浅谈PLC自动控制技术在变频器中的应用

（河南理工大学鹤壁工程技术学院，河南鹤壁市，458000） 张增亮 吴晓静

关键字 PLC自动控制系统；变频器；机械自动化；工业生产

1 PLC控制系统

1.1 PLC自动控制技术发展史

20 世纪60 年代之前，世界上最为先进的控制技术是继电接触控制器控制系统，该控制系统虽然有安全省力、易于实现继电保护、控制开关多样化等诸多优势，但是其劣势也是显而易见的，那就是存在有大量的中间继电器，造成其整体线路非常复杂，因此工程师们开发新的控制技术，PLC就应运而生。PLC最初的设计理念就是利用软件代替大量的中间继电器及时间继电器。在进行PLC设计初期，主要是开发其内部的储存器，并且通过指令进行逻辑及数学运算，实现动作的执行。1970 年后，PLC技术飞速发展，首先在汽车行业中大量应用，并且逐渐走向成熟，随着计算机及网络技术的普及，PLC的功能在不断的扩大，运行速度也在提高。21世纪后，PLC技术与电子芯片等技术相结合，已经应用于各行各业的自动化生产。我国PLC 技术发展稍晚于西方国家，经过国内工程技术人员不断的学习和研制，PLC已经大量运用于工业控制中，也出现了一批优秀的国产PLC品牌。目前，国产PLC品牌在全球市场份额占比中，距离一流PLC品牌仍有一定距离。

1.2 PLC自动控制技术的特点

PLC 自动控制技术功能性较强，一台PLC 内部有大量可供用户使用的编程元件，能够提供复杂的控制功能，性价比较高。其次，其软、硬件设备配套齐全，使用方便。目前PLC自动控制技术的发展趋势是使用便捷，即保证客户可以灵活的选择不同的组成功能及系统配置。另外，其可靠性较强，相比于传统的继电接触器控制系统，PLC 的抗干扰能力强，不易出现故障。

1.3 PLC自动控制技术基本结构及应用领域

PLC 的硬件设施类似于微型计算机，一般包括中央处理器、储存器、电源、程序输入设备和输入/输出接口电路等，但是相比于微型计算机，PLC更适合于工业环境。其工作流程主要包括输入采样、执行程序和输出刷新。输入采样主要是将输入端的任务及数据通过扫描等储存于内部储存器中。执行程序是指将输入的状态及数据进行分析，根据需要执行相关的指令进行逻辑运算及处理，再将处理的结果返回至储存器中。输出刷新是指将之前处理的结果向外输出或者进行执行。其操作简单，完成一个输入/输出周期后，自动进行待机状态，等待下次使用。

PLC 目前应用非常广泛，根据其体积大小分为大型、中型、小型、微型。一般情况下大型PLC系统中IO 点不低于1 024 个，应用于电厂或者冶金自动化生产线等相对操作较为复杂的产业，中型PLC系统含有256～1 024 个IO 点，主要应用于化工、造纸、加工等领域，小型及微型PLC系统中IO点在255以下，一般在小型包装机、纺织、监控等。

2 变频器中PLC自动控制技术的实现

2.1 变频器与PLC的选择

变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是大型电机均需要配备的一种改变电源频率的设备，主要组成有主电路、整流器、平波回路和逆变器等。利用变频器可以将固定频率的电压变为特定设备所需要的频率和赋值，可以平滑稳定的控制电动机的转速，因此近年来得到了广泛的应用。变频器在进行选择时应根据企业本身的需求进行选择，因为不同的电机设备对于电压频率的需求是不一样的，需要充分考虑其机型、电源、容量、功能模块等是否满足要求。变频器性能将直接影响其所在的电机控制系统的性能，因此，根据系统的控制需求进行适当的变频器选型也至关重要。

2.2 变频器与PLC连接

2.2.1 基于通信协议的连接

连接PLC 与变频器最常用的方法就是PROFIBUS-DP 通信，利用PROFIBUS-DP 现场总线将设备连接构成网络后，便可实现数据系统的信息交换和资源共享。PLC 本身具有通信功能，可以通过单主站方式、多主站方式或者自由端口通信等方式可与变频器相连，随后指令可以从PLC传递至变频器的相应器中实现点对点的控制，此时变频器就可以对指令进行反馈，包括运行情况或者故障警报等。在进行数据传输时，两仪器是连通的，其余时间均处于相互独立的状态，因此不会出现互相干扰的情况，可以保证变频器的安全运行。另外PLC利用通信协议可以实现对不同型号的变频器的同时控制，是一种高效的连通方式，也是目前市场上应用最为广泛的模式。

2.2.2 变频器端子与PLC系统相连

变频器端子是连接器的一种，一般位于变频器后盖处，可以实现对控制回路及主回路的连接，变频器的端子很多，主要用于传递各种电信号或者直接用于导电。利用变频器本身存在的端子直接与PLC连接，属于硬件连接的方式，可以充分发挥两个设备共同的优势。目前连接方式主要有模拟量端子连接和数字量端子连接，主要区别在于PLC系统的特点及生产需要，模拟量端子并不算是真正意义上的端子，主要是利用PLC 的扩展板块进行连接，而数字输入端口是本身含有I/O 端子，对于变频器的频率调节更为准确。

2.3 变频器中PLC自动控制技术的应用

目前，利用PLC对变频器进行变频控制的技术已经日趋成熟，随着电力电子技术和控制技术的不断发展，交流电机变频调速技术已经广泛应用于工业生产领域。利用PLC 与变频器对交流电机进行调速，即将PLC 与变频器通过PROFIBUS-DP 连接构成网络，通过软件进行人机交互，在变频器中设置不同的输出频率，通过PLC编程进行变频器的输出频率控制，从而达到控制交流电机转速的目的。工作人员只需在PLC 人机界面上进行操作即可实现电动机的方向及转速控制，并且还可以通过组态软件来实现电动机的实时监控。

3 结束语

随着工业4.0时代的来临，PLC技术及变频器技术在我国各行各业中将扮演越来越重要的角色。将PLC与变频器结合起来，实现交流电机变频调速的自动控制，有利于提高电机控制系统的控制精度和稳定性，对进一步提高生产效率具有重要意义。