冶金工程中變頻器與P L C通訊探討

孟兆鵬

（萊蕪鋼鐵集團有限公司設(shè)備檢修中心，萊蕪 271104）

冶金工程中，很多重要的設(shè)備均采用了變頻運行模式，比如燒結(jié)廠的環(huán)冷機、燒結(jié)機、圓輥，選礦廠的圓盤給料機、水泵及渣漿泵等。在這些生產(chǎn)設(shè)備中，均應(yīng)用了市面上比較主流的變頻器品牌，在變頻控制上，在傳統(tǒng)的DI與DO通道控制中設(shè)有現(xiàn)場總線控制功能，并且還連接了通訊接口或者通訊模塊，這就提供了另外一種有效的變頻器控制手段，也就是PLC與變頻器通訊方式。利用PLC與變頻器通訊的控制手段，可利用性能更高的結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)，進而實現(xiàn)變頻器的靈活控制與能耗控制。

1 控制系統(tǒng)的主體構(gòu)成

整個變頻系統(tǒng)的主要構(gòu)成為觸屏、PLC總線與相關(guān)控制器。觸屏的主要作用在于實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息間的交互，為信息發(fā)布、接受、展示等提供便利，具體如輸入控制指令、監(jiān)測實時的控制情況、查詢歷史信息、錯誤信息的實時輸出、記錄與查找歷史錯誤信息等，借助觸屏實現(xiàn)使用者在數(shù)據(jù)信息上的相互交流[1]。

PLC總線為綜合性很高的系統(tǒng)，在高壓變頻器控制管理系統(tǒng)的的作用主要是處理高頻變壓器的電氣邏輯，并且控制執(zhí)行機構(gòu)運行，此外還包括整個電機運轉(zhuǎn)流程及向外通訊接口，再次過程中主要實現(xiàn)對電機外部電氣管理、控制、保護及運行監(jiān)測，以此實現(xiàn)變頻器變頻變壓功能及保護數(shù)據(jù)信息通訊的作用。相關(guān)控制器主要為PLC總線控制提供重要的輔助，以此實現(xiàn)變頻器有效控制。

2 旁路系統(tǒng)

在冶金工業(yè)生產(chǎn)中，高電壓電源利用電壓隔離開關(guān)以及真空接觸儀器到達高壓電機，在高壓電機中進行變頻運轉(zhuǎn)[2]。此外高壓電源可直接用真空基礎(chǔ)儀器引動高電壓電機。在旁路系統(tǒng)中，PLC總線為整個系統(tǒng)的邏輯運算控制中心，在系統(tǒng)控制中起到非常重要的作用。

此外，變頻其如果發(fā)生故障，在停止工作的時候也可以快速、自動進行切換，將變頻運行轉(zhuǎn)變成工頻旁路系統(tǒng)運行，在故障完全消除后，高壓變頻器又可以轉(zhuǎn)變成變頻的模式運作，這樣主要是保證電機生產(chǎn)的持續(xù)進行。

3 PLC通訊控制系統(tǒng)

PLC通訊控制系統(tǒng)主要應(yīng)用了模塊化的方式，以此實現(xiàn)各種功能，這樣能夠獲得很好的效果。經(jīng)過模塊化后的PLC控制程序，可以極大的提升系統(tǒng)工作效率、提高控制質(zhì)量，并且還可以實現(xiàn)多人的合作，這樣可以達到擴展系統(tǒng)各項功能，進而實現(xiàn)對PLC總線的管理及有效控制[3]。同時，現(xiàn)場相關(guān)調(diào)試人員對高壓變頻器進行調(diào)試后也可以盡可能減少PLC呈現(xiàn)失誤的情況，這樣可以有效發(fā)揮高壓變頻器管理以及控制靈活性，增加變頻器實際操作中的擴展性能。

3.1 PLC開關(guān)量信號

PLC通訊中，PLC數(shù)據(jù)輸出、高壓變頻器的正傳啟動、高轉(zhuǎn)速運行、中轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)、低速運轉(zhuǎn)同輸入輸出端口分別連接，這樣主要是實現(xiàn)高壓變頻器的直接啟動與初始化，同時還可控制高壓變頻器運轉(zhuǎn)時能夠?qū)崿F(xiàn)高速、中速與低速間不同組合的切換，進而使得變頻器在實際的工作中可以實現(xiàn)多段速度的切換及運行。但是PLC控制系統(tǒng)主要使用開關(guān)量進行控制及管理的，因而調(diào)整速度的曲線并不會呈現(xiàn)連續(xù)平滑的曲線，因而想要精細化調(diào)整速度也較難實現(xiàn)。總而言之，借助PLC開關(guān)量信號控制調(diào)節(jié)速度的精準(zhǔn)度有待提升，實用性較差。

