基于PLC控制的變頻器在自動化生產(chǎn)線中的應用

孫永芳 張剛

摘 ?要：為了促進PLC控制變頻器在自動化生產(chǎn)線中的有效應用，對PLC控制系統(tǒng)的組成以及變頻器、PLC系統(tǒng)的選擇原則進行研究和分析，同時探討PLC控制的編程過程以及具體操作過程，對提高PLC控制水平有重要幫助。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù);變頻器;自動化控制;生產(chǎn)制造應用

中圖分類號：TM921 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）35-0177-02

Abstract： In order to promote the effective application of PLC control frequency converter in automatic production line， the composition of PLC control system and the selection principle of frequency converter and PLC system are studied and analyzed， and the programming process and concrete operation process of PLC control are discussed， which is of great help to improve the control level of PLC.

Keywords： PLC technology; frequency converter; automatic control; manufacturing application

前言

隨著科學技術(shù)水平的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，在當前的工業(yè)制造生產(chǎn)過程中，自動化技術(shù)的應用越來越廣泛。特別是在機械制造、食品生產(chǎn)、藥品生產(chǎn)以及汽車制造等行業(yè)出現(xiàn)了大量的自動化生產(chǎn)線。而自動化生產(chǎn)線的自動化過程主要由PLC、變頻器、人機界面等完成控制的，其中PLC是自動化生產(chǎn)線中的核心部分。有效利用PLC控制技術(shù)，可以對生產(chǎn)線中的外部設備進行準確控制，保證生產(chǎn)效率。同時提高制造企業(yè)的生產(chǎn)自動化水平。

1 PLC控制技術(shù)

PLC自動控制技術(shù)實際上就是一種能夠編程的邏輯控制器。在當前的工業(yè)制造過程中的應用比較廣泛，通常情況下利用計算機技術(shù)可以對PLC自動控制系統(tǒng)進行在線編程。PLC系統(tǒng)主要由輸出模塊、輸入模塊、存儲器以及微控制硬件組成。在軟件及系統(tǒng)程序加入PLC自動化生產(chǎn)線過程中，主要是對邏輯控制的功能進行執(zhí)行，一般包括輸出、刷新、程序執(zhí)行以及輸入采樣。在PLC自動控制技術(shù)應用過程中，發(fā)揮關(guān)鍵作用的硬件為微控制器，利用通訊接口可以對微控制器進行操作，從而實現(xiàn)控制外部設備的目的。以PLC控制技術(shù)為基礎(chǔ)的變頻器應用在自動化生產(chǎn)線過程中，不僅能夠有效提高自動化生產(chǎn)線的效率，并且有利于節(jié)省一定的人力投入，對提高企業(yè)的生產(chǎn)效益有積極意義[1]。

2 以PLC控制為基礎(chǔ)的變頻器系統(tǒng)組成

基于PLC控制的變頻器用在自動化生產(chǎn)線過程中，首先要對自動化生產(chǎn)線的分揀單元結(jié)構(gòu)有所了解。通常情況下，自動化生產(chǎn)線的分揀單元結(jié)構(gòu)主要包括光纖傳感器、金屬傳感器、聚光電傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器。在對自動化生產(chǎn)線進行控制的過程中，主要是將工件利用輸送單元，傳送到分揀單元的入料口傳送帶上，然后由光電傳感器對物料進行檢測，延遲一秒后，變頻器可以驅(qū)動電機正轉(zhuǎn)，然后驅(qū)動傳送帶將工件帶到分揀檢測區(qū)中。在這一過程中，光纖傳感器可以對物料的顏色進行檢驗，而金屬傳感器可以對物料的材質(zhì)進行檢驗。之后，使物料繼續(xù)前行，利用PLC控制技術(shù)可以根據(jù)物料的檢驗屬性將物料送在對應的料槽位置上，然后由氣缸將物料推入到料槽內(nèi)。推到位后氣缸會縮回，完成一個工作周期。在自動化控制過程中，變頻器的頻率主要是由觸摸屏的頻率輸入設定值決定，而傳送帶的位置控制主要是由旋轉(zhuǎn)編碼器進行測量，然后將測量的信號傳到PLC控制系統(tǒng)內(nèi)，PLC控制系統(tǒng)內(nèi)的高速計數(shù)器可以對其進行計數(shù)，并通過程序操作對傳送帶的啟動以及停止進行準確控制。

