PLC控制变频调速系统设计
摘要：随着PLC控制技术的不断完善和硬件设备性能的不断提高，其在工业企业设备中的应用越来越广泛。变频调速系统在企业机械设备节能改造中有着重要的应用价值。本文主要探讨PLC控制变频器系统的设计。
关键词：PLC；变频器；调速
随着电力电子技术、微电子技术及大规模集成电路的发展，交流电动机调速系统的性能越来越好，特别是鼠笼式交流异步电动机的变频调速系统，其性能已与直流电动机调速系统相媲美。由于鼠笼式交流异步电动机具有结构简单、体积小、重量轻、价格低、坚固耐用、工作可靠、维护方便、适应性强等一系列优点，而且功率、转速、电压的允许值高于直流电动机，所以交流变频调速技术得到了迅速的发展，并有取代直流电动机调速的趋势[1]。
1变频调速及其分类
按变频电源的性质分类按变频电源的性质可分为电压型变频器和电流型变频器。对交-直-交变频器，电压型变频器与电流型变频器的主要区别在于中间直流环节采用什么样的滤波器。在电路中中间直流环节采用大电容滤波，直流电压波形比较平直，使施加于负载上的电压值基本上不受负载的影响，而基本保持恒定，类似于电压源，因而称之为电压型变频器。电压型变频器逆变输出的交流电压为矩形波或阶梯波，而电流的波形经过电动机负载滤波后接近于正弦波，但有较大的谐波分量。由于电压型变频器是作为电压源向交流电动机提供交流电功率的，主要优点是运行几乎不受负载的功率因素或换流的影响；缺点是当负载出现短路或在变频器运行状态下投入负载，都易出现过电流，必须在极短的时问内施加保护措施。电流型变频器与电压型变频器在主电路结构上基本相似，所不同的是电流型变频器的中间直流环节采用大电感滤波直流电流波形比较平直，使施加于负载上的电流值稳定不变，基本不受负载的影响，其特性类似于电流源，所以称之为电流型变频器[2]。电流型变频器的整流部分一般采用相控整流，或直流斩波，通过改变直流电压来控制直流电流，构成可调的直流电源，达到控制输出的目的。电流型变频器由于电流的可控性较好，可以限制因逆变装置换流失败或负载短路等引起的过电流，保护的可靠性较高，所以多用于要求频繁加减速或四象限运行的场合。一般的交-交变频器虽然没有滤波电容，但供电电源的低阻抗使它具有电压源的性质，也属于电压型变频器。也有的交-交变频器用电抗器将输出电流强制变成矩形波或阶梯波，具有电流源的性质，属于电流型变频器。。
2 PLC控制变频调速系统设计
用PLC控制变频器有两种方法：一是模拟量控制，该方法很直观而且简单，利用变频器的I/O端子，将变频器的跟随速度设置为某个模拟量输入即可实现对变频器的控制，但是每个变频器占用一个模拟量通道；二是通信，该方法不仅实现了对变频器的控制，还能够获取变频器的运行状态，只要简单地把变频器当成一个设备，用PLC来通信，读写这些变频器内部寄存器，就可以实现对变频器的控制。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，可分为数字输入和模拟输入两种。数字输入多采用变频器面板上的键盘操作和串行接口来给定；模拟输入则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的输出电压范围为0～5V时，或PLC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PLC的输入、输出端晶体管的允许电压、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，以保证开闭时不超过PLC和变频器的输入、输出端允许容量。
通常变频器也通过接线端子向外部输出相应的监测模拟信号，电信号的范围通常为0～10V/5V(电压)及0/4～20mA(电流)。在应用中应依据PLC一侧的输入阻抗的大小，保证电路中电压和电流不超过电路的允许值，以提高系统的可靠性和减小误差。因为变频器在运行中会产生较强的电磁干扰，为保证PLC不因变频器主电路断路器及开关器件等产生的噪声而出现故障，将变频器与PLC相连接时应该注意以下几点[3]。
①对PLC本身应按规定的接线标准和接地条件进行接地，而且应注意避免和变频器使用共同的接地线。
②当电源条件不太好时，应在PLC的电源模块及输入、输出模块的电源线上接入噪声滤波器和降低噪声用的变压器等。另外，若有必要，在变频器一侧也应采取相应的措施。
③当把变频器和PLC安装于同一操作柜中时，应尽可能使与变频器有关的导线和与PLC有关的导线分开。
④PLC和变频器连接时，由于二者涉及用弱电控制强电，因此，应该注意连接时出现的干扰，避免由于干扰造成变频器的误动作，或者由于连接不当导致PLC或变频器损坏，其连线应使用屏蔽线和双绞线以提高抗噪声干扰的水平。
结论
本文设计的基于PLC的控制变频调速系统，利用PLC实现了电机速度的闭环控制，不仅可以获得与工控机相当的控制精度，而且还可以获得较工控机更高的可靠性和更强的抗干扰能力，简化了系统的设计过程。
参考文献
[1]宋家成. 交流调速系统应用与维修[M]. 中国电力出版社，2009.8.
[2]唐志文. PLC与变频器的RS-485通信[J]. 变频器世界，2005，(1).
[3]顾战松，陈铁年. 可编程控制器原理与应用[M]. 北京：国防工业出版社，2005.6.