3.2 PLC模擬信號

利用PLC模擬量進行變頻器的控制，其優(yōu)點主要是PLC控制程序的實際變成較為簡單，并且使用起來也比較方便，且調(diào)節(jié)速度呈現(xiàn)的曲線一般為平滑連續(xù)曲線，這樣整個控制系統(tǒng)可以平穩(wěn)的運行[4]。然而PLC模擬信號控制的缺點也比較明顯，主要是因為該控制方式所需的控制纜線較長，尤其是DA模塊應(yīng)用電壓信號進行輸出時，線路常常會出現(xiàn)電壓降低問題，這樣就容易是系統(tǒng)可靠性下降，此外借助PLC模擬信號控制的方法，造價也往往比傳統(tǒng)的擴展式通訊系統(tǒng)要高出許多，經(jīng)濟性比較差。

3.3 PLC通訊系統(tǒng)的具體應(yīng)用

將PLC通信系統(tǒng)應(yīng)用到變頻器的控制上，主要實現(xiàn)了下面的功能。

（1）主程序依據(jù)實際情況，對各個子程序運作情況進行調(diào)整。

（2）PLC通訊總線程序接上電源，PLC程序就會運作初始化模塊，這會對通訊接口進行相應(yīng)設(shè)置，進而使通訊結(jié)構(gòu)實現(xiàn)PLC與控制器間的通信，同時使得PLC同主控制器發(fā)生的各種故障問題得到處理。

（3）借助PLC通訊系統(tǒng)邏輯功能，對系統(tǒng)狀態(tài)給出相應(yīng)標(biāo)志為，如給出系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒、允許高電壓合閘、高電壓合攏與進一步運行請求指令。

（4）用戶可以利用系統(tǒng)中設(shè)有的高電壓開關(guān)、高壓變頻器開關(guān)，控制及管理工頻、變頻運行間的相互切換，同時利用控制來保護問題故障時引起的跳閘情況。

（5）利用觸屏接口，可查看整個系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時電流及電壓大小情況，這樣可以對整個系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)做科學(xué)及合理的設(shè)置，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

（6）高壓電機控制模塊控制與處理電機啟動、停止、初始化、工頻運作和變頻運作間的相互轉(zhuǎn)變，發(fā)揮電機的生產(chǎn)作用。

（7）系統(tǒng)若存在故障，系統(tǒng)中的相關(guān)控制器會報告故障的信息，便于人員處理。如果故障比較嚴(yán)重，對系統(tǒng)運行造成巨大影響，則會直接切斷高壓變頻器的前端端口，進而使得相關(guān)設(shè)備電源斷開或者將設(shè)備轉(zhuǎn)變成公平的運行模式，以此實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的保護[5]。

（8）針對系統(tǒng)故障，可利用故障分析模塊，通過將控制器輸送至PLC通訊系統(tǒng)，對系統(tǒng)化中數(shù)據(jù)信息進行翻譯，并且將翻譯的數(shù)據(jù)顯示到觸摸屏中。此外，借助模擬量系統(tǒng)可搜集外部數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)化變成高壓頻率的信號，最終通過觸摸顯示屏直接將控制器輸送的頻率及控制頻率顯示。

（9）PLC控制系統(tǒng)還包含了其它功能，必須溫度顯示功能、新擴展功能、遠程讀取功能等。

4 結(jié)束語

綜上所述，PLC通訊在變頻器的應(yīng)用中價值顯著，應(yīng)用PLC處理外部獲取的信息數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)工頻到變頻模式間的相互切換，利用PLC通訊有助于提升變頻控制系統(tǒng)的科學(xué)性、合理性與先進性，同時新型的控制體系滿足冶金生產(chǎn)這一復(fù)雜的生產(chǎn)行業(yè)，進而為行業(yè)的發(fā)展提供重要幫助。

[1] 董一冰.PLC通訊總線在高壓變頻器中的應(yīng)用研究[J].東方教育，2014，14（z2）.

[2] 王永順.變頻器與PLC通訊的設(shè)計方法[J].工程技術(shù)：引文版，2016，23（4）：00003-00003.

[3] 李愛卿.PLC與變頻器的通訊應(yīng)用與研究[J].有線電視技術(shù)，2016，15（6）：106-108.

[4] 張康，儲昭碧，寧君宇等.基于Pro fi bus網(wǎng)絡(luò)的西門子PLC與雙臺S120變頻器通訊的實現(xiàn)研究[J].制造業(yè)自動化，2015，6（16）：5-8.

[5] 洪磊，封峰，趙磊等.基于Modubus-RTU協(xié)議的變頻器與PLC通訊在壓力機上的應(yīng)用[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2015，50（4）：38-40.