PLC自動控制系統在變頻器中的應用研究

李愛麗

兵團興新職業技術學院，新疆 鐵門關 841007

0 引言

PLC自動控制系統是目前工業生產和管理中常用的一種控制系統，對于提升工業設備控制和管理效率具有重要作用[1]。在電氣工程技術中，PLC自動控制系統的優越性顯而易見，這一系統在變頻器中的應用，為變頻器技術的發展和功能實現帶來了更多可能，在促進我國工業發展方面發揮著重要作用[2]。

1 PLC自動控制系統與變頻器概述

1.1 PLC自動控制系統

PLC是可編程邏輯控制器，這種控制器能夠在任何時候、任何地點結合具體情況開展編程[3]。PLC替代了傳統的繼電器，對于設備和系統的邏輯控制能力更強，在工業生產制造中，PLC相當于一臺計算機，通過使用PLC自動控制系統，生產效率得到大大提升[4]。PLC自動控制系統的編程十分簡單，相關工作人員只需要簡單培訓就可以勝任。PLC自動控制系統的優勢在于其超強的穩定性、準確性、功能豐富性等，其適用范圍比較廣，體積小，壽命周期長，連接方式靈活，還具有一定的抗干擾能力，在很多領域都有不同程度的應用。

在PLC自動控制系統的具體應用中，PLC自動控制系統需要性能可靠、質量過硬，確保信息的處理和分析過程可以實現完全的自動化。信息在傳輸到控制系統后，系統會對其進行處理分析，針對發現的故障也能夠及時報警。例如，結合PLC本身的特點，使用PLC自動控制系統能夠控制電機，PLC編程能夠顯著增強控制效果。

在開展實時監測工作時，PLC自動控制系統會發送實時信號，控制變頻器，從而有效控制相關電子設備。在這一過程中，變頻器的運行實況會及時傳送到PLC自動控制系統中，由變頻器工作產生的數據信息及指令能夠借助PLC自動控制系統的分析綜合傳輸到報警裝置中，報警器能夠及時響應，相關工作人員能夠及時發現異常，做好處理工作。

1.2 變頻器

變頻器是一種工頻電源，其主要工作范圍是50～60 Hz，通過變頻器進行轉化，可以產生多種頻率的交流電源，從而實現電動機的變速控制。一般而言，在控制電路中，變頻器會使用具有理想性能的微處理儀器。變頻器可以通過A/D和D/A接口接收信號。在具體的信號處理中，變頻器主要處理啟用或停止控制信號，也可以處理正轉和反轉的操作控制信號。借助PLC自動控制系統，變頻器能夠及時接收信號（信號以模擬信號為主），通過對模擬信號的A/D加工，能夠將其變成數字信號，并將數字信號發送到微處理器，完成信號加工過程。不同型號的變頻器的工作原理大致相同，可以通過矢量控制、轉矩控制、轉差頻率控制或協調控制等多種控制方式來實現對變頻器的整體控制。

1.3 PLC程序的設計過程

（1）做好準備工作。通過基本掌握系統信息，形成整體認識，掌握受控制對象的基本情況，實現高質量的程序編制；通過應用軟硬件，確?？刂菩Ч?。

（2）制作程序框圖。結合控制系統及軟件設計要求制作程序框圖，在確認待設計程序結構后，按照相應的設計標準設計程序框圖，最終根據具體的工藝要求構建相關功能單元框架。

（3）編程。結合設計的程序結構編程，這對整體程序設計而言是至關重要的一環，需要結合程序結構圖逐一編寫。

（4）測試。結合編寫好的程序進行測試，在出現測試問題時需要及時做好調試工作，確保程序運行的可靠性。

（5）制定程序說明書。說明書需要介紹編寫的程序，并對程序設計工作進行適當總結。

2 變頻器和PLC自動控制系統的選擇

2.1 變頻器的選擇

在現階段的工業生產中，應用的變頻器多種多樣。在眾多變頻器產品中，一般性能越好，對應的產品價格也會越高。在選擇變頻器時，需要結合產品生產特點及工藝特色進行選擇。并不是性能越高的變頻器就越好，在工業生產中，不同電機承擔不同負載，需要結合電機可以承受的實際負載來選擇相關的變頻器產品。同時，需要結合機械操作類型選擇變頻器，要確保變頻器在具體運行中的高效性和可靠性，如果變頻器的可靠性不理想，在生產應用中會帶來不利影響，導致相應的成本難以控制。

2.2 PLC自動控制系統的選擇

在選擇PLC自動控制系統時，需要重點把握以下兩點：（1）確保PLC自動控制系統的容量、型號、通信聯網性能、電源模塊等和實際工業生產加工要求相適應，只有確保相應性能參數滿足變頻器需要，才能確保生產效率的可靠性；（2）在選擇PLC自動控制系統時，需要考慮電機、輸入信號、接線方式等，確保PLC自動控制系統與企業工業生產要求相適應。

3 變頻器常見故障

3.1 加減速過電流故障

在設備使用中，功率不達標可能導致電流故障，使工作質量受到影響。在變頻器加速時期，由于轉速負荷的慣性作用，速度提升過度會導致加速過電流故障；在變頻器急劇減速操作中，如果負載慣性過大，減速時間不夠，會導致減速過電流故障。

