姜子鵬 陳洪振 樊志鵬

[摘 ? ?要]目前，我國電氣自動化技術(shù)進入飛速發(fā)展時期，電氣化設(shè)備的應(yīng)用也越來越廣泛。為了科學(xué)監(jiān)測電氣設(shè)備運動情

況，實現(xiàn)智能化控制，技術(shù)人員把PLC和變頻器運用在電氣設(shè)備中，根據(jù)設(shè)備需求來選擇變頻器與PLC模塊型號，科學(xué)降低電氣自動化設(shè)備成本，利用PLC軟件編寫智能化程序，真正實現(xiàn)智能化控制，實現(xiàn)PLC系統(tǒng)與變頻器的通信協(xié)議，排除線路干擾與故障，保障電源正常供電，保障電氣設(shè)備安全、平穩(wěn)運行，保障企業(yè)經(jīng)濟效益，促進我國電氣自動化技術(shù)發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]PLC程序;變頻器;自動化控制;技術(shù)特點

[中圖分類號]TM921.51 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）03–000–04

Thinking and Practice of PLC and Frequency Converter

Realizing Electrical Automation Control

Jiang Zi-peng，Chen Hong-zhen，F(xiàn)an Zhi-peng

[Abstract]With the implementation of the "Made in China 2025" strategy， electrical automation technology has entered a period of rapid development， and the application of electrified equipment has become more and more extensive. In order to scientifically monitor the movement of electrical equipment and realize intelligent control， technicians use PLC and inverter in electrical equipment， select inverter and PLC module models according to equipment requirements， scientifically reduce the cost of electrical automation equipment， and use PLC software to write intelligent It can realize intelligent control， realize the communication protocol between PLC system and inverter， eliminate line interference and faults， ensure normal power supply of power supply， ensure safe and stable operation of electrical equipment， ensure economic benefits of enterprises， and promote the development of electrical automation technology in China.

[Keywords]PLC program; frequency converter; automatic control; technical characteristics

PLC技術(shù)屬于1種可編程邏輯控制器，是變頻器的重要技術(shù)支持，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)直流調(diào)速技術(shù)，智能化調(diào)節(jié)電源頻率，打造全系的人機互動控制模式，降低企業(yè)在人力上的投入，提升變頻器數(shù)據(jù)分析與處理能力，有效提升電氣自動化設(shè)備生產(chǎn)效率，落實好節(jié)能減排目標(biāo)。技術(shù)人員要深入研究PLC技術(shù)和變頻器，積極尋找二者在技術(shù)上的共通點，把PLC和變頻器運用在電氣自動化技術(shù)中。技術(shù)人員可以根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)要求來設(shè)定PLC程序，通過指令來操控變頻器工作，提升生產(chǎn)精度;把變頻器端子和PLC系統(tǒng)連接起來，保障操控指令可以順利發(fā)出;運用PLC控制技術(shù)對變頻器線路、電源運行情況等進行檢測，及時排查出設(shè)備運行過程中存在的安全隱患，幫助技術(shù)人員及時排除障礙，降低企業(yè)設(shè)備維修成本，提升企業(yè)生產(chǎn)效率，進一步推動電氣自動化技術(shù)發(fā)展，加快我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級步伐。

1 PLC程序系統(tǒng)工作原理和優(yōu)勢

隨著電子控制技術(shù)發(fā)展，PLC技術(shù)逐漸在電氣企業(yè)中得到普及，憑借操作簡單、編程代碼多元化和智能化控制等優(yōu)點，迅速得到企業(yè)青睞。PLC技術(shù)可以代替人工操作，提升設(shè)備加工精度，幫助企業(yè)實現(xiàn)智能化控制，降低產(chǎn)品損耗率，還可以對生產(chǎn)加工流程進行全程監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行過程中出現(xiàn)的故障，并幫助技術(shù)人員監(jiān)測主故障位置，有效縮短維修時間，盡快讓設(shè)備恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)，從而提升企業(yè)生產(chǎn)線生產(chǎn)效率。

