PLC和变频器实现电气自动化控制的思考与实践

姜子鹏 陈洪振 樊志鹏

[摘    要]目前，我国电气自动化技术进入飞速发展时期，电气化设备的应用也越来越广泛。为了科学监测电气设备运动情

况，实现智能化控制，技术人员把PLC和变频器运用在电气设备中，根据设备需求来选择变频器与PLC模块型号，科学降低电气自动化设备成本，利用PLC软件编写智能化程序，真正实现智能化控制，实现PLC系统与变频器的通信协议，排除线路干扰与故障，保障电源正常供电，保障电气设备安全、平稳运行，保障企业经济效益，促进我国电气自动化技术发展。

[关键词]PLC程序;变频器;自动化控制;技术特点

[中图分类号]TM921.51 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）03–000–04

Thinking and Practice of PLC and Frequency Converter

Realizing Electrical Automation Control

Jiang Zi-peng，Chen Hong-zhen，Fan Zhi-peng

[Abstract]With the implementation of the "Made in China 2025" strategy， electrical automation technology has entered a period of rapid development， and the application of electrified equipment has become more and more extensive. In order to scientifically monitor the movement of electrical equipment and realize intelligent control， technicians use PLC and inverter in electrical equipment， select inverter and PLC module models according to equipment requirements， scientifically reduce the cost of electrical automation equipment， and use PLC software to write intelligent It can realize intelligent control， realize the communication protocol between PLC system and inverter， eliminate line interference and faults， ensure normal power supply of power supply， ensure safe and stable operation of electrical equipment， ensure economic benefits of enterprises， and promote the development of electrical automation technology in China.

[Keywords]PLC program; frequency converter; automatic control; technical characteristics

PLC技术属于1种可编程逻辑控制器，是变频器的重要技术支持，可以代替传统直流调速技术，智能化调节电源频率，打造全系的人机互动控制模式，降低企业在人力上的投入，提升变频器数据分析与处理能力，有效提升电气自动化设备生产效率，落实好节能减排目标。技术人员要深入研究PLC技术和变频器，积极寻找二者在技术上的共通点，把PLC和变频器运用在电气自动化技术中。技术人员可以根据企业生产要求来设定PLC程序，通过指令来操控变频器工作，提升生产精度;把变频器端子和PLC系统连接起来，保障操控指令可以顺利发出;运用PLC控制技术对变频器线路、电源运行情况等进行检测，及时排查出设备运行过程中存在的安全隐患，帮助技术人员及时排除障碍，降低企业设备维修成本，提升企业生产效率，进一步推动电气自动化技术发展，加快我国制造业转型升级步伐。

1 PLC程序系统工作原理和优势

随着电子控制技术发展，PLC技术逐渐在电气企业中得到普及，凭借操作简单、编程代码多元化和智能化控制等优点，迅速得到企业青睐。PLC技术可以代替人工操作，提升设备加工精度，帮助企业实现智能化控制，降低产品损耗率，还可以对生产加工流程进行全程监测，及时发现设备运行过程中出现的故障，并帮助技术人员监测主故障位置，有效缩短维修时间，尽快让设备恢复正常运转，从而提升企业生产线生产效率。

企业把PLC控制技术运用在变频器上，例如在流水线作业中，利用传送单元把工件运送到加工区域，由光电传感器对物料进行检测，筛选出符合加工标准的物料。变频器在安装PLC系统后，计算机通过适配器与PLC签订通信协議，再利用网线把PLC和变频器相接，利用PLC编程代码来控制变频器频率，从而真正实现对电机频率的智能化控制。PLC控制系统中的高速计数器，可以对变频器信号进行计数，通过检测到的数据来控制传输带运行，根据设备运行情况控制变频器频率。PLC控制系统主要是通过主站通信触摸屏来发出操控指令，发出电机运转频率值，再通过PPI通信协议把信号和控制指令传输到变频器各个端口。PLC控制系统通过数字端口向变频器电机传达开启、停止、正传和反转等信号，以此来控制变频器电机运行，保证变频器安全运行。

2 变频器技术特点分析

2.1 节能效果明显

变频器是电力设备必不可少的一部分，电机负载范围各不相同，变频器可以利用计算机编程技术来设定电机转速，让电机转速在自身负载范围内运行，科学控制电机转速，以防电机转速过高造成资源浪费。此外，变频器可以调整电机转速、转向，根据设备加工生产需求，合理设定变频器负荷值，平衡系统能耗和电机转速之间的关系，降低系统能耗，从而降低设备燃油和电力消耗，凸显变频器节能优势。变频器和PLC控制技术结合后，可以通过指令来对电机电流进行控制，减少了电流传输过程中的流式，这比传统电力控制方式更加节能。

