電機(jī)控制中PLC與變頻器通訊的應(yīng)用

陶偉

（阜陽技師學(xué)院機(jī)電工程系 安徽省阜陽市 236000）

在工業(yè)設(shè)備的正常運(yùn)行過程中，使用PLC 技術(shù)和變頻器的范圍較廣，可以為電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行提供重要的保障。PLC 屬于可編程的邏輯控制器，在電動(dòng)機(jī)控制以及工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中發(fā)揮著較大的作用。隨著變頻技術(shù)的快速發(fā)展，我國在變頻技術(shù)方面也取得了較好的成績，將變頻技術(shù)和PLC 技術(shù)進(jìn)行了有機(jī)融合，避免以往所使用的直流調(diào)速技術(shù)產(chǎn)生的局限，提高生產(chǎn)活動(dòng)的自動(dòng)化水平。PLC 技術(shù)可以對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行高效處理，避免了在以往生產(chǎn)活動(dòng)中控制器所需要的人工操作流程，達(dá)到了自動(dòng)調(diào)頻的效果。PLC技術(shù)目前在我國的工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)取得良好的應(yīng)用效果，為了促進(jìn)工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，推進(jìn)工業(yè)化進(jìn)程，我國應(yīng)當(dāng)繼續(xù)對(duì)PLC 技術(shù)進(jìn)行研發(fā)和應(yīng)用。

1 PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理

傳統(tǒng)模式中的調(diào)頻控制設(shè)備在做功的時(shí)候主要運(yùn)用的是：繼電器設(shè)備的邏輯控制功能，但是PLC 自動(dòng)的控制操作系統(tǒng)能夠當(dāng)做是微型的計(jì)算機(jī)設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)編程控制調(diào)頻工作環(huán)節(jié)[1]。PLC 技術(shù)從某種程度上極大地推進(jìn)了我國工業(yè)化的進(jìn)程。從操作過程與原理上來講，PLC 技術(shù)在進(jìn)行運(yùn)用的時(shí)候相對(duì)較為簡單，主要原因是：PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)用的是操作技術(shù)人員所熟知的梯形圖的編程方式，因?yàn)槭熘木幊谭绞街拢夹g(shù)操作人員上手相對(duì)較為容易。因?yàn)镻LC 自動(dòng)控制系統(tǒng)本身具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性、精準(zhǔn)性以及相對(duì)較強(qiáng)的抗干擾的能力，從而使該項(xiàng)系統(tǒng)具有更高的可信程度。與此同時(shí)，還能夠較為顯著的延長自動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行壽命，與傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比較，其使用壽命在較大程度上被提升。縱然PLC 系統(tǒng)本身相對(duì)較為復(fù)雜，但是，在對(duì)其進(jìn)行日常維護(hù)的時(shí)候相對(duì)較為容易。PLC 系統(tǒng)本身的體積相對(duì)小、比較容易拆卸以及連接模式也會(huì)相對(duì)較為便捷。在硬件層面上的優(yōu)勢，使該項(xiàng)系統(tǒng)能夠較好在全國的范圍內(nèi)使用與推廣。雖然PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)擁有較多的優(yōu)勢，但是在實(shí)際操作生產(chǎn)的時(shí)候，該項(xiàng)系統(tǒng)在操作的時(shí)候，對(duì)象只有一臺(tái)電機(jī)，若是想要將PLC 系統(tǒng)具備的優(yōu)勢發(fā)揮出來，需要對(duì)其進(jìn)行規(guī)范的操作。

PLC 與變頻器通過USS 協(xié)議，用戶可以通過程序調(diào)用的方式實(shí)現(xiàn)PLC 與變頻器之間的通信，通信網(wǎng)絡(luò)是PLC 和變頻器內(nèi)置的RS -485 通信口和雙絞線組成的。變頻器以PLC“從站”形式，通過串行總線相互連接，由PLC 對(duì)變頻器發(fā)送頻率給定指令與控制命令，同時(shí)也可以對(duì)變頻器的狀態(tài)進(jìn)行檢查[2]。作為主站的PLC有權(quán)向變頻器從站發(fā)送通信請(qǐng)求報(bào)文命令；從站變頻器只有在接受主站命令后才能像主站PLC 發(fā)送數(shù)據(jù)，從站變頻器之間不可以進(jìn)行相互數(shù)據(jù)通信。

