冶金工程中變頻器與PLC通訊探討

吳啟軍，崔菊蘭

（萊鋼集團設(shè)備檢修中心，山東 萊蕪 271104）

在冶金工程中，許多核心、關(guān)鍵設(shè)備都使用了變頻運行方式，如，環(huán)冷機、圓輥、水泵等相關(guān)設(shè)備。從變頻控制層面看，在傳統(tǒng)DI、DO通道控制中都設(shè)置了現(xiàn)場總線，同時，還連接了通訊接口、通訊模塊，這為設(shè)備的運行提供了一種非?？茖W(xué)的變頻控制方式，即變頻通訊與PLC 通訊方式。將兩者融合起來，能夠更加靈活地控制變頻器，實現(xiàn)能耗控制。

1 變頻控制系統(tǒng)及PLC 通訊控制系統(tǒng)

1.1 變頻控制系統(tǒng)

從整個變頻控制系統(tǒng)來看，其主要是由觸屏、PLC總

線及相應(yīng)的控制器構(gòu)成。其中，觸屏的作用是進(jìn)行各類數(shù)據(jù)信息的交互，便于信息的發(fā)布、接收、展示等，具體功能是輸入相關(guān)控制指令、對控制情況進(jìn)行實時監(jiān)控、對歷史記錄信息進(jìn)行查詢、輸出錯誤的信息、對歷史錯誤信息進(jìn)行及時記錄和查找等，利用觸屏使廣大使用者能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的交流、溝通。PLC總線綜合性很強，在高壓變頻管理系統(tǒng)中的主要作用是對高頻變壓器的電氣邏輯進(jìn)行有效處理，并對執(zhí)行機構(gòu)運行情況進(jìn)行全面控制。另外，還包含在電機運行過程中，實現(xiàn)對電氣管控、保護(hù)等各方面情況的監(jiān)測，從而更好地對通訊信息進(jìn)行保護(hù)。同時，相應(yīng)的控制器則是為PLC總線更好地進(jìn)行控制提供輔助，從而對變頻器進(jìn)行全面控制。

1.1.1 變頻器的安裝

（1）掛墻式安裝。變頻器和周圍物體的距離必須要控制好，兩側(cè)大于100mm，上下大于150mm。

（2）柜式安裝。單臺變頻器在進(jìn)行安裝時，需要采取柜外冷卻方法，在使用該種方法時，需要在柜頂安裝冷卻風(fēng)扇；如果是多臺變頻器并列安裝，應(yīng)該采取縱向方式進(jìn)行安裝，并且，還需要在2臺變頻器中間安裝隔板，無論是使用哪種方式，變頻器都需要垂直來安裝。

（3）工作環(huán)境要求。為了保證安裝質(zhì)量，對工作環(huán)境也有要求，通常情況下，變頻器工作溫度需要控制在0～40℃，同時，還存在周邊用電設(shè)備的電磁干擾等一些外界因素所造成的問題。此外，裝有變頻器的控制柜若是受到機械振動、沖擊時，會導(dǎo)致電氣接觸不良，這時，要增強控制柜的機械強度，遠(yuǎn)離振動、沖擊源。

