冶金工程中变频器与PLC通讯探讨

2019-03-07吴启军崔菊兰

中国设备工程 2019年4期

吴启军，崔菊兰

（莱钢集团设备检修中心，山东莱芜 271104）

在冶金工程中，许多核心、关键设备都使用了变频运行方式，如，环冷机、圆辊、水泵等相关设备。从变频控制层面看，在传统DI、DO通道控制中都设置了现场总线，同时，还连接了通讯接口、通讯模块，这为设备的运行提供了一种非常科学的变频控制方式，即变频通讯与PLC 通讯方式。将两者融合起来，能够更加灵活地控制变频器，实现能耗控制。

1 变频控制系统及PLC 通讯控制系统

1.1 变频控制系统

从整个变频控制系统来看，其主要是由触屏、PLC总

线及相应的控制器构成。其中，触屏的作用是进行各类数据信息的交互，便于信息的发布、接收、展示等，具体功能是输入相关控制指令、对控制情况进行实时监控、对历史记录信息进行查询、输出错误的信息、对历史错误信息进行及时记录和查找等，利用触屏使广大使用者能够进行数据信息的交流、沟通。PLC总线综合性很强，在高压变频管理系统中的主要作用是对高频变压器的电气逻辑进行有效处理，并对执行机构运行情况进行全面控制。另外，还包含在电机运行过程中，实现对电气管控、保护等各方面情况的监测，从而更好地对通讯信息进行保护。同时，相应的控制器则是为PLC总线更好地进行控制提供辅助，从而对变频器进行全面控制。

1.1.1 变频器的安装

（1）挂墙式安装。变频器和周围物体的距离必须要控制好，两侧大于100mm，上下大于150mm。

（2）柜式安装。单台变频器在进行安装时，需要采取柜外冷却方法，在使用该种方法时，需要在柜顶安装冷却风扇；如果是多台变频器并列安装，应该采取纵向方式进行安装，并且，还需要在2台变频器中间安装隔板，无论是使用哪种方式，变频器都需要垂直来安装。

（3）工作环境要求。为了保证安装质量，对工作环境也有要求，通常情况下，变频器工作温度需要控制在0～40℃，同时，还存在周边用电设备的电磁干扰等一些外界因素所造成的问题。此外，装有变频器的控制柜若是受到机械振动、冲击时，会导致电气接触不良，这时，要增强控制柜的机械强度，远离振动、冲击源。

1.1.2 变频器的接线

主电路接线：

（1）变频器输入、输出分别是（R、S、T）、（U、V、W）一定不能接错。

（2）将变频器接地端在安全接地，（若工厂电路为零地共用，就必须要单独取地线）多台变频器接地，各变频器需要分别与大地连接起来。

控制电路接线：

（1）模拟量控制线应该采用屏蔽线，屏蔽一端接到控制电路的公共端，切莫与大地或者是变频器地端相接。

（2）开关量控制线可以不采用屏蔽线，但信号相同的两根线应该相互绞起来，同时，要控制好绞合线的间距，尽量要小。

1.2 PLC 通讯控制系统

PLC内部工作主要采取循环扫描的方式，在部分大中型控制器中还增添了中断方式。当用户完成了程序的调试任务后，利用编程器进行编辑，将程序填入到存储器中，由PLC选择相应的运行方式，后续工作由PLC按照用户程度去完成。图1为PLC执行过程框图。该控制系统也主要采用了模块化的方法，将各功能全部发挥出来，提高系统工作质量和效率，同时，在工作中还能多人合作，这样，能够使系统各项功能得到有效扩展，从而更有效地对PLC 总线进行管控。此外，现场有关调试人员调试了变频器后，能够降低PLC失误问题的发生几率，这样，能够将变频管理的作用全面发挥出来，提高变频管控的灵活性，下面从几方面内容对PLC通讯控制系统进行阐述。

1.2.1 PLC 开关量信号

从PLC通讯系统的总体情况看，PLC数据信息的输出，高转速、低转速等运行与输入、输出端口连接起来，这样，高压变频器就能够直接启动或者是处于初始化，同时，还能在变频器运行时，实现高低速各组合的切换，从而保证变频器在具体工作中能够多段速的转换运行。但在PLC 控制系统中，主要是利用开关量来管控，所以，在调整过程中的速度曲线并不是呈连续下滑的趋势，要对速度进行精细化调整，难以实现。由此可见，利用PLC 开关量信号对调节速度进行准确控制需要进一步提升，实用性不高。