2.2 安全性比较高

变频器自身安全性比较高，主要体现在以下两个方面：一方面，变频器采用软启动方式，启动时不会产生冲击电流，有效避免了对电机的损害，还可以削弱对电网的损害，保障企业整个电网安全运行。另一方面，变频器对其他设备干扰比较小，即使1台设备使用多个变频器，也不会对其他设备产生谐波干扰，其他设备可以正常接受电波讯号和控制指令，降低设备故障率，企业也可以不用额外安装滤波器，降低了企业设备检修成本。

2.3 快速排查单元旁路故障

单元旁路故障是电气设备最常见的故障之一，一旦变频器功率出现故障，变频器通信电路可以自动向主控系统报警，主系统通过分析报警信号类型、数据参数，判断变频器故障类型以及发生故障的单元。变频器确定故障单元后，会自动切断存在故障的单元旁路，确保整个系统正常运行，这可以帮助维修人员提升工作效率，有效提升变频器工作效率。

2.4 加强设备保护

变频器采用模块单元化设计理念，对内部各个零部件、控制系统实施模块化管理，这种控制方式更有利于保护变频器各类零部件，一旦发现某个模块出现故障，维修人员可以快速对重点位置进行检修，避免拆卸变频机，延长变频器使用寿命。变频器还可以智能化调节电机频率，把电流控制在电机负荷范围内，避免因为电流过大损伤电气元器件，加强对电气设备保护。例如，工厂安装PLC与变频器的集成系统，一旦电机出现故障，维修人员可以切断部分线路电源进行检修，保障工厂其他线路正常供电，减少因为停电对设备造成的损害。

3 变频器在PLC自动控制技术中的应用

3.1 科学选择变频器与PLC模块型号

随着电气设备逐步普及，变频器在电气设备的运用越来越广泛，成为很多工业企业必不可少的设备，这推动了国内变频器技术发展，催生了很多不同型号的变频器。①企业要根据自身电网负载范围、电路设计、设备功率等来选择合适的变频器和PLC模块型号，最大限度保障整个电网、生产线的安全运行。②技术人员要根据企业自身生产需求，搜集市面上不同型号、不同厂家的变频器，在企业进行内部实验，检测各种变频器运行稳定性、能源消耗量和故障维修率等指标，重点检测变频器是否符合电机负荷率，是否可以满足各类机械设备运行所需要的电力资源，保障变频器的稳定性和安全性。③技术人员要根据选定的变频器型号来选择PLC模块型号，围绕变频器指数来设定PLC控制系统参数。PLC系统采用主从控制原理，一方面利用传动带连接电机轴和传动轴连接，采用柔性连接方式，保障电机转矩处在安全范围内，控制好主传动电机转速，保障电力正常输出。另一方面可以利用齿轮链条来固定传送带和电机轴，保证主驱动电机和从驱动电机保持同步运转，合理分配主从电机电流负荷，避免电机电流过大，提升变频器和PLC控制技术。

3.2 变频器端子与PLC系统相连

变频器端子是1种常见的电子连接器，一般位于变频器后盖处，它连接了变频器主回路和控制回路，体积比较小。变频器一般会安装多个端子，这些端子负责传输各种电波信号和导电，把电机电流传送至变频器各个单元模块，同时把主控制系统指令传达给各个支路单元，它为变频器和PLC控制系统衔接提供了技术基础。技术人员可以把变频器端子直接和PLC控制模块相连，利用万用表测量端子和PLC系统电流和电压值，确保电流处在变频器和PLC控制模块负载范围内，发挥出变频器节能、安全的优势，帮助技术人员实现电气设备智能化控制。技术人员需要根据变频器技术参数、设备功率和PLC系统负载范围等来选择连接方式，常见的连接方式为把变频器模拟量端子和数字量端子相连，利用PLC系统的扩展板块来连接端子，一般情况下变频器数字端口包括了

I/O兩类端子，可以满足不容传输需求，可以有效提升变频器频率调节准确率。变频器与PLC系统连接关系到整个电机、电网运行稳定与安全，维修人员要定期对变频器端子进行检测，及时加固端子，确保端子和PLC控制模块的连接，避免出现短路或端子松动等问题，形成1个安全的闭环控制系统，把PLC控制系统指令准确传达给变频器。

3.3 编写智能化控制程序

PLC控制技术的核心是计算机编程技术，技术人员要根据变频器运行参数、设备电流参数和加工工艺要求等来编写控制程序，实现变频器智能化控制。PLC控制系统主要有中央处理器、存储器、输入和输出单元和编程器等组成，技术人员利用中央处理器编写控制程序编码，读取微型计算机指令，并执行操控指令，把控制指令传达给每1个零部件。PLC系统内部通常有两种存储器，其中系统程序存储器主要用于存放和管理PLC系统内部数据，读取变频器内部的ROM数据，防止PLC系统数据丢失，为维修人员提供维修数据。变频机和PLC控制技术融合以后，技术人员可以利用PLC系统的输入与输出单元（I/O单元）来传输信号，把控制指令传递到变频器每1个端口，同时还可以过滤变频器内部的一些干扰滤波。变频器和PLC系统连接以后，更方便技术人员利用编程技术控制电气设备，利用变频器及时调整电机转速和电流大小，保障整个电力系统正常供电，还可以利用变频器对整个电路、设备进行监测，一旦发现线路出现短路、断路或电器元件接触不良等故障，可以快速监测故障位置，并及时发送安全警报，切断故障单元电路，保证系统其他线路正常运转，保证电气设备安全运行。