1.1.2 變頻器的接線

主電路接線：

（1）變頻器輸入、輸出分別是（R、S、T）、（U、V、W）一定不能接錯。

（2）將變頻器接地端在安全接地，（若工廠電路為零地共用，就必須要單獨取地線）多臺變頻器接地，各變頻器需要分別與大地連接起來。

控制電路接線：

（1）模擬量控制線應(yīng)該采用屏蔽線，屏蔽一端接到控制電路的公共端，切莫與大地或者是變頻器地端相接。

（2）開關(guān)量控制線可以不采用屏蔽線，但信號相同的兩根線應(yīng)該相互絞起來，同時，要控制好絞合線的間距，盡量要小。

1.2 PLC 通訊控制系統(tǒng)

PLC內(nèi)部工作主要采取循環(huán)掃描的方式，在部分大中型控制器中還增添了中斷方式。當(dāng)用戶完成了程序的調(diào)試任務(wù)后，利用編程器進(jìn)行編輯，將程序填入到存儲器中，由PLC選擇相應(yīng)的運行方式，后續(xù)工作由PLC按照用戶程度去完成。圖1為PLC執(zhí)行過程框圖。該控制系統(tǒng)也主要采用了模塊化的方法，將各功能全部發(fā)揮出來，提高系統(tǒng)工作質(zhì)量和效率，同時，在工作中還能多人合作，這樣，能夠使系統(tǒng)各項功能得到有效擴展，從而更有效地對PLC 總線進(jìn)行管控。此外，現(xiàn)場有關(guān)調(diào)試人員調(diào)試了變頻器后，能夠降低PLC失誤問題的發(fā)生幾率，這樣，能夠?qū)⒆冾l管理的作用全面發(fā)揮出來，提高變頻管控的靈活性，下面從幾方面內(nèi)容對PLC通訊控制系統(tǒng)進(jìn)行闡述。

1.2.1 PLC 開關(guān)量信號

從PLC通訊系統(tǒng)的總體情況看，PLC數(shù)據(jù)信息的輸出，高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)速等運行與輸入、輸出端口連接起來，這樣，高壓變頻器就能夠直接啟動或者是處于初始化，同時，還能在變頻器運行時，實現(xiàn)高低速各組合的切換，從而保證變頻器在具體工作中能夠多段速的轉(zhuǎn)換運行。但在PLC 控制系統(tǒng)中，主要是利用開關(guān)量來管控，所以，在調(diào)整過程中的速度曲線并不是呈連續(xù)下滑的趨勢，要對速度進(jìn)行精細(xì)化調(diào)整，難以實現(xiàn)。由此可見，利用PLC 開關(guān)量信號對調(diào)節(jié)速度進(jìn)行準(zhǔn)確控制需要進(jìn)一步提升，實用性不高。

圖1 PLC執(zhí)行過程框圖

1.2.2 PLC 模擬信號

借助PLC模擬量來控制模擬信號，其優(yōu)勢在于PLC 控制程序編程比較簡單，使用起來難度不大，很方便，且在調(diào)節(jié)過程中所呈現(xiàn)的曲線都是平滑連續(xù)曲線，這樣，能夠保證整個控制系統(tǒng)平穩(wěn)運行。但從另一角度看，PLC 模擬信號控制的缺點也十分明顯，主要由于這種控制方法對控制線纜的長度有要求，特別是 DA模塊輸出電壓信號時，線路通常都會發(fā)生電壓降低的情況，這樣，就大大降低了系統(tǒng)的可靠性。另外，采用這種模擬信號控制方式，造價成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)擴展式通訊系統(tǒng)，經(jīng)濟性不高。

2 PLC 與變頻器的數(shù)據(jù)交換

在硬件配置過程中，為每臺PLC與變頻器分配1個對應(yīng)的Profibus-DP總線地址。在設(shè)置變頻器參數(shù)時，設(shè)置變頻器地址號。在PLC 應(yīng)用程序中，將參數(shù)標(biāo)識符值地址與過程數(shù)據(jù)地址設(shè)定好。其中，參數(shù)標(biāo)識符值地址包含參數(shù)標(biāo)識符、索引IND等；過程數(shù)據(jù)地址包含控制字、設(shè)定值等等。PLC 經(jīng)過總線將控制字與設(shè)定值信號發(fā)送出去，通過參數(shù)標(biāo)識符值地址口傳輸?shù)阶冾l器，變頻器經(jīng)過總線將變頻器狀態(tài)字及實際值傳回，被PLC通過參數(shù)標(biāo)識符值地址口將相應(yīng)的信號進(jìn)行搜集。只有當(dāng)控制字、設(shè)定值等各項數(shù)據(jù)信息通過過程數(shù)據(jù)連接所規(guī)定的路徑時，數(shù)據(jù)傳輸才是成功的。

