李　穩(wěn)，張海龍，車　煥.遼寧省營口市營口理工學(xué)院，遼寧營口　504 .遼寧省營口市金辰機械股份有限公司，遼寧營口　5000

?

PLC控制與變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

李穩(wěn)1，張海龍2，車煥1
1.遼寧省營口市營口理工學(xué)院，遼寧營口115014 2.遼寧省營口市金辰機械股份有限公司，遼寧營口115000

摘要隨著微電子技術(shù)和信息技術(shù)突飛猛進的發(fā)展，可編程邏輯控制器技術(shù)也在不斷完善和提高，作為我國現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱之一，目前我國已將可編程邏輯控制器應(yīng)用于冶金、機械、礦業(yè)等各個領(lǐng)域，推動了我國工業(yè)的發(fā)展，本文從以下幾個方面介紹了PLC控制與變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計，首先介紹了變頻調(diào)速及分類，還闡明了PLC的定義以及PLC控制與變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計的方式操作，同時也說明了設(shè)計時應(yīng)注意的問題。

關(guān)鍵詞變頻調(diào)速系統(tǒng)；PLC控制；變頻器；變頻電源

PLC技術(shù)在不斷提高和發(fā)展，越來越多的工業(yè)企業(yè)將其應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備中，變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)備與PLC相結(jié)合減少了損耗電能、可靠性較高并且操作過程簡單、經(jīng)濟效益十分明顯等一系列的優(yōu)點，合理利用變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)和PLC控制的優(yōu)越性并將其應(yīng)用于所需要的各個領(lǐng)域，來推動它的發(fā)展。

1　變頻調(diào)速及分類

1.1按變頻電源的性質(zhì)分類

按變頻電源性質(zhì)分類可分為電壓型變頻器和電流型變頻器。對于交—直—交型的變頻器，中間直流環(huán)節(jié)采用什么樣的濾波器是電壓型變頻器和電流型變頻器的主要區(qū)別。在電路中間環(huán)節(jié)，直流環(huán)節(jié)多采用大電容濾波器，直流電壓波形平直，施加在負載上的電壓值一般不會受到負載的影響，電壓值基本保持不變，電壓型變頻器通過逆變的方式輸出的交流電壓形狀大多為矩形或階梯形，但是當通過電動機負載濾波器后波形接近正弦式，其含有的諧波分量較大。其優(yōu)點是其運行方便，幾乎不受負載等因素的影響。缺點是當負載短路時或者在變頻運行時投入了負載，都會出現(xiàn)過電流的現(xiàn)象，需要短時間內(nèi)采取有效措施進行保護。

1.2電流型變頻器

在電路中間直流環(huán)節(jié)多采用大電感濾波電流波形平直，其不受施加在負載上的電流的影響，所以電流值比較穩(wěn)定類似于電流源這就是電流型變頻器。通過應(yīng)用電流型變頻器來控制直流電流時可以通過改變直流電壓的方式，從而形成可調(diào)節(jié)的直流電源進一步可以控制輸出。因為電流的可控性好的特點所以電流型變頻器可以限制因負載短路問題引起的過電流現(xiàn)象，經(jīng)常用在頻繁加減速和四象限運行的地方。交—交變頻器沒有濾波電容，但是供電電源的低阻抗使它具有電壓源的性質(zhì)所以也屬于電壓型變頻器，有的交—交變頻器用電抗器把輸出的電流波形變成矩形波，讓它具有電流源的性質(zhì)這時屬于電流型變壓器。

1.3PLC的介紹

PLC中文名為可編程邏輯控制器，PLC是一種在數(shù)字運算操作下的電子系統(tǒng)，主要應(yīng)用在工業(yè)環(huán)境中，其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時和計數(shù)與運算操作等指令主要采用可編程的存儲器，同時在控制不同類型的機械生產(chǎn)過程時主要采用數(shù)字或模擬式輸入輸出的方式。在工作運行時PLC想要實現(xiàn)控制功能主要通過執(zhí)行反應(yīng)要求的客戶程序，用戶要求的程序需要不斷重復(fù)輸入直到停機或者切換到stop工作模式，這樣PLC輸出的信號才能不斷的反饋可能會發(fā)生變化的輸入信號。

2　PLC控制變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

2.1PLC控制變頻器的方法

在采用PLC控制變頻器時常用兩種方法模擬量控制法和通信方式。模擬量控制的方法操作簡單而且直觀，在通過此方法實現(xiàn)對變速器的控制時主要是利用變頻器的I/0端子將變頻器的跟隨速度設(shè)置成某個模擬量的輸入，一般一個模擬量通道中只能有一個變頻器。通信的方法不單單實現(xiàn)了對變頻器的控制，還可以獲取變頻器的運行狀態(tài)，它操作方式很簡單只需要把變頻器看做為一個設(shè)備，PLC來通信來讀寫出變頻器內(nèi)部的寄存器從而實現(xiàn)了對變頻器的控制。

