基于PLC的變頻器電機調速的方法探究

王玉娟

摘 要：在我國經濟飛速發展的大背景下，國內變頻器的應用也隨之逐漸擴大規模。變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將電壓和頻率固定不變的工頻交流電源變化成電壓和頻率可變的交流電源，供給交流電動機實現軟起動、變頻調速等功能的電能變換控制裝置。我們將設計探究基于PLC的變頻器多段速控制，通過總體方案設計來確定系統的功能要求，選擇軟硬件，制定工作方案;然后進行硬件設計，完成輸入輸出分配以及接線端子的連接;最后通過變頻器的參數設定和PLC的程序設計來完成此次多段速控制系統的操作。

關鍵詞：PLC;變頻器;電機調速;方法

引言

計算機技術的發展使得自動化這一概念越來越多應用于工業生產中，也使得很多復雜且對精確性較高的工作由原有的人工操作轉變為自動化系統操作，這不僅給有關人員減輕了工作負擔，也使得這些工作完成的效率與可靠性均得到了保障。在這些實現自動化功能的元件中，可編程類控制元件占據重要地位，利用程序完成對系統的控制也逐漸在很多工業領域得以應用，這其中最為常見的可編程類控制元件就是PLC。

1? PLC系統的特點

1.1體積小、節約能耗、安裝簡單方便

在單個的小型PLC中，具有大量的編程元件，這些分布的原件都可以被用戶加以利用，每個元件的的控制功能也不盡相同，所以在用戶使用的時候可以根據自己的需要進行安裝，用起來節能效果也十分滿意，同時它也能夠適應高速的生產速度，定位精度高，操作的誤差也小，質量可以得到保證。

1.2程序編制相對簡單

PLC系統的編程是采用接線的形式來實現的，而且由于PLC系統會編輯相對應的梯形圖程序，因此PLC系統一般會采用提醒語言的來做到相互對應。除此之外，為了方便管理，PLC會采用順序控制法來進行設計，這種設計方式規律極為明顯，可以被容易地掌握。

1.3操作靈活方便

PLC系統具有自動以及手動模式，滿足不同情況下的需要，同時在操作的時候還可以下達啟動和暫停的命令，方便應對突發狀況。除此之外它還具有先進的計數清零的功能，對于調整氣缸下壓的時間十分方便。最后，在實際的操作使用時，它具有自動進行送料固定的優勢，操作過程中不需要人動手，在一定程度上有利于保護用戶的人身安全，提高操作效率。

2? PLC與變頻器實現變頻調速

2.1八段速控制

八段速控制就是在變頻器中設定八個頻率，通過PLC的八個控制按鈕輸入分別控制一種頻率輸出，即實現一個按鈕控制一種電動機的轉速。具體實現過程如下：編寫PLC梯形圖程序使輸出端子Q0.0～Q0.2的輸出狀態組合成八種狀態，即000～111。每一種狀態用一個控制開關控制，這樣共有八個控制開關控制PLC的Q0.0～Q0.2輸出的八種狀態。將PLC的三個輸出端子與變頻器的控制電路端子7～9依次相連。通過對變頻器P09、P32～P38參數的設定確定出各個狀態輸出頻率的大小，這樣就實現了每一個控制開關控制變頻器的一種輸出頻率，將變頻器與電動機連接起來，通過對八個控制開關的通斷控制就實現了PLC對電動機的八段速控制。

2.2無極調速控制

本控制方案采用PWM技術對電動機進行控制，實現的功能是結合組態軟件實現在上位機組態界面上輸入一個頻率來控制電動機按這一頻率運行。具體實現過程如下，通過軟件編程使PLC輸出一路PWM脈沖，連接于變頻器的控制電路端子的9號端子。改變PWM脈沖的占空比即可改變變頻器的輸出頻率，這樣我們就可以在組態軟件中通過設定PWM脈沖的占空比來確定電動機的轉速。

