試析變頻器與PLC配合使用時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

劉文斌

嘉峪關(guān)城域熱力有限公司 甘肅 嘉峪關(guān) 735100

引言

對(duì)于變頻調(diào)速來(lái)說(shuō)，是公認(rèn)且最為理想的調(diào)速方式。因?yàn)槠湔宫F(xiàn)出強(qiáng)大 PLC控制功能，并且 PLC自身體積比較小，組裝比較便利，編程簡(jiǎn)單，具備較強(qiáng)的抗干擾能力，運(yùn)行穩(wěn)定性強(qiáng)，可以完成各種比較復(fù)雜的軟件編程和硬件連接任務(wù)。PLC與變頻器的連接方式種類有很多，其中包括：PLC的輸出端子與變頻器的多功能端子進(jìn)行連接。在變頻器中，設(shè)有多個(gè)多功能端子，可以將多段速度功能設(shè)置在變頻器中，同時(shí)計(jì)算出相應(yīng)的頻率；變頻器與PLC之間的RS485通信接口采用的是PLC編程通訊控制方式，對(duì)PLC數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)整，將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，并把轉(zhuǎn)變后的信號(hào)反饋到變壓器中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器運(yùn)行情況的管控。在變頻器與PLC連接過(guò)程中，因?yàn)閮烧叨及蹼娍刂茝?qiáng)電的內(nèi)容，在實(shí)際連接中，應(yīng)該注意是否會(huì)出現(xiàn)干擾狀況防止因?yàn)閮烧哌B接干擾而導(dǎo)致變頻器錯(cuò)誤運(yùn)行，或者因?yàn)檫B接不科學(xué)而造成PLC或者變頻器故障損傷。為了防止變頻器在運(yùn)行過(guò)程中給PLC帶來(lái)影響，應(yīng)在兩者連接中，重點(diǎn)分析需要注意的問(wèn)題，提前做好應(yīng)對(duì)。

1 變頻器與PLC配合使用時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

1.1 開(kāi)關(guān)量信號(hào)

通常情況下，開(kāi)關(guān)量信號(hào)在變頻器中以一種重要的信號(hào)形式出現(xiàn)，其涉及的種類有很多，具體展現(xiàn)在七個(gè)方面，如啟動(dòng)停止信號(hào)、故障信號(hào)、多段速度信號(hào)、正向和反向旋轉(zhuǎn)信號(hào)、頻率到達(dá)信號(hào)[1]。在這個(gè)過(guò)程中，通過(guò)將PLC應(yīng)用價(jià)值全面發(fā)揮，在PLC系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)輸出點(diǎn)與變頻器中控制回路信號(hào)輸入端深入連接，通過(guò)使用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器運(yùn)行張的控制，讓變頻器保持在指定狀況，如停止運(yùn)行、前進(jìn)、后退等。在PLC中，開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)一般安裝了晶體管或者是繼電器，在變頻器控制回路中，輸入信號(hào)主要要?jiǎng)澐譃閮煞N類型，一個(gè)是漏極型輸入信號(hào)，另一個(gè)是源極型輸入信號(hào)[2]。通過(guò)比較分析，在電流收入方面，主要是源極型，在電流流入方面，主要是漏極型。在實(shí)際應(yīng)用中，由于相關(guān)人員認(rèn)識(shí)不到位，可能將兩種電流形式混淆，如果無(wú)法正確區(qū)分源極類型和漏極類型，將造成電源運(yùn)行混亂，無(wú)法保證逆變器和PLC的正常使用[3]。在這種情況下，為了保證變頻器運(yùn)行安全，在PLC和變頻器結(jié)合中，把繼電器安裝在PLC輸出端，之后將繼電器和變頻器進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC安全保護(hù)。模擬量信號(hào)

除了開(kāi)關(guān)信號(hào)的形式，連接PLC和變頻器時(shí)也包含了模擬信號(hào)。模擬開(kāi)關(guān)信號(hào)中包含了電壓信號(hào)和電流信號(hào)兩種類型。其中，電壓信號(hào)的取值范圍為0～10V，其中也包括0～5V的類型。電流信號(hào)的值范圍為0～20mA，也包含了4～20mA的類型[4]。通過(guò)變頻器中模擬輸入端口和PLC模擬輸出端口的連接，PLC中的頻率命令可以及時(shí)傳遞到變頻中。變頻器中的電壓和電流結(jié)合信號(hào)命令要求進(jìn)行一定調(diào)整。并且，將變頻器中模擬輸出端口和PLC模擬輸入端口深入融合，或者把變頻器傳遞的頻率信息反饋到PLC系統(tǒng)中，可以根據(jù)變頻器運(yùn)行發(fā)展趨勢(shì)，在PLC中如實(shí)反饋[5]。當(dāng)模擬信號(hào)在PLC和變頻器之間交換時(shí)中，需要配合開(kāi)關(guān)信號(hào)，其意義就是因?yàn)槟M信號(hào)無(wú)法實(shí)現(xiàn)變頻器的有效控制。對(duì)于模擬信號(hào)中出現(xiàn)的問(wèn)題，主要以電流問(wèn)題和電壓?jiǎn)栴}為主，要求獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，不可將電流信號(hào)與電壓信號(hào)混淆在一起反之則會(huì)造成電壓的下降。模擬量信號(hào)接線見(jiàn)圖：

