冶金工程中變頻器與PLC通訊探討

吳啟軍，崔菊蘭

（萊鋼集團設備檢修中心，山東 萊蕪 271104）

在冶金工程中，許多核心、關鍵設備都使用了變頻運行方式，如，環冷機、圓輥、水泵等相關設備。從變頻控制層面看，在傳統DI、DO通道控制中都設置了現場總線，同時，還連接了通訊接口、通訊模塊，這為設備的運行提供了一種非常科學的變頻控制方式，即變頻通訊與PLC 通訊方式。將兩者融合起來，能夠更加靈活地控制變頻器，實現能耗控制。

1 變頻控制系統及PLC 通訊控制系統

1.1 變頻控制系統

從整個變頻控制系統來看，其主要是由觸屏、PLC總

線及相應的控制器構成。其中，觸屏的作用是進行各類數據信息的交互，便于信息的發布、接收、展示等，具體功能是輸入相關控制指令、對控制情況進行實時監控、對歷史記錄信息進行查詢、輸出錯誤的信息、對歷史錯誤信息進行及時記錄和查找等，利用觸屏使廣大使用者能夠進行數據信息的交流、溝通。PLC總線綜合性很強，在高壓變頻管理系統中的主要作用是對高頻變壓器的電氣邏輯進行有效處理，并對執行機構運行情況進行全面控制。另外，還包含在電機運行過程中，實現對電氣管控、保護等各方面情況的監測，從而更好地對通訊信息進行保護。同時，相應的控制器則是為PLC總線更好地進行控制提供輔助，從而對變頻器進行全面控制。

1.1.1 變頻器的安裝

（1）掛墻式安裝。變頻器和周圍物體的距離必須要控制好，兩側大于100mm，上下大于150mm。

（2）柜式安裝。單臺變頻器在進行安裝時，需要采取柜外冷卻方法，在使用該種方法時，需要在柜頂安裝冷卻風扇；如果是多臺變頻器并列安裝，應該采取縱向方式進行安裝，并且，還需要在2臺變頻器中間安裝隔板，無論是使用哪種方式，變頻器都需要垂直來安裝。

（3）工作環境要求。為了保證安裝質量，對工作環境也有要求，通常情況下，變頻器工作溫度需要控制在0～40℃，同時，還存在周邊用電設備的電磁干擾等一些外界因素所造成的問題。此外，裝有變頻器的控制柜若是受到機械振動、沖擊時，會導致電氣接觸不良，這時，要增強控制柜的機械強度，遠離振動、沖擊源。

1.1.2 變頻器的接線

主電路接線：

（1）變頻器輸入、輸出分別是（R、S、T）、（U、V、W）一定不能接錯。

（2）將變頻器接地端在安全接地，（若工廠電路為零地共用，就必須要單獨取地線）多臺變頻器接地，各變頻器需要分別與大地連接起來。

控制電路接線：

（1）模擬量控制線應該采用屏蔽線，屏蔽一端接到控制電路的公共端，切莫與大地或者是變頻器地端相接。

（2）開關量控制線可以不采用屏蔽線，但信號相同的兩根線應該相互絞起來，同時，要控制好絞合線的間距，盡量要小。

1.2 PLC 通訊控制系統

PLC內部工作主要采取循環掃描的方式，在部分大中型控制器中還增添了中斷方式。當用戶完成了程序的調試任務后，利用編程器進行編輯，將程序填入到存儲器中，由PLC選擇相應的運行方式，后續工作由PLC按照用戶程度去完成。圖1為PLC執行過程框圖。該控制系統也主要采用了模塊化的方法，將各功能全部發揮出來，提高系統工作質量和效率，同時，在工作中還能多人合作，這樣，能夠使系統各項功能得到有效擴展，從而更有效地對PLC 總線進行管控。此外，現場有關調試人員調試了變頻器后，能夠降低PLC失誤問題的發生幾率，這樣，能夠將變頻管理的作用全面發揮出來，提高變頻管控的靈活性，下面從幾方面內容對PLC通訊控制系統進行闡述。

1.2.1 PLC 開關量信號

從PLC通訊系統的總體情況看，PLC數據信息的輸出，高轉速、低轉速等運行與輸入、輸出端口連接起來，這樣，高壓變頻器就能夠直接啟動或者是處于初始化，同時，還能在變頻器運行時，實現高低速各組合的切換，從而保證變頻器在具體工作中能夠多段速的轉換運行。但在PLC 控制系統中，主要是利用開關量來管控，所以，在調整過程中的速度曲線并不是呈連續下滑的趨勢，要對速度進行精細化調整，難以實現。由此可見，利用PLC 開關量信號對調節速度進行準確控制需要進一步提升，實用性不高。

