電機多段速控制中PLC和變頻器技術探析

甘梓堅

摘 要：PLC與變頻器技術已發展得越來越成熟，被廣泛應用到相應的行業與設備中，并推動著設備技術的革新。將PLC與變頻器技術應用到電機多段速控制當中，可以有效地實現平穩安全的控制，并且能夠有效推進電力行業與變頻技術的發展及進步。

關鍵詞：電機多段速控制；PLC；變頻器

中圖分類號：TP272 文獻標志碼：A

PLC作為一種新型自動化控制技術設備，編程相對簡單，維修起來也比較方便，成本低，但抗擾能力較強，還能靈活組合。變頻器技術在調速方面操作非常簡單，控制起來相對較容易，調速范圍也比較大，還具備節約能源的效果。在電機多段速控制中實現兩者的有效結合，對促進電力行業的發展有重要意義。

1 PLC和變頻器介紹

PLC的工作方式比較直觀，就是簡單的循環掃描。將用戶程序利用專業的編程軟件向PLC當中的用戶存儲器進行輸入與存放，在PLC運行過程中，執行用戶程序，操作時不能進行多個同時操作，而要按照分時原理來進行。由此，就可通過PLC的正常工作過程來執行程序。整個工作流程總體可分為3個階段，即輸入采樣→程序執行→輸出刷新。

PLC相應的編程語言中運用比較多的是形象直觀的梯形圖，PLC的表達方式及電路符號與繼電器的電路原理圖很相似。PLC為了增強自身的抗干擾能力，采取了一系列的軟件與硬件抗干擾措施。雖然PLC科技含量很高，但實際操作起來卻非常方便，調試及維護也較容易。

變頻器的主要組成部分是控制電路與主電路，可用公式表述變頻原理：

改變極對數p可實現電動機速度的變化，改變s可實現電動機轉差率的變化，改變f1可實現異步電動機電源頻率的變化。通常情況下，改變速度常用的方法是變化電源頻率。通過對三相異步電動機及其等效電路的科學分析，得出：E1=U1+ΔU，在f1與E1的值相對較大時，定子漏阻抗相應來說就會變小，而ΔU相應可以不予計算，這樣就得到相應的電動機定子電壓，所以U1≈E1∝f1Φm。通過各種相關公式的推理及科學的計算，可以得到

=常數

這樣就能通過對U1的控制實現對E1的控制。

2 電機多段速控制中PLC與變頻器技術的系統設計

2.1 實現控制功能

在電機多段速控制中，有效利用PLC與變頻器技術，可以科學合理地實現對電機多段速的合理調控。通過運用變頻器技術，利用該技術的各種優點，實現對電機多段速控制就要對回路進行控制，回路當中又包含高速端、低速端及中速端，主要通過對相應速端進行有效控制，可實現對電機速度進行有效控制。同時結合PLC技術，可對變頻器的輸入端實現開關量的控制，并且，還能利用相應的觸摸屏設備及其特有的遠程監控功能，實現對整個系統的監控。通過在電機多段速控制中有效地加入PLC與變頻器技術，可以使整個系統運行得更加安全可靠，系統工作效率也能得到有效提高。

2.2 硬件配置

要有效利用PLC與變頻器技術實現對電機多段速控制，就要科學合理地選擇合適的PLC、變頻器及觸摸屏。首先要確保變頻器額定功率不小于電動機相應的功率，然后設定變頻器額定電流要比1.5倍交流電機設定的額定電流高。一般情況下，要使PLC與變頻器有效配合并正常使用，需要運用繼電器完成變頻器的接點工作。還有一種情況，就是直接運用晶體管或其他相關繼電器中本身自帶的節電開關相關元器件等實現變頻器和上位機之間相互連接的功能，之后才能有效得到運行狀態及其他有關的指令，同時配合使用繼電器完成相應的接點活動，在執行相關操作的過程中，要特別注意不要因為接觸不良等意外情況而出現操作失誤或錯誤操作的不良現象發生。為了確保利用相關技術之后，整個系統依然能夠安全穩定且可靠運行，需要特別注意，利用晶體管實現相關連接功能的時候，要綜合考慮晶體管自身攜帶的電容、電流及電壓等各個方面的不同因素，避免由于相關因素的不良狀況影響到整個系統的安全與穩定。

