基于PLC技術的變頻器自動控制研究

高培暢，楊培宏

（1.包頭鐵道職業技術學院，內蒙古 包頭 014000；2.內蒙古科技大學，內蒙古 包頭 014010）

隨著工業化的推進，鋼鐵冶金行業亟需實現智能化生產、集約化管理，這對鋼鐵冶金行業自動控制技術提出了更高的要求。PLC技術的變頻器自動控制通過將多個PLC搭建在一起，形成功能性強、穩定性高的自動控制系統，上位機對整個系統進行監控與管理，下位機接收上位機所傳達的指令，自動、智能調整被控對象的參數與運行情況，既實現工業生產的集中管理及分散控制，又降低機械設備運行中的資源消耗，對于擴大鋼鐵冶金企業經濟效益、社會效益、生態效益具有重要價值。

1 簡述PLC技術與

PLC，即可編程控制器，作為一種新型的工業自動化控制技術，是計算機、通信、自動控制等前沿顛覆性科技與傳統順序控制器融合的產物，主要作用為取代并優化傳統的繼電器、執行邏輯等順序控制功能，建立一種具有柔性特征的遠程自動化控制網絡及系統，具有極強的適應性、便捷性、抗干擾性、穩定性、高效性，其在各行業中具有廣闊的應用前景。PLC技術的原理為循環掃描，在其運行過程中，CPU根據用戶的控制需求編制相應的控制程序，將其存儲在存儲器中。隨后，根據用戶的指令順序執行存儲器中的程序。執行結束后，重新跳轉至第一條指令，再次進行掃描并重復上述運行步驟。PLC技術的實現需要依賴于軟硬件設備，硬件設備主要包括電源、微處理器CPU及存儲器、輸入及輸出組件等（具體結構框架如圖1所示）。

圖1 PLC結構框架圖

2 PLC技術的變頻器自動控制的應用

2.1 通信協議實現控制

在實際應用過程中，PLC與變頻器之間的通訊協議通常有兩種方式，一是MOD-BUS通信協議；二是自由口的通信協議。技術人員需要根據變頻器的型號、實際的自動控制需求等合理、科學的選擇通信協議。同時，技術人員可以運用PLC與變頻器之間專業自動化控制協定——OPC，可提供多連接端口，并與相應的硬件裝置進行連接實現數據與信息的傳輸。在該方面，西門子公司研發的S7-400和S7-300可以提供OPC服務接口，能夠實現不同廠家設備的數據互通與交換。但需要注意的是，雖然OPC能夠保證PLC與變頻器之間穩定的通訊，但OPC的配置過程相對復雜，在安裝相應的軟硬件后，技術人員需要重新啟動PLC，并進行組態通信。

2.2 冶金電動機變頻調速PLC技術應用

基于PLC技術的冶金電動機變頻調速自動化控制系統主要由觸摸屏、變頻器、電動機及各類控件構成，現場總線與工業以太網及觸摸屏連接。首先，需要分清各個號站的主次，保證各站的地址不重復，以實現精準控制；其次，需要特別設定以太模塊的地址，以支持組態軟件間的通信連接。同時，需要在硬件組態過程中完成網絡地址的分配，并按照硬件組態時地址的空間要求設計軟件的內容。再次，關于硬件配置方面，要先擬定好通信的IP地址，再將其輸入進中央處理器中。同時，在設備進行組態時，還要把以太網模塊的遠程IP的地址進行重新設定，使其與通信的IP地址相同，繼而使PLC與MCGS的通信保持正常。最后，對系統中相關設備及路程進行調試，電動機變頻調速控制調試是指按照原本設定的運行速度參數，對電動機速度進行調節，利用變頻器控制電機的正反轉，并通過PID調節電動機設定值與反饋值之間的差異，繼而使電動機能夠以穩定的速度運行。

2.3 變頻器端子與PLC連接的應用

通信協議雖然能夠使PLC自動控制系統與變頻器之間形成較為穩定的控制關系，但是，無法實現精準化、智能化控制。為此，鋼鐵冶金企業在PLC的實際應用過程中，還需要增強變頻器端子與PLC自動控制系統之間的連接，以保證PLC運行中能夠通過上位機下達指令、下位機及時接收并響應實現對生產設備或系統的有效、靈活控制。當前，PLC自動控制系統與變頻器端子之間的連接主要包括三種方式：一是將PLC輸出模塊與變頻器模擬量端口連接，PLC自動控制系統向變頻器模擬信號量端子輸入信號，以此來控制變頻器的輸出頻率，此種連接方式較為簡單，但模塊價格較為昂貴；二是將PLC開關輸出短與變頻器開關量輸入端子連接，該方式簡單且抗干擾性強，但只能進行有級調速；三是將PLC自動控制系統與變頻器數字端子連接，此種方式操作簡單、控制效果較好，并且成本較低。

2.4 物料傳送輥道系統應用

基于PLC技術的物料傳送輥道系統如圖2所示。

圖2 優化后的物料傳送輥道系統示意圖

基于PLC技術的變頻器自動控制在物料傳送輥道系統中的應用方法具體如下：首先，下料閉環控制。下圖中皮帶秤安裝在振動集料機上，通過數字、電子稱重方式獲取、記錄物料的重量。PLC自動控制系統中重力傳感器可以及時獲取物料相關數據，如物料的重量、皮帶傳輸的速度等，再通過特定的算法、公式、模型確定皮帶傳送的瞬時物料重量。其次，瞬時物料重量數據通過PLC網絡系統傳輸給上位機，智能化生成皮帶傳輸速度、下料量等指令，并以電流的方式傳輸給下位機。最后，下位機響應上位機指令，以變頻器調節給料機的轉動速度，再將現場給料機轉速等相關信息反饋給上位機，如果給料速度過快，上位機將再次下達指令，重復上述過程后保證給料、下料速度適中。圖3是基于PLC的物料傳送輥道變頻器控制系統。

3 PLC技術在鋼鐵冶金行業的應用前景

當前，我國鋼鐵冶金行業生產過程中普遍采用傳統的變頻調速方式，PLC技術主要應用于關鍵性設備的自動化控制中，因此，應用效果不佳，未能充分發揮PLC技術的優勢。未來，鋼鐵冶金行業將朝著智能化發展，抗干擾性強、穩定性高、操作便捷的PLC技術在鋼鐵冶金行業中的應用將更為廣泛。為此，鋼鐵冶金行業應加大對PLC技術及相關設備的引入，結合自身實際的生產情況與自動化控制需求應用PLC變頻器控制技術，以實現高效化生產、集約化管理、智能化控制。

圖3 基于PLC的物料傳送輥道變頻器自動控制系統圖

4 結語

基于PLC技術的變頻器自動控制可以通過通信協議實現自動化變頻控制，并可應用在冶金電動機變頻調速、變頻器端子連接、物料傳送輥道系統中，能夠顯著提高鋼鐵冶金企業生產效率及質量，并降低企業生產成本，繼而促進企業健康、可持續發展。