電機控制中PLC與變頻器通訊的應(yīng)用

陶偉

（阜陽技師學(xué)院機電工程系 安徽省阜陽市 236000）

在工業(yè)設(shè)備的正常運行過程中，使用PLC 技術(shù)和變頻器的范圍較廣，可以為電動機的運行提供重要的保障。PLC 屬于可編程的邏輯控制器，在電動機控制以及工業(yè)生產(chǎn)活動中發(fā)揮著較大的作用。隨著變頻技術(shù)的快速發(fā)展，我國在變頻技術(shù)方面也取得了較好的成績，將變頻技術(shù)和PLC 技術(shù)進行了有機融合，避免以往所使用的直流調(diào)速技術(shù)產(chǎn)生的局限，提高生產(chǎn)活動的自動化水平。PLC 技術(shù)可以對生產(chǎn)活動中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行高效處理，避免了在以往生產(chǎn)活動中控制器所需要的人工操作流程，達到了自動調(diào)頻的效果。PLC技術(shù)目前在我國的工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)取得良好的應(yīng)用效果，為了促進工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，推進工業(yè)化進程，我國應(yīng)當繼續(xù)對PLC 技術(shù)進行研發(fā)和應(yīng)用。

1 PLC自動控制系統(tǒng)的工作原理

傳統(tǒng)模式中的調(diào)頻控制設(shè)備在做功的時候主要運用的是：繼電器設(shè)備的邏輯控制功能，但是PLC 自動的控制操作系統(tǒng)能夠當做是微型的計算機設(shè)備，從而實現(xiàn)了對編程控制調(diào)頻工作環(huán)節(jié)[1]。PLC 技術(shù)從某種程度上極大地推進了我國工業(yè)化的進程。從操作過程與原理上來講，PLC 技術(shù)在進行運用的時候相對較為簡單，主要原因是：PLC 自動控制系統(tǒng)運用的是操作技術(shù)人員所熟知的梯形圖的編程方式，因為熟知的編程方式之下，技術(shù)操作人員上手相對較為容易。因為PLC 自動控制系統(tǒng)本身具有較強的穩(wěn)定性、精準性以及相對較強的抗干擾的能力，從而使該項系統(tǒng)具有更高的可信程度。與此同時，還能夠較為顯著的延長自動系統(tǒng)的運行壽命，與傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比較，其使用壽命在較大程度上被提升?？v然PLC 系統(tǒng)本身相對較為復(fù)雜，但是，在對其進行日常維護的時候相對較為容易。PLC 系統(tǒng)本身的體積相對小、比較容易拆卸以及連接模式也會相對較為便捷。在硬件層面上的優(yōu)勢，使該項系統(tǒng)能夠較好在全國的范圍內(nèi)使用與推廣。雖然PLC 自動控制系統(tǒng)擁有較多的優(yōu)勢，但是在實際操作生產(chǎn)的時候，該項系統(tǒng)在操作的時候，對象只有一臺電機，若是想要將PLC 系統(tǒng)具備的優(yōu)勢發(fā)揮出來，需要對其進行規(guī)范的操作。

PLC 與變頻器通過USS 協(xié)議，用戶可以通過程序調(diào)用的方式實現(xiàn)PLC 與變頻器之間的通信，通信網(wǎng)絡(luò)是PLC 和變頻器內(nèi)置的RS -485 通信口和雙絞線組成的。變頻器以PLC“從站”形式，通過串行總線相互連接，由PLC 對變頻器發(fā)送頻率給定指令與控制命令，同時也可以對變頻器的狀態(tài)進行檢查[2]。作為主站的PLC有權(quán)向變頻器從站發(fā)送通信請求報文命令；從站變頻器只有在接受主站命令后才能像主站PLC 發(fā)送數(shù)據(jù)，從站變頻器之間不可以進行相互數(shù)據(jù)通信。

2 PLC與變頻器的控制方法

在對變頻設(shè)備進行就地操作的時候，一般都是運用調(diào)節(jié)的措施對系統(tǒng)的控制面板進行控制，運用這種模式主要就是在電動機設(shè)備的轉(zhuǎn)速改變不頻繁的狀況下，僅僅需要對場合進行偶爾的改變；還有一種模式是對變頻器設(shè)備的端子采取嚴格的控制，這種模式關(guān)鍵是對變頻器設(shè)備的控制端子層面的邏輯數(shù)據(jù)輸入端口的邏輯進行組合，不同的預(yù)制速度設(shè)置的工作都能夠在里邊完成，而后再運用邏輯輸入端口的控制值進行控制與輸出，從而對變頻器設(shè)備進行較好的控制。一般來講，在對電動機設(shè)備進行控制的時候，先會對制定規(guī)章與政策，要求電機設(shè)備按照規(guī)定的要求進行轉(zhuǎn)速與啟停操作[3]。在對電動機設(shè)備進行控制的時候，先會設(shè)定固定的頻率，而后再運轉(zhuǎn)設(shè)備。這種控制模式是運用變頻器設(shè)備控制操作，導(dǎo)致其運行成本相對較高，沒有辦法將對平滑線進行連續(xù)的調(diào)速，不能保障控制的精準性。所以該項模式只是適用于不需要較高精準度的場合。對PLC 系統(tǒng)的模擬量進行配置，達到變頻器設(shè)備控制的模式被稱作模擬控制，但是由于模擬量關(guān)鍵是作用于對設(shè)備的電壓信號，控制輸出，較容易出現(xiàn)控制線路的電壓大幅度下降的狀況，嚴重影響系統(tǒng)的可靠性與安全性。該類的通信控制模式的工作主要原理就是將串行的電纜設(shè)備進行較為簡單的連接，從而有效的實現(xiàn)對變頻設(shè)備的控制與監(jiān)視工作，提高設(shè)備運行的精準度與穩(wěn)定程度。這就是PLC與變頻器的控制模式，被較為廣泛的運用在實際系統(tǒng)運轉(zhuǎn)中，能夠有效的提升系統(tǒng)做工的質(zhì)量與效率。