企業(yè)把PLC控制技術(shù)運用在變頻器上，例如在流水線作業(yè)中，利用傳送單元把工件運送到加工區(qū)域，由光電傳感器對物料進行檢測，篩選出符合加工標(biāo)準(zhǔn)的物料。變頻器在安裝PLC系統(tǒng)后，計算機通過適配器與PLC簽訂通信協(xié)議，再利用網(wǎng)線把PLC和變頻器相接，利用PLC編程代碼來控制變頻器頻率，從而真正實現(xiàn)對電機頻率的智能化控制。PLC控制系統(tǒng)中的高速計數(shù)器，可以對變頻器信號進行計數(shù)，通過檢測到的數(shù)據(jù)來控制傳輸帶運行，根據(jù)設(shè)備運行情況控制變頻器頻率。PLC控制系統(tǒng)主要是通過主站通信觸摸屏來發(fā)出操控指令，發(fā)出電機運轉(zhuǎn)頻率值，再通過PPI通信協(xié)議把信號和控制指令傳輸?shù)阶冾l器各個端口。PLC控制系統(tǒng)通過數(shù)字端口向變頻器電機傳達(dá)開啟、停止、正傳和反轉(zhuǎn)等信號，以此來控制變頻器電機運行，保證變頻器安全運行。

2 變頻器技術(shù)特點分析

2.1 節(jié)能效果明顯

變頻器是電力設(shè)備必不可少的一部分，電機負(fù)載范圍各不相同，變頻器可以利用計算機編程技術(shù)來設(shè)定電機轉(zhuǎn)速，讓電機轉(zhuǎn)速在自身負(fù)載范圍內(nèi)運行，科學(xué)控制電機轉(zhuǎn)速，以防電機轉(zhuǎn)速過高造成資源浪費。此外，變頻器可以調(diào)整電機轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向，根據(jù)設(shè)備加工生產(chǎn)需求，合理設(shè)定變頻器負(fù)荷值，平衡系統(tǒng)能耗和電機轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，降低系統(tǒng)能耗，從而降低設(shè)備燃油和電力消耗，凸顯變頻器節(jié)能優(yōu)勢。變頻器和PLC控制技術(shù)結(jié)合后，可以通過指令來對電機電流進行控制，減少了電流傳輸過程中的流式，這比傳統(tǒng)電力控制方式更加節(jié)能。

2.2 安全性比較高

變頻器自身安全性比較高，主要體現(xiàn)在以下兩個方面：一方面，變頻器采用軟啟動方式，啟動時不會產(chǎn)生沖擊電流，有效避免了對電機的損害，還可以削弱對電網(wǎng)的損害，保障企業(yè)整個電網(wǎng)安全運行。另一方面，變頻器對其他設(shè)備干擾比較小，即使1臺設(shè)備使用多個變頻器，也不會對其他設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾，其他設(shè)備可以正常接受電波訊號和控制指令，降低設(shè)備故障率，企業(yè)也可以不用額外安裝濾波器，降低了企業(yè)設(shè)備檢修成本。

2.3 快速排查單元旁路故障

單元旁路故障是電氣設(shè)備最常見的故障之一，一旦變頻器功率出現(xiàn)故障，變頻器通信電路可以自動向主控系統(tǒng)報警，主系統(tǒng)通過分析報警信號類型、數(shù)據(jù)參數(shù)，判斷變頻器故障類型以及發(fā)生故障的單元。變頻器確定故障單元后，會自動切斷存在故障的單元旁路，確保整個系統(tǒng)正常運行，這可以幫助維修人員提升工作效率，有效提升變頻器工作效率。

2.4 加強設(shè)備保護

變頻器采用模塊單元化設(shè)計理念，對內(nèi)部各個零部件、控制系統(tǒng)實施模塊化管理，這種控制方式更有利于保護變頻器各類零部件，一旦發(fā)現(xiàn)某個模塊出現(xiàn)故障，維修人員可以快速對重點位置進行檢修，避免拆卸變頻機，延長變頻器使用壽命。變頻器還可以智能化調(diào)節(jié)電機頻率，把電流控制在電機負(fù)荷范圍內(nèi)，避免因為電流過大損傷電氣元器件，加強對電氣設(shè)備保護。例如，工廠安裝PLC與變頻器的集成系統(tǒng)，一旦電機出現(xiàn)故障，維修人員可以切斷部分線路電源進行檢修，保障工廠其他線路正常供電，減少因為停電對設(shè)備造成的損害。

