PLC自動控制技術在變頻器的應用

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近年來，隨著各領域自動化水平的提升，plc自動控制技術成為新時期自動化生產、自動化管理的重要基礎手段。PLC自動控制技術的本質是“微型邏輯編輯器”，該技術在實際應用中需要以變頻器為載體，促進變頻器的自動化控制，從而確保各領域生產活動中變頻器自動控制的靈活性、可靠性，幫助各企業建立自動化的生產、工作模式，促進社會經濟事業的可持續發展。

PLC自動控制技術相關概述

PLC是一種可編程的控制器，PLC自動控制技術是計算機、自動化技術、通信技術集成應用后的產物，屬于工業自動化控制技術。PLC自動控制技術的主要功能是優化傳統繼電器執行邏輯，完善其控制功能，同時建立可遠程控制、自動控制的系統或網絡。PLC自動控制技術具有高效性、穩定性、便捷性等特點，在各領域中有著不可忽視的應用價值。PLC自動控制技術的基本原理是通過循環掃描的方式，將依據用戶需求所編制的控制程序布設在系統內部。使該系統能夠結合用戶指令操控系統中程序，完成生產、自動化控制任務。完成后PLC程序可重新回歸首條指令，循環掃描后重復上述運行步驟。微處理器、電源、輸入組件、輸出組件、存儲器是實現PLC自動控制技術的主要硬件設施。另外，PLC產品不同，其產品特點會有著明顯差異性，以西門子公司的PLC產品為例，具體產品信息如表1所示。PLC自動控制系統的特點分析PLC自動控制系統是實現PLC自動控制技術的關鍵載體，在工業生產、企業發展中，PLC自動控制系統有著不可替代的作用，該系統的主要特點如下：（1）編譯高效。編譯PLC自動控制系統時，程序編寫較為清晰、高效，可利用“梯形邏輯流程圖”實現PLC自動控制技術，同時使系統中的控制器更易修改，能夠結合工業、企業實際需求，設計PLC自動控制系統的程序功能，提升各類生產活動、工程建設的整體效率。（2）可靠性強。PLC自動控制系統聯合變頻器后，可直接應用在企業生產活動中，且系統運行穩定、可靠。通過相關人員對PLC自動控制系統的測試可知，該系統的抗干擾性較強，系統運行中的故障頻率低，能夠充分的維持企業生產、自動控制平臺的穩定性，保證企業生產效益。（3）安裝便捷。PLC自動控制系統安裝過程中非常便捷，且系統本身能夠適應不同的生產活動，具有較強的耐腐蝕性、耐毒性。與變頻器聯合應用中，PLC自動控制系統的可操作性明顯強，能夠為企業、工業活動創造更多的經濟效益。

變頻器中應用PLC自動控制技術的前期準備

（一）合理選擇PLC及變頻器

變頻器是大型機電設備中用于調控電源設備頻率的設備，逆變器、主電路、平波回路、整流器是變頻器的主要結構。企業生產活動中，變頻器能夠改變電氣設備的原有電壓，使其頻率、賦值符合生產要求，從而確保電機設備運行的穩定性。在變頻器中引進PLC自動控制技術時，還應結合企業實際需求，選擇對應的PLC和變頻器。不同電機設備對電壓頻率控制需求會產生較大差異性，相關人員可基于電壓頻率控制需求，充分考慮PLC產品特點、變頻器的功能及容量，合理選擇對應規格的變頻設備、PLC產品。除此之外，應用PLC自動控制技術控制變頻器時，還需科學地設置變頻器的相關參數，如表2所示。

（二）科學連接PLC和變頻器

PLC與變頻器相互連接時，常用方式為PROFIBUS-DP通信。相關人員借助PROFIBUS-DP通信將變頻器、PLC構建成網絡后，變頻器、PLC產品則能夠進行信息交換和資源共享。在此過程中，PLC產品可基于自身的通信功能，通過單主站、多主站、自由端口通信等方式連接變頻器，發送控制指令。指令從PLC傳輸到變頻器的存儲器后，能夠點對點地對變頻器內的控制程序進行自動化控制。而變頻器可實時反饋指令實時情況，如設備運行情況、發布設備故障警報等。數據傳輸過程中，PLC與變頻器處于連通關系，其余時間相互獨立運行，所以不會出現PLC、變頻器相互干擾的情況，有利于維護變頻器運行的穩定性。此外，PLC自動控制在具體應用時，可借助通信協議同時控制不同規格的變頻器，高效地與變頻器可連通方式。

（三）促進PLC系統與變頻器端子的連接

變頻器端子是變頻設備中用于連接PLC的連接器，通常會設置在變頻器的后蓋上，可以將PLC與變頻器的主回路、控制回路相互連接，傳遞各類電信號。將變頻器、變頻器端子連接時可簡化二者的連接流程，從而通過硬件連接的方式，突出變頻器、PLC的功能優勢。具體的連接方式是將數字量端子、模擬量端子連接，使變頻器的控制回路能夠連接到PLC系統的擴展板塊，提升變頻器頻率控制的準確性。

