冶金工程中變頻器與P L C通訊探討

孟兆鵬

（萊蕪鋼鐵集團有限公司設備檢修中心，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[1]。

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的作用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，再次過程中主要實現對電機外部電氣管理、控制、保護及運行監測，以此實現變頻器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[2]。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，變頻其如果發生故障，在停止工作的時候也可以快速、自動進行切換，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，可以極大的提升系統工作效率、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[3]。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的，因而調整速度的曲線并不會呈現連續平滑的曲線，因而想要精細化調整速度也較難實現。總而言之，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控制程序的實際變成較為簡單，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[4]。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問題，這樣就容易是系統可靠性下降，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通信系統應用到變頻器的控制上，主要實現了下面的功能。

（1）主程序依據實際情況，對各個子程序運作情況進行調整。

（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為，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問題故障時引起的跳閘情況。

（5）利用觸屏接口，可查看整個系統運轉時電流及電壓大小情況，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[5]。

（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，對系統化中數據信息進行翻譯，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將控制器輸送的頻率及控制頻率顯示。

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

4 結束語

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。

[1] 董一冰.PLC通訊總線在高壓變頻器中的應用研究[J].東方教育，2014，14（z2）.

[2] 王永順.變頻器與PLC通訊的設計方法[J].工程技術：引文版，2016，23（4）：00003-00003.

[3] 李愛卿.PLC與變頻器的通訊應用與研究[J].有線電視技術，2016，15（6）：106-108.

[4] 張康，儲昭碧，寧君宇等.基于Pro fi bus網絡的西門子PLC與雙臺S120變頻器通訊的實現研究[J].制造業自動化，2015，6（16）：5-8.

[5] 洪磊，封峰，趙磊等.基于Modubus-RTU協議的變頻器與PLC通訊在壓力機上的應用[J].鍛壓裝備與制造技術，2015，50（4）：38-40.