楊飛

摘要：本文首先介紹了什么是變頻調(diào)速，接著對(duì)PLC控制與變頻器的連接進(jìn)行重點(diǎn)研究，最后探討了設(shè)計(jì)中需要注意的相關(guān)事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：PLC控制；變頻調(diào)速；設(shè)計(jì)

PLC代替繼電器的作用，被大量使用到工業(yè)控制的相關(guān)領(lǐng)域。因?yàn)镻LC能夠通過(guò)軟件工具來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制程序的改變，且有著小型化、靈活性、方便快捷魯棒性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，尤其適合使用在較為惡劣的作業(yè)環(huán)境中。

1什么是變頻調(diào)速

變頻調(diào)速，指的是改變電機(jī)頻率和改變電壓達(dá)到對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的速率進(jìn)行調(diào)節(jié)。隨著變頻調(diào)速功能的完善以及設(shè)備成本的不斷降低，當(dāng)前變頻器在工業(yè)控制行業(yè)中的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。發(fā)展變頻調(diào)速的前提條件在于兩方面：一方面，是大功率器件的普及，盡管早就發(fā)現(xiàn)變頻調(diào)速是一項(xiàng)比較好的技術(shù)，不過(guò)受制于大功率器件的普及問(wèn)題，一直到了上個(gè)世紀(jì)的八十年代才獲得了一定的發(fā)展；另一方面，是微處理器的應(yīng)用，以及變頻控制形式的發(fā)展促進(jìn)了變頻控制的性能、可靠性的進(jìn)步。

它的特點(diǎn)如下：能夠應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)（比如，不需要維護(hù)的籠型電動(dòng)機(jī)），能夠連續(xù)調(diào)節(jié)，能夠利用電子回路調(diào)整相序、調(diào)整轉(zhuǎn)速。它的優(yōu)點(diǎn)有：控制電機(jī)的啟動(dòng)電流，降低電力線路的電壓波動(dòng)；啟動(dòng)時(shí)需要的功率更低；可控的加速、運(yùn)行、轉(zhuǎn)矩極限功能；可逆運(yùn)行控制；減少機(jī)械傳動(dòng)部件，能夠?qū)崿F(xiàn)高速化以及小型化，易于防爆，保護(hù)性能完善（比如，過(guò)載、短路保護(hù)）等。它的使用范圍特別廣泛，比如使用在風(fēng)機(jī)、泵、攪拌機(jī)、等等，在節(jié)約能源方面特別有效；使用在車床、機(jī)械加工、鉆床、等等，能夠增強(qiáng)生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量；其他領(lǐng)域的應(yīng)用，比如各類傳送帶的多臺(tái)電動(dòng)機(jī)同步等。

2PLC控制與變頻器的連接

2.1開(kāi)關(guān)型指令信號(hào)的輸入

變頻器的輸入中有著對(duì)運(yùn)行/停止，正傳/反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)等相關(guān)狀態(tài)實(shí)施控制的開(kāi)關(guān)型指令信號(hào)。PLC開(kāi)關(guān)量的輸入端可以同變頻器的開(kāi)關(guān)量的輸入端直接相連接，這些開(kāi)關(guān)量分為觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)量與無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)量，在應(yīng)用繼電器的時(shí)候，往往由于連接問(wèn)題而造成錯(cuò)誤操作；在應(yīng)用晶體管的時(shí)候，還需要注意到晶體管自身的電壓、電流等各種因素，以確保設(shè)備的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。在進(jìn)行變頻器的輸入操作時(shí)還必須考慮到，如果輸入信號(hào)電路操作不規(guī)范時(shí)，有的時(shí)候也會(huì)引起誤動(dòng)作。比如，如果輸入信號(hào)應(yīng)用繼電器等器件時(shí)，器件閉合造成的浪涌電流引發(fā)的噪音有時(shí)候會(huì)造成變頻器的誤動(dòng)作，必須盡可能的小心。如果輸入開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)到變頻器時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)外界電源與變頻器控制電源（24VDC）兩者間的互干擾。標(biāo)準(zhǔn)的連接是應(yīng)用PLC電源，把外側(cè)晶體管的集電極通過(guò)二極管連到PLC。