圖1 模擬量信號(hào)接線

1.2 總線通訊

推動(dòng)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的主要因素就是工業(yè)生產(chǎn)速度和效率加快，把越來(lái)越多的工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)同時(shí)使用了PLC和變頻器。開(kāi)關(guān)信號(hào)和模擬信號(hào)都需要大量的模塊來(lái)輔助操作過(guò)程，但連接模塊和PLC的過(guò)程需要復(fù)雜的布線操作，從而給工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)帶開(kāi)展增添難度，并且模塊運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性相對(duì)偏低[6]。基于此，在一起使用PLC和變頻器過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)另一種連接形式，也就是總線通信?？偩€通信形式中PLC只需要一根電纜就能和變頻器進(jìn)行連接。PLC可以通過(guò)總線協(xié)議向變頻器傳輸各種信號(hào)，并可以發(fā)送各種命令，如正向和反向旋轉(zhuǎn)命令、啟動(dòng)命令、停止命令、頻率命令等。并且，它還可以實(shí)現(xiàn)變頻器對(duì)PLC的信息反饋，這種連接方式展現(xiàn)出較強(qiáng)的運(yùn)行效率、穩(wěn)定性高、問(wèn)題發(fā)生率小等優(yōu)勢(shì)[7]。但是也存在一些不足，例如總線通訊的通訊塑性比較遲緩，同時(shí)在信息傳輸過(guò)程中，如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)規(guī)模比較大，或者變頻器數(shù)量比較多，這種缺陷更加明顯，在企業(yè)經(jīng)營(yíng)發(fā)展中，相關(guān)工作人員長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)都在進(jìn)一步探究該問(wèn)題的處理方式，尋找合理的解決對(duì)策[8]。例如，當(dāng)前出現(xiàn)了與總線通信結(jié)合使用的通信卡，可以有效地提高通信速度，并簡(jiǎn)化編程。

2 防止變頻器對(duì)PLC干擾的應(yīng)對(duì)措施

眾所周知，PLC主要是由精密電子元件組合而成，更容易受到外部噪聲的因素的影響。對(duì)于變頻器，主要是使用高載頻輸出斬波信號(hào)，因此成為噪聲源。當(dāng)PLC與變頻器聯(lián)合使用時(shí)，變頻器發(fā)出的噪聲可能會(huì)造成PLC操作錯(cuò)誤，因此需要結(jié)合實(shí)際情況，做好相應(yīng)的噪聲抑制工作，優(yōu)化相關(guān)處理措施[9]。通常情況下，變頻器發(fā)出的噪聲類型劃分為三種：第一種是變頻器本體的連接線和變頻器的主電路（輸入和輸出）發(fā)出的噪聲；第二種是靠近主電路線的外圍設(shè)備的信號(hào)線上的電磁和靜電感應(yīng)產(chǎn)生的噪聲；第三種是由電源電路線路傳輸?shù)脑肼?。為了減低噪音問(wèn)題的產(chǎn)生，應(yīng)做好以下幾項(xiàng)工作：第一，PLC應(yīng)盡可能和變頻器保持一定的安全距離；第二， PLC與變頻器之間的控制線盡可能和變頻器的電源線保持一定安全距離；第三，防止PLC信號(hào)線和變頻器電源線的并聯(lián)和捆綁接線；第四，在變頻器輸入端位置安裝EMC濾波器；第五，在變頻器的輸出端位置安裝線路噪聲濾波器，從而起到抑制導(dǎo)線產(chǎn)生的輻射噪聲的目的；第六，信號(hào)線和電源線應(yīng)采用屏蔽線，分別安裝在金屬管內(nèi)部[10]。

在變頻器運(yùn)行過(guò)程中，可能會(huì)給周圍電氣設(shè)備帶來(lái)一定影響，其中也包含了PLC，容易產(chǎn)生比較強(qiáng)烈的電磁干擾。要想避免在變頻器運(yùn)行中給PLC產(chǎn)生影響，讓PLC系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定和安全，變頻器應(yīng)該和PLC充分連接，并且在連接過(guò)程中，注意以下幾點(diǎn)問(wèn)題：①PLC自身需要根據(jù)接線相關(guān)要求和接地標(biāo)準(zhǔn)完成接地處理，同時(shí)注意防止和變頻器使用相同的接地線，同時(shí)在接地過(guò)程中盡可能讓兩者充分分離。②當(dāng)電源電壓波動(dòng)較大且有大量的高次諧波分量時(shí)，為了避免受到諧波干擾，應(yīng)將噪聲濾波器或隔離變壓器連接到PLC電源模塊和輸入輸出模塊的電源線中。如果干擾問(wèn)題比較嚴(yán)重，應(yīng)綜合思考在逆變器主電路中連接電抗器和專用噪聲濾波器[11]。③當(dāng)變頻器和PLC安裝在相同的電氣控制柜中時(shí)，與變頻器和PLC相關(guān)的電纜應(yīng)盡量采用分別獨(dú)立安裝方式，特別是連接變頻器的強(qiáng)電電纜和連接PLC的弱電電纜，需要做到分開(kāi)敷設(shè)。

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，對(duì)于變頻器與PLC在連接過(guò)程中常見(jiàn)的問(wèn)題，主要包含了數(shù)字信號(hào)連接、模擬信號(hào)連接以及為避免變頻器對(duì)PLC的干擾而應(yīng)注意的問(wèn)題。基于此，在工程建設(shè)中，需要從設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)管理等方面入手，給予高度重視，做好相應(yīng)的防范和控制工作，降低各種因素對(duì)變頻器、PLC 運(yùn)行過(guò)程的影響，從根源上減少由于連接不到位造成PLC或變頻器損壞而引發(fā)的各種經(jīng)濟(jì)損失。