浅析PLC在变频器输出频率控制中的应用

刘冬

摘 要： 当前，随着技术的发展和价格的降低，变频调速在调速控制中被广泛应用。变频器在工业控制中的应用越来越广泛。变频器在控制系统中主要作为执行机构使用，有的还具有闭环PID控制和时间顺序控制的功能。PLC和变频器都是以计算机技术为基础的现代工业控制产品，将二者有机地结合起来，用PLC控制变频器，在当代工业控制领域是很常见的，例如用PLC控制变频电动机的旋转方向、转速和加速、减速时间；实现电动机的工频电源和变频电源之间的切换；实现变频器与多台电动机之间的切换控制及通过通信实现PLC对变频器的控制，将变频器纳入工厂自动化通信网络等。本文从输出频率控制的角度，浅析PLC在变频器控制中的应用。

关键词： PLC 变频器 输出频率控制

一、PLC控制变频器输出频率的方法

1.用PLC的模拟量输出模块提供变频器的频率给定信号

PLC的模拟量输出模块输出的直流电压或直流电流信号送给变频器的模拟量转速给定输入端，用模拟量输出信号控制变频器的输出频率。这种控制方式的硬件接线简单，但是PLC的模拟量输出模块价格较高，模拟信号可能会受到干扰信号的影响。

2.用PLC的数字量输出信号有级调节变频器的输出频率

PLC的数字量输出/输入点一般可以与变频器的数字量输入/输出点直接相连，这种控制方式的接线简单，抗干扰能力强。用PLC的数字量输出模块可以控制变频器的正/反转，有级调节转速和加/减速时间。虽然只能有级调节，但是对于大多数系统，这就足够了。

3.用串行通信提供频率给定信号

PLC和变频器之间的串行通信除了可以提供频率给定信号外，还可以传送大量的参数设置信息和状态信息。S7-200和安川变频器都带有RS-485通信接口，使用USS协议实现S7-200与安川变频器的通信。

4.用PLC的高速脉冲输出信号作为频率给定信号

某些变频器有高速脉冲输入功能，可以用PLC输出的高速脉冲的频率作为变频器的频率给定信号。

二、與频率给定值有关的变频器参数设置

变频器通过参数设置，确定接收频率指令的方法。以安川的F7系列为例，可以用参数b1-01设置5种频率指令的输入方法。

1.通过变频器的数字式操作器。

2.通过模拟量输入端子（见图1）A1，用电位器输入电压形式的频率给定值；通过端子A2可以输入电压或电流形式的频率给定值。

3.通过Modbus通信。

4.通过可选用的卡。

5.通过脉冲输入端子RP输入脉冲，用参数H6-01设置脉冲信号是PID控制器的反馈值或设定值，用参数H6-02设置对应于100%变频器输出频率的脉冲频率值。

图1 正反转控制电路

三、变频器对电动机转速和旋转方向的控制

下面通过一个实际例子介绍PLC控制变频器的方法。

PLC的输入点I0.0和I0.1用来接收按钮SB1和SB2的指令信号（见图1），通过PLC的输出点Q0.0和接触器KM控制变频器电源的接通和断开。

按下“接通电源”按钮SB1，I0.0变为1状态，使Q0.0置位，接触器KM的线圈得电，其主触点闭合，接通变频器的电源。

按下“断开电源”按钮SB2，I0.1变为1状态，如果I0.2和I0.3均为0状态（SA1在中间位置），变频器未运行，则Q0.0被复位，使接触器KM线圈断电，其主触点断开，变频器电源被切断。变频器出现故障时，I0.4的常开触点接通，亦使Q0.0复位，使变频器的电源断电，同时用Q0.3显示变频器故障信号。

三位置旋钮开关SA1通过I0.2和I0.3控制电动机的正转、反转运行或停止。“正转运行/停止”开关接通时正转，断开时停机。“反转运行/停止”开关接通时反转，断开时停机。变频器的输出频率由接在模拟量输入端的A1的电位器控制。

将SA1旋至“正转运行”位置，I0.2变为1状态，使Q0.5动作，变频器的S1端子被接通，电动机正转运行。

将SA1旋至“反转运行”位置，I0.3变为1状态，使Q0.6动作，变频器的S2端子被接通，电动机反转运行。

将SA1旋至中间位置，I0.2和I0.3均为0状态，使Q0.5和Q0.6的线圈断电，变频器的S1和S2端子都处于断开状态，电动机停机。

当电动机正转或反转时，I0.2和I0.3的常闭触点断开，使SB2对应的I0.1不起作用，以防止在电动机运行时切断变频器的电源（见图2）。

图2 正反转控制的梯形图

四、电动机的多段转速与升降速时间的控制

有些设备不需要连续调节转速，只要切换若干段固定的转速就行。几乎所有的变频器都有设置多段转速的功能，只需要用变频器的2点或3点数字量输入信号，就可以切换4段或8段转速，避免使用昂贵的PLC模拟量输出模块连续调节变频器的输出频率。有的设备要求一个或两个转速段的转速给定值可以由操作人员调整，这一功能可以用接在变频器模拟量给定信号输入端的电位器实现。其他段的转速则用变频器的参数进行设置，在运行时操作人员不能修改它们。

可以用类似的方法，用变频器的一个或两个输入信号，切换2档或4档加/减速时间，加速时间和减速时间的值用参数设置。

上述应用将PLC与变频器有机结合，能有效提高系统自动化程度及变频调速性能。当然，在科学技术不断发展的今天，只有积极探索，才能将更新的技术应用到工程实际中，满足生产自动化的需要。

参考文献：

[1]徐铁.PLC应用技术.中国劳动社会保障出版社，2007，8.

[2]樊占锁.彻底学会西门子PLC、变频器、触摸屏综合应用.中国电力出版社，2012，6.

[3]吴丽.电气控制与PLC实用教程.黄河水利出版社，2005.

[4]龚仲华.交流伺服与变频器应用技术（安川篇）.机械工业出版社，2012，8.