變頻器中PLC自動控制技術的應用思路

（一）確定PLC模塊

PLC產品的模塊型號較多，將其應用在變頻器時，企業可以基于自身需求，選擇對應的PLC模塊。通常情況下，企業可根據變頻器標準I/O點數設計，確定PLC模塊的型號或產品規格，常見的PLC模塊有35MＲ型、45MT、S7－200型、FM355－2型等。此外，相關企業可按照PLC模塊的分類，選擇PLC產品，比如根據硬件外形、功能設計可將PLC模塊產品分為“向量輸入”“輸出型－狀態輸入”“輸出型－晶體管輸入”“輸出型”等。按照PLC產品的運行原理則可將其分為“解釋說明型”“編碼破譯型”等類型。其中，解釋說明型PLC模塊是在變頻器和PLC產品連接后，按照各連接節點的PLC語言，解讀指令表、梯形流程圖。同時在電機設備運行時，使變頻器通過采用指令、解釋的方式讀碼，并對設備進行變頻控制。編碼破譯型PLC則是直接將連接節點編譯為程序，并利用變頻器接收到的指令代碼，控制變頻器，使其直接作用于生產設備。選擇PLC模塊時，相關人員應綜合考慮生產需求、變頻器性能設計，科學選擇PLC模塊，采用更恰當的連接方式。

（二）建立PLC通信協議

通信協議具體指PLC、變頻器相互連接時，用于達成通信目標的條款和項目。通過建立PLC通信協議，能夠實現PLC產品節點信號、變頻器設備的有效連接，使其在運行中共享信息資源、通信訊號。建立PLC通信協議是變頻器中應用PLC自動控制技術的基礎工作。變頻器中的通信協議具體包括mb通信、自由接口通信兩種，實際應用時，相關人員可全面考慮變頻器性能、PLC產品的適配情況，選擇通信協議方式。隨后將PLC產品中的每個控制節點的信號數據錄入變頻器系統的通信協議中。從而利用通信協議采集PLC節點信號，翻譯變頻器運行中的信號，并對變頻器的控制系統發送處理后的信號，使其評估后分析指令的可行性，確定可執行該指令后將節點信號傳輸給變頻器操作系統，最終起到變頻器自動控制的作用。具體運用PLC自動控制技術控制變頻器時，相關人員還可借助節點信息的整合利用，評估、調控變頻器狀態，同時將其反饋給PLC的控制系統，平衡好PLC產品和變頻器的關系，使變頻器處于穩定、高效運行狀態。

（三）設計自動化變頻模式

在變頻器中引進PLC自動控制技術的主要目的是提升變頻器的自動化水平，建立可自動控制的變頻模式。以此解決變頻器應用中操作復雜、靈活性差、人工成本高等問題，同時有助于提升變頻器的運行效率，滿足企業生產自動化、標準化的根本要求。但是在實際應用PLC自動控制技術時，還應確保二者的協調性，靈活設計自動化邊坡模式，持續校準節點信息，控制變頻器狀態估計器的誤差。（1）建立通信協議、連接變頻器和PLC產品時，保證語法、編譯邏輯流程、信號格式、傳輸向量的一致性。并且為減少外部環境對PLC系統和變頻器的干擾，還應找出節點、變頻器狀態估計器的誤差值。對此，相關人員可利用數學模型：Prob{（k+1）=j（k）=i}=πij分析誤差值，其中πij≥0，同時根據狀態i轉移到狀態j的轉移概率，推導出各節點的誤差值。（2）根據企業生產設備、電氣設備自動化運行或生產的根本要求，將變頻器中PLC節點信息和狀態估計器的誤差控制在0.3~1.5之間，確定變頻器自動化運行中PLC系統的工作模式。（四）應用實例（1）電氣工程自動化控制。工業領域中，自動化控制目標的實現是將PLC自動控制技術應用在電氣設備的變頻器中，以此改變用人力控制電氣設備的局面。比如在電氣閉環系統中，PLC自動控制可與該系統中的變頻器相互連接，建立通信協議，從而對電氣閉環設備進行自動化控制，確保設備運行的安全性，實現電氣工程自動化控制目標。在此基礎上，變頻器可借助PLC自動控制技術，建立開關量控制技術方案，維護電氣設備自動化系統的穩定性。電氣工程自動化控制中，開關量控制關系著電氣設備的運行狀態，但傳統人工控制繼電器、變頻器的工作方式會導致設備的穩定性較弱，電氣設備與逆行效率不高。PLC自動控制技術產生后，可直接作用于斷路顯示器、變頻器，自動化控制電氣設備，優化電氣設備的變頻控制系統。（2）供水控制系統。供水控制系統中，PLC自動控制技術和變頻器聯合應用，完善供水系統的整體設計，建立“恒壓供水系統”。相關企業可基于供水電氣控制系統的經濟性、生產性目標，根據多端口的電氣控制系統特征，選擇變頻器、PLC自動控制技術，規劃設計PLC恒壓供水系統，自動化控制該系統中的電氣設備。PLC恒壓供水系統的核心設備包括“壓力傳感器”“PLC控制器”“變頻器”“水泵”。其中壓力傳感器可控制供水系統的輸入量，PLC控制器傳輸的節點信號可影響輸入量的控制精度。PLC控制器是該系統的核心，可檢測供水時電氣設備的輸入狀態，計算輸入數據，并利用變頻器控制終端設備，使供水時的輸入量符合相關要求。水泵則是在變頻器的作用下改變流量大小，實現供水系統的自動化控制。在此過程中，PLC控制器可有效控制變頻器，使其作為供水系統的后續控制單元，通過變頻調速、多段調速的方式控制終端設備，自動控制供水流量。

結語

綜上所述，變頻器與PLC的聯合應用有利于提升企業生產效率，建立更高效的生產系統。但是為發揮PLC自動控制技術在變頻器的應用價值，還應合理選擇PLC、變頻器，科學調整變頻器的實際參數。同時結合企業生產需求、自動控制目標，更靈活的制定PLC自動控制技術方案，打造個性化的自動化變頻器控制技術，保證企業生產效益，提高各行業生產、管理活動的自動化水平。

作者：曾強盛