4 PLC自动控制技术在变频器中的应用

4.1 合理实现通信协议

技术人员想要把PLC自动控制技术应用于变频器，首先要解决二者之间的通信问题，可以利用计算机来构建通信协议，进一步优化PLC控制程序和变频器在程序上的衔接，保障设备流畅运行。目前，技术人员常用的通信协议技术有MOD—BUS和自由口通信协议，可以根据企业电气设备运行需求、变频器型号和生产线需求等因素来选择通信协议方式，把变频器和PLC技术真正融为一体，帮助企业安全提升生产效率。技术人员要把信号地设置在变频器元件和电源相接处，把电源地设置在单片机和直流电源相接的位置上，这样可以减少变频器和PLC系统之间的线路距离，降低电力传输过程中的损耗，实现节能减排的目标。此外，技术人员可以对单片机进行接地处理，这样可以减少输入电路、输出电路对电网稳定性的影响，还可以方便PLC控制技术搜集变频器和电网运行数据，针对电流、电压异常情况进行分析，科学选择单片机接地方式，一般情况下单片机接地线路的电阻要控制在100 Ω以内，可以避免停电对电机造成损害，可以更好地保护变频器。PLC控制技术和变频器在电气自动化控制领域有着广泛运用，符合当下智能制造发展理念，企业要鼓励技术人员创新，加快PLC技术和变频器技术科研工作，把最新科研成果、科研专利转化为实际生产力，从而推动企业电气自动化控制技术发展。

4.2 及时抑制线路干扰

现代企业离不开大型电气设备，变频器和PLC控制技术可以帮助企业优化生产线，优化企业内部电网线路和变压器线路，不断优化电气控制技术。PLC控制技术可以有效降低变频器受到的谐波干扰和线路干扰，保证电气控制指令可以顺利传达，从而保证设备正常开启、运转，保证生产线顺利运转。技术人员可以把大负荷机械和单片机独立配线，再把电源线、控制线和电网动力线单独配线，利用万用表及时检测各个线路电流与电压值，再把变频器和PLC控制器接入电路中。部分企业把变频器和PLC控制器线路设计不同的线槽，根据单片机和重型机械接线电线粗细、连接点等特点来重新设计线槽，而且线路之间的距离越大越好，这是因为大功率设备运行过程中会产生较多的电磁信号，这会影响单片机控制器信号，因此，要把大型机械设备和单片机的线路分开，并保持一定的距离，这样可以减弱大型机械对单片机的干扰。此外，技术人员可以在变频器或PLC系统中安装一些半导体元件，帮助单片机对接收到的信号进行转换，例如安装一些电磁元件或光感元件，对单片机接收到的信号进行分解、转换，再把这些信号进行调节处理，隔离电源信号，确保变频器和PLC控制系统信号互不干扰，保证电气设备按照PLC控制程序设定好的指令运转，减少安全事故的发生。

4.3 抑制电源干扰

大型机械运转会干扰变频器和PLC设备信号，技术人员可以从大型机械入手，选择隔离性能良好的电源，并在线路中安装高压放电设备，降低电源线、信号线等发出的干扰信号，还可以科学监测变频器自身发出的干扰信号，可以安装一些滤波器，过滤变频器自身产生的干扰电磁波。技术人员可以为变压器和生产车间单独配线，根据设备额定电流、电压和变压器功率等选择电线，并根据电气设备电网需求来选择变频器和PLC控制器型号，保证电气设备电网运行安全。此外，技术人員可以把变压器进行接地处理，把变压器的电源输入与输出线路接地，可以抑制变压器产生的干扰，还可以在电源口连接滤波电路，减少大地对单片机工作的影响，还可以保证整个电网安全运行。变频器和PLC控制系统无形中会影响企业整个电网运行，虽然实施了模块化管理，但是电压的波动也会影响PLC控制系统的信号，技术人员可以根据大型机械设备、变频器和PLC控制系统需求，打造集成电压器，利用这一设备来控制电压，削弱电源设备的信号干扰。

5 结语

PLC控制系统和变频器是电气自动化控制的核心，技术人员要积极学习新技术、新理念，研发新型号变频器，把人工智能技术融入PLC编程系统中，进一步提升电气设备工作效率，促进PLC系统和变频器的结合，发挥它们安全性高、节能性强、便于操作、智能化控制等优势，提升企业电气设备生产效率，为我国制造业发展注入新活力。

参考文献

[1] 王菲.电气设备自动化控制之PLC与变频器应用[J].电子测试，2021（8）：3.

[2] 韩名晓.PLC与变频器在自动化控制系统中的应用[J].集成电路应用，2021，38（7）：2.