試析變頻器與PLC配合使用時應注意的問題

劉文斌

嘉峪關城域熱力有限公司 甘肅 嘉峪關 735100

引言

對于變頻調速來說，是公認且最為理想的調速方式。因為其展現出強大 PLC控制功能，并且 PLC自身體積比較小，組裝比較便利，編程簡單，具備較強的抗干擾能力，運行穩定性強，可以完成各種比較復雜的軟件編程和硬件連接任務。PLC與變頻器的連接方式種類有很多，其中包括：PLC的輸出端子與變頻器的多功能端子進行連接。在變頻器中，設有多個多功能端子，可以將多段速度功能設置在變頻器中，同時計算出相應的頻率；變頻器與PLC之間的RS485通信接口采用的是PLC編程通訊控制方式，對PLC數字信號進行調整，將其轉變為電壓信號，并把轉變后的信號反饋到變壓器中，以實現對變頻器運行情況的管控。在變頻器與PLC連接過程中，因為兩者都包含弱電控制強電的內容，在實際連接中，應該注意是否會出現干擾狀況防止因為兩者連接干擾而導致變頻器錯誤運行，或者因為連接不科學而造成PLC或者變頻器故障損傷。為了防止變頻器在運行過程中給PLC帶來影響，應在兩者連接中，重點分析需要注意的問題，提前做好應對。

1 變頻器與PLC配合使用時應注意的問題

1.1 開關量信號

通常情況下，開關量信號在變頻器中以一種重要的信號形式出現，其涉及的種類有很多，具體展現在七個方面，如啟動停止信號、故障信號、多段速度信號、正向和反向旋轉信號、頻率到達信號[1]。在這個過程中，通過將PLC應用價值全面發揮，在PLC系統中，實現開關輸出點與變頻器中控制回路信號輸入端深入連接，通過使用PLC技術實現對變頻器運行張的控制，讓變頻器保持在指定狀況，如停止運行、前進、后退等。在PLC中，開關量輸入點一般安裝了晶體管或者是繼電器，在變頻器控制回路中，輸入信號主要要劃分為兩種類型，一個是漏極型輸入信號，另一個是源極型輸入信號[2]。通過比較分析，在電流收入方面，主要是源極型，在電流流入方面，主要是漏極型。在實際應用中，由于相關人員認識不到位，可能將兩種電流形式混淆，如果無法正確區分源極類型和漏極類型，將造成電源運行混亂，無法保證逆變器和PLC的正常使用[3]。在這種情況下，為了保證變頻器運行安全，在PLC和變頻器結合中，把繼電器安裝在PLC輸出端，之后將繼電器和變頻器進行連接，實現對PLC安全保護。模擬量信號

除了開關信號的形式，連接PLC和變頻器時也包含了模擬信號。模擬開關信號中包含了電壓信號和電流信號兩種類型。其中，電壓信號的取值范圍為0～10V，其中也包括0～5V的類型。電流信號的值范圍為0～20mA，也包含了4～20mA的類型[4]。通過變頻器中模擬輸入端口和PLC模擬輸出端口的連接，PLC中的頻率命令可以及時傳遞到變頻中。變頻器中的電壓和電流結合信號命令要求進行一定調整。并且，將變頻器中模擬輸出端口和PLC模擬輸入端口深入融合，或者把變頻器傳遞的頻率信息反饋到PLC系統中，可以根據變頻器運行發展趨勢，在PLC中如實反饋[5]。當模擬信號在PLC和變頻器之間交換時中，需要配合開關信號，其意義就是因為模擬信號無法實現變頻器的有效控制。對于模擬信號中出現的問題，主要以電流問題和電壓問題為主，要求獲取準確的數據信息，不可將電流信號與電壓信號混淆在一起反之則會造成電壓的下降。模擬量信號接線見圖：