3 PLC 通訊系統(tǒng)的實際應(yīng)用

PLC控制系統(tǒng)是在傳統(tǒng)順序控制器的基礎(chǔ)上，引入了計算機技術(shù)等現(xiàn)代化技術(shù)的一種新的控制裝置，該種信息裝置的出現(xiàn)，主要是為了彌補傳統(tǒng)繼電器、記時等順序控制功能中存在的不足，構(gòu)建靈活性較強、實用性更高的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的通用性強、使用起來十分方便、使用面積非常廣泛、抗干擾性強。將該種通訊系統(tǒng)應(yīng)用到變頻控制器中，能夠?qū)崿F(xiàn)如下幾種功能：

（1）依據(jù)主程序的具體情況，來調(diào)整各子程序的運行方式。

（2）將PLC 總線接通電源，該程序就會自動切換到初始化模塊，并會對通訊接口進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，從而使通訊結(jié)構(gòu)能夠更好實現(xiàn) PLC 和控制器的通信，并能有效解決PLC或者是主控器中出現(xiàn)的各類故障問題。

（3）利用PLC 系統(tǒng)邏輯功能，標(biāo)示出各系統(tǒng)的狀態(tài)，如系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒、請求下一步指令等等。

（4）用戶能夠借助系統(tǒng)中設(shè)置的高壓、高壓變頻器等相應(yīng)開關(guān)，對工頻、變頻間的切換情況進(jìn)行管控，同時，通過這種控制保護(hù)，來防止故障產(chǎn)生所造成的跳閘等相關(guān)問題。

（5）通過觸屏接口，能夠及時對系統(tǒng)運行過程中電流、電壓的大小進(jìn)行查看，從而對系統(tǒng)的相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，使系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運行。

（6）如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)中相應(yīng)的控制器就能夠及時反映故障信息，提醒相關(guān)人員進(jìn)行處理。若是故障非常嚴(yán)重，對系統(tǒng)運行造成的影響比較大，就會自動進(jìn)行保護(hù)處理，切換變頻器前端端口等，或可以直接斷開相關(guān)電源，也可以將設(shè)備轉(zhuǎn)化成公平運行模式，從而對整個系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。

（7）對于系統(tǒng)故障問題，可以借助故障分析模塊，將控制器傳輸?shù)絇LC 通訊系統(tǒng)，并翻譯系統(tǒng)中有關(guān)的信息數(shù)據(jù)，將經(jīng)過翻譯的數(shù)據(jù)在觸摸屏中顯示出來。另外，利用模擬量系統(tǒng)能夠?qū)ν獠繑?shù)據(jù)信息進(jìn)行收集，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)樽冾l信號，最后顯示在觸摸顯示屏上。

（8）步進(jìn)控制功能。步進(jìn)控制功能也就是借助步進(jìn)指令對各道加工工序進(jìn)行控制的程序，只有當(dāng)上一道工序完成后，才能開始下一道工序的控制，通過這樣的方式，彌補傳統(tǒng)通過硬件構(gòu)成的步進(jìn)控制方式，為廣大用戶提供更多位移寄存器，能夠?qū)⒂蓵r間、計數(shù)器等為轉(zhuǎn)步要素的步進(jìn)控制。PLC 借助移位寄存器就能夠?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)控制功能。此外，還有一些PLC 設(shè)置有專門的步進(jìn)控制系統(tǒng)，使編程更為方便。

（9）PLC 控制系統(tǒng)所涵蓋的功能比較多，如溫度顯示功能、遠(yuǎn)程讀取功能等等。

4 結(jié)語

總之，將PLC 通訊運用與變頻器有著很重要的作用，可以借助PLC 對外部獲取的相關(guān)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理，并能實現(xiàn)工頻到變頻模式的自動轉(zhuǎn)換。同時，借助PLC通訊還能夠提高變頻控制效率，使變頻控制更加科學(xué)、合理。而新型的控制體系適應(yīng)冶金生產(chǎn)這一復(fù)雜行業(yè)，為行業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供了很大的幫助。