3 PLC以及變頻器綜合應(yīng)用

PLC 和變頻器是在當前工業(yè)控制系統(tǒng)中所使用的較為普遍的一種控制方式，并且也取得了較好的控制效果。變頻器進行速度調(diào)控的方式主要有4 種：

（1）對操作面板進行控制，這種控制方式可以被應(yīng)用在現(xiàn)場操作的過程中，或者電動機處于均勻速度時，都能夠達到取得較好的控制效果。

（2）對端子進行控制，將不同的邏輯組合通過端子進行輸入，進而達到并實現(xiàn)預(yù)制的速度，與此同時使用邏輯輸入口對端子的狀態(tài)進行智能化的控制，通過開啟端子來讓電動機可以正常輸出，通過關(guān)閉端子讓電動機可以停止輸出[4]。這種控制方式可以被應(yīng)用在已經(jīng)擁有預(yù)設(shè)好的程度的電動機中，對按照一定頻率進行運動的場合進行改變。

（3）通過模擬輸入的手段來控制變頻器的工作頻率。

（4）對變頻器進行遠程的通訊控制，但是這種控制方式需要利用串行電纜來作為控制的媒介，可以避免變頻器在模擬方面以及數(shù)字量缺點方面給控制功能帶來的影響，進而達到高效控制的效果，此時上位機能夠從中獲取大量的有關(guān)于變頻器的真實信息，可以為機械系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)提供有效的保障。

因為不一樣的設(shè)備、變頻器、控制器之間信息交換存在差距，所以在使用PLC 與變頻器之間的通訊協(xié)議使用研究就顯得最為關(guān)鍵。另外，因為電磁環(huán)境不良、控制設(shè)備點多、信號受到干擾等多種因素，造成系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠性比較小，利用PLC 與變頻器通訊控制方法，不但可以將多電機同步操作，工作實現(xiàn)，而且有效的將人力物力成本節(jié)約，抗干擾能力比較大，是最為理想的解決問題的技術(shù)方法[5]。

4 PLC和變頻器通訊的實際應(yīng)用

4.1 PLC和變頻器通訊系統(tǒng)的組成

當PLC 和變頻器進行通訊的時候，會有較多的系統(tǒng)參與到這一運行過程中，并且參與運行的每一個通信硬件都有著不同的特點，例如目前應(yīng)用較多的RS485 通信和MODBUS 通信系統(tǒng)之間就有著較大的差距。但是在實際的應(yīng)用過程中，很多通信系統(tǒng)的構(gòu)成部分，都是只有一個PLC 以及PLC 所相對應(yīng)的存儲器，通訊模板以及不同數(shù)量的變頻器。其中RS485 通信系統(tǒng)的應(yīng)用是在所有系統(tǒng)中最多的，主要是由PLC、485ADP 模板、RS485 變頻器以及擴展存儲和所構(gòu)成的。在通信系統(tǒng)中變頻器的數(shù)量大多數(shù)都要在8 個以上，由此可見要想提高PLC 和變頻器通訊的應(yīng)用效果，就必須要保證各個配置都處于性能良好的狀態(tài)，提高通訊系統(tǒng)的質(zhì)量，為工業(yè)生產(chǎn)活動的開展提供重要的基礎(chǔ)保障[6]。