圖1 PLC執行過程框圖

1.2.2 PLC 模擬信號

借助PLC模擬量來控制模擬信號，其優勢在于PLC 控制程序編程比較簡單，使用起來難度不大，很方便，且在調節過程中所呈現的曲線都是平滑連續曲線，這樣，能夠保證整個控制系統平穩運行。但從另一角度看，PLC 模擬信號控制的缺點也十分明顯，主要由于這種控制方法對控制線纜的長度有要求，特別是 DA模塊輸出電壓信號時，線路通常都會發生電壓降低的情況，這樣，就大大降低了系統的可靠性。另外，采用這種模擬信號控制方式，造價成本要遠遠高于傳統擴展式通訊系統，經濟性不高。

2 PLC 與變頻器的數據交換

在硬件配置過程中，為每臺PLC與變頻器分配1個對應的Profibus-DP總線地址。在設置變頻器參數時，設置變頻器地址號。在PLC 應用程序中，將參數標識符值地址與過程數據地址設定好。其中，參數標識符值地址包含參數標識符、索引IND等；過程數據地址包含控制字、設定值等等。PLC 經過總線將控制字與設定值信號發送出去，通過參數標識符值地址口傳輸到變頻器，變頻器經過總線將變頻器狀態字及實際值傳回，被PLC通過參數標識符值地址口將相應的信號進行搜集。只有當控制字、設定值等各項數據信息通過過程數據連接所規定的路徑時，數據傳輸才是成功的。

3 PLC 通訊系統的實際應用

PLC控制系統是在傳統順序控制器的基礎上，引入了計算機技術等現代化技術的一種新的控制裝置，該種信息裝置的出現，主要是為了彌補傳統繼電器、記時等順序控制功能中存在的不足，構建靈活性較強、實用性更高的控制系統。該系統的通用性強、使用起來十分方便、使用面積非常廣泛、抗干擾性強。將該種通訊系統應用到變頻控制器中，能夠實現如下幾種功能：

（1）依據主程序的具體情況，來調整各子程序的運行方式。

（2）將PLC 總線接通電源，該程序就會自動切換到初始化模塊，并會對通訊接口進行相關設置，從而使通訊結構能夠更好實現 PLC 和控制器的通信，并能有效解決PLC或者是主控器中出現的各類故障問題。

（3）利用PLC 系統邏輯功能，標示出各系統的狀態，如系統準備就緒、請求下一步指令等等。

（4）用戶能夠借助系統中設置的高壓、高壓變頻器等相應開關，對工頻、變頻間的切換情況進行管控，同時，通過這種控制保護，來防止故障產生所造成的跳閘等相關問題。

（5）通過觸屏接口，能夠及時對系統運行過程中電流、電壓的大小進行查看，從而對系統的相應參數進行科學設置，使系統能夠安全穩定運行。

（6）如果系統出現故障，系統中相應的控制器就能夠及時反映故障信息，提醒相關人員進行處理。若是故障非常嚴重，對系統運行造成的影響比較大，就會自動進行保護處理，切換變頻器前端端口等，或可以直接斷開相關電源，也可以將設備轉化成公平運行模式，從而對整個系統進行保護。

（7）對于系統故障問題，可以借助故障分析模塊，將控制器傳輸到PLC 通訊系統，并翻譯系統中有關的信息數據，將經過翻譯的數據在觸摸屏中顯示出來。另外，利用模擬量系統能夠對外部數據信息進行收集，并將其轉變為變頻信號，最后顯示在觸摸顯示屏上。

（8）步進控制功能。步進控制功能也就是借助步進指令對各道加工工序進行控制的程序，只有當上一道工序完成后，才能開始下一道工序的控制，通過這樣的方式，彌補傳統通過硬件構成的步進控制方式，為廣大用戶提供更多位移寄存器，能夠將由時間、計數器等為轉步要素的步進控制。PLC 借助移位寄存器就能夠實現步進控制功能。此外，還有一些PLC 設置有專門的步進控制系統，使編程更為方便。

（9）PLC 控制系統所涵蓋的功能比較多，如溫度顯示功能、遠程讀取功能等等。

4 結語

總之，將PLC 通訊運用與變頻器有著很重要的作用，可以借助PLC 對外部獲取的相關信息數據進行有效處理，并能實現工頻到變頻模式的自動轉換。同時，借助PLC通訊還能夠提高變頻控制效率，使變頻控制更加科學、合理。而新型的控制體系適應冶金生產這一復雜行業，為行業的持續發展提供了很大的幫助。