運用PLC和變頻器實現電機多段調速

許美生

（中交三航（廈門）工程有限公司泉州分公司，福建 泉州362100）

因為交流電動機優點出眾，在農業生產與工業生產中的應用較為廣泛。然而因為其調速性能并不突出，對于一些需要調速的場合而言，一般均會使用直流調速系統，該系統制造繁雜、維護困難。近年變頻調速技術獲得良好的發展空間，其控制精度突出、調速便捷、節能效果突出，可以達到直流電動機調速狀態。但是在現代農業與工作快速發展的背景下，在自動化控制方面的要求更為嚴格，僅僅借助變頻器調速已經無法進一步提高生產效率與質量，所以需要對PLC、變頻器以及其他自動化工控設備進行綜合使用，同時借助組態軟件、人機界面等開展遠程監控，是現代控制技術的主要發展方向。PLC是對通信、自動化控制以及計算機等技術進行融合的技術設備，因為其低成本、維修便捷、抗干擾能力突出、可靠性高、組合靈活等特點，在自動化領域具有重要作用，在自動化控制中有著廣泛應用[1]。

1 PLC與變頻器概述

1.1 PLC概述

PLC工作形式較為直觀，采用循環掃描的方式。借助編程軟件將用戶程序輸入、儲存到PLC用戶儲存器中，PLC工作過程中對用戶程序進行執行，在操作過程中，無法同時操作多個，需要根據分時原理開展。由此，即能夠借助PLC正常運行執行程序。工作流程主要涵蓋以下階段，采樣輸入、執行程序以及刷新輸出。

在PLC編程語言中，梯形圖是應用較多的形象，PLC電路符號、表達方式和繼電器電路原理圖較為相似。為了提高PLC抗干擾水平，引進了相關硬件和軟件抗干擾手段。PLC雖然具有較高科技含量，然而實際操作中并不復雜，同時調試和維護工作也較為便捷[2]。

1.2 變頻器概述

變頻器涵蓋主電路與控制電路等零部件，可以借助下式進行變頻原理表述：n=60f1/P×（1-S），對極對數P進行調整，能夠實現電動機調速的目的，對S進行調整能夠實現電機轉差率調速，對f1進行調整能夠促使異步電機電源頻率發生變化。一般情況下，調整電源頻率是調速的主要方法。借助科學分析三相異步電機和相關等效電路，獲得：E1=ΔU+U1，基于E1和f1較大的情況，定子漏阻抗會減少，可以不計算ΔU，即可以獲得定子電壓，因此U1≈E1∝f1m。借助相關推理公式與科學計算能夠獲得：U1/f1=常數，即可以借助控制U1對E1進行控制。

2 變頻器和PLC在多段速控制中的系統設計

2.1 控制功能的實現

對于多段速控制而言，對變頻器和PLC進行有效利用，能夠合理調控電機多段速。借助對變頻器進行合理的應用，將該技術優勢充分發揮出來，并借助回路控制實現多段速控制，回路中涵蓋低速端、中速端與高速端，一般借助有效控制相應速端，能夠有效控制電機速度。另外，融合PLC技術，通過調整變頻器輸入端有效控制開關量，同時還可以借助相關觸摸屏和其遠程監控性能，全面監控系統整體運行情況。將變頻器和PLC充分融合到多段速中，能夠充分提升系統運行可靠性與安全性，充分強化工作效率[3]。

2.2 硬件配置

為了充分借助變頻器和PLC技術對多段速進行控制，應該科學選擇觸摸屏、變頻器與PLC等設備裝置，比如選擇SIEMENS公司及生產的S7-200系列PLC等。應該保證變頻器額定功率高出電機相應功率，額定電流的設定應該超出1.5倍的交流額定電流。通常為了保證變頻器可以和PLC有效配合，應該借助繼電器開展變頻器接點工作，操作相關程序時，需要注意防止由于接觸不良和其他意外狀況而造成錯誤操作以及失誤等。為了保證將相關技術引入后，系統整體運行可以更加穩定與安全，應該注意在引入晶體管進行功能連接的過程中，對晶體管電壓、電流和電容等問題進行綜合考慮，防止因為不良因素而對系統穩定性和安全性產生影響。還需要注意變頻器的參數設置。（1）變頻器。對于變頻而言，主要是將50Hz電源或是60HZ電源進行不同頻率交流電源轉換，促使電機可以變速工作。（2）電動機。根據電源類型，電動機主要涵蓋交流與直流兩種形式。其中，交流電機涵蓋三相與單相兩種形式；直流電機涵蓋無刷和有刷形式。（3）變頻器參數設定。按照被控對象要求與額定值，MM20變頻器主要參數見表1。

