PLC與變頻器在電氣設(shè)備自動化控制中的應(yīng)用研究

（安鋼集團(tuán)永通球墨鑄鐵管有限責(zé)任公司，河南 安陽 455133）

0 引言

在我國當(dāng)前的企業(yè)生產(chǎn)中，隨著科技的發(fā)展與相關(guān)技術(shù)的成熟，在一定程度上促進(jìn)了PLC與變頻器的普遍應(yīng)用[1]。對于企業(yè)來說，電氣設(shè)備自動化控制技術(shù)既能帶來較高的經(jīng)濟(jì)效益，也能保證企業(yè)生產(chǎn)活動的有序進(jìn)行，同時還能確保在正常運(yùn)轉(zhuǎn)相關(guān)電氣設(shè)備的同時提高其運(yùn)行效率。

1 PLC與變頻器的含義

1.1 PLC含義

PLC實(shí)際上是一種邏輯編程控制器，隸屬于自動化控制技術(shù)中的控制系統(tǒng)，其包含了數(shù)字運(yùn)算、操作、定時等多種功能，主要應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，既能促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)效率提高，又能最大程度上提高企業(yè)利潤，對企業(yè)發(fā)展來說有促進(jìn)作用[2]。PLC控制器一般通過可編程的存儲器存儲已經(jīng)設(shè)定好的操作指令，在需要進(jìn)行自動化控制的電氣設(shè)備中運(yùn)用，可以實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序控制、算數(shù)操作等面向用戶的操作指令。

1.2 變頻器含義

變頻器屬于一種電力控制設(shè)備，主要應(yīng)用變頻與微電子技術(shù)，在對交流電動機(jī)的控制中主要采用的是改變電機(jī)工作電源頻率方式。通過交流變直流、直流變交流、濾波等眾多組成部分構(gòu)成了一個完整的變頻控制系統(tǒng)。而在實(shí)際工作中，想要滿足節(jié)能、調(diào)速的目的，就需要對輸出電源的電壓、頻率不斷通過內(nèi)IGBT的開斷進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而在滿足電機(jī)實(shí)際需求的基礎(chǔ)上提供電源及電壓[3]。

2 在電氣自動化控制中PLC與變頻器的控制過程

在電氣自動化控制中通過PLC控制變頻器進(jìn)行動作，變頻器動作后，把終端設(shè)備的轉(zhuǎn)速，電流等信號再反饋給PLC，然后PLC根據(jù)反饋過來的信息通過PID運(yùn)算使終端設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)值更接近于設(shè)定值，從而使電氣自動化控制過程達(dá)到更高的要求。

在STEP7編程軟件硬件組態(tài)中，對S7-300與MM440進(jìn)行硬件組態(tài)PROFIBUS通訊，然后在下方設(shè)置S7-300與MM440變頻器的數(shù)據(jù)交換區(qū)，即PIW字與PQW字，如圖1所示。S7-300PLC通過程序控制PQW字的輸出來控制MM440變頻器的P0700與P1000參數(shù)值的寫入，從而控制MM440的啟停與轉(zhuǎn)速給定。而MM440變頻器的轉(zhuǎn)速，運(yùn)行電流等信號則通過PLC的PIW字對參數(shù)R0052實(shí)際狀態(tài)的采集，進(jìn)而參與到PLC控制當(dāng)中，通過設(shè)定值與實(shí)際值的反饋比較再在程序中通過閉環(huán)PID運(yùn)算進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電氣自動化對設(shè)備的精準(zhǔn)控制。

圖1 PLC S7-300與MM440變頻器的通訊過程

以上則是S7-300與MM440在電氣自動化控制中的一個例子，這樣的控制不僅簡化了控制線路，而且使電氣自動化控制的精確度得到了提高。其他品牌的PLC與變頻器諸如AB系列PLC與施耐德變頻器或POWERFLEX系列變頻器均能實(shí)現(xiàn)以上的控制過程。

