PLC控制與變頻調速系統設計

李　穩，張海龍，車　煥.遼寧省營口市營口理工學院，遼寧營口　504 .遼寧省營口市金辰機械股份有限公司，遼寧營口　5000

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PLC控制與變頻調速系統設計

李穩1，張海龍2，車煥1
1.遼寧省營口市營口理工學院，遼寧營口115014 2.遼寧省營口市金辰機械股份有限公司，遼寧營口115000

摘要隨著微電子技術和信息技術突飛猛進的發展，可編程邏輯控制器技術也在不斷完善和提高，作為我國現代工業控制的三大支柱之一，目前我國已將可編程邏輯控制器應用于冶金、機械、礦業等各個領域，推動了我國工業的發展，本文從以下幾個方面介紹了PLC控制與變頻調速系統設計，首先介紹了變頻調速及分類，還闡明了PLC的定義以及PLC控制與變頻調速系統設計的方式操作，同時也說明了設計時應注意的問題。

關鍵詞變頻調速系統；PLC控制；變頻器；變頻電源

PLC技術在不斷提高和發展，越來越多的工業企業將其應用于工業設備中，變頻調速系統設備與PLC相結合減少了損耗電能、可靠性較高并且操作過程簡單、經濟效益十分明顯等一系列的優點，合理利用變頻調節系統和PLC控制的優越性并將其應用于所需要的各個領域，來推動它的發展。

1　變頻調速及分類

1.1按變頻電源的性質分類

按變頻電源性質分類可分為電壓型變頻器和電流型變頻器。對于交—直—交型的變頻器，中間直流環節采用什么樣的濾波器是電壓型變頻器和電流型變頻器的主要區別。在電路中間環節，直流環節多采用大電容濾波器，直流電壓波形平直，施加在負載上的電壓值一般不會受到負載的影響，電壓值基本保持不變，電壓型變頻器通過逆變的方式輸出的交流電壓形狀大多為矩形或階梯形，但是當通過電動機負載濾波器后波形接近正弦式，其含有的諧波分量較大。其優點是其運行方便，幾乎不受負載等因素的影響。缺點是當負載短路時或者在變頻運行時投入了負載，都會出現過電流的現象，需要短時間內采取有效措施進行保護。

1.2電流型變頻器

在電路中間直流環節多采用大電感濾波電流波形平直，其不受施加在負載上的電流的影響，所以電流值比較穩定類似于電流源這就是電流型變頻器。通過應用電流型變頻器來控制直流電流時可以通過改變直流電壓的方式，從而形成可調節的直流電源進一步可以控制輸出。因為電流的可控性好的特點所以電流型變頻器可以限制因負載短路問題引起的過電流現象，經常用在頻繁加減速和四象限運行的地方。交—交變頻器沒有濾波電容，但是供電電源的低阻抗使它具有電壓源的性質所以也屬于電壓型變頻器，有的交—交變頻器用電抗器把輸出的電流波形變成矩形波，讓它具有電流源的性質這時屬于電流型變壓器。

1.3PLC的介紹

PLC中文名為可編程邏輯控制器，PLC是一種在數字運算操作下的電子系統，主要應用在工業環境中，其內部存儲程序、執行邏輯運算、順序控制、定時和計數與運算操作等指令主要采用可編程的存儲器，同時在控制不同類型的機械生產過程時主要采用數字或模擬式輸入輸出的方式。在工作運行時PLC想要實現控制功能主要通過執行反應要求的客戶程序，用戶要求的程序需要不斷重復輸入直到停機或者切換到stop工作模式，這樣PLC輸出的信號才能不斷的反饋可能會發生變化的輸入信號。

2　PLC控制變頻調速系統設計

2.1PLC控制變頻器的方法

在采用PLC控制變頻器時常用兩種方法模擬量控制法和通信方式。模擬量控制的方法操作簡單而且直觀，在通過此方法實現對變速器的控制時主要是利用變頻器的I/0端子將變頻器的跟隨速度設置成某個模擬量的輸入，一般一個模擬量通道中只能有一個變頻器。通信的方法不單單實現了對變頻器的控制，還可以獲取變頻器的運行狀態，它操作方式很簡單只需要把變頻器看做為一個設備，PLC來通信來讀寫出變頻器內部的寄存器從而實現了對變頻器的控制。