2.2變頻器中數(shù)值型信號的輸入

變頻器中也存在一些頻率、電壓等數(shù)值型指令信號的輸入，有數(shù)字輸入和模擬輸入兩種，數(shù)字輸入在給定時通常應(yīng)用變頻器面板上的鍵盤操作和串行接口，模擬輸入給定時一般通過接線端子的內(nèi)部，通常電壓信號為0～10V/5V或者輸入的電流信號為0/4～20mA。接口電路因輸入信號來決定，所以在選擇PLC的輸入模塊時必須要依據(jù)變壓器的輸入阻抗來決定。如果變頻器和PLC的電壓信號范圍不同時，又加上變頻器和PLC的輸入、輸出端晶體管所允許的電壓、電流的限制因素，所以需要將限流電阻用串聯(lián)的方式接入來確保開關(guān)時不超過PLC和變頻器輸入輸出端的允許容量。

2.3PLC的優(yōu)點

如今大多數(shù)PLC的“梯形圖編程方式”在控制線路上思緒清晰直觀，滿足了很多工廠企業(yè)中工人們和技術(shù)人員的編程水平和讀圖的習慣，所以讓人易于接受，掌握速度快。在執(zhí)行梯形圖程序時用內(nèi)部的解釋程序?qū)⑵浞g成匯編語言，雖然比直接執(zhí)行匯編語言編寫的程序消耗時間長一些，但是對于目前的大型機電控制裝備來說這些都顯得微不足道，就目前對控制的要求來講完全可以滿足。

3　設(shè)計中應(yīng)注意的問題

3.1啟動變頻器時

在啟動變頻器時，不能迅速地把給定電壓達到設(shè)定值應(yīng)該逐步達到設(shè)定值來實現(xiàn)軟啟動功能，這樣就會減少起動電流對電網(wǎng)的沖擊破壞，還節(jié)約了電能的損耗。在啟動階段不能調(diào)節(jié)PID，防止出現(xiàn)震蕩現(xiàn)象。負載過大時，可以在變頻器的側(cè)邊加上電抗器來減少變頻器高次諧波的影響。

3.2將變頻器與PLC相連接時

對PLC進行接地時要按照規(guī)定的接線標準和接地條件，連線應(yīng)使用雙絞線或者屏蔽線這樣可以提高抗噪聲能力，注意和變頻器用接地線要不是同一根。當電源條件不好時，可以將噪聲濾波器和降低噪音用的變壓器接入PLC的電源模塊和輸入輸出模塊的電源線上。如果在同一個操作柜安裝了PLC和變頻器時，盡量把與變頻器有關(guān)的導(dǎo)線和PLC有關(guān)的導(dǎo)線分開。在PLC和變頻器連接時，由于弱電控制強電的因素，所以要注意到連接時的干擾避免出現(xiàn)由于干擾造成的變頻器故障發(fā)生，導(dǎo)致變頻器和PLC受損。

3.3在進行變頻切換時

電機在變頻供電方式下切換時，必須保證接觸器閉合和斷開的順序和開關(guān)時的時間，防止電機繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢加載到變頻器的輸出逆變橋上，造成損壞。在PLC自動調(diào)節(jié)時，PLC運算中斷要定時防止受到掃描周期的影響，可以依據(jù)系統(tǒng)的調(diào)速指標和控制精度來設(shè)定中斷的時間周期，當然也要考慮到系統(tǒng)在給定到系統(tǒng)運行輸出時的時間的延遲。

4　結(jié)論

目前的PLC技術(shù)能夠滿足大多數(shù)企業(yè)的技術(shù)人員的編程水平，變速調(diào)控技術(shù)和PLC相結(jié)合讓兩者優(yōu)點共同發(fā)揮更有益于現(xiàn)在企業(yè)的發(fā)展?？偠灾?，雖然現(xiàn)在PLC技術(shù)還可以滿足工廠企業(yè)的需求但是也要不斷發(fā)展和完善可編程邏輯控制器技術(shù)，將其與變頻調(diào)速系統(tǒng)相結(jié)合共同應(yīng)用于所需的領(lǐng)域范圍來推動我國工業(yè)水平的發(fā)展。

參考文獻

［1］曹亞麗，宋愛娟，高玉強.PLC電梯控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.可編程控制器與工廠自動化，2011（1）：74-75.

［2］宋家成.交流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用與維修［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［3］顧戰(zhàn)松，陳鐵年.可編程控制器原理與應(yīng)用［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2005.

中圖分類號TP39

文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2016）165-0182-02

作者簡介：李穩(wěn)，遼寧省營口市營口理工學(xué)院。張海龍，遼寧省營口市金辰機械股份有限公司。車煥，遼寧省營口市營口理工學(xué)院。