PLC控制系統(tǒng)對變頻器進行控制的過程中，主要是利用發(fā)送頻率值、啟動和停止正反轉(zhuǎn)信號過程對變頻器進行控制。變頻器的頻率主要是由于主站通訊觸摸屏給定的，可以利用PPI通訊將主站中的信號傳輸?shù)椒謷镜目刂葡到y(tǒng)內(nèi)，利用程序進行有效處理后，可以使用PLC的模擬量輸出，傳送到變頻器的模擬量輸入端口。電機啟動和停止正反轉(zhuǎn)信號主要是由PLC的數(shù)字輸出端口進行傳送的，可以將信號傳送給變頻器的數(shù)據(jù)輸入端口，然后變頻器對電機動作進行驅(qū)動和控制。除此之外，變頻器輸出的速度可以返回PLC控制系統(tǒng)內(nèi)，然后由模擬量的輸入通道回到PLC系統(tǒng)內(nèi)，使用PPI通訊將信號數(shù)據(jù)再傳輸給主站，主站與觸摸屏進行通訊，可以將速度顯示在觸摸屏上[2]。

3 科學合理地選擇PLC以及變頻器

3.1 科學選擇PLC控制系統(tǒng)

為了保證自動控制系統(tǒng)在運行過程中的有效性和合理性，需要根據(jù)自動化生產(chǎn)線的具體情況選擇合適的PLC自動控制系統(tǒng)。因為自動控制系統(tǒng)的型號存在很大差異，在不同的運行狀態(tài)下適合使用不同的型號。PLC自動控制系統(tǒng)內(nèi)的模塊、電池以及容量等的不同型號會影響PLC自動控制系統(tǒng)的整體運行狀態(tài)。在PLC自動控制系統(tǒng)編程之前，設計人員要對自動化生產(chǎn)線的工作狀態(tài)進行研究和分析，例如要對信號的輸入情況以及電壓電流狀況進行研究和分析，然后才能夠確定合適的PLC自動控制系統(tǒng)型號，充分發(fā)揮自動控制系統(tǒng)在生產(chǎn)線過程中的作用。

3.2 合理選擇變頻器

隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提高，人們對物質(zhì)的需求也在不斷提高，尤其是對產(chǎn)品的質(zhì)量要求也越來越高。而在當前的PLC自動化控制系統(tǒng)應用過程中，不同的變頻器型號比較多。質(zhì)量比較好的變頻器雖然價格較高，但是在應用過程中具有較好的性能。但是如果沒有根據(jù)自動化生產(chǎn)線的具體情況選擇合適的變頻器，高性能變頻器可能會出現(xiàn)過載狀態(tài)，影響變頻器的穩(wěn)定性。在選擇變頻器的過程中，要根據(jù)自動化生產(chǎn)線的工作要求以及生產(chǎn)要求科學選擇變頻器。不能為了整體工作效率，采用性能比較高的變頻器，也不能為了節(jié)省生產(chǎn)成本，而采用不符合規(guī)定和要求的變頻器。而要根據(jù)生產(chǎn)線的實際工作狀態(tài)，科學選擇變頻器的型號，防止高性能的變頻器產(chǎn)生過載狀態(tài)，影響變頻器在應用過程中的穩(wěn)定性[3]。

4 基于PLC控制的變頻器在自動化生產(chǎn)線中的應用

4.1 PLC程序編制過程

將PLC控制技術(shù)應用在自動化生產(chǎn)線過程中，要注意對PLC程序進行準確的編制。在編制PLC程序的過程中，要特別注意PLC模擬量的輸出格式。一般情況下，要在S7-200CPU224XP中利用D/A變換的方式將模擬量的頻率指令輸入到變頻器內(nèi)。這樣可以對電機速度進行連續(xù)調(diào)整，通常情況下，PLC程序的信號格式包括電壓以及電流兩種。電壓的信號范圍要控制在0-10V以內(nèi)，而電流的信號為0-20mA。在PLC中的數(shù)字量的量程都為0-32000，主要采用電壓信號對PLC程序進行編制。變頻器的頻率以及PLC模擬量的輸出電壓關(guān)系為正比，模擬量輸出是數(shù)字量利用的轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換的，模擬量和數(shù)字量之間的關(guān)系也是正比關(guān)系。因此，頻率以及數(shù)字量的關(guān)系為正比。在分揀單元工作的過程中，主要利用觸摸屏確定變頻率的頻率給定值，觸摸屏以及自動化生產(chǎn)線的主站利用RS485進行通訊，傳輸?shù)刂窞閂W1002，可以利用RS485通訊口以及PPI的通訊協(xié)議傳送到分揀站。并且可以在分揀站將頻率給定值放在VW1002地址的存儲空間中。在PLC程序編制的過程中，要注意變換VW1002的存儲頻率給定值，然后將其從模擬量的輸出端口V、M進行傳輸，傳輸?shù)阶冾l器的模擬量輸入口的3、4端口中。變頻器模擬的輸入?yún)^(qū)域頻率為0-50Hz，PLC的對應數(shù)字量為0-32000，用16位的地址AQW0完成輸出過程。因此，需要將對應的頻率組織轉(zhuǎn)換成與之相對應的數(shù)字量，將頻率的給定值乘以640可以得到數(shù)字量[4]。