2.2變頻器中數值型信號的輸入

變頻器中也存在一些頻率、電壓等數值型指令信號的輸入，有數字輸入和模擬輸入兩種，數字輸入在給定時通常應用變頻器面板上的鍵盤操作和串行接口，模擬輸入給定時一般通過接線端子的內部，通常電壓信號為0～10V/5V或者輸入的電流信號為0/4～20mA。接口電路因輸入信號來決定，所以在選擇PLC的輸入模塊時必須要依據變壓器的輸入阻抗來決定。如果變頻器和PLC的電壓信號范圍不同時，又加上變頻器和PLC的輸入、輸出端晶體管所允許的電壓、電流的限制因素，所以需要將限流電阻用串聯的方式接入來確保開關時不超過PLC和變頻器輸入輸出端的允許容量。

2.3PLC的優點

如今大多數PLC的“梯形圖編程方式”在控制線路上思緒清晰直觀，滿足了很多工廠企業中工人們和技術人員的編程水平和讀圖的習慣，所以讓人易于接受，掌握速度快。在執行梯形圖程序時用內部的解釋程序將其翻譯成匯編語言，雖然比直接執行匯編語言編寫的程序消耗時間長一些，但是對于目前的大型機電控制裝備來說這些都顯得微不足道，就目前對控制的要求來講完全可以滿足。

3　設計中應注意的問題

3.1啟動變頻器時

在啟動變頻器時，不能迅速地把給定電壓達到設定值應該逐步達到設定值來實現軟啟動功能，這樣就會減少起動電流對電網的沖擊破壞，還節約了電能的損耗。在啟動階段不能調節PID，防止出現震蕩現象。負載過大時，可以在變頻器的側邊加上電抗器來減少變頻器高次諧波的影響。

3.2將變頻器與PLC相連接時

對PLC進行接地時要按照規定的接線標準和接地條件，連線應使用雙絞線或者屏蔽線這樣可以提高抗噪聲能力，注意和變頻器用接地線要不是同一根。當電源條件不好時，可以將噪聲濾波器和降低噪音用的變壓器接入PLC的電源模塊和輸入輸出模塊的電源線上。如果在同一個操作柜安裝了PLC和變頻器時，盡量把與變頻器有關的導線和PLC有關的導線分開。在PLC和變頻器連接時，由于弱電控制強電的因素，所以要注意到連接時的干擾避免出現由于干擾造成的變頻器故障發生，導致變頻器和PLC受損。

3.3在進行變頻切換時

電機在變頻供電方式下切換時，必須保證接觸器閉合和斷開的順序和開關時的時間，防止電機繞組產生的感應電動勢加載到變頻器的輸出逆變橋上，造成損壞。在PLC自動調節時，PLC運算中斷要定時防止受到掃描周期的影響，可以依據系統的調速指標和控制精度來設定中斷的時間周期，當然也要考慮到系統在給定到系統運行輸出時的時間的延遲。

4　結論

目前的PLC技術能夠滿足大多數企業的技術人員的編程水平，變速調控技術和PLC相結合讓兩者優點共同發揮更有益于現在企業的發展。總而言之，雖然現在PLC技術還可以滿足工廠企業的需求但是也要不斷發展和完善可編程邏輯控制器技術，將其與變頻調速系統相結合共同應用于所需的領域范圍來推動我國工業水平的發展。

參考文獻

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［3］顧戰松，陳鐵年.可編程控制器原理與應用［M］.北京：國防工業出版社，2005.

中圖分類號TP39

文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2016）165-0182-02

作者簡介：李穩，遼寧省營口市營口理工學院。張海龍，遼寧省營口市金辰機械股份有限公司。車煥，遼寧省營口市營口理工學院。