須注意到時間延誤問題。

（3）變頻器、PLC等設備能夠裝設在同一控制柜內，能夠就地或遠端操作，方法簡便快捷。如果作業需要，該系統也能夠直接接到DCS或上位機，構建人機界面的監控系統等。

（4）其拓展范圍較廣，在多個電機同步多個電機跟蹤等操作中，僅須把該系統方式進行拓展就能實現。

（5）電機在變頻或工頻供電條件下變更時，需要確保設備開閉以及切斷順序與充分的延時，以避免引發的感應電動勢影響到變頻器的輸出逆變橋，帶來一定的損失。

（6）在高負載條件下，為了降低變頻器高次諧波的干擾，可以在變頻器的一、二次側加電抗器。

（7）為了長期可靠的運行，接地線按要求連接很重要，避免與變頻器使用共同的接地線，接地時盡量分開；另外信號控制線使用屏蔽線、雙絞線達到抗干擾的目的。

4結語

本文提出的通過PLC控制交流變頻調速系統設計有著高可靠性、操作直觀、連接方便、易拓展等優點，并且舒適性好。因此，PLC變頻調速系統是一類比較好的實現方式，其運行效果非常理想。