2.3 控制系統中的I/O分配

通過對系統進行科學的研究與結合現實運行狀況的分析，并根據滿足實現系統控制的相關要求，PLC需要具備4個系統開關量相關的輸入點來實現對系統的有效控制，分別需要控制系統的高速啟動鍵功能、低速啟動功能、中速啟動功能及系統復位功能。這4個系統開關量當中，包含3個系統開關量的輸出是要對變頻器整體系統當中的高速、中速及低速實現輸入信號作用的，同時還要發揮其驅動交流電機的有效功能，確保系統運行能夠分別按照相應有區別的不同速度進行實際運行。對I/O設備及I/O點進行分配，需要分配輸入口及輸出口，對于輸入口來說，輸入設備分為SB1（低速啟動）、SB2（中速啟動）、SB3（高速啟動）、SB4（停止），相對應的PLC輸入繼電器分別為X001、X002、X003、X004；對于輸出口來說，輸出設備分為低速控制、中速控制、高速控制，相對應的PLC輸出繼電器則分別表示為Y001、Y002、Y003。

2.4 PLC的控制程序

要實現對SB1、SB2、SB3的有效控制，也就是對相應低速按鈕、中速按鈕、高速按鈕的控制，就需要通過運用PLC相應的編程語言來實現，使相應的按鈕對應相應控制輸出繼電器Y001、Y002、Y003相互連接的線圈能夠實現連續通電功能，同時實現3個輸出繼電器相互之間能夠互相鎖定這樣的功能，在系統運行結束之后，通過操作SB4這個按鈕實現系統停止運行動作，進而使上述的3個輸出繼電器之間相互連接的線圈也同時實現斷電功能。

2.5 制作觸摸屏畫面

通過制作相應的觸摸屏畫面，在實際的工農業各種生產活動中，可以有效實現相關機械的控制。通過利用先進的人機界面，可有效取代傳統生產中落后的控制面板及數據信息的設定，還能利用這種觸摸屏技術取代傳統的指示燈及各種開關按鈕裝置，并利用遠程監控的先進功能對各種運行狀態進行實時監控，各種重要的信息及數據都能夠直觀地顯示出來。操作人員通過對觸摸屏畫面的各種操作及各種信息數據的獲取，能夠準確及時地掌握各種機器的運行狀態，一旦出現狀態異常還能及時發現故障方位與原因，及時排除故障，并且這種方便快捷式的現代化操作還能有效減少操作人員的失誤及錯誤操作現象的出現。

2.6 調試系統

通過系統科學合理的接線圖，可有效地實現外部連接線的各種功能，將PLC各種梯形的程序圖及觸摸屏的各種程序通過相關技術下載并輸入到PLC及COT當中，然后對運行模式進行標準化設定，并按照相關科學數據設定外部運行模式與變頻器中高速、中速及低速的多段速運行模式，可準確快捷地通過控制觸摸屏來實現對系統各種運行狀態的控制，電機調速也能更加方便有效地得到控制。

結語

PLC是一種可編程的控制器，集自動化控制、計算機技術及網絡通信技術等先進的科學技術于一體；變頻器技術也具備相當多的操作優點。在工農業等各種現代化生產活動當中，要實現對電動機運行速率的有效調整與控制，就需要利用這兩種先進的現代化技術來實現對電動機多段速的合理控制，使整個系統安全穩定運行。

參考文獻

[1]黃賢振.基于PLC的RV減速機實驗臺系統的設計與實現[J].科技風，2017（1）：112.

[2]齊煒.變頻器多段速控制技術在自動控制領域的應用[J].化工管理，2017（29）：189.

[3]喬東凱，陳軍.基于PLC和變頻器的C650臥式車床主軸電機多段速系統設計[J].組合機床與自動化加工技術，2016（1）：98-100.