2 PLC與變頻器的控制方法

在對(duì)變頻設(shè)備進(jìn)行就地操作的時(shí)候，一般都是運(yùn)用調(diào)節(jié)的措施對(duì)系統(tǒng)的控制面板進(jìn)行控制，運(yùn)用這種模式主要就是在電動(dòng)機(jī)設(shè)備的轉(zhuǎn)速改變不頻繁的狀況下，僅僅需要對(duì)場合進(jìn)行偶爾的改變；還有一種模式是對(duì)變頻器設(shè)備的端子采取嚴(yán)格的控制，這種模式關(guān)鍵是對(duì)變頻器設(shè)備的控制端子層面的邏輯數(shù)據(jù)輸入端口的邏輯進(jìn)行組合，不同的預(yù)制速度設(shè)置的工作都能夠在里邊完成，而后再運(yùn)用邏輯輸入端口的控制值進(jìn)行控制與輸出，從而對(duì)變頻器設(shè)備進(jìn)行較好的控制。一般來講，在對(duì)電動(dòng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行控制的時(shí)候，先會(huì)對(duì)制定規(guī)章與政策，要求電機(jī)設(shè)備按照規(guī)定的要求進(jìn)行轉(zhuǎn)速與啟停操作[3]。在對(duì)電動(dòng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行控制的時(shí)候，先會(huì)設(shè)定固定的頻率，而后再運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備。這種控制模式是運(yùn)用變頻器設(shè)備控制操作，導(dǎo)致其運(yùn)行成本相對(duì)較高，沒有辦法將對(duì)平滑線進(jìn)行連續(xù)的調(diào)速，不能保障控制的精準(zhǔn)性。所以該項(xiàng)模式只是適用于不需要較高精準(zhǔn)度的場合。對(duì)PLC 系統(tǒng)的模擬量進(jìn)行配置，達(dá)到變頻器設(shè)備控制的模式被稱作模擬控制，但是由于模擬量關(guān)鍵是作用于對(duì)設(shè)備的電壓信號(hào)，控制輸出，較容易出現(xiàn)控制線路的電壓大幅度下降的狀況，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的可靠性與安全性。該類的通信控制模式的工作主要原理就是將串行的電纜設(shè)備進(jìn)行較為簡單的連接，從而有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻設(shè)備的控制與監(jiān)視工作，提高設(shè)備運(yùn)行的精準(zhǔn)度與穩(wěn)定程度。這就是PLC與變頻器的控制模式，被較為廣泛的運(yùn)用在實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中，能夠有效的提升系統(tǒng)做工的質(zhì)量與效率。

3 PLC以及變頻器綜合應(yīng)用

PLC 和變頻器是在當(dāng)前工業(yè)控制系統(tǒng)中所使用的較為普遍的一種控制方式，并且也取得了較好的控制效果。變頻器進(jìn)行速度調(diào)控的方式主要有4 種：

（1）對(duì)操作面板進(jìn)行控制，這種控制方式可以被應(yīng)用在現(xiàn)場操作的過程中，或者電動(dòng)機(jī)處于均勻速度時(shí)，都能夠達(dá)到取得較好的控制效果。

（2）對(duì)端子進(jìn)行控制，將不同的邏輯組合通過端子進(jìn)行輸入，進(jìn)而達(dá)到并實(shí)現(xiàn)預(yù)制的速度，與此同時(shí)使用邏輯輸入口對(duì)端子的狀態(tài)進(jìn)行智能化的控制，通過開啟端子來讓電動(dòng)機(jī)可以正常輸出，通過關(guān)閉端子讓電動(dòng)機(jī)可以停止輸出[4]。這種控制方式可以被應(yīng)用在已經(jīng)擁有預(yù)設(shè)好的程度的電動(dòng)機(jī)中，對(duì)按照一定頻率進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的場合進(jìn)行改變。

（3）通過模擬輸入的手段來控制變頻器的工作頻率。

（4）對(duì)變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)程的通訊控制，但是這種控制方式需要利用串行電纜來作為控制的媒介，可以避免變頻器在模擬方面以及數(shù)字量缺點(diǎn)方面給控制功能帶來的影響，進(jìn)而達(dá)到高效控制的效果，此時(shí)上位機(jī)能夠從中獲取大量的有關(guān)于變頻器的真實(shí)信息，可以為機(jī)械系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供有效的保障。