表1 MM420的變頻參數

設定參數前，通常設定P0970=1、P0010=30，之后設定P0010=1、P0003=2，快速設定電機參數，之后修改P0010=0，同時設定P0701-P0703數值。

2.3 控制系統的I/O

借助分析系統實際工作狀況并展開科學研究，同時對系統控制要求進行充分滿足，PLC中系統開關量輸入點數量應該達到4個以上，進行有效控制系統，應該對系統復位、中速啟動、低速啟動以及高速啟動等功能進行控制。在這些開關量中，3個開關量輸出應該對變頻器中低速、中速以及高速進行輸入信號作用，另外將該驅動交流電機功能充分發揮出來，進而充分保證系統工作可以根據具體區別速度開展具體運行。合理分配I/O設備與I/O點，對輸出口與輸入口進行科學分配。在輸入口中，設備主要為SB1、SB2、SB3、SB4，分別代表低速啟動、中速啟動、高速啟動與停止，相應PLC輸入繼電器，主要為X001、X002、X003以及X004。在輸出口中，主要為低速、中速、高速三種控制方式，相關PLC繼電器則是Y001、Y002以及Y003。同時，根據系統控制要求以及I/O分配，繪制接線圖。

2.4 PLC控制程序

為了有效控制SB1、SB2以及SB3三個設備，即控制三種速度的按鈕，應該借助PLC編程語言實現這一目標，促使相關按鈕對Y001-Y003輸出繼電器的連接線圈進行有效控制，可以達到連續通電目的，另外促使不同繼電器可以實現互鎖功能，結束系統運行后，借助SB4按鈕可以停止系統運行，促使不同輸電器連接線圈之間能夠實現斷電（見圖1）。

圖1 PLC梯形圖

2.5 觸摸屏畫面制作

借助觸摸屏畫面制作開展農業與工業生產實踐活動時，能夠充分控制相關機械。借助引進人機界面，能夠對傳統生產實踐中數據信息與控制面板設定進行替換，同時可以借助觸摸屏技術對傳統相關開關按鈕以及指示燈等裝置進行替換，借助遠程監控功能實時監控系統實際運行狀態，并直觀顯示運行數據與信息。操作人員借助合理操作觸摸屏畫面，有效獲取相關信息數據，可以充分掌握相關機器工作狀態，在狀態發生異常情況之后能夠及時確定故障方位以及原因，并及時制定故障排除策略，此種現代化操作方式較為便捷，可以充分降低工作人員操作錯誤或失誤等。

選擇西門子SMART LINE接觸屏，其能夠為機器和操作人員之間構建良好的橋梁，可以選擇SIMATIC Win Cc flexible 2008軟件組態。

第一，將SIMATIC Win Cc flexible 2008打開，構建Smart 700項目，構建連接-SIMATIC S7 200，采用MPI網絡配置文件，不改變其他參數見表2。

表2 變量設置

第二，組態畫面（見圖2）。

圖2 組態畫面

對程序進行編譯，同時向觸摸屏中下載，對PLC和觸摸屏建立通信連接。

2.6 調試系統

借助系統科學接線圖，能夠促使外部鏈接相關功能得到充分實現，借助相關技術對PLC梯形程序圖、觸摸屏程序等，同時向COT與PLC中輸入，之后標準化設定運行模式，同時根據相關數據對外部工作模式以及變頻器的低速、中速和高速等多段速工作模式進行科學設定，能夠借助觸摸屏控制對系統不同工作狀態展開精準控制，同時可以有效控制電機調速[4]。

3 結束語

借助硬件與軟件設計、系統調試等，能夠發現以變頻器、觸摸屏與PLC為基礎的電機調速系統具有良好可靠性、節能性、便捷性以及靈活性，在實際應用中效果符合預期目標。另外，對變頻器與PLC網絡功能進行有效利用，可以促使不同電機構成的系統得到良好調速控制，應用前景廣闊。