3 變頻器在PLC自動控制技術(shù)中的應(yīng)用

3.1 科學(xué)選擇變頻器與PLC模塊型號

隨著電氣設(shè)備逐步普及，變頻器在電氣設(shè)備的運用越來越廣泛，成為很多工業(yè)企業(yè)必不可少的設(shè)備，這推動了國內(nèi)變頻器技術(shù)發(fā)展，催生了很多不同型號的變頻器。①企業(yè)要根據(jù)自身電網(wǎng)負(fù)載范圍、電路設(shè)計、設(shè)備功率等來選擇合適的變頻器和PLC模塊型號，最大限度保障整個電網(wǎng)、生產(chǎn)線的安全運行。②技術(shù)人員要根據(jù)企業(yè)自身生產(chǎn)需求，搜集市面上不同型號、不同廠家的變頻器，在企業(yè)進行內(nèi)部實驗，檢測各種變頻器運行穩(wěn)定性、能源消耗量和故障維修率等指標(biāo)，重點檢測變頻器是否符合電機負(fù)荷率，是否可以滿足各類機械設(shè)備運行所需要的電力資源，保障變頻器的穩(wěn)定性和安全性。③技術(shù)人員要根據(jù)選定的變頻器型號來選擇PLC模塊型號，圍繞變頻器指數(shù)來設(shè)定PLC控制系統(tǒng)參數(shù)。PLC系統(tǒng)采用主從控制原理，一方面利用傳動帶連接電機軸和傳動軸連接，采用柔性連接方式，保障電機轉(zhuǎn)矩處在安全范圍內(nèi)，控制好主傳動電機轉(zhuǎn)速，保障電力正常輸出。另一方面可以利用齒輪鏈條來固定傳送帶和電機軸，保證主驅(qū)動電機和從驅(qū)動電機保持同步運轉(zhuǎn)，合理分配主從電機電流負(fù)荷，避免電機電流過大，提升變頻器和PLC控制技術(shù)。

3.2 變頻器端子與PLC系統(tǒng)相連

變頻器端子是1種常見的電子連接器，一般位于變頻器后蓋處，它連接了變頻器主回路和控制回路，體積比較小。變頻器一般會安裝多個端子，這些端子負(fù)責(zé)傳輸各種電波信號和導(dǎo)電，把電機電流傳送至變頻器各個單元模塊，同時把主控制系統(tǒng)指令傳達(dá)給各個支路單元，它為變頻器和PLC控制系統(tǒng)銜接提供了技術(shù)基礎(chǔ)。技術(shù)人員可以把變頻器端子直接和PLC控制模塊相連，利用萬用表測量端子和PLC系統(tǒng)電流和電壓值，確保電流處在變頻器和PLC控制模塊負(fù)載范圍內(nèi)，發(fā)揮出變頻器節(jié)能、安全的優(yōu)勢，幫助技術(shù)人員實現(xiàn)電氣設(shè)備智能化控制。技術(shù)人員需要根據(jù)變頻器技術(shù)參數(shù)、設(shè)備功率和PLC系統(tǒng)負(fù)載范圍等來選擇連接方式，常見的連接方式為把變頻器模擬量端子和數(shù)字量端子相連，利用PLC系統(tǒng)的擴展板塊來連接端子，一般情況下變頻器數(shù)字端口包括了

I/O兩類端子，可以滿足不容傳輸需求，可以有效提升變頻器頻率調(diào)節(jié)準(zhǔn)確率。變頻器與PLC系統(tǒng)連接關(guān)系到整個電機、電網(wǎng)運行穩(wěn)定與安全，維修人員要定期對變頻器端子進行檢測，及時加固端子，確保端子和PLC控制模塊的連接，避免出現(xiàn)短路或端子松動等問題，形成1個安全的閉環(huán)控制系統(tǒng)，把PLC控制系統(tǒng)指令準(zhǔn)確傳達(dá)給變頻器。