因?yàn)椴灰粯拥脑O(shè)備、變頻器、控制器之間信息交換存在差距，所以在使用PLC 與變頻器之間的通訊協(xié)議使用研究就顯得最為關(guān)鍵。另外，因?yàn)殡姶怒h(huán)境不良、控制設(shè)備點(diǎn)多、信號(hào)受到干擾等多種因素，造成系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠性比較小，利用PLC 與變頻器通訊控制方法，不但可以將多電機(jī)同步操作，工作實(shí)現(xiàn)，而且有效的將人力物力成本節(jié)約，抗干擾能力比較大，是最為理想的解決問題的技術(shù)方法[5]。

4 PLC和變頻器通訊的實(shí)際應(yīng)用

4.1 PLC和變頻器通訊系統(tǒng)的組成

當(dāng)PLC 和變頻器進(jìn)行通訊的時(shí)候，會(huì)有較多的系統(tǒng)參與到這一運(yùn)行過程中，并且參與運(yùn)行的每一個(gè)通信硬件都有著不同的特點(diǎn)，例如目前應(yīng)用較多的RS485 通信和MODBUS 通信系統(tǒng)之間就有著較大的差距。但是在實(shí)際的應(yīng)用過程中，很多通信系統(tǒng)的構(gòu)成部分，都是只有一個(gè)PLC 以及PLC 所相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器，通訊模板以及不同數(shù)量的變頻器。其中RS485 通信系統(tǒng)的應(yīng)用是在所有系統(tǒng)中最多的，主要是由PLC、485ADP 模板、RS485 變頻器以及擴(kuò)展存儲(chǔ)和所構(gòu)成的。在通信系統(tǒng)中變頻器的數(shù)量大多數(shù)都要在8 個(gè)以上，由此可見要想提高PLC 和變頻器通訊的應(yīng)用效果，就必須要保證各個(gè)配置都處于性能良好的狀態(tài)，提高通訊系統(tǒng)的質(zhì)量，為工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的開展提供重要的基礎(chǔ)保障[6]。

4.2 PLC和變頻器通訊參數(shù)的具體設(shè)置

RS-485 串行通訊所使用的是無協(xié)議通信，是一種典型的通訊系統(tǒng)類型，當(dāng)PLC 和變頻器進(jìn)行通訊的過程中，不需要經(jīng)理原有的固定協(xié)議，同時(shí)也不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，只需要利用通信端口就可以完成傳輸指令的目的，進(jìn)而完成對(duì)電機(jī)的控制。在通信系統(tǒng)開始進(jìn)行通信之前，首先要對(duì)通訊端口進(jìn)行檢查和設(shè)定，保證硬件和硬件之間的連接處于正常狀態(tài)，并且需要保證通信硬件擁有精準(zhǔn)的參數(shù)。如果是使用PLC 來對(duì)多個(gè)變頻器實(shí)施通訊控制的過程中，需要先處于尾端位置的變頻器進(jìn)行設(shè)置，并在其中加入相應(yīng)的阻抗，阻抗的阻值應(yīng)當(dāng)保持在100Ω。在設(shè)置變頻器的過程中也需要對(duì)撥碼開關(guān)進(jìn)行設(shè)置，將引腳屬于1 的撥碼進(jìn)行調(diào)整，將其設(shè)置成為開的狀態(tài)，并顯示在變頻器的終端處已經(jīng)有電阻。在設(shè)置RS-485 的通信硬件過程中，所使用的串口為CPIH，通過CPIH 這一串口通信來進(jìn)行設(shè)置。應(yīng)當(dāng)在PLC 的通信連接位置增加一個(gè)與RS485 相對(duì)應(yīng)的RE-485 通訊選件板同時(shí)對(duì)撥碼開關(guān)進(jìn)行設(shè)置，具體設(shè)置的撥碼開關(guān)為SW4，將其改變到關(guān)閉的形態(tài)，此時(shí)應(yīng)當(dāng)讓串口1 處是處于通訊的狀態(tài)下的[7]。