2.3采用光電編碼器的閉環控制

本方案采用增量式光電編碼器作為閉環控制的反饋輸入，具體實現過程：PLC控制電動機按同一速度運轉，用光電編碼器檢測電動機當前轉一圈所產生的脈沖數，將它傳回給PLC。用PLC編程將脈沖數轉換成電動機的轉速，然后與電動機的預設值進行比較，若有偏差則通過PID算法將誤差消除，使電動機能按照預定的轉速進行運轉。

3基于PLC的變頻器電機調速的方法

3.1功能要求

本次系統的功能要求是這樣的：控制系統只有開關信號，由PLC和變頻器構成開環系統，多段速對應頻率由變頻器輸出，運行狀態轉換由PLC控制。根據這樣的功能要求，我們可以選擇GX-DEVELOPER-8.52編程軟件和GX-Simulator_6仿真軟件;并且需要可編程序控制器、電源、按鈕、變頻器和電動機等硬件。

3.2硬件設計

變頻器接線端子分為主電路端子和控制電路端子，主電路端子包括了交流電源輸入的R、S、T端子，以及變頻器輸出的U、V、W端子等等，分別用來連接工頻電源和三相異步電動機;控制電路端子包括了用于正轉起動和反轉起動的STF和STR端子，用于多段速選擇的RH、RM、RL端子以及輸出停止MRS端子復位RES端子公共端SD端子等等。這部分端子與PLC的輸出端進行聯接，達到控制的作用。例如：Y001接STF，Y002接STR，當PLC程序運行使Y001主觸點閉合時，相當于變頻器的STF端子外部開關閉合，變頻器驅動電動機正轉。同樣的如果需要接多段速，將PLC輸出的Y點與變頻器的控制端子進行聯接，PLC輸出的COM點與變頻器的SD端子進行聯接即可。

3.3程序設計

程序這一部分包括變頻器的參數設定和PLC的多段速控制程序。FR-E700系列變頻器可以用操作面板來設定參數，操作比較方便，對于多段速控制的參數值有：上限頻率Pr.1，下限頻率Pr.2，基底頻率Pr.3，加速時間Pr.7，減速時間Pr.8，操作模式選擇Pr.79，1速Pr.4，2速Pr.5，3速Pr.6等等。設置好參數以后就可以根據生產技術要求來編制PLC控制程序功能圖了。

3.4基于PLC系統以及變頻器實現速度的穩定性的控制

如何有效保障PLC系統以及變頻器速度的穩定性是目前急于解決的問題，針對這一現狀，就要積極探索找到合理的應對措施。例如，再電機的調水過程中，啟動電機就可以讓水泵扇葉進行旋轉，并且大多數情況下，需要電機同時工作來完成工作目標。以往大多數情況下都是利用直流電機來來調節和控制電機的運行速度，在電位機的控制下，會出現各種不同的反應。因此調水程序中，經常會發生速度變化大的現象，這樣對于程序的穩定性是一個極大的威脅，速度比率會產生明顯的變化，失去原有的平衡，這樣帶來的后果可能會是水泵軸承的破壞，又或者是調水效果的不達標。而且在運行期間，PLC程序一般會采用循環掃描的工作方式，我們在程序運行的時候，要不斷降低工作量以及存儲量，計算強度難以保持原有的水平，這樣在同步狀態下實現速度德爾穩定性也會有一定的難度。因此PLC狀態下可以將模糊控制理論以及PID控制算法很好地結合起來，這樣就能夠有效地保障速度的穩定性以及統一性。

結語

綜上所述，用PLC來控制變頻器的多段速是一個結合了軟件硬件的綜合性實操型工作，在此過程中涉及到了變頻器的端子基礎知識，變頻器與PLC的聯接方法，變頻器與工頻電源以及三相異步電動機的聯接方法，變頻器的操作面板基礎知識，變頻器的參數設置，PLC的編制控制程序功能圖等等系統性連貫內容，由于PLC和變頻器的品牌型號不同也會帶來操作過程中很大的不同，只有大量的積累相關知識才能做到觸類旁通，得心應手。

參考文獻：

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