PLC控制与变频调速系统设计

2016-12-01张海龙辽宁省营口市营口理工学院辽宁营口504辽宁省营口市金辰机械股份有限公司辽宁营口5000

科技传播 2016年12期

李　稳，张海龙，车　焕.辽宁省营口市营口理工学院，辽宁营口　504 .辽宁省营口市金辰机械股份有限公司，辽宁营口　5000

PLC控制与变频调速系统设计

李稳1，张海龙2，车焕1
1.辽宁省营口市营口理工学院，辽宁营口115014 2.辽宁省营口市金辰机械股份有限公司，辽宁营口115000

摘要随着微电子技术和信息技术突飞猛进的发展，可编程逻辑控制器技术也在不断完善和提高，作为我国现代工业控制的三大支柱之一，目前我国已将可编程逻辑控制器应用于冶金、机械、矿业等各个领域，推动了我国工业的发展，本文从以下几个方面介绍了PLC控制与变频调速系统设计，首先介绍了变频调速及分类，还阐明了PLC的定义以及PLC控制与变频调速系统设计的方式操作，同时也说明了设计时应注意的问题。

关键词变频调速系统；PLC控制；变频器；变频电源

PLC技术在不断提高和发展，越来越多的工业企业将其应用于工业设备中，变频调速系统设备与PLC相结合减少了损耗电能、可靠性较高并且操作过程简单、经济效益十分明显等一系列的优点，合理利用变频调节系统和PLC控制的优越性并将其应用于所需要的各个领域，来推动它的发展。

1　变频调速及分类

1.1按变频电源的性质分类

按变频电源性质分类可分为电压型变频器和电流型变频器。对于交—直—交型的变频器，中间直流环节采用什么样的滤波器是电压型变频器和电流型变频器的主要区别。在电路中间环节，直流环节多采用大电容滤波器，直流电压波形平直，施加在负载上的电压值一般不会受到负载的影响，电压值基本保持不变，电压型变频器通过逆变的方式输出的交流电压形状大多为矩形或阶梯形，但是当通过电动机负载滤波器后波形接近正弦式，其含有的谐波分量较大。其优点是其运行方便，几乎不受负载等因素的影响。缺点是当负载短路时或者在变频运行时投入了负载，都会出现过电流的现象，需要短时间内采取有效措施进行保护。

1.2电流型变频器

在电路中间直流环节多采用大电感滤波电流波形平直，其不受施加在负载上的电流的影响，所以电流值比较稳定类似于电流源这就是电流型变频器。通过应用电流型变频器来控制直流电流时可以通过改变直流电压的方式，从而形成可调节的直流电源进一步可以控制输出。因为电流的可控性好的特点所以电流型变频器可以限制因负载短路问题引起的过电流现象，经常用在频繁加减速和四象限运行的地方。交—交变频器没有滤波电容，但是供电电源的低阻抗使它具有电压源的性质所以也属于电压型变频器，有的交—交变频器用电抗器把输出的电流波形变成矩形波，让它具有电流源的性质这时属于电流型变压器。

1.3PLC的介绍

PLC中文名为可编程逻辑控制器，PLC是一种在数字运算操作下的电子系统，主要应用在工业环境中，其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时和计数与运算操作等指令主要采用可编程的存储器，同时在控制不同类型的机械生产过程时主要采用数字或模拟式输入输出的方式。在工作运行时PLC想要实现控制功能主要通过执行反应要求的客户程序，用户要求的程序需要不断重复输入直到停机或者切换到stop工作模式，这样PLC输出的信号才能不断的反馈可能会发生变化的输入信号。

2　PLC控制变频调速系统设计

2.1PLC控制变频器的方法

在采用PLC控制变频器时常用两种方法模拟量控制法和通信方式。模拟量控制的方法操作简单而且直观，在通过此方法实现对变速器的控制时主要是利用变频器的I/0端子将变频器的跟随速度设置成某个模拟量的输入，一般一个模拟量通道中只能有一个变频器。通信的方法不单单实现了对变频器的控制，还可以获取变频器的运行状态，它操作方式很简单只需要把变频器看做为一个设备，PLC来通信来读写出变频器内部的寄存器从而实现了对变频器的控制。

2.2变频器中数值型信号的输入

变频器中也存在一些频率、电压等数值型指令信号的输入，有数字输入和模拟输入两种，数字输入在给定时通常应用变频器面板上的键盘操作和串行接口，模拟输入给定时一般通过接线端子的内部，通常电压信号为0～10V/5V或者输入的电流信号为0/4～20mA。接口电路因输入信号来决定，所以在选择PLC的输入模块时必须要依据变压器的输入阻抗来决定。如果变频器和PLC的电压信号范围不同时，又加上变频器和PLC的输入、输出端晶体管所允许的电压、电流的限制因素，所以需要将限流电阻用串联的方式接入来确保开关时不超过PLC和变频器输入输出端的允许容量。

2.3PLC的优点

如今大多数PLC的“梯形图编程方式”在控制线路上思绪清晰直观，满足了很多工厂企业中工人们和技术人员的编程水平和读图的习惯，所以让人易于接受，掌握速度快。在执行梯形图程序时用内部的解释程序将其翻译成汇编语言，虽然比直接执行汇编语言编写的程序消耗时间长一些，但是对于目前的大型机电控制装备来说这些都显得微不足道，就目前对控制的要求来讲完全可以满足。

3　设计中应注意的问题

3.1启动变频器时

在启动变频器时，不能迅速地把给定电压达到设定值应该逐步达到设定值来实现软启动功能，这样就会减少起动电流对电网的冲击破坏，还节约了电能的损耗。在启动阶段不能调节PID，防止出现震荡现象。负载过大时，可以在变频器的侧边加上电抗器来减少变频器高次谐波的影响。

3.2将变频器与PLC相连接时

对PLC进行接地时要按照规定的接线标准和接地条件，连线应使用双绞线或者屏蔽线这样可以提高抗噪声能力，注意和变频器用接地线要不是同一根。当电源条件不好时，可以将噪声滤波器和降低噪音用的变压器接入PLC的电源模块和输入输出模块的电源线上。如果在同一个操作柜安装了PLC和变频器时，尽量把与变频器有关的导线和PLC有关的导线分开。在PLC和变频器连接时，由于弱电控制强电的因素，所以要注意到连接时的干扰避免出现由于干扰造成的变频器故障发生，导致变频器和PLC受损。

3.3在进行变频切换时

电机在变频供电方式下切换时，必须保证接触器闭合和断开的顺序和开关时的时间，防止电机绕组产生的感应电动势加载到变频器的输出逆变桥上，造成损坏。在PLC自动调节时，PLC运算中断要定时防止受到扫描周期的影响，可以依据系统的调速指标和控制精度来设定中断的时间周期，当然也要考虑到系统在给定到系统运行输出时的时间的延迟。