PLC與變頻器通訊在電機(jī)控制中的應(yīng)用

杜赟萌

摘? 要：基于PLC通信模塊可實(shí)現(xiàn)變頻器的多臺(tái)控制，控制成本低，調(diào)速更為可靠靈活，觸摸屏的應(yīng)用，可對(duì)變頻器參數(shù)監(jiān)控設(shè)定更為簡(jiǎn)單準(zhǔn)確，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，運(yùn)用PLC與變頻器的強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)，可有效實(shí)現(xiàn)多臺(tái)的電機(jī)系統(tǒng)調(diào)速控制，推動(dòng)工農(nóng)業(yè)不斷發(fā)展前進(jìn)。

關(guān)鍵詞：變頻器? PLC? 電機(jī)? 操作面板

中圖分類號(hào)：TP273? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2019）03（c）-0036-02

隨著交流電力系統(tǒng)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，交流電機(jī)現(xiàn)已成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防科技中最常用的電機(jī)。如何對(duì)交流電機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)控制，就需要用到變頻器這種裝置，工業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)控制技術(shù)水平不斷提升，應(yīng)用程度不斷升高，在自動(dòng)控制技術(shù)中最重要技術(shù)的就是通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換一般需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信來(lái)實(shí)現(xiàn)，PLC技術(shù)是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域的主要技術(shù)，該程序控制器的使用范圍越來(lái)越廣。交流電機(jī)就是一種將交流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能進(jìn)行輸出的機(jī)械裝置。這種設(shè)備與直流電機(jī)相比，不需要使用換向器，因此這種電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)與制造。這種電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行牢固，更容易做成高電壓、高轉(zhuǎn)速、大電流、大容量的電機(jī)，所以使用越來(lái)越廣泛。鑒于交流電機(jī)這些特有的特性性能，這種電機(jī)可與PLC、變頻器配套使用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、增加運(yùn)行壽命的效果。如何對(duì)交流電機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)控制就需要用到變頻器這種裝置，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用的程度不斷得到升高，在自動(dòng)控制技術(shù)中最重要技術(shù)的就是通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換一般需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信來(lái)實(shí)現(xiàn)，PLC技術(shù)是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域的主要技術(shù)，該程序控制器的使用范圍越來(lái)越廣。

如何實(shí)現(xiàn)而PLC與變頻器的通信成為重要的研究課題，一般來(lái)說(shuō)我們經(jīng)常使用的就是Profibus DP網(wǎng)線，通過(guò)DP線的連接加上通信協(xié)議就可以實(shí)現(xiàn)通信功能，這種技術(shù)為工業(yè)自動(dòng)化程度再提升邁出重要一步。Profibus DP總線是一種成本低、應(yīng)用廣、運(yùn)行速度高的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線方式，分散式的輸入、輸出點(diǎn)與控制系統(tǒng)之間進(jìn)行通信一般都會(huì)選擇這種方式，無(wú)論是24V電壓作為信號(hào)還是4～20mA的電流作為信號(hào)進(jìn)行傳輸，都能使用這種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，總線所需循環(huán)時(shí)間必須要低于比PLC程序循環(huán)所需時(shí)間，所以在PLC通信中DP線成為中是最實(shí)用也是效率最高的。

1? PLC與變頻器的控制方法

對(duì)變頻器的就地操作一般通過(guò)調(diào)節(jié)操作面板控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種方法主要用在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化不太頻繁的環(huán)境，只需偶爾進(jìn)行變化的場(chǎng)合比較適用;另一種方法就是對(duì)變頻器的端子進(jìn)行控制，這種方法主要是對(duì)變頻器控制端子上面的邏輯輸入口進(jìn)行邏輯組合，各種預(yù)制速度的設(shè)置都可以在這里完成，再通過(guò)邏輯輸入口將需要的控制值進(jìn)行輸出，從而實(shí)現(xiàn)變頻器對(duì)電機(jī)的控制，電機(jī)按照要求進(jìn)行啟停及轉(zhuǎn)速操作，一般來(lái)說(shuō)控制電動(dòng)機(jī)的場(chǎng)合會(huì)事先前設(shè)定的幾個(gè)固定頻率進(jìn)行設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。最早出現(xiàn)的控制方法就是端子控制，這種控制方法就是使用變頻器進(jìn)行控制，而且這種控制是用關(guān)量來(lái)控制且成本較高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)平滑線的連續(xù)調(diào)速，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)速的精準(zhǔn)控制，這樣就會(huì)導(dǎo)致此方式只適用于對(duì)調(diào)速精確要求不高、變頻器的數(shù)量少、控制系統(tǒng)不需要有反饋信號(hào)的場(chǎng)合。通過(guò)對(duì)PLC進(jìn)行配置模擬量從而達(dá)到對(duì)變頻器控制的方法稱為模擬控制，在這種控制中DA模塊中的某一個(gè)通道只能對(duì)一臺(tái)變頻器控制，模塊控制的主要工作流程是：通過(guò)DA模塊進(jìn)行模擬量的轉(zhuǎn)換，把PLC的數(shù)字量改變成4～20mA的電流信號(hào)或者±10V的電壓信號(hào)，電信號(hào)到達(dá)變頻器，變頻器根據(jù)收到的信號(hào)識(shí)別所需參數(shù)然后輸出，如需改變對(duì)變頻器的控制，只需將PLC數(shù)字量進(jìn)行改變，模擬量的大小就能隨之改變，進(jìn)而達(dá)到控制電機(jī)速度的目的，模擬量控制這種控制方法編程較簡(jiǎn)單，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)平滑線調(diào)速的連續(xù)進(jìn)行和工作性能的穩(wěn)定，但是因?yàn)槟M量主要是應(yīng)用于對(duì)電壓信號(hào)的輸出的控制，控制線路就會(huì)出現(xiàn)電壓下降現(xiàn)象，進(jìn)而影響系統(tǒng)的安全性和可靠性，所以如果在控制電纜線比較長(zhǎng)的環(huán)境下這種方法就不適合選用。這種通信控制方法，其原理是把串行電纜進(jìn)行簡(jiǎn)單連接，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)變頻器的監(jiān)視和控制、高精度和高穩(wěn)定性轉(zhuǎn)速的給定。

