PLC控制与变频调速系统设计

杨飞

摘要：本文首先介绍了什么是变频调速，接着对PLC控制与变频器的连接进行重点研究，最后探讨了设计中需要注意的相关事项。

关键词：PLC控制；变频调速；设计

PLC代替继电器的作用，被大量使用到工业控制的相关领域。因为PLC能够通过软件工具来实现对控制程序的改变，且有着小型化、灵活性、方便快捷鲁棒性强等优势，尤其适合使用在较为恶劣的作业环境中。

1什么是变频调速

变频调速，指的是改变电机频率和改变电压达到对交流电动机的速率进行调节。随着变频调速功能的完善以及设备成本的不断降低，当前变频器在工业控制行业中的应用范围越来越广。发展变频调速的前提条件在于两方面：一方面，是大功率器件的普及，尽管早就发现变频调速是一项比较好的技术，不过受制于大功率器件的普及问题，一直到了上个世纪的八十年代才获得了一定的发展；另一方面，是微处理器的应用，以及变频控制形式的发展促进了变频控制的性能、可靠性的进步。

它的特点如下：能够应用标准电动机（比如，不需要维护的笼型电动机），能够连续调节，能够利用电子回路调整相序、调整转速。它的优点有：控制电机的启动电流，降低电力线路的电压波动；启动时需要的功率更低；可控的加速、运行、转矩极限功能；可逆运行控制；减少机械传动部件，能够实现高速化以及小型化，易于防爆，保护性能完善（比如，过载、短路保护）等。它的使用范围特别广泛，比如使用在风机、泵、搅拌机、等等，在节约能源方面特别有效；使用在车床、机械加工、钻床、等等，能够增强生产效率以及产品质量；其他领域的应用，比如各类传送带的多台电动机同步等。

2PLC控制与变频器的连接

2.1开关型指令信号的输入

变频器的输入中有着对运行/停止，正传/反转、点动等相关状态实施控制的开关型指令信号。PLC开关量的输入端可以同变频器的开关量的输入端直接相连接，这些开关量分为触点开关量与无触点开关量，在应用继电器的时候，往往由于连接问题而造成错误操作；在应用晶体管的时候，还需要注意到晶体管自身的电压、电流等各种因素，以确保设备的可靠运转。在进行变频器的输入操作时还必须考虑到，如果输入信号电路操作不规范时，有的时候也会引起误动作。比如，如果输入信号应用继电器等器件时，器件闭合造成的浪涌电流引发的噪音有时候会造成变频器的误动作，必须尽可能的小心。如果输入开关信号进到变频器时，还会出现外界电源与变频器控制电源（24VDC）两者间的互干扰。标准的连接是应用PLC电源，把外侧晶体管的集电极通过二极管连到PLC。

2.2数值型指令信号的输入

变频器的输入中也有着部分数值型（比如，频率、电压等）指令信号，包括数字、模拟输入两类。数字输入，一般使用的是变频器上的键盘操纵以及串行接口来实现；模拟输入，一般利用接线端子从外界实现，主要是利用0-10V/5V的电压或者0/4-20mA的电流来实现。因为接口电路随着输入改变而改变，所以需要按照变频器的输入选用PLC的相关模块。

如果变频器与PLC的电压范围不一致，比如变频器的输入是介于0-10V，而PLC的输出是介于0-5V时；或者PLC的相应输出是介于0-10V，而变频器的输入则是介于0-5V时，因为变频器等的电压、电流等数值的制约，必须用到串联的方法连接限流电阻以及分压，从而确保进行闭合时不大于PLC与变频器的所设范围。另外，在连接的时候还要记得把布线分离，确保主电路的噪音不会影响到控制电路。一般来讲，变频器也利用接线端子向外界输出有关的监测信号，一般是介于0-10V/5V的直流电压以及0/4-20mA的电流。不管是何种情况，都要记住：PLC的输入阻抗的数值要确保其中的电压以及电流不大于标准值，以确保设备的可靠运行，并降低误差。此外，因为所有监测系统的构成不相一致，有不了解之处联系生产厂家询问。还有就是，在应用PLC实现控制时，因为CPU的数据运行需要花费一定的时间，有着相应的时间延误，所以在实现精准的控制时要注意到这一点。

3設计中需要注意的事项

在进行系统的设计时要注意以下几个方面：

（1）在开始启动的时候，电压需要以相应的斜率从零逐渐升至规定值，以进行软起动，降低开始电流对设备的影响，并节省电能，不过在启动环节不能做PID调整，避免发生震荡。

（2）使用PLC构建闭环自控系统，在完成自动调节时，为避免PLC的扫描时间的影响，PLC计算需要使用定时断开的方法，定时断开的时间点，可按照系统的相关指标等来设计，并且还须注意到时间延误问题。

（3）变频器、PLC等设备能够装设在同一控制柜内，能够就地或远端操作，方法简便快捷。如果作业需要，该系统也能够直接接到DCS或上位机，构建人机界面的监控系统等。

（4）其拓展范围较广，在多个电机同步多个电机跟踪等操作中，仅须把该系统方式进行拓展就能实现。

（5）电机在变频或工频供电条件下变更时，需要确保设备开闭以及切断顺序与充分的延时，以避免引发的感应电动势影响到变频器的输出逆变桥，带来一定的损失。

（6）在高负载条件下，为了降低变频器高次谐波的干扰，可以在变频器的一、二次侧加电抗器。

（7）为了长期可靠的运行，接地线按要求连接很重要，避免与变频器使用共同的接地线，接地时尽量分开；另外信号控制线使用屏蔽线、双绞线达到抗干扰的目的。

4结语

本文提出的通过PLC控制交流变频调速系统设计有着高可靠性、操作直观、连接方便、易拓展等优点，并且舒适性好。因此，PLC变频调速系统是一类比较好的实现方式，其运行效果非常理想。