PLC與變頻器的通訊還有很多方式比如PROFINET方式，大體控制過程則如上所示，在我們研究的電氣自動化控制領(lǐng)域，通過PLC控制變頻器動作，然后變頻器再把狀態(tài)反饋給PLC進(jìn)行精準(zhǔn)控制，這是現(xiàn)在和未來電氣自動化控制的一個重要方向。

3 在電氣自動化控制中應(yīng)用PLC與變頻器的重要價值

3.1 有利于提高節(jié)能效果

在近幾年，隨著我國提倡的節(jié)能發(fā)展理念，在各行各業(yè)中，也逐漸將節(jié)能理念放在企業(yè)發(fā)展的首要位置，而變頻器在電氣自動化控制中的應(yīng)用，恰好滿足了這種發(fā)展要求。變頻器的負(fù)載要求及范圍都是經(jīng)過設(shè)定的，可自動調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)荷匹配，在生產(chǎn)運(yùn)行設(shè)備上，尤其是大中型企業(yè)的相關(guān)設(shè)備，能起到很好的降低能耗作用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能理念的目標(biāo)[4]。另一方面，PLC與變頻器因其本身特點(diǎn)，在應(yīng)用時，還能進(jìn)一步降低原材料的使用，也就是說間接幫助企業(yè)減少了成本支出。

3.2 有利于維護(hù)方便

PLC與變頻器不僅操作方便快捷，還很容易維護(hù)，同時其還具有較高的安全性能。PLC與變頻器維護(hù)方便的原因是由于其主要依靠單元模式進(jìn)行運(yùn)行，因此只要驅(qū)動電路具有較好的可靠性，就能確保PLC與變頻器的正常運(yùn)行，包括驅(qū)動環(huán)節(jié)和保護(hù)環(huán)節(jié)。同時，PLC與變頻器的正常運(yùn)行還不會受高溫條件限制，具有較長的使用壽命，從某種程度上來說也是幫助企業(yè)降低了成本支出。

3.3 有利于電氣裝置智能化水平提高

PLC與變頻器在電氣自動化控制中的應(yīng)用，不僅能提升電氣裝置反應(yīng)速度，還能有效提高其整體運(yùn)行效率，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了提高電氣裝置智能化水平。通過對PLC的利用，能有效實(shí)現(xiàn)整體性控制系統(tǒng)軟件，確保能按照預(yù)設(shè)程序運(yùn)行各個工作流程，并有針對性的評估整體系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，保證能實(shí)時、可靠的傳輸數(shù)據(jù)[5]。而變頻器則可以提供相應(yīng)電源電壓支持系統(tǒng)運(yùn)行，同時有效調(diào)控各個環(huán)節(jié)中的電壓，確保能穩(wěn)定、安全的運(yùn)行系統(tǒng)。

4 結(jié)語

綜上所述，我國當(dāng)前的眾多工業(yè)生產(chǎn)部門在進(jìn)行相應(yīng)工作開展時，應(yīng)深入了解及掌握PLC技術(shù)和變頻器的實(shí)際應(yīng)用，尤其是在當(dāng)前廣泛應(yīng)用的電氣設(shè)備自動化控制背景下，有關(guān)工作人員就需要細(xì)致研究能對PLC及變頻器造成影響的不利因素，同時在自動化控制設(shè)備中引入其他先進(jìn)手段，確保在合理應(yīng)用PLC和變頻器時，還能促進(jìn)電氣設(shè)備自動化控制水平得到有效提高。另一方面，對于目前電氣設(shè)備自動化控制中已經(jīng)存在的問題，相關(guān)企業(yè)則需要定期對設(shè)備操作團(tuán)隊(duì)展開有關(guān)這方面的專業(yè)培訓(xùn)活動，全面提高工作人員的專業(yè)技能水平，同時創(chuàng)造一個良好基礎(chǔ)條件支持PLC與變頻器等相關(guān)設(shè)備的應(yīng)用。只有全面了解和掌握了PLC技術(shù)與變頻器，才能確保未來在其他行業(yè)領(lǐng)域能發(fā)揮電氣設(shè)備自動化控制更多的價值，推動國家工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。