图1 PLC执行过程框图

1.2.2 PLC 模拟信号

借助PLC模拟量来控制模拟信号，其优势在于PLC 控制程序编程比较简单，使用起来难度不大，很方便，且在调节过程中所呈现的曲线都是平滑连续曲线，这样，能够保证整个控制系统平稳运行。但从另一角度看，PLC 模拟信号控制的缺点也十分明显，主要由于这种控制方法对控制线缆的长度有要求，特别是 DA模块输出电压信号时，线路通常都会发生电压降低的情况，这样，就大大降低了系统的可靠性。另外，采用这种模拟信号控制方式，造价成本要远远高于传统扩展式通讯系统，经济性不高。

2 PLC 与变频器的数据交换

在硬件配置过程中，为每台PLC与变频器分配1个对应的Profibus-DP总线地址。在设置变频器参数时，设置变频器地址号。在PLC 应用程序中，将参数标识符值地址与过程数据地址设定好。其中，参数标识符值地址包含参数标识符、索引IND等；过程数据地址包含控制字、设定值等等。PLC 经过总线将控制字与设定值信号发送出去，通过参数标识符值地址口传输到变频器，变频器经过总线将变频器状态字及实际值传回，被PLC通过参数标识符值地址口将相应的信号进行搜集。只有当控制字、设定值等各项数据信息通过过程数据连接所规定的路径时，数据传输才是成功的。

3 PLC 通讯系统的实际应用

PLC控制系统是在传统顺序控制器的基础上，引入了计算机技术等现代化技术的一种新的控制装置，该种信息装置的出现，主要是为了弥补传统继电器、记时等顺序控制功能中存在的不足，构建灵活性较强、实用性更高的控制系统。该系统的通用性强、使用起来十分方便、使用面积非常广泛、抗干扰性强。将该种通讯系统应用到变频控制器中，能够实现如下几种功能：

（1）依据主程序的具体情况，来调整各子程序的运行方式。

（2）将PLC 总线接通电源，该程序就会自动切换到初始化模块，并会对通讯接口进行相关设置，从而使通讯结构能够更好实现 PLC 和控制器的通信，并能有效解决PLC或者是主控器中出现的各类故障问题。

（3）利用PLC 系统逻辑功能，标示出各系统的状态，如系统准备就绪、请求下一步指令等等。

（4）用户能够借助系统中设置的高压、高压变频器等相应开关，对工频、变频间的切换情况进行管控，同时，通过这种控制保护，来防止故障产生所造成的跳闸等相关问题。

（5）通过触屏接口，能够及时对系统运行过程中电流、电压的大小进行查看，从而对系统的相应参数进行科学设置，使系统能够安全稳定运行。

（6）如果系统出现故障，系统中相应的控制器就能够及时反映故障信息，提醒相关人员进行处理。若是故障非常严重，对系统运行造成的影响比较大，就会自动进行保护处理，切换变频器前端端口等，或可以直接断开相关电源，也可以将设备转化成公平运行模式，从而对整个系统进行保护。

（7）对于系统故障问题，可以借助故障分析模块，将控制器传输到PLC 通讯系统，并翻译系统中有关的信息数据，将经过翻译的数据在触摸屏中显示出来。另外，利用模拟量系统能够对外部数据信息进行收集，并将其转变为变频信号，最后显示在触摸显示屏上。

（8）步进控制功能。步进控制功能也就是借助步进指令对各道加工工序进行控制的程序，只有当上一道工序完成后，才能开始下一道工序的控制，通过这样的方式，弥补传统通过硬件构成的步进控制方式，为广大用户提供更多位移寄存器，能够将由时间、计数器等为转步要素的步进控制。PLC 借助移位寄存器就能够实现步进控制功能。此外，还有一些PLC 设置有专门的步进控制系统，使编程更为方便。

（9）PLC 控制系统所涵盖的功能比较多，如温度显示功能、远程读取功能等等。