3.3 編寫智能化控制程序

PLC控制技術(shù)的核心是計算機編程技術(shù)，技術(shù)人員要根據(jù)變頻器運行參數(shù)、設(shè)備電流參數(shù)和加工工藝要求等來編寫控制程序，實現(xiàn)變頻器智能化控制。PLC控制系統(tǒng)主要有中央處理器、存儲器、輸入和輸出單元和編程器等組成，技術(shù)人員利用中央處理器編寫控制程序編碼，讀取微型計算機指令，并執(zhí)行操控指令，把控制指令傳達(dá)給每1個零部件。PLC系統(tǒng)內(nèi)部通常有兩種存儲器，其中系統(tǒng)程序存儲器主要用于存放和管理PLC系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)，讀取變頻器內(nèi)部的ROM數(shù)據(jù)，防止PLC系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失，為維修人員提供維修數(shù)據(jù)。變頻機和PLC控制技術(shù)融合以后，技術(shù)人員可以利用PLC系統(tǒng)的輸入與輸出單元（I/O單元）來傳輸信號，把控制指令傳遞到變頻器每1個端口，同時還可以過濾變頻器內(nèi)部的一些干擾濾波。變頻器和PLC系統(tǒng)連接以后，更方便技術(shù)人員利用編程技術(shù)控制電氣設(shè)備，利用變頻器及時調(diào)整電機轉(zhuǎn)速和電流大小，保障整個電力系統(tǒng)正常供電，還可以利用變頻器對整個電路、設(shè)備進行監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)線路出現(xiàn)短路、斷路或電器元件接觸不良等故障，可以快速監(jiān)測故障位置，并及時發(fā)送安全警報，切斷故障單元電路，保證系統(tǒng)其他線路正常運轉(zhuǎn)，保證電氣設(shè)備安全運行。

4 PLC自動控制技術(shù)在變頻器中的應(yīng)用

4.1 合理實現(xiàn)通信協(xié)議

技術(shù)人員想要把PLC自動控制技術(shù)應(yīng)用于變頻器，首先要解決二者之間的通信問題，可以利用計算機來構(gòu)建通信協(xié)議，進一步優(yōu)化PLC控制程序和變頻器在程序上的銜接，保障設(shè)備流暢運行。目前，技術(shù)人員常用的通信協(xié)議技術(shù)有MOD—BUS和自由口通信協(xié)議，可以根據(jù)企業(yè)電氣設(shè)備運行需求、變頻器型號和生產(chǎn)線需求等因素來選擇通信協(xié)議方式，把變頻器和PLC技術(shù)真正融為一體，幫助企業(yè)安全提升生產(chǎn)效率。技術(shù)人員要把信號地設(shè)置在變頻器元件和電源相接處，把電源地設(shè)置在單片機和直流電源相接的位置上，這樣可以減少變頻器和PLC系統(tǒng)之間的線路距離，降低電力傳輸過程中的損耗，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。此外，技術(shù)人員可以對單片機進行接地處理，這樣可以減少輸入電路、輸出電路對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響，還可以方便PLC控制技術(shù)搜集變頻器和電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，針對電流、電壓異常情況進行分析，科學(xué)選擇單片機接地方式，一般情況下單片機接地線路的電阻要控制在100 Ω以內(nèi)，可以避免停電對電機造成損害，可以更好地保護變頻器。PLC控制技術(shù)和變頻器在電氣自動化控制領(lǐng)域有著廣泛運用，符合當(dāng)下智能制造發(fā)展理念，企業(yè)要鼓勵技術(shù)人員創(chuàng)新，加快PLC技術(shù)和變頻器技術(shù)科研工作，把最新科研成果、科研專利轉(zhuǎn)化為實際生產(chǎn)力，從而推動企業(yè)電氣自動化控制技術(shù)發(fā)展。

