PLC控制與變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

楊飛

摘要：本文首先介紹了什么是變頻調(diào)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(shè)計中需要注意的相關(guān)事項。

關(guān)鍵詞：PLC控制；變頻調(diào)速；設(shè)計

PLC代替繼電器的作用，被大量使用到工業(yè)控制的相關(guān)領(lǐng)域。因為PLC能夠通過軟件工具來實現(xiàn)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(yōu)勢，尤其適合使用在較為惡劣的作業(yè)環(huán)境中。

1什么是變頻調(diào)速

變頻調(diào)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(diào)節(jié)。隨著變頻調(diào)速功能的完善以及設(shè)備成本的不斷降低，當(dāng)前變頻器在工業(yè)控制行業(yè)中的應(yīng)用范圍越來越廣。發(fā)展變頻調(diào)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(fā)現(xiàn)變頻調(diào)速是一項比較好的技術(shù)，不過受制于大功率器件的普及問題，一直到了上個世紀(jì)的八十年代才獲得了一定的發(fā)展；另一方面，是微處理器的應(yīng)用，以及變頻控制形式的發(fā)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(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)電動機（比如，不需要維護的籠型電動機），能夠連續(xù)調(diào)節(jié)，能夠利用電子回路調(diào)整相序、調(diào)整轉(zhuǎn)速。它的優(yōu)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(zhuǎn)矩極限功能；可逆運行控制；減少機械傳動部件，能夠?qū)崿F(xiàn)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(fēng)機、泵、攪拌機、等等，在節(jié)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(chǎn)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量；其他領(lǐng)域的應(yīng)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(guān)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(zhuǎn)、點動等相關(guān)狀態(tài)實施控制的開關(guān)型指令信號。PLC開關(guān)量的輸入端可以同變頻器的開關(guān)量的輸入端直接相連接，這些開關(guān)量分為觸點開關(guān)量與無觸點開關(guān)量，在應(yīng)用繼電器的時候，往往由于連接問題而造成錯誤操作；在應(yīng)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(shè)備的可靠運轉(zhuǎn)。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(guī)范時，有的時候也會引起誤動作。比如，如果輸入信號應(yīng)用繼電器等器件時，器件閉合造成的浪涌電流引發(fā)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(guān)信號進到變頻器時，還會出現(xiàn)外界電源與變頻器控制電源（24VDC）兩者間的互干擾。標(biāo)準(zhǔn)的連接是應(yīng)用PLC電源，把外側(cè)晶體管的集電極通過二極管連到PLC。

2.2數(shù)值型指令信號的輸入

變頻器的輸入中也有著部分數(shù)值型（比如，頻率、電壓等）指令信號，包括數(shù)字、模擬輸入兩類。數(shù)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(xiàn)；模擬輸入，一般利用接線端子從外界實現(xiàn)，主要是利用0-10V/5V的電壓或者0/4-20mA的電流來實現(xiàn)。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(guān)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(yīng)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(shù)值的制約，必須用到串聯(lián)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(shè)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(guān)的監(jiān)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?。篜LC的輸入阻抗的數(shù)值要確保其中的電壓以及電流不大于標(biāo)準(zhǔn)值，以確保設(shè)備的可靠運行，并降低誤差。此外，因為所有監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成不相一致，有不了解之處聯(lián)系生產(chǎn)廠家詢問。還有就是，在應(yīng)用PLC實現(xiàn)控制時，因為CPU的數(shù)據(jù)運行需要花費一定的時間，有著相應(yīng)的時間延誤，所以在實現(xiàn)精準(zhǔn)的控制時要注意到這一點。

3設(shè)計中需要注意的事項

在進行系統(tǒng)的設(shè)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(yīng)的斜率從零逐漸升至規(guī)定值，以進行軟起動，降低開始電流對設(shè)備的影響，并節(jié)省電能，不過在啟動環(huán)節(jié)不能做PID調(diào)整，避免發(fā)生震蕩。

（2）使用PLC構(gòu)建閉環(huán)自控系統(tǒng)，在完成自動調(diào)節(jié)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(tǒng)的相關(guān)指標(biāo)等來設(shè)計，并且還須注意到時間延誤問題。

（3）變頻器、PLC等設(shè)備能夠裝設(shè)在同一控制柜內(nèi)，能夠就地或遠端操作，方法簡便快捷。如果作業(yè)需要，該系統(tǒng)也能夠直接接到DCS或上位機，構(gòu)建人機界面的監(jiān)控系統(tǒng)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(tǒng)方式進行拓展就能實現(xiàn)。

（5）電機在變頻或工頻供電條件下變更時，需要確保設(shè)備開閉以及切斷順序與充分的延時，以避免引發(fā)的感應(yīng)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(cè)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(jié)語

本文提出的通過PLC控制交流變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計有著高可靠性、操作直觀、連接方便、易拓展等優(yōu)點，并且舒適性好。因此，PLC變頻調(diào)速系統(tǒng)是一類比較好的實現(xiàn)方式，其運行效果非常理想。