PLC自动控制系统在变频器中的应用研究

李爱丽

兵团兴新职业技术学院，新疆 铁门关 841007

0 引言

PLC自动控制系统是目前工业生产和管理中常用的一种控制系统，对于提升工业设备控制和管理效率具有重要作用[1]。在电气工程技术中，PLC自动控制系统的优越性显而易见，这一系统在变频器中的应用，为变频器技术的发展和功能实现带来了更多可能，在促进我国工业发展方面发挥着重要作用[2]。

1 PLC自动控制系统与变频器概述

1.1 PLC自动控制系统

PLC是可编程逻辑控制器，这种控制器能够在任何时候、任何地点结合具体情况开展编程[3]。PLC替代了传统的继电器，对于设备和系统的逻辑控制能力更强，在工业生产制造中，PLC相当于一台计算机，通过使用PLC自动控制系统，生产效率得到大大提升[4]。PLC自动控制系统的编程十分简单，相关工作人员只需要简单培训就可以胜任。PLC自动控制系统的优势在于其超强的稳定性、准确性、功能丰富性等，其适用范围比较广，体积小，寿命周期长，连接方式灵活，还具有一定的抗干扰能力，在很多领域都有不同程度的应用。

在PLC自动控制系统的具体应用中，PLC自动控制系统需要性能可靠、质量过硬，确保信息的处理和分析过程可以实现完全的自动化。信息在传输到控制系统后，系统会对其进行处理分析，针对发现的故障也能够及时报警。例如，结合PLC本身的特点，使用PLC自动控制系统能够控制电机，PLC编程能够显著增强控制效果。

在开展实时监测工作时，PLC自动控制系统会发送实时信号，控制变频器，从而有效控制相关电子设备。在这一过程中，变频器的运行实况会及时传送到PLC自动控制系统中，由变频器工作产生的数据信息及指令能够借助PLC自动控制系统的分析综合传输到报警装置中，报警器能够及时响应，相关工作人员能够及时发现异常，做好处理工作。

1.2 变频器

变频器是一种工频电源，其主要工作范围是50～60 Hz，通过变频器进行转化，可以产生多种频率的交流电源，从而实现电动机的变速控制。一般而言，在控制电路中，变频器会使用具有理想性能的微处理仪器。变频器可以通过A/D和D/A接口接收信号。在具体的信号处理中，变频器主要处理启用或停止控制信号，也可以处理正转和反转的操作控制信号。借助PLC自动控制系统，变频器能够及时接收信号（信号以模拟信号为主），通过对模拟信号的A/D加工，能够将其变成数字信号，并将数字信号发送到微处理器，完成信号加工过程。不同型号的变频器的工作原理大致相同，可以通过矢量控制、转矩控制、转差频率控制或协调控制等多种控制方式来实现对变频器的整体控制。

1.3 PLC程序的设计过程

（1）做好准备工作。通过基本掌握系统信息，形成整体认识，掌握受控制对象的基本情况，实现高质量的程序编制；通过应用软硬件，确保控制效果。

（2）制作程序框图。结合控制系统及软件设计要求制作程序框图，在确认待设计程序结构后，按照相应的设计标准设计程序框图，最终根据具体的工艺要求构建相关功能单元框架。

（3）编程。结合设计的程序结构编程，这对整体程序设计而言是至关重要的一环，需要结合程序结构图逐一编写。

（4）测试。结合编写好的程序进行测试，在出现测试问题时需要及时做好调试工作，确保程序运行的可靠性。

（5）制定程序说明书。说明书需要介绍编写的程序，并对程序设计工作进行适当总结。

2 变频器和PLC自动控制系统的选择

2.1 变频器的选择

在现阶段的工业生产中，应用的变频器多种多样。在众多变频器产品中，一般性能越好，对应的产品价格也会越高。在选择变频器时，需要结合产品生产特点及工艺特色进行选择。并不是性能越高的变频器就越好，在工业生产中，不同电机承担不同负载，需要结合电机可以承受的实际负载来选择相关的变频器产品。同时，需要结合机械操作类型选择变频器，要确保变频器在具体运行中的高效性和可靠性，如果变频器的可靠性不理想，在生产应用中会带来不利影响，导致相应的成本难以控制。

2.2 PLC自动控制系统的选择

在选择PLC自动控制系统时，需要重点把握以下两点：（1）确保PLC自动控制系统的容量、型号、通信联网性能、电源模块等和实际工业生产加工要求相适应，只有确保相应性能参数满足变频器需要，才能确保生产效率的可靠性；（2）在选择PLC自动控制系统时，需要考虑电机、输入信号、接线方式等，确保PLC自动控制系统与企业工业生产要求相适应。

3 变频器常见故障

3.1 加减速过电流故障

在设备使用中，功率不达标可能导致电流故障，使工作质量受到影响。在变频器加速时期，由于转速负荷的惯性作用，速度提升过度会导致加速过电流故障；在变频器急剧减速操作中，如果负载惯性过大，减速时间不够，会导致减速过电流故障。