當(dāng)對(duì)通訊參數(shù)進(jìn)行設(shè)置的時(shí)候，需要重視不同參數(shù)的設(shè)置，這樣才可以保證生產(chǎn)活動(dòng)的正常運(yùn)行，提高plc 和變頻器通訊的控制效果。首先需要設(shè)置的就是通信速率這一參數(shù)，設(shè)置時(shí)包括了多個(gè)內(nèi)容，波特率應(yīng)該設(shè)置在4800、9600、19200 的狀態(tài)下。當(dāng)在進(jìn)行參數(shù)選擇的時(shí)候，需要參照變頻器的實(shí)際參數(shù)，需要讓兩處的參數(shù)始終處于同一狀態(tài)。其次，需要設(shè)置停止位長的參數(shù)，當(dāng)設(shè)置參數(shù)時(shí)應(yīng)當(dāng)結(jié)合停止位長的實(shí)際情況來選擇參數(shù)。再次，需要對(duì)奇偶校驗(yàn)位參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，在設(shè)置這一參數(shù)的過程中，所需要依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)為奇偶校驗(yàn)結(jié)果的不同。最后，還需要對(duì)其他的多個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，分別為通訊參數(shù)、校驗(yàn)實(shí)踐以及通訊更待時(shí)間等，都需要正確的設(shè)置參數(shù)。如果其中一個(gè)參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，都有可能會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)活動(dòng)出現(xiàn)運(yùn)行問題。

4.3 對(duì)PLC以及變頻器通訊程序進(jìn)行設(shè)計(jì)

這一環(huán)節(jié)是保證PLC 和變頻器通訊實(shí)際應(yīng)用熊的關(guān)鍵因素，需要結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用場合來判斷PLC 和變頻器通訊之間的聯(lián)系方法，并明確它們之間的運(yùn)行條件，這樣才可以保證通信程序設(shè)計(jì)的有效性[8]。當(dāng)兩者處于通信狀態(tài)下，PLC 和變頻器之間會(huì)選擇使用主從應(yīng)答的凡事來實(shí)現(xiàn)通信的效果。此時(shí)可以將PLC 當(dāng)做是主機(jī)以及通信的主要途徑，利用其主機(jī)的功能發(fā)出控制指令，進(jìn)而控制相應(yīng)的變頻器來完成指令。此時(shí)變頻器為從機(jī)器，是屬于被動(dòng)狀態(tài)的，當(dāng)接受指令之后進(jìn)行被動(dòng)工作。PLC 以及變頻器的連接媒介為電纜，因此變頻器可以接受到PLC 所傳遞的信息和指令，進(jìn)而完成通信工作，對(duì)PLC 進(jìn)程編程。當(dāng)設(shè)計(jì)PLC 的程序時(shí)候，需要利用系統(tǒng)初始化脈沖，進(jìn)而將PLC 中的有關(guān)參數(shù)輸入到寄存器中。PLC 會(huì)下達(dá)相應(yīng)的指令，使PLC 和變頻器之間的通信工作可以順利完成，讓各種信息數(shù)據(jù)可以有序的輸入和輸出。

5 結(jié)束語

在電動(dòng)機(jī)控制裝置中使用PLC 通信模塊，可以對(duì)多個(gè)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行同時(shí)控制，并且還降低了控制所需要的成本投入，在調(diào)速方面也變得更加靈活，且調(diào)速具有一定的可靠性。同時(shí)應(yīng)用了觸摸屏之后，可以利用PLC 對(duì)變頻器的參數(shù)設(shè)定情況進(jìn)行監(jiān)控，讓參數(shù)設(shè)定變得更加簡單且具有準(zhǔn)確性。在實(shí)際的生產(chǎn)活動(dòng)過程中，應(yīng)當(dāng)積極使用PLC 和變頻器通訊，對(duì)在生產(chǎn)過程中的多個(gè)電機(jī)系統(tǒng)實(shí)施調(diào)速以及自動(dòng)控制，促進(jìn)工業(yè)活動(dòng)的自動(dòng)化發(fā)展。現(xiàn)代化工業(yè)不斷發(fā)展的過程中，如何對(duì)龐大的工業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控已經(jīng)成為了制約工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素，必須要對(duì)這一問題進(jìn)行重點(diǎn)解決。經(jīng)過目前對(duì)PLC 以及變頻器通訊應(yīng)用實(shí)際效果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)兩者之間進(jìn)行信息合作，可以對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的監(jiān)督以及控制，值得在今后的生產(chǎn)活動(dòng)中廣泛應(yīng)用。