PLC和變頻器的電機控制系統設計研究

劉中磊

摘要：對于大型的設備來說，變頻調速能夠有效的提升它們的效率，使用變頻器可以有效的節省能源，提升產品的質量，節省勞動力。現今，因為在使用PLC和變頻器時信號抗干擾的能力強、成本低的優點，所以很多工業領域開始應用它們。

關鍵詞：PLC;變頻器;電機控制系統;研究

引言：在工業發展的過程中，繼電器控制技術已經跟不上發展的腳步了，發展已經逐漸趨于電機變頻控制技術。在工業生產中，PLC和變頻器的電機控制系統已經成為了企業運行的基本要求，本文主要論述了PLC和變頻器的電機控制系統的設計研究。

1對系統設計的功能進行分析

1.1閉環系統的硬件設計

電機的控制系統是由下面三個組成的，電機、變頻器、PLC。首先對PLC進行設置輸入，讓PLC對變頻器進行控制，在通過變頻器對電機進行控制，最后電機的轉速可以對PLC進行反饋，在進行比較后輸出到變頻器，可以完成無靜差調速。PLC以及光電編碼器可以實現速度的測量。使用S7-200采集速度信號，其采集的功能是高速脈沖的，在采集的頻率上面可以實現30KHZ，擁有的高速計數器一共是6個，在進行脈沖差值采集時，是在固定的時間間隔內的，當前電動機的轉速，通過計算就可以得出了，所謂的閉環控制，就是PLC接受速度信號的反饋，與給定量進行比較，輸出數據給到PID控制的部分，從而對速度進行調節，使其可以實現設定的目標。

1.2變頻調速的系統設計

（1）在將工頻電源轉換為直流電源時，使用的就是整流器。（2）因為異步電機是逆變器的負載，這是感性負載范圍內的，所以不管電動機是在發電的狀態，還是電動的狀態，起始的功率在因數方面不會是1。所以，在電動機和中間直流的環節，總會出現交換無功功率的情況，在直流環節進行儲能的元件（電感器、電容器）可以對無功能量進行緩沖，所以，中間的直流環節其實就是在中間進行儲能的環節，

2 PLC技術特點

2.1反應速度變快

輔助繼電器在PLC技術中起到非常重要的作用，在應用中，可以忽略部分節點，進而將這些節點轉化為時間，能夠快速的完成對各項內容的處理。

2.2安全性強

PLC技術在電氣設備自動化控制系統中，能有效地提高該系統在實際應用的抗干擾能力。時代在不斷發展，PLC技術也在不斷的完善，其中安全性能也得到了進一步的提升，使得電氣設備能夠正常運行。

2.3操作方便

PLC技術在操作時相對簡單點，能夠大大降低PLC技術的操作難度，為了避免在操作是出現問題，導致電氣設備無法正常運行，所以要提高電氣設備運行時的工作效率，進而加快企業發展的步伐。

2.4功能完善

PLC技術在電氣設備自動化控制中有重要的作用。PLC技術的功能完善，可以使PLC技術和電氣設備自動化控制系統結合在一起，從而使電氣設備自動化控制的功能得到很大的提高。在對PLC技術的應用分析前，要充分掌握該技術的特點，確保在實際應用中對PLC技術進行有效控制，為實現企業的經濟效益提供良好的保障。

3變頻器在多電機時的控制方式

3.1正弦脈寬調制的控制方式

使用這種控制方式，主要是為了實現目標轉矩-速度這一特性，讓電動機在磁通方面不變化的情況下，對電源進行頻率的改變，實現調速的目的。一般使用的變頻器就是使用正弦脈寬調制的控制方式，實際上這種變頻器具有非常簡單的組成結構，但是因為使用的控制方式是開環的，所以在不能很好的完成控制的要求，在低頻的狀態時，就需要進行轉矩補償，對低頻轉矩進行特性方面的更改。控制方式的特點主要表現是：低成本的控制電路、比較簡單的結構、在機械特性方面具有較好的硬度，對于平滑調速的需求一般是可以進行滿足的，目前來說，已經有很多領域使用這個控制方式了。

3.2矢量控制法

謂的矢量控制，就是將異步電動機的定子交流電流在三相坐標下，Ia、Ib、Ic、之間實行三相到二相的轉換，把交流電流是在兩相靜止坐標系下的Ia1和Ib1的效果進行相等，然后在使用磁場定向（按轉子）對它們變換旋轉，達到Im1、It1的相等效果。通過這種方式對直流電機進行控制方式的模仿，在直流電機方面，實現控制量，與其對應的坐標，進行反交換，可以有效的實現控制異步電動機。使用這種控制的方式，實際上就是將直流電機與交流電機的效果相等，分別控制其中速度和磁場這兩個分量，通過控制轉子磁鏈，讓轉子磁鏈變成定向，分解定子電流，最后可以收獲磁場和轉矩這兩個分量，通過交換坐標，實現正交或者解耦控制。

3.3轉差頻率的控制方式

這種方式是對轉矩進行直接控制，是在正弦脈寬調制控制方式的基礎上，結合異步電動機在實際運轉過程中轉速的電源頻率，在進行變頻器輸出頻率調節的時候，還需要結合預期的轉矩，電動機就可以得到的相對應的轉矩輸出，使用這樣的控制方式，需要將速度感應器安裝到控制系統中，在實際的操作中，可能需要進行電流反饋，以此來控制電流頻率和電流，這種方法就是閉環的控制方式，讓變頻器可以保持穩定性，并且在出現急速的減速、加速時，或者負載發生變化的時候，都可以進行良好的響應。

3.4直接轉矩控制

使用這種控制方式，對矢量控制出現的問題進行了解決，對系統結構進行創新，使其簡潔，有效的對動靜態性能進行了保障。目前來說，在交流傳動功率比較大的方面已經廣泛的使用了直接轉矩控制。直接轉矩控制是控制電動機的磁鏈的轉矩，其并不要求直流電機與交流電機擁有相等的效果，相比矢量控制來說，省略了很多的復雜的計算步驟，也不需要模仿直流電機的控制方式，也就省略了因為解耦而簡單化的數學模型。

結語：PLC自動控制系統在很大程度上促進了我國工業的發展。它具有一系列優點，能有效地優化生產過程，提高控制效果。然而，在未來的發展中，有必要結合工業生產過程的要求，積極優化和研究PLC自動控制系統。

參考文獻：

[1]厲翔.基于PLC控制的智能變頻恒壓供水系統[J].自動化應用，2019（12）：4-6.

[2]孫永芳，張剛.基于PLC控制的變頻器在自動化生產線中的應用[J].科技創新與應用，2019（35）：177-178.