PLC自动控制技术在变频器的应用

近年来，随着各领域自动化水平的提升，PLC自动控制技术成为新时期自动化生产、自动化管理的重要基础手段。PLC自动控制技术的本质是“微型逻辑编辑器”，该技术在实际应用中需要以变频器为载体，促进变频器的自动化控制，从而确保各领域生产活动中变频器自动控制的灵活性、可靠性，帮助各企业建立自动化的生产、工作模式，促进社会经济事业的可持续发展。

PLC自动控制技术相关概述

PLC是一种可编程的控制器，PLC自动控制技术是计算机、自动化技术、通信技术集成应用后的产物，属于工业自动化控制技术。PLC自动控制技术的主要功能是优化传统继电器执行逻辑，完善其控制功能，同时建立可远程控制、自动控制的系统或网络。PLC自动控制技术具有高效性、稳定性、便捷性等特点，在各领域中有着不可忽视的应用价值。PLC自动控制技术的基本原理是通过循环扫描的方式，将依据用户需求所编制的控制程序布设在系统内部。使该系统能够结合用户指令操控系统中程序，完成生产、自动化控制任务。完成后PLC程序可重新回归首条指令，循环扫描后重复上述运行步骤。微处理器、电源、输入组件、输出组件、存储器是实现PLC自动控制技术的主要硬件设施。另外，PLC产品不同，其产品特点会有着明显差异性，以西门子公司的PLC产品为例，具体产品信息如表1所示。PLC自动控制系统的特点分析PLC自动控制系统是实现PLC自动控制技术的关键载体，在工业生产、企业发展中，PLC自动控制系统有着不可替代的作用，该系统的主要特点如下：（1）编译高效。编译PLC自动控制系统时，程序编写较为清晰、高效，可利用“梯形逻辑流程图”实现PLC自动控制技术，同时使系统中的控制器更易修改，能够结合工业、企业实际需求，设计PLC自动控制系统的程序功能，提升各类生产活动、工程建设的整体效率。（2）可靠性强。PLC自动控制系统联合变频器后，可直接应用在企业生产活动中，且系统运行稳定、可靠。通过相关人员对PLC自动控制系统的测试可知，该系统的抗干扰性较强，系统运行中的故障频率低，能够充分的维持企业生产、自动控制平台的稳定性，保证企业生产效益。（3）安装便捷。PLC自动控制系统安装过程中非常便捷，且系统本身能够适应不同的生产活动，具有较强的耐腐蚀性、耐毒性。与变频器联合应用中，PLC自动控制系统的可操作性明显强，能够为企业、工业活动创造更多的经济效益。

变频器中应用PLC自动控制技术的前期准备

（一）合理选择PLC及变频器

变频器是大型机电设备中用于调控电源设备频率的设备，逆变器、主电路、平波回路、整流器是变频器的主要结构。企业生产活动中，变频器能够改变电气设备的原有电压，使其频率、赋值符合生产要求，从而确保电机设备运行的稳定性。在变频器中引进PLC自动控制技术时，还应结合企业实际需求，选择对应的PLC和变频器。不同电机设备对电压频率控制需求会产生较大差异性，相关人员可基于电压频率控制需求，充分考虑PLC产品特点、变频器的功能及容量，合理选择对应规格的变频设备、PLC产品。除此之外，应用PLC自动控制技术控制变频器时，还需科学地设置变频器的相关参数，如表2所示。

（二）科学连接PLC和变频器

PLC与变频器相互连接时，常用方式为PROFIBUS-DP通信。相关人员借助PROFIBUS-DP通信将变频器、PLC构建成网络后，变频器、PLC产品则能够进行信息交换和资源共享。在此过程中，PLC产品可基于自身的通信功能，通过单主站、多主站、自由端口通信等方式连接变频器，发送控制指令。指令从PLC传输到变频器的存储器后，能够点对点地对变频器内的控制程序进行自动化控制。而变频器可实时反馈指令实时情况，如设备运行情况、设备故障警报等。数据传输过程中，PLC与变频器处于连通关系，其余时间相互独立运行，所以不会出现PLC、变频器相互干扰的情况，有利于维护变频器运行的稳定性。此外，PLC自动控制在具体应用时，可借助通信协议同时控制不同规格的变频器，高效地与变频器可连通方式。

（三）促进PLC系统与变频器端子的连接

变频器端子是变频设备中用于连接PLC的连接器，通常会设置在变频器的后盖上，可以将PLC与变频器的主回路、控制回路相互连接，传递各类电信号。将变频器、变频器端子连接时可简化二者的连接流程，从而通过硬件连接的方式，突出变频器、PLC的功能优势。具体的连接方式是将数字量端子、模拟量端子连接，使变频器的控制回路能够连接到PLC系统的扩展板块，提升变频器频率控制的准确性。

