基于PLC的变频器电机调速的方法探究

王玉娟

摘 要：在我国经济飞速发展的大背景下，国内变频器的应用也随之逐渐扩大规模。变频器是利用电力半导体器件的通断作用将电压和频率固定不变的工频交流电源变化成电压和频率可变的交流电源，供给交流电动机实现软起动、变频调速等功能的电能变换控制装置。我们将设计探究基于PLC的变频器多段速控制，通过总体方案设计来确定系统的功能要求，选择软硬件，制定工作方案;然后进行硬件设计，完成输入输出分配以及接线端子的连接;最后通过变频器的参数设定和PLC的程序设计来完成此次多段速控制系统的操作。

关键词：PLC;变频器;电机调速;方法

引言

计算机技术的发展使得自动化这一概念越来越多应用于工业生产中，也使得很多复杂且对精确性较高的工作由原有的人工操作转变为自动化系统操作，这不仅给有关人员减轻了工作负担，也使得这些工作完成的效率与可靠性均得到了保障。在这些实现自动化功能的元件中，可编程类控制元件占据重要地位，利用程序完成对系统的控制也逐渐在很多工业领域得以应用，这其中最为常见的可编程类控制元件就是PLC。

1  PLC系统的特点

1.1体积小、节约能耗、安装简单方便

在单个的小型PLC中，具有大量的编程元件，这些分布的原件都可以被用户加以利用，每个元件的的控制功能也不尽相同，所以在用户使用的时候可以根据自己的需要进行安装，用起来节能效果也十分满意，同时它也能够适应高速的生产速度，定位精度高，操作的误差也小，质量可以得到保证。

1.2程序编制相对简单

PLC系统的编程是采用接线的形式来实现的，而且由于PLC系统会编辑相对应的梯形图程序，因此PLC系统一般会采用提醒语言的来做到相互对应。除此之外，为了方便管理，PLC会采用顺序控制法来进行设计，这种设计方式规律极为明显，可以被容易地掌握。

1.3操作靈活方便

PLC系统具有自动以及手动模式，满足不同情况下的需要，同时在操作的时候还可以下达启动和暂停的命令，方便应对突发状况。除此之外它还具有先进的计数清零的功能，对于调整气缸下压的时间十分方便。最后，在实际的操作使用时，它具有自动进行送料固定的优势，操作过程中不需要人动手，在一定程度上有利于保护用户的人身安全，提高操作效率。

2  PLC与变频器实现变频调速

2.1八段速控制

八段速控制就是在变频器中设定八个频率，通过PLC的八个控制按钮输入分别控制一种频率输出，即实现一个按钮控制一种电动机的转速。具体实现过程如下：编写PLC梯形图程序使输出端子Q0.0～Q0.2的输出状态组合成八种状态，即000～111。每一种状态用一个控制开关控制，这样共有八个控制开关控制PLC的Q0.0～Q0.2输出的八种状态。将PLC的三个输出端子与变频器的控制电路端子7～9依次相连。通过对变频器P09、P32～P38参数的设定确定出各个状态输出频率的大小，这样就实现了每一个控制开关控制变频器的一种输出频率，将变频器与电动机连接起来，通过对八个控制开关的通断控制就实现了PLC对电动机的八段速控制。

2.2无极调速控制

本控制方案采用PWM技术对电动机进行控制，实现的功能是结合组态软件实现在上位机组态界面上输入一个频率来控制电动机按这一频率运行。具体实现过程如下，通过软件编程使PLC输出一路PWM脉冲，连接于变频器的控制电路端子的9号端子。改变PWM脉冲的占空比即可改变变频器的输出频率，这样我们就可以在组态软件中通过设定PWM脉冲的占空比来确定电动机的转速。

2.3采用光电编码器的闭环控制

本方案采用增量式光电编码器作为闭环控制的反馈输入，具体实现过程：PLC控制电动机按同一速度运转，用光电编码器检测电动机当前转一圈所产生的脉冲数，将它传回给PLC。用PLC编程将脉冲数转换成电动机的转速，然后与电动机的预设值进行比较，若有偏差则通过PID算法将误差消除，使电动机能按照预定的转速进行运转。

3基于PLC的变频器电机调速的方法

3.1功能要求

本次系统的功能要求是这样的：控制系统只有开关信号，由PLC和变频器构成开环系统，多段速对应频率由变频器输出，运行状态转换由PLC控制。根据这样的功能要求，我们可以选择GX-DEVELOPER-8.52编程软件和GX-Simulator_6仿真软件;并且需要可编程序控制器、电源、按钮、变频器和电动机等硬件。

3.2硬件设计

变频器接线端子分为主电路端子和控制电路端子，主电路端子包括了交流电源输入的R、S、T端子，以及变频器输出的U、V、W端子等等，分别用来连接工频电源和三相异步电动机;控制电路端子包括了用于正转起动和反转起动的STF和STR端子，用于多段速选择的RH、RM、RL端子以及输出停止MRS端子复位RES端子公共端SD端子等等。这部分端子与PLC的输出端进行联接，达到控制的作用。例如：Y001接STF，Y002接STR，当PLC程序运行使Y001主触点闭合时，相当于变频器的STF端子外部开关闭合，变频器驱动电动机正转。同样的如果需要接多段速，将PLC输出的Y点与变频器的控制端子进行联接，PLC输出的COM点与变频器的SD端子进行联接即可。

3.3程序设计

程序这一部分包括变频器的参数设定和PLC的多段速控制程序。FR-E700系列变频器可以用操作面板来设定参数，操作比较方便，对于多段速控制的参数值有：上限频率Pr.1，下限频率Pr.2，基底频率Pr.3，加速时间Pr.7，减速时间Pr.8，操作模式选择Pr.79，1速Pr.4，2速Pr.5，3速Pr.6等等。设置好参数以后就可以根据生产技术要求来编制PLC控制程序功能图了。

3.4基于PLC系统以及变频器实现速度的稳定性的控制

如何有效保障PLC系统以及变频器速度的稳定性是目前急于解决的问题，针对这一现状，就要积极探索找到合理的应对措施。例如，再电机的调水过程中，启动电机就可以让水泵扇叶进行旋转，并且大多数情况下，需要电机同时工作来完成工作目标。以往大多数情况下都是利用直流电机来来调节和控制电机的运行速度，在电位机的控制下，会出现各种不同的反应。因此调水程序中，经常会发生速度变化大的现象，这样对于程序的稳定性是一个极大的威胁，速度比率会产生明显的变化，失去原有的平衡，这样带来的后果可能会是水泵轴承的破坏，又或者是调水效果的不达标。而且在运行期间，PLC程序一般会采用循环扫描的工作方式，我们在程序运行的时候，要不断降低工作量以及存储量，计算强度难以保持原有的水平，这样在同步状态下实现速度德尔稳定性也会有一定的难度。因此PLC状态下可以将模糊控制理论以及PID控制算法很好地结合起来，这样就能够有效地保障速度的稳定性以及统一性。

结语

综上所述，用PLC来控制变频器的多段速是一个结合了软件硬件的综合性实操型工作，在此过程中涉及到了变频器的端子基础知识，变频器与PLC的联接方法，变频器与工频电源以及三相异步电动机的联接方法，变频器的操作面板基础知识，变频器的参数设置，PLC的编制控制程序功能图等等系统性连贯内容，由于PLC和变频器的品牌型号不同也会带来操作过程中很大的不同，只有大量的积累相关知识才能做到触类旁通，得心应手。

参考文献：

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[3]王琛.基于PLC和变频器的多电机速度同步控制[J].电子技术与软件工程，2016（10）：157.