2? PLC與變頻器通信配置

2.1 通信系統(tǒng)硬件構(gòu)成及安裝方法

可編程序控制器PLC模塊1臺(tái)，通信模板1臺(tái)，含通信接口的變頻器2臺(tái)，人機(jī)界面1臺(tái)，電纜線、Profibus DP通信線若干。硬件主要連接過(guò)程：首先，使用DP線專用壓線鉗子把DP網(wǎng)絡(luò)連接頭與通信電纜的一頭進(jìn)行壓接，通信線纜的另一頭按照變頻器的連接說(shuō)明接到與之對(duì)應(yīng)的通信模塊上面;然后，打開可編程序控制器主機(jī)的面板蓋，把功能擴(kuò)展器和通信模塊都安裝到面板上;最后，把電纜連接到變頻器接口上，變頻器的末端接收信號(hào)之間連接上一個(gè)約100Ω電阻，進(jìn)行這樣操作的主要目的是防止信號(hào)因傳輸距離及傳輸速度等原因，導(dǎo)致通信障礙的發(fā)生。

2.2 通信參數(shù)設(shè)置

與通信有關(guān)的參數(shù)一般在變頻器中設(shè)置，這樣才可以建立起一個(gè)準(zhǔn)確、穩(wěn)定的通信狀態(tài)，如：通信站號(hào)、等待時(shí)間、速率等，對(duì)變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)定通常是通過(guò)變頻器的控制面板來(lái)進(jìn)行，手動(dòng)輸入各項(xiàng)設(shè)定值。編程控制系統(tǒng)主要參數(shù)設(shè)置包括：通信協(xié)議、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、停止位、站號(hào)設(shè)置、奇偶校驗(yàn)、傳輸速率、超時(shí)判定時(shí)間等。PLC和變頻器的參數(shù)設(shè)置也能運(yùn)用STEP7等相應(yīng)編程軟件進(jìn)行設(shè)置，通信速率在變頻器里面的設(shè)置必須與傳輸速率在PLC里面的設(shè)置一致，變頻器與PLC的通信一般還是通過(guò)線纜，變頻器項(xiàng)目的設(shè)定及指令的下達(dá)要根據(jù)說(shuō)明書的要求及操作步驟進(jìn)行操作。

3? 通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與電機(jī)控制的實(shí)現(xiàn)

在這種通信技術(shù)中一般把PLC當(dāng)做主機(jī)，相應(yīng)的變頻器就是從機(jī)，那么主從方式就是PLC與變頻器之間進(jìn)行通信的主要方式，一般只能有一臺(tái)主機(jī)在通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，所以變頻器就要通過(guò)識(shí)別PLC給出的命令進(jìn)行自身的參數(shù)設(shè)置，然后變頻器再把收到的命令進(jìn)行發(fā)送，傳遞給它所控制的交流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。運(yùn)用存儲(chǔ)器來(lái)進(jìn)行通信編程的方法簡(jiǎn)單易懂，硬件費(fèi)用相對(duì)比較低，且其能傳輸?shù)木嚯x更遠(yuǎn)，傳輸?shù)乃俣纫哺?，這樣不僅可以提高速率，也因編程方法也簡(jiǎn)單，變頻器可以連接數(shù)量的數(shù)量也隨之增多，所以這種控制方法更具有先進(jìn)性、可靠性，應(yīng)用人機(jī)界面可實(shí)現(xiàn)操作人員及控制系統(tǒng)間的對(duì)話及信息交流，還能替代傳統(tǒng)的控制按鈕、控制面板與報(bào)警指示燈等設(shè)置，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、顯示信息，使技術(shù)人員能很好的掌握機(jī)器運(yùn)行情況，防止報(bào)警及錯(cuò)誤的發(fā)生。

4? 結(jié)語(yǔ)

基于PLC通信模塊可實(shí)現(xiàn)變頻器的多臺(tái)控制，控制成本低，調(diào)速更為可靠靈活，觸摸屏的應(yīng)用，可對(duì)變頻器參數(shù)監(jiān)控設(shè)定更為簡(jiǎn)單準(zhǔn)確，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，運(yùn)用PLC與變頻器的強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)，可有效實(shí)現(xiàn)多臺(tái)的電機(jī)系統(tǒng)調(diào)速控制，推動(dòng)工農(nóng)業(yè)不斷發(fā)展前進(jìn)。

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