3.2 電動機過載故障

在變頻器的工作中，如果系統長時間在低速模式下運行，會產生較大的耗損或存在散熱沒有達到要求的問題，造成V/F曲線不適配，從而導致設備產生故障。

3.3 振動和噪聲故障

變頻器在工作中會產生振動和噪聲，噪聲可能是機械、電磁、通風等因素導致的。要是在輸出電壓和電流中出現諧波分量，噪聲還會進一步增大。在變頻電機的運行中會產生電磁振動和機械振動，這些振動無法難免，且會影響變頻器的正常運行。

3.4 變頻器過熱故障

在變頻器工作時會產生一定的熱量，導致變壓器的溫度在短時間內快速升高，此時，如果外部的溫度也不夠穩定，就會影響變頻器散熱，導致變頻器內部積熱增多，產生過熱故障。

3.5 變頻器參數設置錯誤

變頻器參數對變頻的正常運行會產生一定影響，如果變頻器參數設置錯誤，就會導致變頻器出現故障，嚴重情況下，可能導致變頻器失效。

4 PLC自動控制系統在變頻器中的應用意義

4.1 節約電能，減少故障

在應用變頻器時，自動控制的實現主要借助I/O端子及PLC自動控制系統，要確?？刂菩Ч?，需要做好二者的結合。變頻器設備的耗電量會因使用年限的增加而不斷提升，造成電氣企業生產成本增加，不利于企業經濟效益提升。應用PLC自動控制系統，能夠降低變頻器使用中的電能損耗，對于節約電能、降低企業生產和運營成本具有積極作用。PLC自動控制系統本身也具有良好的安全性能，結合相應系統設定流程，能夠對設備進行實時管控，防止出現控制雜亂無序的情況，確保設備運行的穩定性，提升操作的效率和質量。在工業化、現代化不斷發展的過程中，變頻器中PLC自動控制系統的重要性也會越來越突出。

4.2 簡化操作流程，管控開關量

工作人員需要關注磁性因素在開關量管控中的作用，通過開關量管控開關位置，確保數據的正常使用，適應開關量管控的硬性需求。在傳統變頻器的運行中，設備開關量的管控方式相對復雜，故障問題難以得到控制，也無法確保設備運行和操作的安全性。應用PLC自動控制系統，能夠控制變頻器的設備開關量。

變頻器設備在不同運行階段的運行狀態不同，應用PLC自動控制系統能夠簡化設備操作，在系統某部位出現問題的情況下，避免對變頻器的整體使用和連接的設備產生影響，這對于降低系統和設備故障發生率具有一定幫助，有利于提升變頻器及相關設備的工作效率。

5 PLC自動控制系統在變頻器中的具體應用

簡化的操作流程能夠讓PLC自動控制系統適應閉環控制。在具體的閉環控制中，逆變設備的編程控制系統主要采用泵式控制的集中控制模式，借助PLC自動控制系統，能夠融合各個泵鏈的工作標準，確保變頻器設備處于理想的運行狀態。企業在開展工業生產時，需要分析相關連接方式，還要研究PLC自動控制系統及變頻器自身的特點，充分結合企業生產的實際需要合理調整變頻器的頻率，以更好地適應生產的相關需要。具體的控制過程如圖1所示。

圖1 PLC以模擬量方式控制變頻器的硬件連接

要確保PLC自動控制系統在變頻器自動化控制中的應用效果，需要將變頻器和PLC自動控制系統進行連接，連接可以借助I/O端子實現。使用I/O端子連接的過程中，可以使用PLC自動控制系統的模擬量端子連接模式，實現對變頻器開關的精準控制。如果PLC自動控制系統本身具備I/O端子，控制的操作會更加簡單，可以直接將變頻器輸入端和I/O端子進行連接。此外，變頻器的預設頻率數據與端子數量之間是正相關關系，預設頻率會因為端子數量的增加而不斷增加。

6 PLC自動控制系統在變頻器中的應用效果

將PLC自動控制系統應用到變頻器的案例較多，相關技術和系統研究也形成了比較豐富的成果。以PLC電機變頻器調速系統設計為例，研究變頻器中PLC自動控制系統應用的具體情況，可以更好地掌握PLC自動控制系統在變頻器中的應用效果?，F階段，電子技術、控制技術等發展較快，設計變頻器的交流變頻調速系統，需要做好PLC的編程工作，構建PLC和變頻器之間的連接關系，再通過組態軟件構建高效的人機交互界面，實現對變頻器電機的自動化控制目標。

在應用案例中，通過PLC和變頻器的有效連接，電機變頻調速系統能夠對電機進行調速控制，在變頻器中設置對應的輸出頻率后，將PLC自動控制系統和變頻器進行連接，然后設計PLC編程來控制變頻器輸出，就可以實現對變頻器電機轉速的自動化控制目標。在具體操作中，相關工作人員只需要在PLC輸入界面中操作，即可控制電機的正反轉,及檔位，還可以借助組態軟件實現電機實時監測目標。

7 總結

綜合來看，PLC自動控制系統在變頻器中的應用效果是顯著的，其重要性不言而喻。PLC自動控制系統替代了傳統的繼電器控制模式，能夠不斷強化變頻器的調速控制功能。PLC相當于一種微型計算機，其操作應用十分便利，技術難度低，操作簡單，只需要簡單培訓，相關人員就可以掌握相應的編程和連接方法。此外，PLC自動控制系統的應用穩定性和安全性也比較高，具有很強的控制能力，使用壽命周期也比較長，通過控制系統輸出信號，能夠彌補傳統變頻器使用中的不足，顯著提升變頻器的控制效率，這對于提升工業生產質量和效率也有積極作用。