變頻器與PLC配合使用時應注意的幾個問題

潘 鳴

（北京機械工業自動化研究所 電氣物理設備與應用技術工程研究中心，北京 100120）

0 引言

變頻器調速技術是集自動控制、微電子、電力電子、通信技術與一體的高科技技術。它因很好的調速、節能性能，在各行業中獲得了廣泛的應用。可編程控制器（PLC）是一種專為工業環境應用而設計的控制系統。PLC作為傳統繼電器的替代產品，廣泛應用于工業控制的各個領域。由于PLC可以用軟件來改變控制過程，并有體積小，組裝靈活，編程簡單，抗干擾能力強及可靠性高等特點，特別適用于惡劣環境下運行。

當利用變頻器構成自動控制系統進行控制時，很多情況下是采用PLC和變頻器相配合使用，例如我們設計加工的10kV斷路器裝配檢測線提升翻轉系統。PLC可提供控制信號和指令的通斷信號。

本文以三菱FR-A700系列變頻器為例介紹變頻器和PLC進行配合時所需注意的事項。

1 開關量信號的輸入

變頻器的輸入信號中包括對正轉啟動/反正啟動、低速、復位等運行狀態進行操作的指令信號。變頻器通常利用繼電器接點或具有繼電器接點開關特性的元器件（如晶體管）與PLC相連，得到運行狀態指令。指令信號的輸入有兩種邏輯類型，漏型邏輯和源型邏輯。

在漏型邏輯中，信號端子接通時，電流是從相應的端子流出，端子SD是觸電輸入信號的公共端端子，如圖1所示。

圖1 漏型邏輯模式輸入

源型邏輯模式是指信號輸入端子中有電流流入時信號為ON的邏輯模式。如圖2所示。

圖2 源型邏輯模式輸入

在使用繼電器接點時，為了防止因為接觸不良而帶來誤動作，需要使用高可靠性的控制繼電器；使用晶體管進行連接時，則需考慮晶體管本身的耐壓容量、電流容量等因素，使所構成的接口電路有一定的冗余，從而達到提高系統的可靠性的目的。

在設計變頻器的輸入信號電路時還應該注意，當輸入信號電路連接不當時也會造成變頻器的誤動作。例如，當輸入信號電路采用繼電器等感性負載時，繼電器分合時產生的浪涌電流帶來的噪聲有可能引起變頻器的誤動作，應盡量避免。

當輸入開關信號進入變頻器時，有時會發生外部電源和變頻器控制電源（DC24V）之間的串擾。當變頻器一側和繼電器一側存在電位差時，電源電路本身可能遭到破壞，所以也應加以注意并采取相應措施。

2 模擬量信號的輸入

變頻器中也存在一些數值型（如頻率、電壓等）指令信號的輸入，這些模擬量信號的輸入通過接線端子由外部給定，通常通過0～10V/5V的電壓信號或0/4～20mA的電流信號輸入。由于接口電路因輸入信號而異，因此必須根據變頻器的輸入阻抗選擇PLC的輸出模塊。圖3為變頻器模擬量的信號連接圖。

圖3 模擬量信號接線

當變頻器和PLC的電壓信號范圍不同時，如變頻器的輸入信號為0～10V，而PLC的輸出電壓信號范圍為0～5V時；或PLC的一側的輸出信號電壓范圍為0～10V而變頻器的輸入電壓信號范圍為0～5V時，由于變頻器和晶體管的允許電壓、電流等因素的限制，需用串聯的方式接入限流電阻及分壓方式，以保證進行開閉時不超過PLC和變頻器相應的容量。此外，在連線時還應注意將布線分開，保證主電路一側的噪聲不傳到控制電路。

通常變頻器也通過接線端子向外部輸出相應的監測模擬信號。電信號的范圍通常為0～10V/5V及0/4～20mA電流信號。無論哪種情況，都應注意：PLC一側的輸入阻抗的大小要保證電路中電壓和電流不超過電路的允許值，以保證系統的可靠性和減少誤差。另外，由于這些監測系統的組成互不相同，有不清楚的地方應向廠家咨詢。

3 信號的輸出

在變頻器工作過程中，經常需要將變頻器的運行狀態，如運行、頻率到達、報警等信號通知PLC。在連接這些輸出信號時，也必須考慮繼電器和晶體管的電壓、電流等因素。此為，連接時也應考慮噪聲的影響。輸出信號同樣有兩種邏輯類型，漏型邏輯和源型邏輯。

在漏型邏輯（如圖4所示）和源型邏輯（如圖5所示）中，端子SE是集電極開路輸出信號的公共端端子，端子RUN是輸出信號。

圖4 漏型邏輯模式輸出

圖5 源型邏輯模式輸出

4 變頻器與PLC配合使用時應注意的幾個問題

圖6 外接模塊單元

在使用PLC進行順序控制時，由于CPU進行數據處理需要時間，存在一定的時間延遲，故在較精確的控制時應予以考慮。因為變頻器在運行中會產生較強的電磁干擾，為保證PLC不因為變頻器主電路斷路器及開關器件等產生的噪聲而出現故障，將變頻器與PLC相連接時應該注意以下幾點：

1）對PLC本身應按規定的接線標準和接地條件進行接地，而且應注意避免和變頻器使用共同的接地線，且在接地時使二者盡可能分開。

2）當電源條件不太好時，應在PLC的電源模塊及輸入/輸出模塊的電源線上接入噪聲濾波器和降低噪聲用的變壓器等，另外，若有必要，在變頻器的接線端也應采取相應的措施。

3）當把變頻器和PLC安裝于同一操作柜中時，應盡可能使與變頻器有關的電線和與PLC有關的電線分開。

4）通過使用屏蔽線和雙絞線達到提高噪聲干擾的水平。

對于變頻器而言，主回路端子PE的正確接地是提高變頻器抑制噪聲能力和減小變頻器干擾的重要手段，因此在實際應用中一定要非常重視。

在變頻器等電力電子設備中，為了提高裝置的抗干擾和防雷擊能力，在電源輸入側均有電容或者壓敏電阻組成的電源濾波和壓敏電阻、放電管組成的防雷擊電路，有些變頻器可以直接選用外接模塊單元，如圖6所示。

在我國，大多數工廠采用三相四線制，有些用戶因沒有地線，干脆不接，或者為了簡單將PE接至零線。在這種情況下，由于防浪涌電路中的電容及壓敏電阻漏電流IC和IR較大，一般為幾十至幾百毫安，在接地情況不夠良好的情況下，R0較大，零線與地之間的電壓達到幾十伏，甚至上百伏，既不符合消防安全規范，也對系統的可靠性產生重大影響，因此在條件允許的情況下應盡量采用專用接地線，避免與其他設備公用接地。變頻器接地導線的截面積一般應不小于2.5mm2，長度控制在20m以內。建議變頻器的接地與其它動力設備接地點分開，不能共地。

4 結束語

PLC和變頻器連接應用時，由于二者涉及到用弱電控制強電，因此，應該注意連接時出現的干擾，避免由于干擾造成變頻器的誤動作，或者由于連接不當導致PLC或變頻器的損壞。并應特別注意系統的可靠性問題，尤其是變頻器所產生的高次諧波，可以通過多種方式對PLC產生影響。

[1] 三菱通用變頻器FR-A700使用手冊.

[2] 歐姆龍可編程控制器CP1H 操作手冊.

[3] 林育茲,謝炎基.變頻器應用案例.高等教育出版社,2007.