2.2數(shù)值型指令信號(hào)的輸入

變頻器的輸入中也有著部分?jǐn)?shù)值型（比如，頻率、電壓等）指令信號(hào)，包括數(shù)字、模擬輸入兩類。數(shù)字輸入，一般使用的是變頻器上的鍵盤(pán)操縱以及串行接口來(lái)實(shí)現(xiàn)；模擬輸入，一般利用接線端子從外界實(shí)現(xiàn)，主要是利用0-10V/5V的電壓或者0/4-20mA的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)榻涌陔娐冯S著輸入改變而改變，所以需要按照變頻器的輸入選用PLC的相關(guān)模塊。

如果變頻器與PLC的電壓范圍不一致，比如變頻器的輸入是介于0-10V，而PLC的輸出是介于0-5V時(shí)；或者PLC的相應(yīng)輸出是介于0-10V，而變頻器的輸入則是介于0-5V時(shí)，因?yàn)樽冾l器等的電壓、電流等數(shù)值的制約，必須用到串聯(lián)的方法連接限流電阻以及分壓，從而確保進(jìn)行閉合時(shí)不大于PLC與變頻器的所設(shè)范圍。另外，在連接的時(shí)候還要記得把布線分離，確保主電路的噪音不會(huì)影響到控制電路。一般來(lái)講，變頻器也利用接線端子向外界輸出有關(guān)的監(jiān)測(cè)信號(hào)，一般是介于0-10V/5V的直流電壓以及0/4-20mA的電流。不管是何種情況，都要記?。篜LC的輸入阻抗的數(shù)值要確保其中的電壓以及電流不大于標(biāo)準(zhǔn)值，以確保設(shè)備的可靠運(yùn)行，并降低誤差。此外，因?yàn)樗斜O(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成不相一致，有不了解之處聯(lián)系生產(chǎn)廠家詢問(wèn)。還有就是，在應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)控制時(shí)，因?yàn)镃PU的數(shù)據(jù)運(yùn)行需要花費(fèi)一定的時(shí)間，有著相應(yīng)的時(shí)間延誤，所以在實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的控制時(shí)要注意到這一點(diǎn)。

3設(shè)計(jì)中需要注意的事項(xiàng)

在進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)要注意以下幾個(gè)方面：

（1）在開(kāi)始啟動(dòng)的時(shí)候，電壓需要以相應(yīng)的斜率從零逐漸升至規(guī)定值，以進(jìn)行軟起動(dòng)，降低開(kāi)始電流對(duì)設(shè)備的影響，并節(jié)省電能，不過(guò)在啟動(dòng)環(huán)節(jié)不能做PID調(diào)整，避免發(fā)生震蕩。

（2）使用PLC構(gòu)建閉環(huán)自控系統(tǒng)，在完成自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，為避免PLC的掃描時(shí)間的影響，PLC計(jì)算需要使用定時(shí)斷開(kāi)的方法，定時(shí)斷開(kāi)的時(shí)間點(diǎn)，可按照系統(tǒng)的相關(guān)指標(biāo)等來(lái)設(shè)計(jì)，并且還須注意到時(shí)間延誤問(wèn)題。

（3）變頻器、PLC等設(shè)備能夠裝設(shè)在同一控制柜內(nèi)，能夠就地或遠(yuǎn)端操作，方法簡(jiǎn)便快捷。如果作業(yè)需要，該系統(tǒng)也能夠直接接到DCS或上位機(jī)，構(gòu)建人機(jī)界面的監(jiān)控系統(tǒng)等。

（4）其拓展范圍較廣，在多個(gè)電機(jī)同步多個(gè)電機(jī)跟蹤等操作中，僅須把該系統(tǒng)方式進(jìn)行拓展就能實(shí)現(xiàn)。

（5）電機(jī)在變頻或工頻供電條件下變更時(shí)，需要確保設(shè)備開(kāi)閉以及切斷順序與充分的延時(shí)，以避免引發(fā)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)影響到變頻器的輸出逆變橋，帶來(lái)一定的損失。

（6）在高負(fù)載條件下，為了降低變頻器高次諧波的干擾，可以在變頻器的一、二次側(cè)加電抗器。

（7）為了長(zhǎng)期可靠的運(yùn)行，接地線按要求連接很重要，避免與變頻器使用共同的接地線，接地時(shí)盡量分開(kāi)；另外信號(hào)控制線使用屏蔽線、雙絞線達(dá)到抗干擾的目的。

4結(jié)語(yǔ)

本文提出的通過(guò)PLC控制交流變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)有著高可靠性、操作直觀、連接方便、易拓展等優(yōu)點(diǎn)，并且舒適性好。因此，PLC變頻調(diào)速系統(tǒng)是一類比較好的實(shí)現(xiàn)方式，其運(yùn)行效果非常理想。