4.2 及時抑制線路干擾

現(xiàn)代企業(yè)離不開大型電氣設(shè)備，變頻器和PLC控制技術(shù)可以幫助企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)線，優(yōu)化企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)線路和變壓器線路，不斷優(yōu)化電氣控制技術(shù)。PLC控制技術(shù)可以有效降低變頻器受到的諧波干擾和線路干擾，保證電氣控制指令可以順利傳達(dá)，從而保證設(shè)備正常開啟、運轉(zhuǎn)，保證生產(chǎn)線順利運轉(zhuǎn)。技術(shù)人員可以把大負(fù)荷機械和單片機獨立配線，再把電源線、控制線和電網(wǎng)動力線單獨配線，利用萬用表及時檢測各個線路電流與電壓值，再把變頻器和PLC控制器接入電路中。部分企業(yè)把變頻器和PLC控制器線路設(shè)計不同的線槽，根據(jù)單片機和重型機械接線電線粗細(xì)、連接點等特點來重新設(shè)計線槽，而且線路之間的距離越大越好，這是因為大功率設(shè)備運行過程中會產(chǎn)生較多的電磁信號，這會影響單片機控制器信號，因此，要把大型機械設(shè)備和單片機的線路分開，并保持一定的距離，這樣可以減弱大型機械對單片機的干擾。此外，技術(shù)人員可以在變頻器或PLC系統(tǒng)中安裝一些半導(dǎo)體元件，幫助單片機對接收到的信號進行轉(zhuǎn)換，例如安裝一些電磁元件或光感元件，對單片機接收到的信號進行分解、轉(zhuǎn)換，再把這些信號進行調(diào)節(jié)處理，隔離電源信號，確保變頻器和PLC控制系統(tǒng)信號互不干擾，保證電氣設(shè)備按照PLC控制程序設(shè)定好的指令運轉(zhuǎn)，減少安全事故的發(fā)生。

4.3 抑制電源干擾

大型機械運轉(zhuǎn)會干擾變頻器和PLC設(shè)備信號，技術(shù)人員可以從大型機械入手，選擇隔離性能良好的電源，并在線路中安裝高壓放電設(shè)備，降低電源線、信號線等發(fā)出的干擾信號，還可以科學(xué)監(jiān)測變頻器自身發(fā)出的干擾信號，可以安裝一些濾波器，過濾變頻器自身產(chǎn)生的干擾電磁波。技術(shù)人員可以為變壓器和生產(chǎn)車間單獨配線，根據(jù)設(shè)備額定電流、電壓和變壓器功率等選擇電線，并根據(jù)電氣設(shè)備電網(wǎng)需求來選擇變頻器和PLC控制器型號，保證電氣設(shè)備電網(wǎng)運行安全。此外，技術(shù)人員可以把變壓器進行接地處理，把變壓器的電源輸入與輸出線路接地，可以抑制變壓器產(chǎn)生的干擾，還可以在電源口連接濾波電路，減少大地對單片機工作的影響，還可以保證整個電網(wǎng)安全運行。變頻器和PLC控制系統(tǒng)無形中會影響企業(yè)整個電網(wǎng)運行，雖然實施了模塊化管理，但是電壓的波動也會影響PLC控制系統(tǒng)的信號，技術(shù)人員可以根據(jù)大型機械設(shè)備、變頻器和PLC控制系統(tǒng)需求，打造集成電壓器，利用這一設(shè)備來控制電壓，削弱電源設(shè)備的信號干擾。

5 結(jié)語

PLC控制系統(tǒng)和變頻器是電氣自動化控制的核心，技術(shù)人員要積極學(xué)習(xí)新技術(shù)、新理念，研發(fā)新型號變頻器，把人工智能技術(shù)融入PLC編程系統(tǒng)中，進一步提升電氣設(shè)備工作效率，促進PLC系統(tǒng)和變頻器的結(jié)合，發(fā)揮它們安全性高、節(jié)能性強、便于操作、智能化控制等優(yōu)勢，提升企業(yè)電氣設(shè)備生產(chǎn)效率，為我國制造業(yè)發(fā)展注入新活力。

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