3.2 电动机过载故障

在变频器的工作中，如果系统长时间在低速模式下运行，会产生较大的耗损或存在散热没有达到要求的问题，造成V/F曲线不适配，从而导致设备产生故障。

3.3 振动和噪声故障

变频器在工作中会产生振动和噪声，噪声可能是机械、电磁、通风等因素导致的。要是在输出电压和电流中出现谐波分量，噪声还会进一步增大。在变频电机的运行中会产生电磁振动和机械振动，这些振动无法难免，且会影响变频器的正常运行。

3.4 变频器过热故障

在变频器工作时会产生一定的热量，导致变压器的温度在短时间内快速升高，此时，如果外部的温度也不够稳定，就会影响变频器散热，导致变频器内部积热增多，产生过热故障。

3.5 变频器参数设置错误

变频器参数对变频的正常运行会产生一定影响，如果变频器参数设置错误，就会导致变频器出现故障，严重情况下，可能导致变频器失效。

4 PLC自动控制系统在变频器中的应用意义

4.1 节约电能，减少故障

在应用变频器时，自动控制的实现主要借助I/O端子及PLC自动控制系统，要确保控制效果，需要做好二者的结合。变频器设备的耗电量会因使用年限的增加而不断提升，造成电气企业生产成本增加，不利于企业经济效益提升。应用PLC自动控制系统，能够降低变频器使用中的电能损耗，对于节约电能、降低企业生产和运营成本具有积极作用。PLC自动控制系统本身也具有良好的安全性能，结合相应系统设定流程，能够对设备进行实时管控，防止出现控制杂乱无序的情况，确保设备运行的稳定性，提升操作的效率和质量。在工业化、现代化不断发展的过程中，变频器中PLC自动控制系统的重要性也会越来越突出。

4.2 简化操作流程，管控开关量

工作人员需要关注磁性因素在开关量管控中的作用，通过开关量管控开关位置，确保数据的正常使用，适应开关量管控的硬性需求。在传统变频器的运行中，设备开关量的管控方式相对复杂，故障问题难以得到控制，也无法确保设备运行和操作的安全性。应用PLC自动控制系统，能够控制变频器的设备开关量。

变频器设备在不同运行阶段的运行状态不同，应用PLC自动控制系统能够简化设备操作，在系统某部位出现问题的情况下，避免对变频器的整体使用和连接的设备产生影响，这对于降低系统和设备故障发生率具有一定帮助，有利于提升变频器及相关设备的工作效率。

5 PLC自动控制系统在变频器中的具体应用

简化的操作流程能够让PLC自动控制系统适应闭环控制。在具体的闭环控制中，逆变设备的编程控制系统主要采用泵式控制的集中控制模式，借助PLC自动控制系统，能够融合各个泵链的工作标准，确保变频器设备处于理想的运行状态。企业在开展工业生产时，需要分析相关连接方式，还要研究PLC自动控制系统及变频器自身的特点，充分结合企业生产的实际需要合理调整变频器的频率，以更好地适应生产的相关需要。具体的控制过程如图1所示。

图1 PLC以模拟量方式控制变频器的硬件连接

要确保PLC自动控制系统在变频器自动化控制中的应用效果，需要将变频器和PLC自动控制系统进行连接，连接可以借助I/O端子实现。使用I/O端子连接的过程中，可以使用PLC自动控制系统的模拟量端子连接模式，实现对变频器开关的精准控制。如果PLC自动控制系统本身具备I/O端子，控制的操作会更加简单，可以直接将变频器输入端和I/O端子进行连接。此外，变频器的预设频率数据与端子数量之间是正相关关系，预设频率会因为端子数量的增加而不断增加。

6 PLC自动控制系统在变频器中的应用效果

将PLC自动控制系统应用到变频器的案例较多，相关技术和系统研究也形成了比较丰富的成果。以PLC电机变频器调速系统设计为例，研究变频器中PLC自动控制系统应用的具体情况，可以更好地掌握PLC自动控制系统在变频器中的应用效果。现阶段，电子技术、控制技术等发展较快，设计变频器的交流变频调速系统，需要做好PLC的编程工作，构建PLC和变频器之间的连接关系，再通过组态软件构建高效的人机交互界面，实现对变频器电机的自动化控制目标。

在应用案例中，通过PLC和变频器的有效连接，电机变频调速系统能够对电机进行调速控制，在变频器中设置对应的输出频率后，将PLC自动控制系统和变频器进行连接，然后设计PLC编程来控制变频器输出，就可以实现对变频器电机转速的自动化控制目标。在具体操作中，相关工作人员只需要在PLC输入界面中操作，即可控制电机的正反转,及档位，还可以借助组态软件实现电机实时监测目标。

7 总结

综合来看，PLC自动控制系统在变频器中的应用效果是显著的，其重要性不言而喻。PLC自动控制系统替代了传统的继电器控制模式，能够不断强化变频器的调速控制功能。PLC相当于一种微型计算机，其操作应用十分便利，技术难度低，操作简单，只需要简单培训，相关人员就可以掌握相应的编程和连接方法。此外，PLC自动控制系统的应用稳定性和安全性也比较高，具有很强的控制能力，使用寿命周期也比较长，通过控制系统输出信号，能够弥补传统变频器使用中的不足，显著提升变频器的控制效率，这对于提升工业生产质量和效率也有积极作用。