圖1 模擬量信號接線

1.2 總線通訊

推動我國社會經濟快速發展的主要因素就是工業生產速度和效率加快，把越來越多的工業生產活動同時使用了PLC和變頻器。開關信號和模擬信號都需要大量的模塊來輔助操作過程，但連接模塊和PLC的過程需要復雜的布線操作，從而給工業生產活動帶開展增添難度，并且模塊運行穩定性與安全性相對偏低[6]。基于此，在一起使用PLC和變頻器過程中，可能會出現另一種連接形式，也就是總線通信。總線通信形式中PLC只需要一根電纜就能和變頻器進行連接。PLC可以通過總線協議向變頻器傳輸各種信號，并可以發送各種命令，如正向和反向旋轉命令、啟動命令、停止命令、頻率命令等。并且，它還可以實現變頻器對PLC的信息反饋，這種連接方式展現出較強的運行效率、穩定性高、問題發生率小等優勢[7]。但是也存在一些不足，例如總線通訊的通訊塑性比較遲緩，同時在信息傳輸過程中，如果傳輸的數據規模比較大，或者變頻器數量比較多，這種缺陷更加明顯，在企業經營發展中，相關工作人員長時間以來都在進一步探究該問題的處理方式，尋找合理的解決對策[8]。例如，當前出現了與總線通信結合使用的通信卡，可以有效地提高通信速度，并簡化編程。

2 防止變頻器對PLC干擾的應對措施

眾所周知，PLC主要是由精密電子元件組合而成，更容易受到外部噪聲的因素的影響。對于變頻器，主要是使用高載頻輸出斬波信號，因此成為噪聲源。當PLC與變頻器聯合使用時，變頻器發出的噪聲可能會造成PLC操作錯誤，因此需要結合實際情況，做好相應的噪聲抑制工作，優化相關處理措施[9]。通常情況下，變頻器發出的噪聲類型劃分為三種：第一種是變頻器本體的連接線和變頻器的主電路（輸入和輸出）發出的噪聲；第二種是靠近主電路線的外圍設備的信號線上的電磁和靜電感應產生的噪聲；第三種是由電源電路線路傳輸的噪聲。為了減低噪音問題的產生，應做好以下幾項工作：第一，PLC應盡可能和變頻器保持一定的安全距離；第二， PLC與變頻器之間的控制線盡可能和變頻器的電源線保持一定安全距離；第三，防止PLC信號線和變頻器電源線的并聯和捆綁接線；第四，在變頻器輸入端位置安裝EMC濾波器；第五，在變頻器的輸出端位置安裝線路噪聲濾波器，從而起到抑制導線產生的輻射噪聲的目的；第六，信號線和電源線應采用屏蔽線，分別安裝在金屬管內部[10]。

在變頻器運行過程中，可能會給周圍電氣設備帶來一定影響，其中也包含了PLC，容易產生比較強烈的電磁干擾。要想避免在變頻器運行中給PLC產生影響，讓PLC系統運行更加穩定和安全，變頻器應該和PLC充分連接，并且在連接過程中，注意以下幾點問題：①PLC自身需要根據接線相關要求和接地標準完成接地處理，同時注意防止和變頻器使用相同的接地線，同時在接地過程中盡可能讓兩者充分分離。②當電源電壓波動較大且有大量的高次諧波分量時，為了避免受到諧波干擾，應將噪聲濾波器或隔離變壓器連接到PLC電源模塊和輸入輸出模塊的電源線中。如果干擾問題比較嚴重，應綜合思考在逆變器主電路中連接電抗器和專用噪聲濾波器[11]。③當變頻器和PLC安裝在相同的電氣控制柜中時，與變頻器和PLC相關的電纜應盡量采用分別獨立安裝方式，特別是連接變頻器的強電電纜和連接PLC的弱電電纜，需要做到分開敷設。

3 結束語

總而言之，對于變頻器與PLC在連接過程中常見的問題，主要包含了數字信號連接、模擬信號連接以及為避免變頻器對PLC的干擾而應注意的問題。基于此，在工程建設中，需要從設計、施工、設備運行、維護管理等方面入手，給予高度重視，做好相應的防范和控制工作，降低各種因素對變頻器、PLC 運行過程的影響，從根源上減少由于連接不到位造成PLC或變頻器損壞而引發的各種經濟損失。