变频器中PLC自动控制技术的应用思路

（一）确定PLC模块

PLC产品的模块型号较多，将其应用在变频器时，企业可以基于自身需求，选择对应的PLC模块。通常情况下，企业可根据变频器标准I/O点数设计，确定PLC模块的型号或产品规格，常见的PLC模块有35MＲ型、45MT、S7－200型、FM355－2型等。此外，相关企业可按照PLC模块的分类，选择PLC产品，比如根据硬件外形、功能设计可将PLC模块产品分为“向量输入”“输出型－状态输入”“输出型－晶体管输入”“输出型”等。按照PLC产品的运行原理则可将其分为“解释说明型”“编码破译型”等类型。其中，解释说明型PLC模块是在变频器和PLC产品连接后，按照各连接节点的PLC语言，解读指令表、梯形流程图。同时在电机设备运行时，使变频器通过采用指令、解释的方式读码，并对设备进行变频控制。编码破译型PLC则是直接将连接节点编译为程序，并利用变频器接收到的指令代码，控制变频器，使其直接作用于生产设备。选择PLC模块时，相关人员应综合考虑生产需求、变频器性能设计，科学选择PLC模块，采用更恰当的连接方式。

（二）建立PLC通信协议

通信协议具体指PLC、变频器相互连接时，用于达成通信目标的条款和项目。通过建立PLC通信协议，能够实现PLC产品节点信号、变频器设备的有效连接，使其在运行中共享信息资源、通信讯号。建立PLC通信协议是变频器中应用PLC自动控制技术的基础工作。变频器中的通信协议具体包括mb通信、自由接口通信两种，实际应用时，相关人员可全面考虑变频器性能、PLC产品的适配情况，选择通信协议方式。随后将PLC产品中的每个控制节点的信号数据录入变频器系统的通信协议中。从而利用通信协议采集PLC节点信号，翻译变频器运行中的信号，并对变频器的控制系统发送处理后的信号，使其评估后分析指令的可行性，确定可执行该指令后将节点信号传输给变频器操作系统，最终起到变频器自动控制的作用。具体运用PLC自动控制技术控制变频器时，相关人员还可借助节点信息的整合利用，评估、调控变频器状态，同时将其反馈给PLC的控制系统，平衡好PLC产品和变频器的关系，使变频器处于稳定、高效运行状态。

（三）设计自动化变频模式

在变频器中引进PLC自动控制技术的主要目的是提升变频器的自动化水平，建立可自动控制的变频模式。以此解决变频器应用中操作复杂、灵活性差、人工成本高等问题，同时有助于提升变频器的运行效率，满足企业生产自动化、标准化的根本要求。但是在实际应用PLC自动控制技术时，还应确保二者的协调性，灵活设计自动化边坡模式，持续校准节点信息，控制变频器状态估计器的误差。（1）建立通信协议、连接变频器和PLC产品时，保证语法、编译逻辑流程、信号格式、传输向量的一致性。并且为减少外部环境对PLC系统和变频器的干扰，还应找出节点、变频器状态估计器的误差值。对此，相关人员可利用数学模型：Prob{（k+1）=j（k）=i}=πij分析误差值，其中πij≥0，同时根据状态i转移到状态j的转移概率，推导出各节点的误差值。（2）根据企业生产设备、电气设备自动化运行或生产的根本要求，将变频器中PLC节点信息和状态估计器的误差控制在0.3~1.5之间，确定变频器自动化运行中PLC系统的工作模式。（四）应用实例（1）电气工程自动化控制。工业领域中，自动化控制目标的实现是将PLC自动控制技术应用在电气设备的变频器中，以此改变用人力控制电气设备的局面。比如在电气闭环系统中，PLC自动控制可与该系统中的变频器相互连接，建立通信协议，从而对电气闭环设备进行自动化控制，确保设备运行的安全性，实现电气工程自动化控制目标。在此基础上，变频器可借助PLC自动控制技术，建立开关量控制技术方案，维护电气设备自动化系统的稳定性。电气工程自动化控制中，开关量控制关系着电气设备的运行状态，但传统人工控制继电器、变频器的工作方式会导致设备的稳定性较弱，电气设备与逆行效率不高。PLC自动控制技术产生后，可直接作用于断路显示器、变频器，自动化控制电气设备，优化电气设备的变频控制系统。（2）供水控制系统。供水控制系统中，PLC自动控制技术和变频器联合应用，完善供水系统的整体设计，建立“恒压供水系统”。相关企业可基于供水电气控制系统的经济性、生产性目标，根据多端口的电气控制系统特征，选择变频器、PLC自动控制技术，规划设计PLC恒压供水系统，自动化控制该系统中的电气设备。PLC恒压供水系统的核心设备包括“压力传感器”“PLC控制器”“变频器”“水泵”。其中压力传感器可控制供水系统的输入量，PLC控制器传输的节点信号可影响输入量的控制精度。PLC控制器是该系统的核心，可检测供水时电气设备的输入状态，计算输入数据，并利用变频器控制终端设备，使供水时的输入量符合相关要求。水泵则是在变频器的作用下改变流量大小，实现供水系统的自动化控制。在此过程中，PLC控制器可有效控制变频器，使其作为供水系统的后续控制单元，通过变频调速、多段调速的方式控制终端设备，自动控制供水流量。

结语

综上所述，变频器与PLC的联合应用有利于提升企业生产效率，建立更高效的生产系统。但是为发挥PLC自动控制技术在变频器的应用价值，还应合理选择PLC、变频器，科学调整变频器的实际参数。同时结合企业生产需求、自动控制目标，更灵活的制定PLC自动控制技术方案，打造个性化的自动化变频器控制技术，保证企业生产效益，提高各行业生产、管理活动的自动化水平。

作者：曾强盛