摘要：变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。PLC，可编程逻辑控制器，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和网络通信技术等发展起来的一种工业自动化装置。
关键词：变频器；PLC；抗干扰
引言
变频器调速技术是集自动控制、微电子、电力电子、通信技术与一体的高科技技术。它因很好的调速、节能性能，在各行业中获得了广泛的应用。可编程控制器（PLC）是一种专为工业环境应用而设计的控制系统。PLC作为传统继电器的替代产品，广泛应用于工业控制的各个领域。由于PLC可以用软件来改变控制过程，并有体积小，组装灵活，编程简单，抗干扰能力强及可靠性高等特点，特别适用于恶劣环境下运行。
1变频器的输入输出电路
1.1运行信号的输入
变频器的输入信号包括:运行/停止、正转/反转、微动等数字量输入信号。变频器通常利用继电器接点或晶体管集电极开路形式与上位机连接,并得到运行信号。
在使用继电器接点的场合,为了防止出现因接触不良而带来的误动作,需要使用高可靠性的控制继电器。而当使用晶体管集电极开路形式进行连接时,也同样需要考虑晶体管本身的耐压容量和额定电流等因素,使所构成的接口电路具有一定的裕量,以达到提高系统可靠性的目的,在设计变频器的输入信号电路时还应注意到,当输入信号电路连接不当也会造成变频器的误动作。
1.2频率指令信号输入
频率指令信号可以通过电压信号(0～10V,0～5V,0～6V)和电流信号(4～20mA)输入。使用时必须依据输入信号的类型正确选择PLC的输出模块。当变频器和PLC的电压信号范围不同时,可以通过变频器的内部参数进行调节。当需要使用变频器高速区域时,可以通过调节PLC参数或电阻的方式将输出电压降低。通用变频器通常都还备有作为选件的数字信号输入接口卡,可以直接利用BCD信号或二进制信号设定频率指令。其特点是避免模拟信号电压降和温度变化带来的误差,保证频率设定的精度。
1.3接点输出信号
在变频器的工作过程中,经常需要通过继电器接点或晶体管集电极开路的形式将变频器的内部状态(运行状态)通知外部。而在连接这些送给外部的信号时,也必须考虑继电器和晶体管的允许电压、允许电流等因素。此外,在连线时还应该考虑噪声的影响。同时变频器跳闸后的保护触点应接至PLC的一个输入口和COM之间,这样一旦变频器发生故障,PLC将立即做出反映,使系统停止工作,还应在PLC上设置一个按钮开关,在处理完故障后用它使系统复位。例如:当主电路(AC200V)的开闭是继电器执行,而控制信号(DC12～24V)的开闭是晶体管执行时,应注意分开布线,以保证主电路一侧的噪声不传至控制电路。
2变频器与PLC配合应用应注意的问题
2.1瞬时停电后的恢复运行
在系统连接正确的条件下,利用变频器在瞬时停电后能恢复运行的功能,使变频器在系统恢复供电后进入自寻速过程,并根据电动机的实际转速自动设置相应的输出频率重新启动。如果变频器出现运行指令丢失的情况,则重新恢复供电后也可能出现不能进入自寻速模式,仍然处于停止输出状态,甚至会出现过流的情况。因此可以通过保持继电器,在保持运行信号的同时将频率指令信号自动保持在变频器内部或者为PLC本身准备不间断电源将变频器的运行信号保存下来,以保证恢复供电后系统能进入正常的工作状态。
2.2开关量信号
变频器的开关量信号，具有多种的运行指令形式。这些指令信号有：正转反转信号、启动停止信号、多段速信号、故障信号、复位信号、频率到达信号等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆将PLC的开关量输出点（一般为继电器输出或者晶体管输出）与变频器控制回路输入信号各端子相连接，便可通过程序控制变频器的启停、正反转、故障复位等；也可以控制变频器多段速端子实现不同速度运行，但是由于它是采用开关量来实施控制的，其调速曲线不是一条连续平滑的曲线，也无法实现精细的速度调节。将PLC的开关量输入点与变频器的输出信号各端子相连接，便可实现对变频器的运行状态、故障状态的监控。