4.2 具體操作過程

自動控制技術(shù)在變頻器中進行具體操作的過程中，要從以下方面出發(fā)，確保操作過程的規(guī)范性及標準性，才能夠充分發(fā)揮PLC自動控制技術(shù)在生產(chǎn)線過程中的作用。第一，要編好自動化生產(chǎn)的相關(guān)程序，要對控制系統(tǒng)中的各個設備有準確具體的了解以及掌握，這樣才能夠保證規(guī)范操作。除此之外，還要對需要控制的對象有所認識，保證在控制過程中，能夠根據(jù)生產(chǎn)的具體需求完成操作過程。同時要在控制過程中，對硬件以及安裝的軟件進行嚴格仔細的檢查，防止出現(xiàn)故障，影響生產(chǎn)線的效率。第二，在具體操作過程中，最好畫出控制程序的圖紙。在畫程序圖紙的過程中，要根據(jù)PLC控制技術(shù)的具體結(jié)構(gòu)以及在控制過程中的運行狀態(tài)完成設計過程。設計完成之后，還要檢查設計好的控制圖紙，要保證設計圖紙與自動化生產(chǎn)線之間的要求相適應，確保其準確無誤后才能夠?qū)⒃O備的各個單元進行科學合理的安排和規(guī)劃。第三，完成設計圖紙之后，要由專業(yè)的人員根據(jù)設計的程序圖紙進行程序編寫過程，這一步是具體操作過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，不能出現(xiàn)錯誤，必須保證嚴格按照程序設計圖紙完成程序編寫，才能夠?qū)LC控制技術(shù)準確的應用在自動化生產(chǎn)線過程中，保證自動化生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，防止出現(xiàn)操作誤差。第四，程序編寫完成后，要對程序進行確認檢查，保證程序編寫沒有問題。同時，也要對程序運行過程中的具體情況進行檢查，防止在運行過程中程序操作出現(xiàn)問題。此外，還要根據(jù)程序編寫的具體情況完成程序操作說明書，對整個操作過程中應該注意的問題以及容易出現(xiàn)錯誤的地方進行標注和總結(jié)。

5 結(jié)束語

綜上所述，利用PLC控制技術(shù)對變頻器進行自動化控制的過程中，要重視對硬件連接以及通訊系統(tǒng)的連接。并且還要根據(jù)自動化生產(chǎn)線的具體要求，對變頻器以及控制的相關(guān)參數(shù)進行有效設置。除此之外，還要根據(jù)自動化生產(chǎn)線的控制情況進行PLC編程工作，才能夠?qū)ψ冾l器進行有效的自動化控制，否則可能會影響變頻器控制效率以及準確性。以PLC技術(shù)為基礎(chǔ)的自動化控制技術(shù)能夠確保在生產(chǎn)過程中的智能化以及自動化水平，從而提高整體的自動化生產(chǎn)效率，對促進變頻器的廣泛應用和發(fā)展有重要意義。

參考文獻：

[1]劉美珍，侯志平.基于PLC控制的變頻器在自動化生產(chǎn)線中的應用[J].現(xiàn)代制造，2017（3）：38-39.

[2]劉微.基于PLC控制的變頻器在自動化生產(chǎn)線中的應用[J].大科技，2017（20）：228.

[3]于子博.基于PLC與變頻器的自動化生產(chǎn)線供水控制系統(tǒng)的開發(fā)[J].科學技術(shù)創(chuàng)新，2015（10）：50-50.

[4]易衛(wèi)喬.基于PLC及變頻器的集成控制方法研究及其應用[J].自動化應用，2016（8）：18-19.