4.2 PLC和變頻器通訊參數(shù)的具體設(shè)置

RS-485 串行通訊所使用的是無協(xié)議通信，是一種典型的通訊系統(tǒng)類型，當PLC 和變頻器進行通訊的過程中，不需要經(jīng)理原有的固定協(xié)議，同時也不需要進行數(shù)據(jù)交換，只需要利用通信端口就可以完成傳輸指令的目的，進而完成對電機的控制。在通信系統(tǒng)開始進行通信之前，首先要對通訊端口進行檢查和設(shè)定，保證硬件和硬件之間的連接處于正常狀態(tài)，并且需要保證通信硬件擁有精準的參數(shù)。如果是使用PLC 來對多個變頻器實施通訊控制的過程中，需要先處于尾端位置的變頻器進行設(shè)置，并在其中加入相應(yīng)的阻抗，阻抗的阻值應(yīng)當保持在100Ω。在設(shè)置變頻器的過程中也需要對撥碼開關(guān)進行設(shè)置，將引腳屬于1 的撥碼進行調(diào)整，將其設(shè)置成為開的狀態(tài)，并顯示在變頻器的終端處已經(jīng)有電阻。在設(shè)置RS-485 的通信硬件過程中，所使用的串口為CPIH，通過CPIH 這一串口通信來進行設(shè)置。應(yīng)當在PLC 的通信連接位置增加一個與RS485 相對應(yīng)的RE-485 通訊選件板同時對撥碼開關(guān)進行設(shè)置，具體設(shè)置的撥碼開關(guān)為SW4，將其改變到關(guān)閉的形態(tài)，此時應(yīng)當讓串口1 處是處于通訊的狀態(tài)下的[7]。

當對通訊參數(shù)進行設(shè)置的時候，需要重視不同參數(shù)的設(shè)置，這樣才可以保證生產(chǎn)活動的正常運行，提高plc 和變頻器通訊的控制效果。首先需要設(shè)置的就是通信速率這一參數(shù)，設(shè)置時包括了多個內(nèi)容，波特率應(yīng)該設(shè)置在4800、9600、19200 的狀態(tài)下。當在進行參數(shù)選擇的時候，需要參照變頻器的實際參數(shù)，需要讓兩處的參數(shù)始終處于同一狀態(tài)。其次，需要設(shè)置停止位長的參數(shù)，當設(shè)置參數(shù)時應(yīng)當結(jié)合停止位長的實際情況來選擇參數(shù)。再次，需要對奇偶校驗位參數(shù)進行設(shè)置，在設(shè)置這一參數(shù)的過程中，所需要依據(jù)的標準為奇偶校驗結(jié)果的不同。最后，還需要對其他的多個參數(shù)進行設(shè)置，分別為通訊參數(shù)、校驗實踐以及通訊更待時間等，都需要正確的設(shè)置參數(shù)。如果其中一個參數(shù)設(shè)置錯誤，都有可能會導(dǎo)致生產(chǎn)活動出現(xiàn)運行問題。

4.3 對PLC以及變頻器通訊程序進行設(shè)計

這一環(huán)節(jié)是保證PLC 和變頻器通訊實際應(yīng)用熊的關(guān)鍵因素，需要結(jié)合實際的應(yīng)用場合來判斷PLC 和變頻器通訊之間的聯(lián)系方法，并明確它們之間的運行條件，這樣才可以保證通信程序設(shè)計的有效性[8]。當兩者處于通信狀態(tài)下，PLC 和變頻器之間會選擇使用主從應(yīng)答的凡事來實現(xiàn)通信的效果。此時可以將PLC 當做是主機以及通信的主要途徑，利用其主機的功能發(fā)出控制指令，進而控制相應(yīng)的變頻器來完成指令。此時變頻器為從機器，是屬于被動狀態(tài)的，當接受指令之后進行被動工作。PLC 以及變頻器的連接媒介為電纜，因此變頻器可以接受到PLC 所傳遞的信息和指令，進而完成通信工作，對PLC 進程編程。當設(shè)計PLC 的程序時候，需要利用系統(tǒng)初始化脈沖，進而將PLC 中的有關(guān)參數(shù)輸入到寄存器中。PLC 會下達相應(yīng)的指令，使PLC 和變頻器之間的通信工作可以順利完成，讓各種信息數(shù)據(jù)可以有序的輸入和輸出。

5 結(jié)束語

在電動機控制裝置中使用PLC 通信模塊，可以對多個電動機進行同時控制，并且還降低了控制所需要的成本投入，在調(diào)速方面也變得更加靈活，且調(diào)速具有一定的可靠性。同時應(yīng)用了觸摸屏之后，可以利用PLC 對變頻器的參數(shù)設(shè)定情況進行監(jiān)控，讓參數(shù)設(shè)定變得更加簡單且具有準確性。在實際的生產(chǎn)活動過程中，應(yīng)當積極使用PLC 和變頻器通訊，對在生產(chǎn)過程中的多個電機系統(tǒng)實施調(diào)速以及自動控制，促進工業(yè)活動的自動化發(fā)展?，F(xiàn)代化工業(yè)不斷發(fā)展的過程中，如何對龐大的工業(yè)系統(tǒng)進行調(diào)控已經(jīng)成為了制約工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素，必須要對這一問題進行重點解決。經(jīng)過目前對PLC 以及變頻器通訊應(yīng)用實際效果進行分析，發(fā)現(xiàn)兩者之間進行信息合作，可以對生產(chǎn)活動進行動態(tài)化的監(jiān)督以及控制，值得在今后的生產(chǎn)活動中廣泛應(yīng)用。