由于PLC和变频器的开关量输入输出模块一般为晶体管类型，分为源型输入和漏型输入，相对于公共端而言，电流流出则为源型，电流流入则为漏型，这在使用过程中经常容易造成混淆，容易造成电源混乱。所以一般在实际使用过程中，大多采用继电器中转的方式，PLC输出端接继电器线圈，继电器触点与变频器的输入端相连，这样做既可以避免接线时出现错误，又将PLC与变频器的开关量输入输出端隔离，防止当变频器输入输出模块传入强电损坏的同时损坏PLC，起到保护作用。
2.3模拟量信号的输入
变频器中也存在一些数值型（如频率、电压等）指令信号的输入，这些模拟量信号的输入通过接线端子由外部给定，通常通过0～10V/5V的电压信号或0/4～20ｍＡ的电流信号输入。由于接口电路因输入信号而异，因此必须根据变频器的输入阻抗选择PLC的输出模块。
当变频器和PLC的电压信号范围不同时，如变频器的输入信号为0～10V，而PLC的输出电压信号范围为0～5V时；或PLC的一侧的输出信号电压范围为0～10V而变频器的输入电压信号范围为0～5V时，由于变频器和晶体管的允许电压、电流等因素的限制，需用串联的方式接入限流电阻及分压方式，以保证进行开闭时不超过PLC和变频器相应的容量。
2.4接地和电源系统
为了保证PLC不因变频器主电路断路器产生的噪声而出现误动作,在将变频器和PLC等与上位机配合使用必须注意以下问题。对PLC本体按照规定的标准和接地条件进行接地。应避免和变频器使用共同的接地线,并在接地时尽可能使二者分开。
当电源条件不太好时,应在PLC的电源模块以及输入输出模块的电源线上接入噪声滤波器和降低噪音用的变压器等。此外,如有必要,在变频器一侧也应采取相应措施,来增大线路在干扰频率下的阻抗,使得在基频下的阻抗极小,但对于频率较高的谐波电流,却能呈现出很高的阻抗,起到有效的抑制作用。
2.5总线通讯
随着工业生产规模的进一步扩大，PLC配合多台变频器使用的场景越来越多，而开关量和模拟量的控制方式需要PLC配置大量的开关量和模拟量扩展模块，此种方式配线复杂，可靠性较低，这时候就需要采用总线通讯的方式来使PLC与变频器进行交互。
在总线通讯的方式下，PLC与变频器之间只需要一根通讯电缆连接对应的网络通讯端口，PLC可以通过总线协议方便快捷地将频率命令、启停指令、正反转等指令发送到变频器，同时变频器也能将当前运行状态反馈给PLC。采用总线通讯形式，具有速度快、距离远。效率高、稳定性好、可靠性高、可连接多台变频器等优点。
目前应用最广泛的当属MODBUS总线协议，该总线协议使用免费，故新型变频器一般都配备了该种总线，采用该总线协议，单台PLC最多可带32台变频器，缺点是通讯速率较慢，大约为9.6kbs-38.4kbs，当变频器数量较多数据量较大时，延时比较严重。
结束语：
变频器与PLC配合使用时,应特别注意系统的可靠性问题。尤其是变频器所产生的高次谐波,可以通过多种方式对PLC产生影响。本文通过分析,提出了一些解决问题的方法。随着新技术和新理论在变频器及PLC上的不断应用,它们本身存在的这些问题有望通过本身的功能和补偿来解决。
参考文献
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[3]潘鸣.变频器与PLC配合使用时应注意的几个问题[J]. 制造业自动化. 2017(08).
论文作者:张荣
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/28
标签：变频器论文; 信号论文; 继电器论文; 电压论文; 晶体管论文; 频率论文; 指令论文; 《基层建设》2019年第6期论文;