冶金工程中變頻器與PLC通訊探討

朱宏林

（萊鋼集團設備檢修中心，山東 萊蕪 271104）

冶金工程中，很多重要的設備均采用了變頻運行模式，比如燒結廠的環冷機、燒結機、圓輥，選礦廠的圓盤給料機、水泵及渣漿泵等。在這些生產設備中，均應用了市面上比較主流的變頻器品牌，在變頻控制上，在傳統的DI與DO通道控制中設有現場總線控制功能，并且還連接了通訊接口或者通訊模塊，這就提供了另外一種有效的變頻器控制手段，也就是PLC與變頻器通訊方式。利用PLC與變頻器通訊的控制手段，可利用性能更高的結構控制系統，進而實現變頻器的靈活控制與能耗控制。

1 控制系統的主體構成

整個變頻系統的主要構成為觸屏、PLC總線與相關控制器。觸屏的主要作用在于實現數據信息間的交互，為信息發布、接受、展示等提供便利，具體如輸入控制

指令、監測實時的控制情況、查詢歷史信息、錯誤信息的實時輸出、記錄與查找歷史錯誤信息等，借助觸屏實現使用者在數據信息上的相互交流。PLC總線為綜合性很高的系統，在高壓變頻器控制管理系統的作用上，主要是處理高頻變壓器的電氣邏輯，并且控制執行機構運行，此外還包括整個電機運轉流程及向外通訊接口，在此過程中，主要實現對電機外部的電氣管理、控制、保護及運行監測，以此實現變頻器的變頻變壓功能及保護數據信息通訊的作用。相關控制器主要為PLC總線控制提供重要的輔助，以此實現變頻器的有效控制。

2 旁路系統

在冶金工業生產中，高電壓電源利用電壓隔離開關以及真空接觸儀器到達高壓電機，在高壓電機中進行變頻運轉。此外，高壓電源可直接用真空基礎儀器引動高電壓電機。在旁路系統中，PLC總線為整個系統的邏輯運算控制中心，在系統控制中起到非常重要的作用。此外，如果變頻器發生故障，在停止工作時也可以快速、自動地進行切換，將變頻運行轉變成工頻旁路系統運行，在故障完全消除后，高壓變頻器又可以轉變成變頻的模式運作，這樣主要是保證電機生產的持續進行。

3 PLC通訊控制系統

PLC通訊控制系統主要應用了模塊化的方式，以此實現各種功能，這樣能夠獲得很好的效果。經過模塊化后的PLC控制程序，可以極大提升系統的工作效率、提高控制質量，并且還可以實現多人的合作，這樣可以達到擴展系統各項功能，進而實現對PLC總線的管理及有效控制。同時，現場相關調試人員對高壓變頻器進行調試后，也可以盡可能減少PLC呈現失誤的情況，這樣可以有效發揮高壓變頻器管理以及控制的靈活性，增加變頻器實際操作中的擴展性能。

3.1 PLC開關量信號

PLC通訊中，PLC數據輸出、高壓變頻器的正傳啟動、高轉速運行、中轉速運轉、低速運轉同輸入輸出端口分別連接，這樣主要是實現高壓變頻器的直接啟動與初始化，同時還可控制高壓變頻器運轉時能夠實現高速、中速與低速間不同組合的切換，進而使得變頻器在實際的工作中可以實現多段速度的切換及運行。但是PLC控制系統主要使用開關量進行控制及管理，因而調整速度的曲線并不會呈現連續平滑的曲線，因而想要精細化地調整速度也較難實現。總之，借助PLC開關量信號控制調節速度的精準度有待提升，實用性較差。

3.2 PLC模擬信號

利用PLC模擬量進行變頻器的控制，其優點主要是PLC控制程序的實際編程較為簡單，并且使用起來也比較方便，且調節速度呈現的曲線一般為平滑連續曲線，這樣整個控制系統可以平穩的運行。然而PLC模擬信號控制的缺點也比較明顯，主要是因為該控制方式所需的控制纜線較長，尤其是DA模塊應用電壓信號進行輸出時，線路常常會出現電壓降低的問題，這樣就容易使系統的可靠性下降，此外借助PLC模擬信號控制的方法，造價也往往比傳統的擴展式通訊系統要高出許多，經濟性比較差。

3.3 PLC通訊系統的具體應用

將PLC通訊系統應用到變頻器的控制上，主要實現以下功能。

（1）主程序依據實際情況，對各個子程序的運作情況進行調整。

（2）PLC通訊總線程序接上電源，PLC程序就會運作初始化模塊，這會對通訊接口進行相應的設置，進而使通訊結構實現PLC與控制器間的通信，同時使得PLC同主控制器發生的各種故障問題得到處理。

（3）借助PLC通訊系統邏輯功能，對系統狀態給出相應標志，如給出系統準備就緒、允許高電壓合閘、高電壓合攏與進一步運行請求指令。

（4）用戶可以利用系統中設有的高電壓開關、高壓變頻器開關，控制及管理工頻、變頻運行間的相互切換，同時利用控制來保護發生故障時引起的跳閘問題。

（5）利用觸屏接口，可查看整個系統運轉時電流及電壓的大小情況，這樣可以對整個系統的相關參數做科學及合理的設置，保證系統的穩定運行。

（6）高壓電機控制模塊控制與處理電機啟動、停止、初始化、工頻運作和變頻運作間的相互轉變，發揮電機的生產作用。

（7）系統若存在故障，系統中的相關控制器會報告故障的信息，便于人員處理。如果故障比較嚴重，對系統運行造成巨大影響，則會直接切斷高壓變頻器的前端端口，進而使得相關設備電源斷開或者將設備轉變成公平的運行模式，以此實現對整個系統的保護。

（8）針對系統故障，可利用故障分析模塊，通過將控制器輸送至PLC通訊系統，對系統中的數據信息進行翻譯，并且將翻譯的數據顯示到觸摸屏中。此外，借助模擬量系統可搜集外部數據經轉化變成高壓頻率的信號，最終通過觸摸顯示屏，直接顯示控制器輸送的頻率及控制頻率。

（9）PLC控制系統還包含了其它功能，必須的溫度顯示功能、新擴展功能、遠程讀取功能等。

4 結語

綜上所述，PLC通訊在變頻器的應用中價值顯著。應用PLC處理外部獲取的信息數據，可以實現工頻到變頻模式間的相互切換，利用PLC通訊有助于提升變頻控制系統的科學性、合理性與先進性，同時新型的控制體系滿足冶金生產這一復雜的生產行業，進而為行業的發展提供重要幫助。